مقاومت درونی و پتانسیومتر

سلام! دو سؤال خوب پرسیدی. بیا قدم‌به‌قدم جواب بدهیم.

راهنمایی کوتاه: برای اندازه‌گیری مقاومت درونی باتری از یک مدار ساده با ولت‌سنج و آمپر‌سنج و مقاومت متغیر استفاده می‌کنیم. پتانسیومتر یک وسیله برای اندازه‌گیری دقیق ولتاژ بدون مصرف جریان است.

گام‌به‌گام:

1. بخش اول: اندازه‌گیری مقاومت درونی باتری
   1. مدار را ببندید: باتری را به صورت سری با یک کلید، یک آمپر‌سنج و یک مقاومت متغیر (رئوستا) وصل کنید. ولت‌سنج را موازی با دو سر باتری قرار دهید.
   2. ابتدا کلید را باز کنید و ولتاژ دو سر باتری را بخوانید. این ولتاژ همان نیروی محرکهٔ الکتریکی ($E$) است.
   3. کلید را ببندید و مقاومت متغیر را طوری تنظیم کنید که جریان مشخصی ($I$) از مدار عبور کند. سپس ولتاژ دو سر باتری ($V$) را بخوانید.
   4. مقاومت درونی ($r$) از رابطهٔ زیر به دست می‌آید:
      $$r=\frac{E-V}{I}$$
   5. برای دقت بیشتر، دو جریان مختلف انتخاب کنید و از رابطهٔ: $$r=\frac{V_1-V_2}{I_2-I_1}$$ استفاده کنید.
2. بخش دوم: پتانسیومتر
   1. پتانسیومتر یک سیم بلند یکنواخت است که روی یک خط کش مدرج (اغلب ۱ متر) قرار دارد. جریان ثابتی از آن عبور می‌کند.
   2. برای اندازه‌گیری یک ولتاژ ناشناخته (مثلاً یک باتری دیگر)، منبع ولتاژ ناشناخته را به صورت سری با یک گالوانومتر به دو سر سیم (یک سر ثابت و یک سر متحرک) وصل می‌کنیم.
   3. تماس متحرک را روی سیم جابه‌جا می‌کنیم تا جایی که گالوانومتر صفر شود (نقطهٔ نول). در این حالت، ولتاژ دو سر آن قسمت از سیم با ولتاژ ناشناخته برابر است.
   4. ولتاژ ناشناخته از رابطهٔ $V_x=\frac{L_x}{L}\times V_0$ محاسبه می‌شود که $V_0$ ولتاژ کل دو سر سیم است.

پاسخ نهایی: برای تعیین مقاومت درونی باتری از مدار سری با آمپر‌سنج و مقاومت متغیر استفاده می‌کنیم و با اندازه‌گیری $E$ و $V$ و $I$ آن را محاسبه می‌کنیم. پتانسیومتر یک سیم با جریان ثابت است که با ایجاد نقطهٔ نول، ولتاژ مجهول را بدون مصرف جریان اندازه می‌گیرد.

مثال مشابه: فرض کنید ولتاژ بی‌باری یک باتری ۱۲ ولت است. وقتی یک مقاومت ۱۰ اهم به آن وصل می‌کنید، جریان ۱ آمپر عبور می‌کند و ولتاژ دو سر باتری ۱۱ ولت می‌شود. مقاومت درونی برابر است با: $$r=\frac{12-11}{1}=1\text{اهم}$$

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: می‌توانی دربارهٔ پل وتستون یا روش‌های دیگر اندازه‌گیری مقاومت درونی تحقیق کنی. همچنین کاربرد پتانسیومتر در اندازه‌گیری نیروی محرکهٔ باتری‌های استاندارد را بخوان.

یادآوری ایمنی: هنگام کار با مدارهای الکتریکی حتماً از ولتاژ و جریان کم استفاده کن (مثلاً باتری ۱٫۵ ولت). هرگز پایانه‌های باتری را مستقیم به هم وصل نکن (اتصال کوتاه) و از دستکش و ابزار عایق استفاده کن.