एक वोल्टमीटर फिर भी संभावित अंतर को माप सकता है यदि उसके पास (सैद्धांतिक रूप से) अनंत प्रतिरोध है?


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मैं एक भौतिक विज्ञान का शिक्षक हूँ जिसने इंजीनियरिंग किया और सभी चीजों से नफरत की! इसलिए जब मेरे छात्र कभी-कभी मुझसे पूछते हैं कि एक वोल्टमीटर दो बिंदुओं के बीच के संभावित अंतर को कैसे माप सकता है अगर वोल्टमीटर के माध्यम से कोई करंट गुजरता नहीं है। मैं केवल यह मान सकता हूं कि यह इसलिए है क्योंकि एक अनंत प्रतिरोध असंभव है, लेकिन मुझे कभी भी इस बात का जवाब देने का आत्मविश्वास नहीं था कि उन्हें गलत जानकारी देने के बारे में चिंता किए बिना।

मेरा विचार यह है कि यह माना जाता है कि एक वाल्टमीटर का प्रतिरोध केवल सैद्धांतिक रूप से अनंत है, इस मामले में एक वर्तमान प्रवाह होगा, हालांकि छोटा है, जिसे वास्तविक संभावित अंतर की गणना करने के लिए एक पूर्व निर्धारित प्रतिरोध के वाल्टमीटर द्वारा किसी भी तरह से इस्तेमाल किया जा सकता है।

क्या कोई समझा सकता है कि क्या मैं इसके साथ सही रेखाओं के साथ हूं और मुझे यह निश्चित शब्दों में समझाने में मदद करता है या कम से कम मेरी मान्यताओं का खंडन करता है और मुझे सही विचार बताता है?


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मुझे लगता है कि यह वास्तव में एक अच्छा सवाल है - यह बाहर हाँ करने के लिए निकलता है, अपूर्ण इनपुट सर्किट के कारण कुछ वर्तमान प्रवाह होगा लेकिन इन धाराओं को इनपुट (यानी रिसाव धाराओं) से असंबंधित किया जा सकता है इसलिए इन्हें अनदेखा करना, क्या तंत्र एक वाल्टमीटर करता है वर्तमान की तरह कुछ साइड इफेक्ट के बजाय वोल्टेज को मापने पर निर्भर करता है कि रोजगार।
एंडी उर्फ

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आप पर शर्म आती है, एक भौतिकी शिक्षक। : ^) (केवल मजाक कर रहे हैं।) जैसा कि अन्य ने कहा कि असली वोल्टमीटर करंट खींचते हैं और असली एमीटर में कुछ वोल्टेज ड्रॉप होता है।
जॉर्ज हेरोल्ड

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अगर यह (काफी) स्क्विशी नहीं है तो एक लोड सेल कैसे बल माप सकता है? क्या आप माप सकते हैं कि आप ईंट की दीवार पर कितनी जोर से दबा रहे हैं, भले ही ईंट की दीवार अचल हो?
फिल फ्रॉस्ट

@PhilFrost एक बल संतुलन साधने में नगण्य गति (सांख्यिकीय रूप से, वैसे भी) हो सकती है, क्योंकि नियंत्रण प्रणाली में मनमाने ढंग से उच्च लाभ हो सकता है। वास्तव में गति 6 या उससे अधिक महत्वपूर्ण अंकों की हो सकती है, जैसा कि उच्च-अंत ITAR- नियंत्रित एक्सीलरोमीटर में होता है।
स्पायरो पेफेनी

जब हम एक वाल्टमीटर के बारे में बात करते हैं जिसमें अनंत प्रतिरोध होता है, तो हम आम तौर पर एक वास्तविक वाल्टमीटर नहीं, बल्कि एक आदर्श वाल्टमीटर का मतलब है । यह एक वाल्टमीटर का सबसे सरल मॉडल है क्योंकि यह मापा जाने वाले सर्किट को प्रभावित नहीं करता है। --- जैसा कि दूसरों ने लिखा है कि वाल्टमीटर में आमतौर पर एक अनंत प्रतिरोध नहीं होता है। ऐसे वोल्टमीटर हैं जिनके पास (लगभग) अनंत प्रतिरोध हैं, लेकिन उनके पास अनंत प्रतिक्रिया नहीं है।
पाबौक

जवाबों:


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अंतर्निहित कठिनाई यह विश्वास है कि वोल्टेज को मापने के लिए कुछ प्रवाह होना चाहिए। यह गलत है। चूंकि आप एक भौतिकी शिक्षक हैं, इसलिए मैं अन्य भौतिक प्रणालियों के अनुरूप बनाकर समझाता हूँ।

मान लें कि हमारे पास दो सील बर्तन हैं, प्रत्येक में कुछ तरल पदार्थ भरे हुए हैं। हम उनके बीच दबाव के अंतर को मापना चाहते हैं। वोल्टेज की तरह, सापेक्ष दबाव क्षमता में अंतर है।

हम उन्हें एक ट्यूब से जोड़ सकते हैं जो रबड़ डायाफ्राम द्वारा इसके मध्य में अवरुद्ध है। कुछ तरल पदार्थ शुरू में चले जाएंगे, लेकिन केवल तब तक जब तक डायाफ्राम उस पर काम करने वाले तरल पदार्थ की ताकतों को संतुलित करने के लिए नहीं फैलता। हम फिर डायाफ्राम के विक्षेपण से दबाव अंतर का अनुमान लगा सकते हैं।

यह विद्युत सादृश्य में अनंत प्रतिरोध की परिभाषा को पूरा करता है, क्योंकि एक बार जब यह प्रणाली संतुलन में आ जाती है, तो कोई भी प्रवाह नहीं होता है (डायाफ्राम के माध्यम से उपेक्षा प्रसार, जिसे मनमाने ढंग से छोटा किया जा सकता है और डिवाइस के संचालन के लिए आवश्यक नहीं है)।

हालांकि, यह अनंत प्रतिबाधा के रूप में योग्य नहीं है , क्योंकि इसमें गैर-शून्य समाई है । वास्तव में, यह उपकरण बिल बीटी के संधारित्र का पसंदीदा मानसिक मॉडल है :

संधारित्र (पानी सादृश्य)

वास्तव में, ऐसे उपकरण हैं जो वोल्टेज को मापते हैं जो अनुरूप काम करते हैं। अधिकांश इलेक्ट्रोस्कोप इसी श्रेणी में आते हैं। उदाहरण के लिए, पिथ बॉल इलेक्ट्रोस्कोप:

पिथ बॉल इलेक्ट्रोस्कोप

इन उपकरणों में से कई बहुत पुराने हैं और काम करने के लिए बहुत अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है। हालाँकि, आधुनिक MOSFETs अनिवार्य रूप से एक सूक्ष्म स्तर पर एक ही चीज़ हैं कि उनका इनपुट संधारित्र जैसा दिखता है। एक गेंद को विक्षेपित करने के बजाय, वोल्टेज अर्धचालक की चालकता को नियंत्रित करता है:

MOSFET संरचना

MOSFET गेट (G) और बल्क (B) के बीच वोल्टेज के एक फ़ंक्शन के रूप में स्रोत (S) और ड्रेन (D) के बीच एक चैनल की चालकता को बदलकर काम करता है। गेट को ट्रांजिस्टर के बाकी हिस्सों से अलग किया जाता है, आमतौर पर सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पतली परत (ऊपर तस्वीर में सफेद), एक बहुत अच्छा इन्सुलेटर, और डायाफ्राम डिवाइस की तरह पहले, जो भी बहुत छोटा रिसाव होता है वह ऑपरेशन के लिए प्रासंगिक नहीं है डिवाइस का। हम तब चैनल की चालकता को माप सकते हैं, और इस चैनल में बहने वाली वर्तमान को एक अलग बैटरी द्वारा आपूर्ति की जा सकती है न कि परीक्षण के तहत डिवाइस। इस प्रकार, हम एक वोल्टेज को बेहद उच्च (सैद्धांतिक रूप से अनंत) इनपुट प्रतिरोध के साथ माप सकते हैं।

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध


एक दिलचस्प विचार प्रयोग के रूप में, दो चल धातु की प्लेट और एक मोटर / बल गेज के साथ एक उपकरण की कल्पना करें जो बार-बार उन्हें करीब और आगे लाता है। ऐसा उपकरण एक एसी करंट खींचता प्रतीत होगा, भले ही कोई भी इलेक्ट्रॉन वास्तव में कभी एक प्लेट से दूसरी प्लेट में नहीं जाएगा या किसी भी तरीके से इसके माध्यम से नहीं जाएगा। यदि एक "कठोर" वोल्टेज स्रोत से जुड़ा हुआ है, तो प्लेटों को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक बल को मापकर वोल्टेज को मापा जा सकता है; यदि एक कठोर वोल्टेज स्रोत से जुड़ा नहीं है, तो प्लेटों की गति उन पर वोल्टेज को बदल सकती है।
सुपरकैट

इस उत्तर के लिए आपका बहुत-बहुत धन्यवाद। रबर डायाफ्राम विचार वास्तव में उन्हें कल्पना करने में मदद करेगा कि क्या चल रहा है क्योंकि वे दबाव जैसी "भौतिक" अवधारणाओं के साथ बहुत बेहतर हैं। उम्मीद है कि यह भी उन्हें अगले साल अपनी पढ़ाई के लिए तैयार समाई और प्रतिबाधा में एक विचार देगा। विश्वविद्यालय में व्याख्यान से ट्रांजिस्टर सिद्धांत की धूल भरी यादों को वापस लाने के लिए भी धन्यवाद। मुझे लगता है कि मुझे जितना याद है इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग से नफरत नहीं थी!
विलियम टैबरी-पीटर्सन

"बिल बीटी का कैपेसिटर का पसंदीदा मानसिक मॉडल", क्या आप जानते हैं कि मॉडल सही ढंग से संधारित्र की ½ (CV storage) ऊर्जा-भंडारण विशेषता को दर्शाता है?
जेम्स वाल्डबी - jwpat7

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शायद मुझे कुछ याद आ रहा है लेकिन आपके उदाहरण में dc करंट को FET को बायस करना है। या आपका पहला पैराग्राफ सिर्फ बयानबाजी था? या हम वास्तव में इलेक्ट्रॉन प्रवाह के बिना वोल्टेज को मापने का एक तरीका प्राप्त कर सकते हैं ?
user6972

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@ फ़ीलफ्रॉस्ट में कोई अंतर नहीं है क्योंकि आप शुल्क को कम किए बिना अस्थायी रूप से कुछ नहीं माप सकते हैं और इस तरह कुछ परिमित प्रतिरोध का परिचय दे सकते हैं।
user6972

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एक वाल्टमीटर बनाना अपेक्षाकृत आसान है जिसमें कमरे के तापमान पर कुछ एफए का एक विशिष्ट इनपुट करंट होगा। यह अभी भी प्रति सेकंड हजारों इलेक्ट्रॉनों का है।

आप एक वाल्टमीटर (वैसे भी सिद्धांत रूप में) बना सकते हैं जो चुंबकीय या यांत्रिक बल के साथ अंतराल पर इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों को संतुलित (संतुलित) करके स्रोत से शून्य स्थिर-स्थिति को आकर्षित करेगा। यदि इंसुलेटर लीक नहीं हुआ और डिवाइस वैक्यूम में था, तो अज्ञात वोल्टेज के साथ मापने वाले पत्ते पर क्षमता को बराबर करने के लिए वर्तमान प्रवाह के लिए कोई तंत्र नहीं है।

एक MOSFET लगभग ऊपर वर्णित तंत्र की तरह काम करता है कि इलेक्ट्रॉनों का कोई अंतर्निहित प्रवाह (गेट से या गेट से) है जो गेट को इनपुट वोल्टेज के चार्ज होने पर इसे काम करने के लिए आवश्यक है। कोई भी गेट रिसाव खामियों और ESD सुरक्षा नेटवर्क जैसी सहायक संरचनाओं का एक कार्य है। एक छोटा और असुरक्षित "फ्लोटिंग गेट" मेमोरी सेल प्रति दिन एक इलेक्ट्रॉन लीक कर सकता है, जो एकदम सही होने के करीब है। अगर इस तरह के गेट को लीकेज से समझौता किए बिना आपके स्रोत से जोड़ा जा सकता है (या बहुत अधिक वोल्टेज के साथ पतले गेट ऑक्साइड को तोड़ना) तो यह लगभग सही होगा, सिवाय उस छोटे रिसाव के और गेट कैपेसिटेंस के चार्ज के।


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एक "गोल्ड लीफ इलेक्ट्रोस्कोप" वास्तव में ऐसा ही एक वोल्टमीटर है: इसका इनपुट प्रतिरोध वास्तव में इसके संचालन को प्रभावित किए बिना अनंत हो सकता है (इसका छोटा समाई है, इसलिए यह एक छोटे से चार्ज को स्वीकार करता है क्योंकि यह संचालित होता है)
ब्रायन ड्रमंड 2

@ ब्रायन ड्रमंड: अगर गोल्ड लीफ इलेक्ट्रोस्कोप एक वोल्टमीटर है, तो इसका दूसरा इनपुट कहां है? मैं इस धारणा पर था कि GLE अपने एकल इनपुट पर कुछ पूर्ण क्षमता को माप रहा है, न कि क्षमता के अंतर के रूप में वोल्टमीटर (या MOSFET) करता है।
fgrieu

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@fgrieu एक इनपुट इलेक्ट्रोस्कोप पर इलेक्ट्रोड है, और दूसरा इनपुट इसके पास की वस्तु है। ये दो ऑब्जेक्ट एक संधारित्र बनाते हैं, और इलेक्ट्रोस्कोप इस संधारित्र में संभावित अंतर को मापता है।
फिल फ्रॉस्ट

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एक सैद्धांतिक वाल्टमीटर, जैसा कि आप सर्किट सिमुलेशन प्रोग्राम में पाएंगे, में अनंत प्रतिरोध होगा, लेकिन किसी भी वास्तविक वाल्टमीटर में एक परिमित प्रतिरोध होगा, और इसलिए कुछ प्रवाह करने की अनुमति देगा।

मेरे DVM में 400 mV AC या DC रेंज पर 1 GOhm का इनपुट प्रतिबाधा है, और अन्य रेंज पर 10 MegOhm है।


हां, और इस उत्तर को जोड़ने के लिए, आप वास्तव में इस गैर-आदर्श प्रतिरोध के लोडिंग प्रभाव को देख सकते हैं, न कि उच्च प्रतिरोधक भार में वोल्टेज को मापने की कोशिश करके। ऐसे मामले में, आप आंतरिक प्रतिरोध को मापने के प्रतिरोध के इतने करीब होने के कारण गलत तरीके से वोल्टेज रीडिंग प्राप्त करेंगे।
जारोद क्रिस्टमैन

वास्तव में, अक्सर (एनालॉग) मल्टीमीटर में सामने की तरफ कहीं न कहीं संकेत होता है, इस इरादे के साथ कि जब आप जानते हैं कि आप उच्च प्रतिरोधों के साथ काम कर रहे हैं, और उच्च सटीकता की आवश्यकता है, तो आप आवश्यक सुधार की गणना कर सकते हैं।
पालतू जानवर

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किसी को भी मौलिक प्रश्न का उत्तर नहीं दिया गया है कि सैद्धांतिक रूप से सही वाल्टमीटर कैसे काम करेगा। यह नहीं कर सकता। आप अंततः क्वांटम यांत्रिकी और हाइजेनबर्ग के कानून के लिए नीचे उतरते हैं कि आप इसे कुछ हद तक प्रभावित किए बिना कुछ भी नहीं माप सकते हैं। वाल्टमीटर में आपको अपने संभावित डिवाइस को स्थानांतरित करने के लिए जो संतुलन क्षमता का उपयोग करने के लिए पास करने के लिए कुछ चार्ज प्राप्त करने के लिए मिला है। बेशक, जैसा कि स्फेरो ने बताया है, सभी व्यावहारिक वोल्टमीटर हाइजेनबर्ग सीमा से बहुत दूर हैं।


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यह बहुत अधिक विचार है कि इस विशेष छात्र को प्राप्त करने की कोशिश कर रहा था (हालांकि वह शायद उस समय इसके बारे में नहीं जानता था)। आपका बहुत बहुत धन्यवाद।
विलियम टैबरी-पीटरसन ने

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मुझे लगता है कि, इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, एक शैक्षणिक तरीका उनसे पूछना होगा कि वे क्यों सोचते हैं कि वोल्टेज को मापने के लिए अनंत प्रतिरोध एक समस्या है

किसी वोल्टेज को मापने के लिए प्रवाह के लिए करंट की कोई मूलभूत आवश्यकता नहीं होती है ... मुझे लगता है कि उनके लिए बिजली और सेंसर को सामान्य रूप से समझने के लिए चर्चा दिलचस्प होगी।

वाल्टमीटर में एक उच्च आंतरिक प्रतिरोध होना चाहिए ताकि यह सर्किट के साथ हस्तक्षेप न करे। मुझे लगता है कि आप एम्पीयर-मीटर के बारे में भी बात कर सकते हैं: यदि वे श्रृंखला में जुड़े हुए हैं तो उनका प्रतिरोध कम होना चाहिए, लेकिन कुछ एम्पीयर मीटर ऐसे होते हैं, जिन्हें इलेक्ट्रिकल सर्किट (उदाहरण के लिए रोगोस्की कॉइल पर आधारित) का हिस्सा होने की आवश्यकता नहीं होती है।

संपादित करें: शायद आप दबाव / जल प्रवाह के साथ कुछ सादृश्य का भी उपयोग कर सकते हैं।


मैं मानता हूं कि कुछ बहुत उपयोगी अवधारणाएं हैं, जिन्हें आप अपनी पोस्ट के शीर्ष पर उल्लिखित प्रश्नों से दूर कर सकते हैं। मैं इसका उपयोग यह देखने के लिए करूंगा कि क्या यह उसकी ओर से किसी स्वतंत्र शोध को संलग्न करता है। कौन जानता है, वह भी इस पोस्ट को पढ़ने के अंत हो सकता है! आपके शैक्षणिक प्रस्तावों के लिए बहुत धन्यवाद।
विलियम टैबरी-पीटरसन ने

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इलेक्ट्रोस्टैटिक वाल्टमीटर हैं जो वास्तव में शून्य के "वर्तमान" हैं। मूल रूप से, वे इलेक्ट्रोस्टैटिक बल के संतुलन के बिंदु से लगभग संतुलित संकेतक सुई को स्थानांतरित करके काम करते हैं।

अब जबकि वे वाल्टमीटर एक गैर- स्थाई चालू नहीं लेते हैं , तो निश्चित रूप से चार्ज को अभी भी एक प्रभाव पैदा करने के लिए एक क्षेत्र बनाना होगा और इस तरह वाल्टमीटर में संग्रहीत किया जाता है जो एक रोकनेवाला के बजाय संधारित्र के रूप में कार्य करता है। और अगर सुई वायु प्रतिरोध के खिलाफ काम करती है, तो वोल्टमीटर में प्रवेश करने पर आवेश औसतन कम वोल्टेज पर निकलते हैं, इसलिए वोल्टेज के फिर से शून्य हो जाने के बाद बिना नेट करंट के खपत के बावजूद काम होता है।


काम का विचार किया जा रहा है और इस तरह ऊर्जा हस्तांतरित की जा रही है, उनके लिए संभावित अंतर और आवेश के बीच संबंध की सराहना करने का एक शानदार तरीका है। मैं यह मान रहा हूं कि सामग्री में ईपीई के एक मिनट के संदर्भ में, जो कि बल के रूप में गर्मी के रूप में विघटित होने का कारण बनता है, सुई के संतुलित होने पर कुछ ऊर्जा हस्तांतरित होगी? क्या कोई अन्य (मैक्रो) स्केल हानि हो सकती है, जिसके बारे में आप सोच सकते हैं
विलियम टैबरी-पीटरसेन

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विभेदक वाल्टमीटर सैद्धांतिक रूप से अनंत इनपुट प्रतिरोध करते हैं जब वे शून्य होते हैं। वे इनपुट वोल्टेज से मेल खाने के लिए आंतरिक वोल्टेज स्रोत को समायोजित करके वोल्टेज को मापते हैं जैसा कि मीटर पर शून्य रीडिंग द्वारा इंगित किया गया है। व्यवहार में, इनपुट प्रतिरोध रिसाव के प्रभाव से सीमित है लेकिन, फिर से, सिद्धांत में, मापा वोल्टेज से कोई वर्तमान नहीं खींचा जाता है।


जब आप आंतरिक वोल्टेज स्रोत को समायोजित कर रहे हैं तो प्रवाह होगा। यह मापा सर्किट पर एक अपरिवर्तनीय प्रभाव हो सकता है।
किटना

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आप एक सैद्धांतिक अनंत इनपुट प्रतिरोध और एक व्यावहारिक वाल्टमीटर के बीच अंतर के बारे में सही हैं। एक अच्छे वाल्टमीटर में कम से कम मेगाहोम्स के दसियों के क्रम का इनपुट प्रतिरोध हो सकता है, लेकिन यह अनंत नहीं है। एक छोटा करंट प्रवाहित होगा, और वोल्टमीटर में इनपुट एम्पलीफायर माप बनाने के लिए उपयोग करेगा।

बेशक, एक पुरानी-शैली की चलती-कुंडल मीटर शायद 50uA की धारा को आकर्षित करेगा, या वास्तव में सस्ते मीटर के मामले में 1mA जितना होगा।


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चूँकि अनंत एक सैद्धांतिक अवधारणा है, हम इसे समझाने के लिए कैलकुलस-शैली तर्क का उपयोग कर सकते हैं। जैसे-जैसे मीटर का प्रतिरोध अनंत तक पहुंचता है, इसके माध्यम से धारा शून्य तक पहुंचती है। यद्यपि हम कभी भी वहां नहीं पहुंचते हैं, हम इसे मानने के लिए "काफी करीब" हो जाते हैं।

यह भी ध्यान देने योग्य है, कि एक अन्य प्रकार का वाल्टमीटर हो सकता है जो वर्तमान को आकर्षित नहीं करता है। स्थैतिक विद्युत प्रयोगों में हम दो आवेशित वस्तुओं को एक दूसरे को निरस्त करते हुए देखते हैं। वे केवल आरोपों के बल से अलग करते हैं, और किसी भी वर्तमान का उपभोग नहीं करते हैं। तो, एक से एक वाल्टमीटर का निर्माण हो सकता है - कम से कम, सैद्धांतिक रूप से।


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आपकी व्याख्या और विचार "सही" हैं। 'रियल' voltmeters (के रूप में सैद्धांतिक के खिलाफ), करते हैं आकर्षित कुछ वर्तमान एक उत्पन्न करने के लिए "पढ़ने।" एम्पलीफायरों का उपयोग कर (और / या अन्य तरीकों) करके, एक कर सकते हैं दृष्टिकोण अनंत इनपुट प्रतिबाधा के सैद्धांतिक सीमा है, लेकिन यह तक पहुँचने कभी नहीं। इसलिए आपको अपने छात्रों को यह समझाना होगा कि वे सही हैं , बिना मापी गई चीज को प्रभावित किए बिना एक सही माप प्राप्त करना असंभव होगा । हालांकि, अगर हम सही माप से कम स्वीकार कर सकते हैं, तो यह उचित है।

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