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電學與電子學 · 直流電路

惠斯通電橋的平衡

當一個橋樑達到平衡時,其兩個中間節點具有相同的電位,且開路電流為 0。 這一條件可用於確定一個未知電阻。

相關實驗:惠斯通電橋 →
惠斯通電橋
惠斯通電橋實驗場景 →

意義與機制

惠斯通電橋比較兩條分壓路徑的中間電壓。檢流計將兩個中間節點之間的電位差表現為電流。

如果調整電阻以使中間電壓相等,那麼電流不會在安培計分支中流動。但是,沒有電流從主電源流向另一個分支。

關係與條件

在實驗裝置中,平衡條件為 R₁/R₂ = R₃/Rx。 如果已知三個電阻的電阻值,則可以透過這個方程計算出未知電阻 Rx。

平衡方程透過驗證電阻的連線位置和名稱來應用。對於實際的零測量,電阻接觸、儀器靈敏度以及溫度變化都會產生影響。

觀察實驗中需要注意的事物

在平衡狀態下,R₁/R₂ = R₃/Rx,且中間節點具有相同的電位。

源電阻理想,沒有接觸電阻或電錶零點誤差。 在螢幕上進行實驗;不要使用實際電源、插座或高電壓進行重複。

關鍵關係與符號

R₁/R₂ = R₃/Rx · Ig = (Vl−Vr)/Rg

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
Rx未知電阻以確定Ω
Ig中間節點之間的電量儀電流A

透過範例確認

當左側波節電壓為 4 V,右側波節電壓為 4.5 V,那麼左向右向的電量表電流的符號是什麼?

Ig < 0

常見誤解

  • 當焦流儀讀數為 0 時,電路中實際流過的電流不一定為 0。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)