Прибор сила тока


Измерение силы тока в электрических сетях

Сила тока измеряется в амперах и характеризует нагрузку электрических сетей. Необходимость измерения силы тока возникает для проверки, является ли нагрузка на кабель допустимой. Для монтажа электропроводок используются кабели различных сечений. Допустимыми токами для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, проложенных по воздуху, являются:

Сечение жилы, мм2Алюминиевые жилы в количествеМедные жилы в количестве
23452345
1,524212020
2,52521202033282626
4,03429272744373434
6,04337343456494646

При превышении нагрузки кабельной линии допустимой, кабель будет нагреваться, а его изоляция – разрушаться. В итоге это приведет к короткому замыканию, а кабель придется менять на новый.

Поэтому после замены кабелей измеряют ток, протекающий через него при подключении всех электроприборов. Если электропроводка старая, то при подключении к ней дополнительной нагрузки тоже нужно проверить, соответствуют ли токи в ней допустимым значениям.

При максимальной нагрузке электропроводки можно проверить, соответствует ли ток через автоматические выключатели их номинальным данным. При превышении номинального тока автомата его срабатывание от перегрузки неизбежно.

Измерение силы тока требуется для определения режимов работы электроприборов. Измерение токов нагрузки электродвигателей производится не только для контроля их исправности (токи во всех фазах должны быть одинаковы), но и для определения наличия перегрузки из-за повышенного момента на валу. Для обогревателя измерение тока покажет, все ли греющие элементы у него исправны. Только измерением тока нагрузки можно выяснить, заработал ли теплый пол.

Мощность электрического тока

Мощность – это работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Измеряется она в Ваттах (Вт, W). Измерить мощность напрямую теоретически можно, но для этого применяются специальные приборы – ваттметры, измеряющие ток через нагрузку и напряжение на ней. Показания они выдают в Ваттах, но подключить их слишком сложно. Поэтому они применяются для измерений в заранее определенных узлах электрической сети, подключаясь к ним раз и навсегда.

Щитовой ваттметр для измерения тока

Для бытового применения мощность рассчитывается после измерений потребляемого нагрузкой тока и величины напряжения на ней, которую для простоты можно принять равной 220 в.

Не всегда этот метод дает точные результаты. При наличии в нагрузке индуктивного сопротивления на активную мощность оказывает влияние коэффициент мощности. Некоторые электроприборы потребляют ток несинусоидальной формы (светодиодные и энергосберегающие лампы, компьютерная и телевизионная техника), который не все измерительные приборы, рассчитанные на измерение переменного напряжения, измеряют правильно.

Приборы для измерения силы тока

Измерить ток можно, используя такие приборы:

— амперметры. Как и ваттметры, они применяются для стационарных измерений.

Измерение силы тока: щитовые амперметры

— мультиметр – многофункциональный прибор с цифровым жидкокристаллическим дисплеем (как пользоваться мультиметром?);

Измерение силы тока: мультиметр с токоизмерительными клещами

— тестер – прибор, измеряющий несколько величин, но, в отличие от мультиметра, имеющий стрелочный указатель;

Измерение силы тока: тестер

— токоизмерительные клещи – прибор, позволяющий измерять ток без разрыва электрической цепи.

Измерение силы тока: токоизмерительные клещи

Методы измерения силы тока

В отличие от измерения напряжения ток измеряется не при параллельном подключении прибора к нагрузке, а при последовательном. Это означает, что измерительный прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания однофазного потребителя. При трехфазном питании то же самое нужно проделывать для каждой из фаз. В этом случае ток в нулевом проводе не измеряется, так как при симметричной нагрузке он равен нулю. Иногда требуется измерить ток в нулевом проводнике, но для группы потребителей отключения нуля для производства измерений невозможно.

Подключение амперметра при измерении тока

Все эти причины приводят к тому, что тестеры и обычные мультиметры редко применяют для измерения силы тока. Их можно использовать только для одиночного потребителя или при измерениях на постоянном токе.

Во всех остальных случаях применяются токоизмерительные клещи или мультиметры, имеющие их в своем составе. Для измерений достаточно нажатием на клавишу разжать клещи, поместить внутрь измерительного контура проводник с измеряемым током и отпустить клавишу. Магнитопровод клещей замкнется и на дисплее (есть клещи со шкалой и стрелкой) отобразится измеряемое значение.

При использовании токоизмерительных клещей нужно внимательно следить, чтобы внутрь магнитопровода попал только проводник, в котором измеряется ток. При попадании внутрь двух проводников и более клещи будут измерять сумму токов в них, причем еще и векторную. Это означает, что поместив внутрь магнитопровода клещей двухжильный кабель с нагрузкой, мы измерим ток, равный нулю. Клещи, как и УЗО, сложат уходящий по фазному проводнику ток в сторону нагрузки и тот же ток с обратным знаком, возвращающийся обратно.

Клещи предназначены только для измерения переменного тока. На постоянном токе попытка их применения приведет к тому, что магнитопровод замкнется с непреодолимой силой. Разжать его руками не получится до тех пор, пока ток не будет отключен.

electric-tolk.ru

Прибор для измерения силы тока: как называется и классификация, принцип работы и сфера применения, выбор

В XIX веке был изобретён особый электроизмерительный прибор, служащий для фиксирования силы переменного и постоянного тока в сети. Усовершенствованный в настоящее время прибор для измерения силы тока называется амперметр. Прибор включается в цепь по строгой последовательной схеме.

Уникальное строение прибора позволяет ему функционировать по простой схеме коммуникации. Вместе с постоянным магнитом на оси кронштейна располагается стальной якорь и закреплённая на нём стрелка. При воздействии на якорь постоянные магниты передают ему свои свойства. При этом позиция якоря располагается вдоль силовой линии, проходящей возле магнита.

Подобная позиция якоря задаёт нулевую отметку стрелки по градуированной шкале. Магнитный поток возникает при протекании тока от генератора или похожего источника по шине. Сохраняется прямой угол между силовыми линиями магнита и точкой расположения якоря. Силовой уровень взаимодействия потоков будет зависеть от величины и направления электрического тока, протекающего по шине. Именно на этот показатель отклоняется от нуля стрелка прибора.

Аналоговые и цифровые приборы используются во многих отраслях народного хозяйства и промышленности. Наиболее активная эксплуатация идёт на больших предприятиях, которые связаны с распределением и регенерацией тепловой, электрической энергии.

Агрегат широко применяется в следующих отраслях:

  1. радиоэлектроника;
  2. электротехника;
  3. энергетическая ветвь промышленности;
  4. строительство;
  5. транспортные сети;
  6. научно-исследовательские лаборатории.

Прибор используется не только в крупных предприятиях, но и в быту. Полезно иметь амперметр в личном автотранспорте. Он поможет в короткие сроки выявить неисправности электрооборудования даже в пути.

Классификация измерительных приборов

Принято деление амперметров на две большие группы: цифровые и аналоговые модели. Последние имеют уникальную собственную градацию:

  1. Электродинамическая модель. Активно реагирует на взаимодействия токового поля, протекающего по катушкам. Одна из катушек может свободно двигаться, а вторая неподвижно закреплена. Высокий спрос на изделие вызывается низкой ценой и отличными показателями работы. Часто его можно встретить в научных лабораториях.
  2. Ферродинамическая. Обладает максимальной точностью и эффективностью использования. Устройство с таким механизмом не реагирует на посторонние источники магнитных полей. Помимо ферромагнитного замкнутого провода, в корпусе закрепляется сердечник и катушка. Модели этого вида немного дороже аналогов.
  3. Электромагнитный тип. Наиболее простое по содержанию устройство, не оснащено плавающей обмоткой с сердечником. В зависимости от мощности тока сердечник, зафиксированный со стрелкой, двигается в сторону, чётко указывая на цифровое отображение измерения.
  4. Магнитоэлектрический механизм. Был изобретён одним из первых. Принцип действия основывается на измерении уровня взаимодействия между магнитным полем и закреплённой неподвижно катушкой. Этот тип отличается минимальным потреблением мощности, что позволяет обеспечить минимальный коэффициент отклонения и достаточный уровень чувствительности. Шкала деления равномерна, между каждой из отметок сохраняется одинаковое расстояние.

По виду отсчетного устройства выделяют амперметры с пишущим механизмом, электронную технику, со световым и стрелочным указателями.

Эксплуатация устройства

Простое во внутреннем строении устройство требует соблюдения ряда правил эксплуатации:

  1. Техника прихотлива к условиям хранения. Для всех механических и аналоговых изделий недопустимы сильная тряска, удары, падение. Любое неблагоприятное воздействие может привести к появлению погрешности в работе.
  2. Используемый шунт должен быть немного ниже замеряемого тока. Закрепить его помогут специальные гайки.
  3. В момент подключения следует обеспечить отсутствие подачи тока на исследуемое устройство.
  4. Важным моментом является проверка полярностей.
  5. Устройство сгорит при подключении в электросеть без подачи нагрузки.
  6. Категорически запрещено касание оголенных проводков любыми незащищенными частями тела.
  7. Каждые 6 месяцев рекомендуется проверять технику в органах Госстандарта.

Амперметр требует последовательного соединения в электрической цепи с нагрузкой. При больших токах используется трансформатор, шунт, магнитный усилитель и милливольтметр. Из стандартного ряда могут быть выбраны первичные токи шунтов при условии стандартизации вторичного напряжения в районе 75 мВ. При высоком напряжении с отметкой более 1000 В в цепи переменного тока применяется гальваническая развязка амперметров, а в цепи постоянного — особые магнитные усилители.

Правила выбора

Современный рынок товаров и услуг предлагает потребителю огромное количество моделей амперметров. Выбрать прибор для измерения тока помогут основные правила:

  1. Наиболее точные измерения даст прибор со средним сопротивлением до 0,5 Ом.
  2. Зажимы контактов должны быть покрыты специальным антикоррозийным составом.
  3. Основа качественной техники — герметичный корпус без повреждений. Предотвращение проникновения влаги не только максимально продлит срок службы, но и будет способствовать повышению точности показаний.
  4. Тип агрегата целиком зависит от целей его использования.
  5. Подключиться к разнообразным источникам для проведения исследований поможет компактное переносное устройство.
  6. Существуют модульный тип исполнения амперметра, предназначенный для установки в посадочное место в силовом щитке.

Для исследования силы тока учёными был создан амперметр. Из-за малого внутреннего сопротивления это измерительное устройство не влияет на параметры тока в измеряемой цепи. Прибор нашёл широкое применение в крупной сетевой промышленности, в быту и домашнем хозяйстве.

220v.guru

Сила тока. Единицы силы тока. Амперметр (Гребенюк Ю.В.). Видеоурок. Физика 8 Класс

На предыдущих уроках мы говорили о токе в металле, также обсудили электрическую цепь и её составные части, говорили о направлении тока. Однако мы не касались такого вопроса, как характеристики, с помощью которых можно описать электрический ток. Наверное, все вы слышали о выражении «скачок напряжения» и наблюдали мигание лампочки. То есть мы понимаем, что электрические токи бывают разными, а как же можно сравнивать электрические токи? Какие характеристики тока позволяют оценивать его величину и другие его параметры? Сегодня мы начнем изучать величины, которые характеризуют электрический ток, и начнем мы с такой характеристики, как сила тока.

Вы уже знаете, что в металлическом стержне достаточно большое количество носителей электрического заряда – электронов. Понятно, когда по стержню не течет электрический ток, эти электроны движутся хаотически, то есть можно считать, что количество электронов, которое проходит через сечение стержня слева направо, приблизительно равно количеству электронов, которое проходит через то самое сечение стрежня справа налево за одно и то же время. Если мы пропускаем по стержню электрический ток, то движение электронов становится упорядоченным и количество электронов, которое проходит через сечение стержня за промежуток времени, существенно возрастает (имеется в виду то количество электронов, которое проходит в одном направлении).

Сила тока – это физическая величина, характеризующая электрический ток и численно равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Силу тока обозначают символом  и определяют по формуле: , где  – заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за время .

Чтобы лучше понять суть введенной величины, давайте обратимся к механической модели электрической цепи. Если рассмотреть водопроводную систему вашей квартиры, то она может оказаться поразительно похожей на электрическую цепь. Действительно, аналогом источника тока выступает насос, который создает давление и поставляет воду в квартиры (см. рис .1).

Рис. 1. Водопроводная система

Как только он перестанет работать, исчезнет вода в кранах. Краны выступают в роли ключей электрической цепи: когда кран открыт – вода течет, когда закрыт – нет. В роли заряженных частиц выступают молекулы воды (см. рис. 2).

Рис. 2. Движение молекул воды в системе

Если мы теперь введем величину, аналогичную только что введенной силе тока, то есть количеству молекул воды через сечение трубы за единицу времени, то фактически получим количество воды, проходящей через поперечное сечение трубки за одну секунду – то, что в быту часто называют напором. Соответственно, чем больше напор, тем больше воды вытекает из крана, аналогично: чем больше сила тока, тем сильнее ток и его действие.

Единицей силы тока является ампер: . Эта величина названа в честь французского ученого Андре-Мари Ампера. Ампер – одна из единиц интернациональной системы. Зная единицы силы тока, легко получить определение единицы электрического заряда в СИ. Поскольку , то .

Следовательно, . То есть 1 Кл – это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике 1 А. Кроме ампера, также применяют такие величины, как миллиампер (), микроампер (), килоампер (). Чтобы представлять себе, что такое малая, а что такое большая сила тока, приведем такие данные: для человека считается безопасной сила тока, меньше 1 мА, а сила тока, больше 100 мА, может привести к существенным проблемам со здоровьем.

Некоторые значения силы тока

Чтобы понимать величину такой силы тока, как 1А, давайте рассмотрим следующую таблицу.

Рентгеновский медицинский аппарат (см. рис. 3) – 0,1 А

Рис. 3. Рентгеновский медицинский аппарат

Лампочка карманного фонаря – 0,1–0,3 А

Переносной магнитофон – 0,3 А

Лампочка в классе – 0,5 А

Мобильный телефон в режиме работы – 0,53 А

Телевизор – 1 А

Стиральная машина – 2 А

Электрический утюг – 3 А

Электродоильная установка – 10 А

Двигатель троллейбуса – 160–220 А

Молния – более 1000 А

Кроме того, рассмотрим эффекты действия тока, которые он оказывает на организм человека, в зависимости от силы тока (в таблице приведена сила тока при частоте 50 Гц и эффект действия тока на человеческий организм).

0–0,5 мА        Отсутствует

0,5–2 мА        Потеря чувствительности

2–10 мА         Боль, мышечные сокращения

10–20 мА       Растущее воздействие на мышцы, некоторые повреждения

16 мА             Ток, выше которого человек уже не может освободиться от электродов

20–100 мА     Дыхательный паралич

100 мА – 3 А Смертельные желудочковые фибрилляции (необходима срочная реанимация)

Более 3 А       Остановка сердца, тяжелые ожоги (если шок был кратким, то сердце можно реанимировать)

Вместе с тем большинство приборов рассчитано на значительно большее значение силы тока, поэтому при работе с ними очень важно соблюдать некоторые правила. Остановимся на главных моментах, которые нужно помнить всем, кто имеет дело с электричеством.

Нельзя:

1) Прикасаться к обнаженному проводу, особенно стоя на земле, сыром полу и т.п.

2) Пользоваться неисправными электротехническими устройствами.

Собирать, исправлять, разбирать электротехнические устройства, не отсоединив их от источника тока.

Для измерения силы тока используется прибор – амперметр. Он обозначается буквой А в кружочке при схематическом изображении в электрической цепи. Как и любой прибор, амперметр не должен влиять на значение измеряемой величины, поэтому он сконструирован таким образом, чтобы практически не менять значение силы тока в цепи.

Правила, которые необходимо соблюдать при измерении силы тока амперметром

1) Амперметр включают в цепь последовательно с тем проводником, в котором необходимо измерять силу тока (см. рис. 4).

2) Клемму амперметра, возле которой стоит знак +, нужно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока; клемму со знаком минус – с проводом, идущим от отрицательного  полюса источника тока (см. рис. 5).

3) Нельзя подключать амперметр к цепи, где отсутствует потребитель тока (см. рис. 6).

Рис. 4. Последовательное соединение амперметра

Рис. 5. Правильно соединена клемма +

Рис. 6. Неверно подключенный амперметр

Давайте посмотрим на работу амперметра вживую. Перед нами электрическая цепь, которая состоит из источника тока, амперметра, который соединен последовательно, и лампочки, которая также соединена последовательно (см. рис. 7).

Рис. 7. Электрическая цепь

Если сейчас включим источник тока, то сможем пронаблюдать, какая сила в цепи с помощью амперметра. Вначале он указывает 0 (то есть тока в цепи нет), а теперь видим, что сила тока стала почти 0,2 А (см. рис. 8).

Рис. 8. Протекание тока в цепи

Если мы изменим ток в цепи, увидим, что сила тока увеличится (станет примерно 0,26 А), и при этом лампочка загорится ярче (см. рис .9), то есть, чем больше сила тока в цепи, тем ярче лампочка горит.

Рис. 9. Сила тока в цепи больше – лампочка горит ярче

Виды амперметров

Распространение получили амперметры электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные.

В электромагнитных амперметрах (см. рис. 10) измеряемый ток, проходя по катушке, втягивает внутрь ее сердечник из мягкого железа с силой, возрастающей с увеличением силы тока; при этом насаженная на одной оси с сердечником стрелка поворачивается и по градуированной шкале указывает силу тока в амперах.

Рис. 10. Электромагнитный амперметр

В тепловых амперметрах (см. рис. 11) измеряемый ток пропускается по натянутой металлической нити, которая вследствие нагревания током удлиняется и провисает, поворачивая при этом стрелку, указывающую на шкале силу тока.

Рис. 11. Тепловой амперметр

В магнитоэлектрическом амперметре (см. рис. 12) под влиянием взаимодействия измеряемого тока, пропускаемого по проволоке, намотанной на легкую алюминиевую рамку, и магнитного поля постоянного подковообразного магнита рамка вместе с указательной стрелкой поворачивается на больший или меньший угол в зависимости от величины силы тока.

Рис. 12. Магнитоэлектрический амперметр

В электродинамических амперметрах (без железа) (см. рис. 13) измеряемый ток пропускается последовательно по обмотке неподвижной и подвижной катушек; последняя благодаря взаимодействию проходящего по ней тока с током в неподвижной катушке поворачивается вместе со стрелкой, указывающей силу тока.

Рис. 13. Электродинамический амперметр

В индукционных приборах (см. рис. 14) подвижный металлический диск или цилиндр подвергается воздействию бегущего или вращающегося поля, создаваемого неподвижными катушками, соединенными магнитной системой.

Рис. 14. Индукционный амперметр

Тепловые и электродинамические амперметры пригодны для измерения как постоянного, так и переменного токов, электромагнитные – для постоянного тока и индукционные – для переменного

Решение задач

Рассмотрим решение нескольких типовых задач по данной теме.

Задача 1

Сколько электронов каждую секунду проходит через поперечное сечение проводника, если по нему течёт ток 0,32 А?

Решение

Мы знаем не только силу тока I = 0,32 A, время t = 1 c, но и заряд одного электрона: .

Воспользуемся определением силы тока: , а заряд, который проходит за единицу времени по модулю, равен сумме модулей зарядов электронов, которые проходят через сечение за 1 с. Получаем . Откуда .

Проверяем единицы искомой величины: .

Ответ: .

Задача 2

Почему амперметр, который показывает силу тока, идущего через провод, которым аккумулятор автомобиля соединяется с бортовой электрической сетью, имеет на шкале и положительные, и отрицательные значения?

Решение

Дело в том, что в автомобильном аккумуляторе происходят два процесса: иногда он заряжается (см. рис. 15), то есть получает заряд (заряды движутся в одну сторону), а иногда – питает бортовую сеть, то есть отдаёт заряд (соответственно, заряды движутся в другую сторону) (см. рис. 16). В этих двух случаях сила тока будет отличаться знаком.

Рис. 15. Зарядка аккумулятора

Рис. 16. Разрядка аккумулятора

Задача 3

В проводнике в каждом кубическом сантиметре содержится  свободных электронов. С какой средней скоростью электроны упорядоченно двигаются по проводнику, если сила тока в нём 8 А? Площадь поперечного сечения проводника составляет 1 мм2.

Решение

Мы знаем силу тока I = 8 A, площадь сечения , заряд одного электрона , объём  и количество электронов в этом объёме . Найти необходимо скорость .

Рассмотрим кубический сантиметр проводника. В нём содержится известное количество свободных электронов. Что такое средняя скорость их движения? . Как определить расстояние?

Для начала воспользуемся определением силы тока: , а заряд, который проходит за единицу времени, по модулю равен сумме модулей зарядов электронов, которые проходят через сечение за время. Получаем . Откуда – количество электронов, которые прошли через сечение проводника за единицу времени. Из несложной пропорции определяем объём, который занимают эти электроны: , откуда .

Теперь найти расстояние, пройденное электронами, несложно: если весь этот объём прошёл через сечение, то длина пути каждого электрона равна: .

Получаем итоговую формулу: .

Проверяем единицы измерения: .

Ответ:

На следующем уроке мы поговорим о еще одной характеристике тока – напряжении. На этом наш урок окончен, спасибо за внимание!

Домашнее задание

  1. Что такое сила тока? В чем она измеряется в СИ?
  2. Как в цепь подключают амперметр?
  3. Какие виды амперметров вы знаете? Опишите принцип их работы.

Список рекомендованной литературы

  1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
  2. Перышкин А.В. Физика:  Учебник 8 класс. - Издательство: М.: 2013. – 240 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал Class-fizika.narod.ru (Источник).
  2. Интернет-портал Yaklass.ru (Источник).
Page 2

Вспомним основные понятия, связанные с электрическим током.

Определение. Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

За направление тока принято считать направление движения положительно заряженных частиц, т. е. ток течет от положительного полюса источника тока (плюс) к отрицательному (минус).

Действия электрического тока: тепловое, магнитное, химическое. Для характеристики действий электрического тока необходима величина, которая бы их описывала. На сегодняшнем занятии мы ее введем.

Для улучшения понимания процессов протекания электрического тока часто говорят о том, что это напоминает течение воды в трубе. При этом в роли зарядов выступает вода, а в роли проводника – труба. Для описания движения воды в таком случае используется величина, указывающая количество воды, протекающей через сечение трубы в единицу времени. Аналогичную величину используют и для описания протекания электрического тока, а именно величину, характеризующую протекание заряда в проводнике. Такую величину называют силой тока.

Определение. Сила тока – величина, показывающая электрический заряд, протекающий через поперечное сечение проводника, за единицу времени.

Обозначение силы тока: .

Единица измерения силы тока: А (ампер).

Обозначения:

 заряд, Кл;

 время, с.

Сила тока определяет действие электрического тока, и можно говорить, что чем значение силы тока больше, тем действие электрического тока более существенно. Простейшим примером такой зависимости действия электрического тока от величины силы тока может быть накал электрической лампочки. Если сила тока велика, то лампочка светит ярко, если невелика, то более тускло.

Формула для вычисления силы тока удобна тем, что позволяет выражать и вычислять количество заряда, который протекает за определенное время через сечение проводника при заданной силе тока.

Для введения единицы измерения величины силы тока используют магнитное взаимодействие, которое возникает между параллельными проводниками, по которым течет ток. Такой опыт впервые был проведен французским физиком Ампером (рис. 1), который получил название «Взаимодействие параллельных токов» (рис. 2). Согласно эксперименту, при протекании тока одинакового значения по двум параллельным проводам в одну сторону наблюдается их притяжение (рис. 2-а), при противоположном протекании наблюдается отталкивание (рис. 2-б), а при отсутствии тока в проводах никакого взаимодействия не наблюдается (рис. 2-в). Сила взаимодействия токов в проводах зависит в таком случае от многих факторов: длины проводов, расстояния между ними, величины тока и от среды, в которой они находятся.

Рис. 1. Андре-Мари Ампер (1775-1836) (Источник)

Рис. 2. Взаимодействие параллельных токов. (Источник)

В 1948 году на IX Генеральной конференции по мерам и весам было принято следующее определение одного ампера.

Определение. Ампер – это сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную .

Если говорить об используемых зачастую значениях силы тока в бытовых условиях, то величина в 1 А является достаточно большой и чаше используются ее уменьшенные значения: мА, мкА и т.п.

Следует отдельно отметить, что электрический ток является опасным для человека, и при работе с ним следует прибегать к мерам особой предосторожности (использование резиновых перчаток, сапог и т. д.) Сила тока величиной в 100 мА уже является крайне опасной для человека.

На следующем уроке мы поговорим о приборе для измерения силы тока в цепи – амперметре.

Список литературы

  1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Домашнее задание

  1. Стр. 87: вопросы № 1–6, упражнение № 14. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Вычислите силу тока в проводнике, по которому прошел заряд 24 Кл за 96 с.
  3. При протекании электрического тока через водный раствор кислоты выделяется водород. Какой электрический заряд проходит через раствор кислоты, если при силе тока 2 А процесс получения необходимого количества водорода длится 5 часов?
  4. Проведите с учителем опыт по взаимодействию параллельных токов. Составьте доклад на тему «Магнитное поле. Действие магнитного поля на проводник с током».

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Академик (Источник).
  2. Классная физика (Источник).
  3. YouTube (Источник).
Page 3

На данном уроке мы познакомимся с прибором для измерения такой характеристики электрического тока, как сила тока. Этот прибор называется амперметр. Мы узнаем, как амперметр включается в цепь, в каких единицах измеряется сила тока, какие бывают виды амперметров.

На этом уроке мы рассмотрим измерение силы тока.

На предыдущем уроке мы говорили о том, что главной характеристикой действия электрического тока является сила тока. Поскольку сила тока – это физическая величина, то она может быть измерена. Для того чтобы измерить силу тока, используется прибор, который называется амперметр.

Слово «амперметр» состоит из двух слов. Ампер – это единица измерения силы тока, названная в честь французского учёного Ампера, а «метрио» – измерять, поэтому само название прибора говорит о том, что это – измеритель силы тока.

В основу всех амперметров положено магнитное и электромагнитное действие электрического тока: когда по проводнику протекает электрический ток, вокруг проводника наблюдается магнитное и электромагнитное действие.

Первые измерения силы тока были произведены в начале XIX века. Сам измерительный прибор был крайне примитивным: брали магнитную стрелку (компас), возле него располагали проводник, по которому протекал электрический ток, и по отклонению магнитной стрелки судили о том, электрический ток какой величины протекает по проводнику. То есть, по углу отклонения стрелки компаса делали выводы о величине силы тока.

Конечно, на сегодняшний день все эти приборы претерпели серьёзные изменения. Существует очень много различных видов амперметров. Однако все эти разновидности объединяет общий принцип: весь электрический заряд, который протекает по проводнику, должен проходить через амперметр.

Рассмотрим, как обозначается амперметр на схемах. Перед этим вспомним, что сила тока обозначается буквой I. А единицей измерения силы тока является 1 Ампер. Как мы уже говорили, единица силы тока названа в честь французского учёного, который много сделал для исследования электрического тока и его действий (Рис. 1).

 

Рис. 1. Ампер (Источник)

Сам амперметр на схемах, т. е. на рисунках, которые изображают соединения частей электрической цепи, обозначают следующим образом: кружок, внутри которого написана буква А (Рис. 2).

 

Рис. 2. Обозначение амперметра

Рассмотрим теперь непосредственно сами амперметры: какие они бывают, из чего состоят, как устроены.

На рис. 3 представлены фотографии различных видов амперметров.

            

Рис. 3. Различные амперметры (Источник) (Источник) (Источник)

Амперметры могут быть различных размеров, конструктивных особенностей, однако есть ещё одна вещь, кроме принципа работы, которая их объединяет: амперметры всегда включаются в электрическую цепь последовательно. Говорят так: мы разрываем цепь, и в место разрыва включаем прибор.

Как отличить амперметр от других приборов?

Во-первых, на всех амперметрах мы видим букву А, которая подчёркивает, что этот прибор – амперметр. Кроме того, у всех амперметров есть шкала с делениями, а также зажимы (клеммы), к которым подключаются проводники. При этом одна из клемм всегда подписывается как «+» (чтобы именно она подключалась к положительному полюсу источника тока). Вторая клемма иногда обозначается «-» (в противном случае это подразумевается по умолчанию).

Все приборы, которые представлены на рис. 3, используются для измерения постоянного тока, т. е. того тока, который создают аккумуляторы и гальванические элементы. И на всех этих приборах есть знак, который говорит об этом: горизонтальная прямая линия. Если бы на приборе была изображена волнистая линия, то это означало бы, что этот прибор используется для измерения переменного тока.

Как мы уже говорили, в основе всех амперметров лежит магнитное действие электрического тока. На рис. 4. изображено устройство амперметра: стрелка прибора укреплена на очень легкой рамке. Эта рамка находится в магните, по которому протекает ток и создается магнитное поле. В этом магнитном поле и находится рамка. Она отклоняется в магнитном поле, и стрелка показывает по шкале различные значения силы тока.

Рис. 4. Устройство амперметра (Источник)

Если шкала прибора рассчитана на отрицательные и положительные значения, то с помощью такого амперметра можно измерять не только силу тока, но и его направление.

Теперь подробнее рассмотрим то, как амперметры включаются в электрическую цепь (Рис. 5).

Рис. 5. Включение амперметра в цепь

На рис. 5. изображены две схемы с гальваническими элементами. Короткой палочкой обозначается «-» (отрицательный полюс), а длинной – «+» (положительный полюс). Перечёркнутым кружочком обозначается лампочка накаливания, а ключ, который обозначен наклонной палочкой, в данной цепи замкнут. Кроме того, в цепь включён амперметр (кружочек с буквой А внутри).

Когда мы говорили о том, как включается амперметр, то упоминали, что положительный полюс амперметра (отмечен знаком «+») подключается к положительному полюсу источника тока.

Важен также тот факт, что амперметр можно располагать и так, как указано на левом рисунке, и так, как указано на правом. То есть, от того, что мы поменяли местами амперметр и лампу накаливания, показания амперметра не изменятся.

Дело в том, что, как мы уже говорили, амперметр включается в цепь таким образом, чтобы весь электрический заряд прошел через этот прибор. Соответственно, на любом участке цепи количество электрических зарядов, прошедших по проводнику, одинаково. Следовательно, можно говорить и о том, что амперметр показывает в обеих цепях одинаковое значение.

Краткие выводы урока: амперметр – прибор для измерения силы тока, который включается в цепь последовательно, т. е. в разрыв цепи. Амперметр показывает значение силы тока. Принцип действия любого амперметра основан на магнитном, электромагнитном действии электрического тока.

 В заключение хотелось бы уточнить ещё один немаловажный нюанс: использовать амперметр можно исключительно тогда, когда мы приблизительно знаем значение силы тока. Дело в том, что через амперметр проходит весь заряд, и если этот заряд будет слишком велик, то амперметр просто сгорит.

На следующем уроке мы познакомимся с такой характеристикой тока, как напряжение.

Список литературы

  1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Фестиваль педагогических идей «Открытый урок» (Источник).
  2. Физика для всех (Источник).

Домашнее задание

  1. П. 38, вопросы 1–3, стр. 89, упр. 15 (1–4), стр. 89–90. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Ученик утверждает, что амперметр, включённый в цепь перед лампочкой, покажет большую силу тока, чем включённый после неё. Прав ли ученик?
  3. Как определить максимальную силу тока, которую можно измерить с помощью данного амперметра?

interneturok.ru

Амперметр

Радиоэлектроника для начинающих

Если в каком-либо проводнике течет ток, то он характеризуется такой величиной, как «сила тока». Сила тока в свою очередь характеризуется количеством электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника за единицу времени. Но мы все учились в школе и знаем, что электронов в проводнике миллиарды миллиардов и считать количество электронов было бы бессмысленно.

Поэтому ученые вывернулись из этой ситуации и придумали единицу измерения силы тока и назвали ее «Ампер», в честь французского физика-математика Андре Мари Ампера. Что же собой представляет 1 Ампер? Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение провода проходит заряд, равный 1 Кулону. Или простым языком, все электроны в сумме должны давать заряд в 1 Кулон и они должны в течение одной секунды пройти через поперечное сечение проводника. Если учесть, что заряд одного электрона 1.6х10-19 , то можно узнать, сколько электронов в 1 Кулоне. А вот для того, чтобы измерять амперы, ученые придумали прибор и назвали его «амперметром».

Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. Любой амперметр рассчитан на измерение токов определенной величины. В электронике в основном оперируют микроАмперами (мкА), миллиАмперами (мА), а также Амперами (А). Следовательно, в зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) и микроамперметры (PA3).

На принципиальных схемах амперметр, как измерительный прибор обозначается вот так.

Какие бывают амперметры?

Первый тип амперметра – аналоговый. Их ещё называют стрелочными. Вот так они выглядят.

Такие амперметры имеют магнитоэлектрическую систему. Они состоят из катушки тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку, она стремится установиться по полю под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна току. В свою очередь повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой пропорционален углу закручивания. При равновесии эти моменты буду равны, и стрелка покажет значение, пропорциональное протекающему через нее току. Иногда, для того, чтобы увеличить предел измерения, параллельно амперметру ставят резистор определенной величины, рассчитанной заранее. Это так называемый шунтирующий резистор – шунт.

Про шунтирующее действие измерительных приборов уже подробно рассказывалось в статье про вольтметр. Там же затрагивалось такое понятие, как входное сопротивление прибора. Так вот, применительно к вольтметру, его входное сопротивление должно быть как можно больше. Это необходимо для того, чтобы прибор не влиял на работу схемы при проведении измерений и выдавал точные результаты.

Применительно к амперметру складывается обратная ситуация. Так как амперметр для проведения измерений включается в разрыв электрической цепи, то необходимо стремиться к тому, чтобы его внутреннее сопротивление протекающему току было минимальным. Грубо говоря, сопротивление между его измерительными щупами должно быт мало. В противном случае, для электрической цепи амперметр будет представлять резистор. А, как известно, чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток через него проходит. Таким образом, при включении амперметра в измерительную цепь, мы искусственно понижаем ток в этой цепи. Понятно, что в таком случае, показания амперметра будут некорректные. Но не стоит расстраиваться, так как измерительная техника разрабатывается с учётом всех этих особенностей.

Это лишь ещё один намёк на то, что при обращении с мультиметрами стоит внимательно относиться к выбору режима работы и правильному замеру тех или иных величин. Несоблюдение этих правил может привести к порче прибора.

Аналоговые амперметры до сих пор используются в современном мире. Их плюс таковы, что им не требуется независимое питание для выдачи результатов, так как они используют питание замеряемой цепи. Также они удобны при отображении информации. Думаю, лучше наблюдать за стрелкой, чем за цифрами. На некоторых амперметрах есть винтик корректировки для точного выставления стрелки прибора к нулю. Минусы – это большая инертность, то есть для стрелки прибора нужно какое-то время, чтобы она пришла в устойчивое состояние. Хоть этот недостаток в современных аналоговых приборах проявляется слабо, но он все-таки есть.

Второй тип амперметра – это цифровой амперметр. Он состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует силу тока в цифровые данные, который потом отображаются на ЖК-дисплее.

Цифровые амперметры лишены инертности, и выдача результатов измерений зависит от частоты процессора, который выдает результаты на дисплей. В дорогих цифровых амперметрах он может выдать до 1000 и более результатов в секунду. Также цифровые амперметры требуют меньше габаритов для установки, что немаловажно в современной аппаратуре. Минусы – это то, что для измерения им требуется собственный источник питания, который питает все внутренние узлы и микросхемы прибора. Есть, конечно, и такие цифровые амперметры, которые используют питание измеряемой цепи, но они все равно редко используются в виду своей дороговизны.

Амперметры делятся на амперметры для измерения силы тока постоянного напряжения и для измерения силы тока переменного напряжения. Но, допустим, у вас нет амперметра, чтобы измерить силу тока переменного напряжения. Что же тогда делать? Можно собрать очень простую схемку. Выглядит она вот так:

Но чтобы не собирать самостоятельно измерительную схему и доводить её до ума, купите себе мультиметр. В хорошем мультиметре есть функции измерения силы тока, как для постоянного, так и для переменного напряжения.

Схема для измерения силы тока выглядит вот так:

Это означает, что амперметр мы должны подключать последовательно нагрузке.

Для того чтобы правильно измерить силу тока, нам надо знать, какое напряжение вырабатывает источник питания: переменное или постоянное. Если будем замерять силу тока постоянного напряжения, то и амперметр нам нужен для измерения силы тока постоянного напряжения, а если для переменного, то и амперметр нужен соответствующий. В нашем случае нагрузкой может быть любой прибор или схема, которая потребляет ток. Это может быть лампочка, сотовый телефон или даже компьютер.

Измерение силы тока с помощью амперметра.

Давайте рассмотрим на практике, как замерять силу тока с помощью цифрового мультиметра DT-9202A.

В красном кружочке у нас буковка «А~» означает, что ставя переключатель на этот участок, мы сможем замерить силу тока переменного напряжения, а ставя переключатель на секцию со значком «А=» (в синем кружке), мы сможем замерять силу тока постоянного напряжения.

Чтобы измерить силу тока до 200 мА (200m) как переменного, так и постоянного напряжения, нужно поставить щупы такого мультиметра в определенные клеммы:

Если же мы будем измерять силу тока более чем в 5 Ампер, то я рекомендую вам переставить щуп в другую клемму:

Если даже примерно не знаете, сколько должно потреблять ваше устройство или нагрузка, то всегда ставьте щуп и переключатель на самый большой предел измерения. Тем самым вы сохраните своему прибору жизнь.

На фото снизу я измеряю силу тока, которая кушает лампочка на 12 Вольт. С трансформатора я снимаю переменное напряжение 10 Вольт. Как мы видим, сила тока, потребляемая лампочкой - 1.14 Ампер. Обратите особое внимание, что переключатель мультиметра поставлен на измерение силы тока переменного напряжения (А~).

А вот так мы замеряем постоянный ток, который потребляет автомобильная сирена. Орет она так, что даже уши закладывает .

Обратите также внимание, так как у нас аккумулятор постоянного напряжения 12 Вольт, то и переключатель режимов мультиметра мы поставили на измерение постоянного тока.

А вот столько у нас кушает лампочка: 1.93 Ампера. Здесь замеряется постоянный ток, который потребляется лампой накаливания от аккумулятора.

Меры предосторожности:

  • Никогда не подключайте амперметр в розетку без всякой нагрузки! Тем самым вы просто-напросто спалите прибор. Как уже говорилось, амперметр обладает малым входным сопротивлением.

  • При измерении силы тока не касайтесь голых проводов, а также оголённых частей измерительных щупов. Это исключит электрический удар током. Будьте внимательны со схемой подключения амперметра.

Если Вы хотите узнать больше про измерения электрических величин, то загляните на сайт Практическая электроника. Там вы найдёте много познавательной информации по электронике.

Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

  • Зачем нужен омметр.

  • Как проверить транзистор мультиметром?

go-radio.ru


Смотрите также