第14节 4线电阻测量(修订中)
[TOC]
零件和材料
- 6伏电池
- 前一章实验制成的电磁铁，或大线轴
在这个实验中，最好有两个仪表：一个电压表和一个电流表。
对于预算有限的实验者来说，这可能是不可能的。无论使用什么电流表，都应该能够测量至少几安培的电流。
一个基本上被一根长导线短路的 6 伏“灯笼”电池可能会产生这种大小的电流，您的电流表需要能够在不烧断保险丝或遭受其他损坏的情况下对其进行测量。确保仪表上的最高电流范围至少为 5 安培！
交叉引用
电路课程，第 1 卷，第 8 章：“直流计量电路 (opens new window)”
学习目标
- 说明开尔文（4线）电阻测量的工作原理
- 说明如何使用常用测试设备测量低电阻
原理图，示意图
插图
指示
虽然这个实验最好用两块表来进行，并且在示意图和插图中确实如此显示，但一个万用表就足够了。
大多数欧姆表的工作原理是在未知电阻 (R unknown )上施加一个小电压，并从其汲取的电流量推断电阻。
除了_兆欧表_等特殊情况外，仪表使用的电压和电流量都非常小。
这给低电阻测量带来了问题，因为低电阻样品的电阻值可能比仪表电路本身小得多。
想象一下，尝试用尺子测量棉线的直径，或者用为货车称重而设计的秤来测量硬币的重量，你就会明白眼前的问题。
使用普通欧姆表测量小电阻的众多误差来源之一是欧姆表自身测试引线的电阻。
作为测量电路的一部分，测试引线可能包含比测试样品的电阻更多的电阻，它们的存在会导致显著的测量误差：
一种解决方案称为_开尔文_或_4 线_电阻测量方法。它涉及使用电流表和电压表，通过欧姆定律 (opens new window)计算确定样品电阻。
电流通过未知电阻并被测量。通过电压表测量电阻两端的电压降，并使用欧姆定律 (R=E/I) 计算电阻。
使用大电流可以轻松测量非常小的电阻，提供比使用小电流更容易测量的电压降来推断电阻。
因为在计算中只考虑了由未知电阻引起的电压降——而不是电流表测试引线或任何其他承载主电流的连接线上的电压降——完全消除了由这些杂散电阻引起的误差。
首先，选择合适的低电阻试样用于本实验。我建议使用上一章中指定的电磁线圈或两端都可以接触到的线轴。将一个 6 伏电池连接到该样品上，并串联一个电流表。
警告：
__使用的电流表应该能够测量至少 5 安培的电流，这样它就不会被在这种接近短路条件下产生的（可能的）高电流损坏。__如果您有第二个仪表，请使用它来测量样品连接点上的电压，如图所示，并记录两个仪表的指示。
如果您只有一个仪表，请先用它来测量电流，尽快记录其指示，然后立即打开（断开）电路。
将仪表切换到电压模式，将其连接到样品的连接点，然后重新连接电池，快速注意电压指示。
您不希望将电池连接到样品的时间超过获得仪表测量值所需的时间，因为由于电路电流大，电池会开始快速放电，从而在重新配置仪表时影响测量精度，并且电路再次闭合以进行下一次测量。
当使用两个仪表时，这不是一个重要的问题，因为可以同时记录电流和电压_指示_。
进行电压测量并将其除以电流测量。商将等于以欧姆为单位的样品电阻。
相关练习：
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