Сила тока. Амперметр

Сила тока

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. В металлах это свободные электроны. Чтобы оценить, «сильный» ток в цепи или «слабый», вводят величину силу тока. Она показывает, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Обозначают силу тока буквой I.

I = q / t

Здесь q — заряд, прошедший через сечение (в кулонах), t — время (в секундах). Из этой формулы можно выразить заряд: q = I · t, а также время: t = q / I. Чем больше заряд переносится за то же время, тем больше сила тока.

Единица силы тока

Единицу силы тока называют ампер (А) в честь французского учёного Андре Ампера. Если за 1 с через сечение проходит заряд 1 Кл, то сила тока равна 1 А. Ампер — одна из основных единиц измерения в физике. На практике пользуются и дольными, и кратными единицами:

Амперметр

Силу тока измеряют специальным прибором — амперметром. На его шкале стоит буква A, а на схемах его обозначают кружком с этой буквой. Чтобы измерить ток в участке цепи, амперметр включают последовательно с этим участком, то есть так, чтобы весь измеряемый ток проходил через прибор. Сам амперметр изготавливают с очень малым сопротивлением, чтобы он почти не влиял на ток в цепи.

Правила включения амперметра:
1. Включать только последовательно с тем участком, где измеряют ток.
2. Зажим со знаком «+» соединять с проводом, идущим от плюса источника.
3. Нельзя подключать амперметр прямо к источнику без нагрузки — через прибор пойдёт слишком большой ток, и он сгорит.

Разбор примера

Через лампу карманного фонарика за 2 с прошёл заряд 4 Кл. Найдём силу тока:

I = q / t = 4 / 2 = 2 А

А сколько заряда пройдёт через эту лампу за 1 минуту? Переведём минуту в секунды и используем формулу q = I · t:

q = I · t = 2 · 60 = 120 Кл

В металлах ток создаётся движением свободных электронов. Интересно, что за условное (принятое) направление тока в физике берут направление, противоположное движению электронов: считают, что ток течёт от плюса источника к минусу. Это историческая договорённость, появившаяся раньше, чем узнали о существовании электронов.

Частые ошибки. Амперметр нельзя включать параллельно участку цепи — из-за его очень малого сопротивления через прибор пойдёт огромный ток, и он выйдет из строя. Параллельно включают только вольтметр. Также нельзя путать заряд q и силу тока I: это разные величины с разными единицами.

Мультиметр: измеряем ток в учебной цепи

Мультиметр меняет свою схему подключения в зависимости от режима. В режиме напряжения его подключают параллельно, а в режиме тока — последовательно. Для первой практики используйте только учебный источник малого напряжения и резистор под руководством учителя. Порядок гнёзд, допустимый ток и время измерения проверяют по инструкции именно к своему прибору.

1. Отключите питание цепи. Прикиньте ожидаемый ток: для 3 В и 100 Ом I ≈ 0,030 А = 30 мА.
2. Выберите измерение постоянного тока DC. Подключите чёрный щуп в COM, красный — в разрешённое инструкцией токовое гнездо с подходящим пределом и предохранителем.
3. Если величина неизвестна, начните с допустимого высокого диапазона; не превышайте предельный ток ни гнезда, ни прибора.
4. Разорвите учебную цепь и вставьте прибор в разрыв. Учитель проверяет схему до подачи питания.
5. Включите источник, снимите показание. Затем снова обесточьте цепь перед перестановкой щупов или диапазона, если это требует инструкция.
6. После работы выключите прибор и верните щуп в положение для обычного измерения напряжения по инструкции, чтобы случайно не подключить токовый вход параллельно источнику.

Как читать число

Показание 28,5 на диапазоне мА означает 0,0285 А, а не 28,5 А. Отличие от расчётных 30 мА может объясняться реальным напряжением, допуском резистора и влиянием амперметра. Знак минус в режиме DC обычно показывает противоположное подключение относительно принятого направления; сначала обесточьте цепь и проверьте схему.

Нельзя вставлять щупы токового входа в розетку или подключать их прямо к полюсам источника без нагрузки. Малое сопротивление прибора создаёт короткое замыкание. Прибор с неподходящим или повреждённым предохранителем не используют.

Проверка: резистор и амперметр должны находиться в одном последовательном пути тока. По одному лишь напряжению источника выбрать режим и ожидаемое значение нельзя: нужно знать нагрузку и характеристики прибора.

Справочные материалы: Сила тока — исходная тема. Связанные уроки: Постоянный электрический ток и закон Ома для участка цепи, Механическая работа.

Кратко о главном

• Сила тока I = q / t показывает заряд, прошедший за единицу времени.
• Единица силы тока — ампер (А), одна из основных в физике.
• Силу тока измеряют амперметром.
• Амперметр включают в цепь последовательно, соблюдая полярность.
• Из формулы следует: q = I · t.