اندازه‌گیری مقاومت با ولت‌سنج و آمپرسنج — و دو سیم‌بندی که هیچ‌کدام درست نیست

این از کجا آمده

گئورگ اهم در ۱۸۲۷ نشان داد جریانِ یک رسانا با ولتاژِ دو سرش متناسب است، و نسبتِ آن دو را مقاومت نامید. از همان روز ساده‌ترین راهِ اندازه‌گیریِ مقاومت این بوده: ولتاژ را بخوان، جریان را بخوان، تقسیم کن. ولی اهم یک چیز را نداشت که ما داریم — او با ترازوی پیچشی کار می‌کرد، نه با دو دستگاهی که خودشان وارد مدار می‌شوند. امروز لحظه‌ای که ولت‌سنج و آمپرسنج را وصل می‌کنی، مداری که می‌سنجی دیگر آن مداری نیست که بود.

پس‌زمینهٔ نظری

قانونِ اهم می‌گوید R = V/I. برای استفاده از آن باید ولتاژِ دو سرِ مقاومت و جریانِ عبوری از مقاومت را بدانی. مشکل اینجاست که با دو دستگاه و یک مقاومت، فقط دو راه برای بستنِ مدار وجود دارد و هیچ‌کدام دقیقاً این دو کمیت را نمی‌دهند.

در سیم‌بندیِ اول آمپرسنج داخلِ حلقهٔ ولت‌سنج است: آمپرسنج جریانِ مقاومت را درست می‌خواند، ولی ولت‌سنج ولتاژِ «مقاومت + آمپرسنج» را می‌بیند. پس V/I = R + RA. در سیم‌بندیِ دوم ولت‌سنج فقط روی مقاومت بسته شده: ولتاژ درست است، ولی آمپرسنج جریانِ مقاومت به‌اضافهٔ جریانی که خودِ ولت‌سنج می‌کشد را می‌خواند. پس V/I = R موازی RV.

یکی همیشه بیشتر از حقیقت می‌گوید و دیگری همیشه کمتر. نه RA روی جایی نوشته شده و نه RV.

۱. چیدمان

پنج مقاومتِ بی‌برچسب داری: A تا E. مقدارشان در دامنهٔ خیلی وسیعی پخش شده — از چند اهم تا چند کیلواهم — ولی نمی‌دانی کدام کدام است. یک منبعِ ۲ ولتی، یک آمپرسنج و یک ولت‌سنجِ دیجیتالِ ۴½ رقمی داری. هر دو دستگاه سالم‌اند، خطای صفر ندارند و رِنجشان خودکار است.

برای هر مقاومت می‌توانی هر دو سیم‌بندی را امتحان کنی. همان مقاومت، همان دستگاه‌ها، فقط جای یک سیم عوض می‌شود. اگر جواب عوض شد، آن تغییر کارِ مقاومت نیست.

جای اتصالِ ولت‌سنج با انتخابِ سیم‌بندی جابه‌جا می‌شود.

—
هنوز خوانشی ثبت نشده
یک مقاومت را با هر دو سیم‌بندی بخوان و دو عددِ ستونِ «V/I» را کنار هم بگذار.

مقاومت یک خاصیتِ خودِ قطعه است. نباید به این بستگی داشته باشد که سیمِ ولت‌سنج را کجا بسته‌ای.

۲. جدول خوانش‌ها

۳. محاسبه

دو سیم‌بندی برای یک مقاومت دو جوابِ متفاوت می‌دهند، و چون یکی همیشه زیاد می‌گوید و دیگری همیشه کم، جوابِ درست بینِ آن دو گیر افتاده. این خودش دستاوردِ کوچکی نیست: بدونِ اینکه بدانی مقاومتِ دستگاه‌ها چقدر است، یک بازهٔ مطمئن برای جواب داری.

و می‌شود جلوتر رفت. روی کوچک‌ترین مقاومتِ فهرست، ولت‌سنج تقریباً هیچ جریانی نمی‌دزدد، پس اختلافِ دو خوانش تقریباً برابرِ RA است. روی بزرگ‌ترین، حالا که RA را داری، کمبودِ خوانشِ دوم تماماً کارِ ولت‌سنج است و RV را می‌دهد. با آن دو عدد، هر پنج مقاومت تصحیح می‌شوند.

تعداد خوانش:۰
مقاومت‌هایی که با هر دو سیم‌بندی خوانده شده‌اند:۰
بیشترین فاصلهٔ دو سیم‌بندی:—
مقاومتِ آمپرسنج از روی کوچک‌ترین مقاومت:—
مقاومتِ ولت‌سنج از روی بزرگ‌ترین مقاومت:—
نقطهٔ سربه‌سر — زیرِ آن سیم‌بندی دوم بهتر است، بالای آن اولی:—
مقاومت A — بهترین خوانش / تصحیح‌شده:—
مقاومت B — بهترین خوانش / تصحیح‌شده:—
مقاومت C — بهترین خوانش / تصحیح‌شده:—
مقاومت D — بهترین خوانش / تصحیح‌شده:—
مقاومت E — بهترین خوانش / تصحیح‌شده:—
بهترین جوابِ تو برای پرکارترین مقاومت: —

۴. تحلیل با Python

خوانش‌های تو در trials_data هستند — فهرستی از دیکشنری با کلیدهای letter، wiring («Ain» یا «Vout»)، V (ولت) و I (آمپر).

بخشِ ۳ مقاومتِ دستگاه‌ها را از دو سرِ فهرست تخمین زد. کدِ آماده راهِ دیگری می‌رود: RA و RV برای همهٔ مقاومت‌ها یکی است، پس هر مقاومتی که با هر دو سیم‌بندی خوانده شده یک معادله می‌دهد و فقط دو مجهول در کار است. با دو مقاومت معادله‌ها از مجهول‌ها بیشتر می‌شوند و جواب از خودِ داده درمی‌آید — بدونِ استانداردِ معلوم، بدونِ فرمولِ تصحیح، بدونِ تقارن.

Pyodide هنوز لود نشده
خروجی پایتون اینجا می‌آید

۵. افشای مقدار واقعی

وقتی روی یک جواب ایستادی، این را بزن.