Лабораторная работа № 6 Сборка электрической цепи и измерение силы тока на различных её участках

Определения и обозначения

Электрическая цепь — замкнутый путь из источника тока, потребителей и соединительных проводов. Чтобы возник и продолжался ток, путь должен быть непрерывным: при разрыве заряды не могут пройти по всей цепи. Ключ позволяет замыкать и размыкать её.

Сила тока — физическая величина, характеризующая электрический ток; её обозначают I и измеряют в амперах (А). Она показывает, насколько интенсивно движутся заряды через участок цепи. Это измерение позволяет сравнивать ток в разных местах цепи.

Амперметр — прибор для измерения силы тока. На его шкале или корпусе указывают единицу измерения и предел, то есть наибольшее значение, которое можно измерить в выбранном режиме. Предел нужно учитывать, чтобы не перегрузить прибор и правильно прочитать показание.

Последовательное соединение — соединение элементов друг за другом без разветвлений. На схеме такой участок выглядит как одна линия пути: от одного элемента к следующему можно пройти, не выбирая между ответвлениями. Это помогает определить места, где следует измерить ток для сравнения.

Как это устроено

Для работы подготовьте источник тока, лампу, ключ, соединительные провода и амперметр. Источник создаёт условия для движения зарядов, лампа служит потребителем энергии, а ключ управляет замыканием цепи. Провода соединяют элементы, а амперметр нужен, чтобы измерить силу тока.

Сначала оставьте ключ разомкнутым, затем соедините элементы проводами по схеме. Проверьте, что соединения надёжны и образуют непрерывный контур, который замкнётся при включении ключа. Начинать с разомкнутой цепи безопаснее: пока вы устанавливаете провода, ток не проходит.

Чтобы измерить ток на выбранном участке, амперметр включают последовательно: разрывают цепь и вставляют прибор в разрыв. Тогда через амперметр проходит тот же ток, что и через этот участок. Параллельное подключение неверно: малое внутреннее сопротивление прибора может вызвать слишком большой ток и короткое замыкание.

Соблюдайте полярность прибора: его клемму «+» соединяйте со стороной цепи, имеющей более высокий потенциал. Если поменять провода местами, у аналогового амперметра стрелка отклонится в обратную сторону. Перед измерением выберите подходящий предел, начиная с наибольшего, чтобы не перегрузить прибор.

Разомкните ключ, включите амперметр в нужный участок, затем замкните ключ и снимите показание. После измерения снова разомкните ключ и перенесите прибор в другое место цепи. Так по очереди проверьте участок до лампы, после неё и между источником и ключом.

Сравните результаты измерений: в последовательной цепи нет разветвлений, поэтому заряды не могут накапливаться в одном месте, и за одинаковое время через любой участок проходит одинаковый заряд. Значит, сила тока на всех участках должна быть одинаковой. На практике показания могут немного отличаться из-за погрешности прибора и отсчёта.

Измерение силы тока на участках последовательной цепи

Запишите в таблицу показание амперметра для каждого места цепи. В последнем столбце сравните значения: близкие результаты согласуются с закономерностью для последовательного соединения. Если есть небольшие расхождения, учитывайте погрешность измерений.

Разбор задач

Задача 1. Нужно изобразить цепь из источника, ключа и лампы и показать, как измерить ток через лампу. Требуется определить, каким способом включить амперметр, чтобы через него проходил тот же ток, что и через лампу.

1. Расположите источник, ключ и лампу на одном пути без ответвлений.
2. Разомкните цепь в любом месте этого пути, например рядом с лампой.
3. Вставьте амперметр в разрыв, чтобы он оказался последовательно с лампой, и соедините клеммы с соблюдением полярности.

Ответ: амперметр включают в разрыв последовательной цепи, а не параллельно лампе. До измерения ключ оставляют разомкнутым, а затем замыкают его.

Задача 2. Предел амперметра равен 3 А, шкала содержит 30 делений, стрелка показывает 18 делений. Нужно узнать силу тока. Сначала выясним, какое значение соответствует одному делению, а затем пересчитаем отсчёт стрелки.

1. Найдите цену деления: 3 А ÷ 30 = 0,1 А.
2. Умножьте цену деления на число делений: 0,1 А × 18 = 1,8 А.

Ответ: сила тока равна 1,8 А. Такой способ применяют, когда известны предел шкалы и число её делений.

Задача 3. До лампы измерили 0,24 А, после лампы — 0,23 А, между источником и ключом — 0,24 А. Нужно решить, подтверждают ли результаты равенство силы тока на участках последовательной цепи. Сравнивать показания следует не только по последней цифре, но и с учётом точности измерения.

1. Сопоставьте значения: два показания равны, третье меньше на 0,01 А.
2. Учтите, что такое небольшое расхождение может быть связано с погрешностью прибора или отсчёта.
3. Сделайте вывод по всем результатам: они близки и согласуются с равенством силы тока в последовательной цепи.

Ответ: измерения подтверждают, что сила тока на участках одинакова в пределах погрешности. Небольшую разницу между 0,23 А и 0,24 А нельзя считать доказательством различия тока.

Типичные ошибки

Амперметр подключают параллельно потребителю, потому что путают его включение с измерением напряжения. Из-за малого внутреннего сопротивления прибора это может привести к короткому замыканию. Проверьте себя: для измерения тока амперметр должен находиться в разрыве цепи, на пути тока через потребитель.

Полярность клемм иногда не учитывают при подключении аналогового прибора. Тогда стрелка отклоняется в неверную сторону, и показание нельзя снять обычным способом. Разомкните ключ, поменяйте провода местами и проверьте, что клемма «+» подключена к стороне более высокого потенциала.

Начинают измерение с малого предела или выбирают предел ниже ожидаемого тока, желая получить более точный отсчёт. Это может перегрузить амперметр. Перед включением проверьте диапазон измерений и сначала выбирайте наибольший предел, затем при необходимости переходите к меньшему.

Ожидают, что все показания совпадут абсолютно точно. Такое ожидание не учитывает точность прибора и ошибку считывания шкалы. Сравните разницу между результатами с возможной погрешностью: небольшое расхождение не отменяет закономерность последовательной цепи.

Связь с другими темами

Для выполнения работы нужно знать условные обозначения элементов электрической цепи, уметь читать простые схемы и понимать, почему ток возникает только в замкнутой цепи. Эти знания помогают правильно собрать приборы и выбрать места измерений. Полученное умение измерять силу тока пригодится при изучении напряжения и электрического сопротивления.

Далее измерения будут нужны для изучения закона Ома для участка цепи. Он связывает силу тока, напряжение и сопротивление, поэтому важно научиться пользоваться амперметром до перехода к этим величинам. Аккуратные измерения помогают проверять, как физическая закономерность проявляется в опыте.

Что запомнить

• Силу тока обозначают I и измеряют в амперах.
• Амперметр включают последовательно с участком, в котором измеряют ток.
• Перед измерением проверяют предел прибора и полярность его подключения.
• Цепь собирают при разомкнутом ключе.
• В последовательной цепи сила тока одинакова на всех участках.
• Различающиеся показания оценивают с учётом погрешности измерений.