"Физика", Кабардин О.Ф.
Силу тока и напряжение в электрической цепи измеряют приборами: амперметром и вольтметром. Амперметр включают последовательно с участком, чтобы через него проходил тот же ток, что и через этот участок. Вольтметр подключают параллельно, чтобы сравнить электрические потенциалы на концах участка. Для верного результата нужно учитывать единицы измерения, предел и цену деления прибора, а также соблюдать полярность.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сила тока I — физическая величина, показывающая, какой электрический заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Её измеряют в амперах (А). Чем больше заряд проходит за одинаковое время, тем больше сила тока; это помогает сравнивать токи в разных цепях.
Электрическое напряжение U характеризует работу электрического поля по перемещению единичного заряда. Единица напряжения — вольт (В). Напряжение показывает, сколько энергии поле передаёт каждому единичному заряду на участке цепи, поэтому его измеряют между двумя точками.
Амперметр — прибор для измерения силы тока. На электрической схеме его обозначают кружком с буквой А внутри. Прибор включают последовательно с тем участком цепи, в котором измеряют ток, чтобы заряд проходил через амперметр и участок по одному пути.
Вольтметр — прибор для измерения напряжения, его условное обозначение — кружок с буквой V внутри. Его подключают параллельно участку, соединяя провода с двумя концами этого участка. Так вольтметр измеряет разность потенциалов именно между нужными точками.
Амперметр включают последовательно, потому что сила тока показывает, сколько заряда проходит через поперечное сечение проводника за время. При последовательном соединении весь ток участка проходит и через прибор, поэтому его показание соответствует току в этом участке. При параллельном соединении ток разделился бы между ветвями, и измерение перестало бы показывать ток участка целиком.
Вольтметр подключают параллельно, потому что напряжение измеряют между двумя точками. При таком соединении его контакты оказываются на тех же концах, что и измеряемый участок, и прибор сравнивает потенциалы именно этих точек. Если включить вольтметр последовательно, он не будет измерять напряжение на нужном участке, а его большое сопротивление сильно изменит работу цепи.
Сопротивление амперметра должно быть очень малым: тогда прибор почти не препятствует движению зарядов и почти не меняет ток, который требуется измерить. Сопротивление вольтметра, напротив, должно быть очень большим. Тогда через параллельную ветвь с вольтметром проходит мало тока и прибор почти не влияет на измеряемое напряжение.
У стрелочного прибора цена деления показывает, чему соответствует промежуток между соседними штрихами шкалы. Чтобы её найти, вычитают меньшее подписанное значение из большего и делят разность на число промежутков между этими отметками. Предел измерения — наибольшее значение, которое можно отсчитать на выбранной шкале; показание находят, умножая цену деления на число делений от нуля до стрелки.
Перед измерением выбирают предел, достаточный для ожидаемого значения: при неизвестной величине начинают с наибольшего, чтобы не перегрузить прибор. Если стрелка отклоняется слабо, можно выбрать меньший предел и получить более точное показание. У приборов постоянного тока соблюдают полярность, иначе стрелка может уйти в обратную сторону; амперметр нельзя подключать параллельно источнику, потому что его малое сопротивление может вызвать короткое замыкание.
Таблица помогает быстро сопоставить, что измеряют, каким прибором и как его включают. В строке про цену деления и предел измерения указаны не отдельная физическая величина и прибор, а характеристики шкалы, нужные для правильного считывания показаний. Перед работой с конкретным прибором проверьте его шкалу и обозначения.
| Измеряемая величина | Обозначение | Прибор | Единица измерения | Способ подключения | Особенность прибора |
|---|---|---|---|---|---|
| Сила тока | I | Амперметр | Ампер (А) | Последовательно с участком | Очень малое сопротивление |
| Напряжение | U | Вольтметр | Вольт (В) | Параллельно участку | Очень большое сопротивление |
| Цена деления и предел измерения | — | Шкала измерительного прибора | В единицах измеряемой величины | Определяют по шкале до измерения | Предел — максимум шкалы; цена деления — значение промежутка |
Задача 1. Нужно измерить силу тока в лампе и напряжение на её выводах. Требуется определить, где поставить амперметр и вольтметр. Сначала рассмотрим, каким образом каждый прибор должен взаимодействовать с измеряемой величиной.
Ответ: амперметр включают последовательно с лампой, вольтметр — параллельно ей.
Задача 2. Предел измерения амперметра равен 3 А, а шкала содержит 30 делений. Стрелка отклонилась на 18 делений от нуля. Найдём цену деления, а затем показание прибора. Считаем, что шкала равномерная и нулевой штрих соответствует 0 А.
Ответ: цена деления равна 0,1 А, показание амперметра — 1,8 А.
Задача 3. Амперметр показывает 0,4 А, а вольтметр — 6 В. Напряжение источника увеличили в два раза, сопротивление лампы считают постоянным. Нужно определить новые показания приборов. При неизменном сопротивлении сила тока прямо пропорциональна напряжению: если напряжение увеличилось вдвое, ток тоже возрастает вдвое.
Ответ: вольтметр покажет 12 В, амперметр — 0,8 А.
Амперметр иногда подключают параллельно источнику или участку, путая его с вольтметром. Из-за малого сопротивления амперметра ток в такой ветви может резко возрасти, вызвав короткое замыкание. Перед включением проследите путь тока: через амперметр он должен проходить последовательно с потребителем.
Вольтметр могут включить последовательно, считая, что оба измерительных прибора соединяются одинаково. Но его большое сопротивление мешает току в цепи, поэтому цепь работает неправильно и нужное напряжение не измеряется. Проверьте себя: провода вольтметра должны идти к двум концам участка, как отдельная параллельная ветвь.
При определении цены деления иногда считают только подписанные штрихи. Между ними могут находиться промежуточные штрихи, поэтому такой подсчёт даёт неверный результат. Найдите число именно промежутков между подписанными отметками и разделите разность их значений на это число.
Предел измерения принимают за показание или начинают работу с малого предела. Предел — это максимум шкалы, а показание зависит от положения стрелки; слишком малый предел может перегрузить прибор. Сначала осмотрите шкалу и выберите наибольший предел, затем при необходимости перейдите к меньшему.
Для измерения электрических величин нужно знать элементы цепи, их условные обозначения и различать последовательное и параллельное соединения. Также пригодятся понятия электрического заряда и тока, а ещё умение пользоваться единицами физических величин. Эти знания помогают правильно собрать цепь и прочитать показания прибора.
Дальше измерения силы тока и напряжения будут нужны при изучении закона Ома и электрического сопротивления. С помощью показаний приборов можно проверять зависимость между величинами и рассчитывать параметры электрической цепи. Поэтому важно не только получить число, но и подключить прибор так, чтобы измерение не изменяло работу цепи.
Почему амперметр нельзя подключать параллельно источнику?
У амперметра очень маленькое сопротивление, поэтому при параллельном подключении к источнику ток может стать слишком большим. Это приведёт к короткому замыканию и может повредить прибор или источник.
Почему вольтметр подключают именно параллельно?
Напряжение показывает разность электрических потенциалов между двумя точками, поэтому вольтметр соединяют с обоими концами нужного участка. Такое подключение позволяет измерить напряжение на участке, почти не изменяя ток в цепи.
Как определить цену деления шкалы прибора?
Нужно взять значения двух соседних подписанных штрихов, найти их разность и разделить её на число промежутков между ними. Получившееся значение показывает, сколько единиц приходится на одно деление.
Что произойдёт, если перепутать полярность при подключении прибора?
У стрелочного прибора стрелка может отклониться в сторону от нуля, противоположную рабочей. Следует отключить прибор и поменять местами провода, соблюдая обозначения «+» и «−».
Как выбрать предел измерения, если значение величины заранее неизвестно?
Сначала выбирают наибольший предел, чтобы не перегрузить прибор. Если стрелка отклоняется мало, измерение повторяют на меньшем пределе: так показание получится точнее.
§ 9. Измерение электрических величин
