Почему амперметр: Почему амперметр включается последовательно, а вольтметр параллельно?

Сила тока. Единицы силы тока. Амперметр 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Введение

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.

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.

Единицы силы тока

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.

Амперметр

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).

Рис. 4. Последовательное соединение амперметра

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).

Рис. 5. Правильно соединена клемма +

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

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.

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!

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)

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.

Амперметр. Назначение, виды и схема подключения

Многие знают, что в электрической розетке помимо напряжения есть еще и ток, который опасен для человеческой жизни. Но как его померять? Насколько сложно это сделать? Для измерения тока существует специальный прибор, который называется амперметр.

Итак, амперметр — это электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения тока в электрической цепи. Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц (электронов), измеряется он в Амперах и, соответственно, прибор который его измеряет носит название амперметр.

У идеального амперметра внутренне сопротивление равно нулю. Ну, где вы видели в нашем мире что-то идеальное? Поэтому и у реального амперметра внутреннее сопротивление хоть и минимально, но все же не равно нулю. Как и вольтметр, амперметр также может иметь диапазон измерения (например, 1, 2, 3, 5, 10 А), который зависит от внутреннего сопротивления электроизмерительного прибора. Как правило, добавочное сопротивление уже установлено в корпусе устройства и переключается с помощью специального переключателя.

Обозначение амперметра в электрической цепи

На электрических схемах амперметр представляют в виде круга с клеммами и буквой А в центре:

Почему амперметр всегда подключается последовательно?

Амперметр ВСЕГДА подключается в измеряемую электрическую цепь последовательно. Все «направленно движущиеся» электроны проходят через измерительный прибор. А как же потери мощности, спросите вы? Да, в этом случае это неизбежно, но следует помнить, что амперметр имеет минимальное внутреннее сопротивление, соответственно потери мощности в нем будут незначительны.

Сопротивление амперметра должно быть минимальным по двум причинам:

• Весь измеряемый ток проходит через амперметр.
• Амперметр должен оказывать минимальное влияние на электрическую цепь в которую он подключен.

Типы амперметров

Классификация амперметра зависит от их конструкции и рода тока, протекающего через него. Ниже приведены типы электроизмерительных
приборов относительно конструкции.

1. Амперметр магнитоэлектрической системы с постоянным магнитом.
2. Электромагнитный амперметр.
3. Электродинамический амперметр.
4. Амперметр с выпрямительным мостом.

По роду тока амперметры делятся на:

• Амперметры постоянного тока;
• Амперметры переменного тока;

Магнитоэлектрический амперметр подвижной катушкой с постоянными магнитами (PMMC)

Магнитоэлектрический принцип лежит в основе работы такого устройства. Если совсем коротко — то суть его работы заключается в следующем: катушка измерительного прибора помещается в постоянное магнитное поле. При протекании через катушку тока будем создан вращающий момент, который и повернет стрелку прибора.

Электродинамический амперметр

Он используется для измерения как переменного, так и постоянного тока. Точность прибора достаточно высокая по сравнению с магнитоэлектрическим измерительным прибором. Калибровка прибора одинакова как для переменного, так и для постоянного тока, то есть если амперметр был откалиброван под постоянный ток, то его можно использовать для измерения переменного тока без повторной калибровки.

Амперметр детекторной системы (с выпрямительным мостом)

Используется для измерения переменного тока. Приборы используют выпрямительный мост, который преобразует переменный ток в постоянный, который измеряется с помощью магнитоэлектрического амперметра. Такой тип прибора используется для измерения тока в цепях управления и при использовании трансформаторов тока.

Измерительный шунт

Слишком большие токи, которые могут протекать в мощных силовых цепях, выведут измерительный прибой из строя при прямом подключении. Чтобы избежать этого используют измерительный шунт.

Шунт имеет очень малое активное сопротивление, что оказывает минимальное влияние на измеряемую цепь. Параллельно к нему подключается амперметр, который уже и проводит измерение тока.

Влияние температуры на измерение тока

Амперметр — чувствительное устройство, на которое существенно влияет температура окружающей среды. Изменение температуры вызывает ошибку в показаниях. Вы можете использовать добавочное сопротивление (балластное сопротивление). Сопротивление с нулевым температурным коэффициентом называют добавочным сопротивлением (swamping resistance). Оно подключается последовательно с катушкой электроизмерительного прибора. Балластное сопротивление уменьшает влияние температуры на показания прибора.

Амперметр имеет встроенный предохранитель, который защищает его от скачков тока (неправильное подключение). Если через амперметр протекает значительный ток, предохранитель перегорит, тем самым разорвав электрическую цепь и сохранив измерительную систему прибора. Соответственно прибор нельзя будет использовать, пока не будет заменена плавкая вставка.

Почему амперметр подключен последовательно, а вольтметр параллельно

Привет, ребята, добро пожаловать обратно в мой блог. В этой статье я расскажу, почему амперметр подключен последовательно и почему вольтметр подключен параллельно, я также расскажу, что произойдет, если мы подключим амперметр параллельно, что произойдет, если мы подключим вольтметр последовательно.

Все постараюсь объяснить доступно. Если вам нужна статья на другие темы, прокомментируйте нас ниже в разделе комментариев. Вы также можете поймать меня в Instagram — нажмите здесь.

Читайте также — Основные вопросы и ответы по электротехнике.

Что такое амперметр и вольтметр?

В настоящее время амперметры и вольтметры используются во многих местах, таких как промышленность, станции, колледжи и т. д. Амперметр и вольтметр являются измерительными приборами, они используются для измерения параметров. Функцией амперметра является измерение тока, протекающего в цепи, а функцией вольтметра — измерение напряжения между нагрузкой или источником и т. д.

Почему амперметр подключают последовательно?

Амперметр используется для измерения тока, протекающего по цепи, поэтому для получения точного результата ток должен протекать внутри амперметра правильно. А амперметр имеет низкое сопротивление, поэтому его подключают последовательно. И еще одно, мы используем амперметр для измерения тока, протекающего через нагрузку, поэтому амперметр должен быть подключен последовательно между источником и нагрузкой.

Что произойдет, если амперметр подключить параллельно?

Если мы подключим амперметр параллельно, то через амперметр будет течь ток, потому что ток выбирает ванну с малым сопротивлением по закону Ома. Весь ток начинает течь через амперметр, а амперметр не дает должных результатов. И максимальный ток, протекающий через амперметр, приводит к перегоранию предохранителя, иначе амперметр может быть поврежден.

Почему вольтметр подключен параллельно?

Вольтметр используется для измерения разности потенциалов между нагрузкой или источником, поэтому он подключен параллельно. Мы можем измерить напряжение только тогда, когда вольтметр подключен параллельно. Вольтметр имеет большое сопротивление, поэтому он подключен параллельно. Используя вольтметр, мы измеряем разность потенциалов, а не ток.

Что произойдет, если вольтемпер соединить последовательно?

Если вольтметр подключен последовательно, то он заблокирует ток, протекающий по цепи, потому что вольтметр имеет высокое сопротивление, чем больше сопротивление, тем меньше ток. Таким образом, если мы подключим напряжение последовательно, нагрузка не получит никакого тока.

Ребята, теперь вы узнали, почему амперметр подключен последовательно, а вольтметр параллельно. Если у вас есть какие-либо сомнения, прокомментируйте нас ниже в разделе комментариев. Чтобы узнать больше интересных статей, регулярно заходите на наш сайт, я вас всех не разочарую. Скоро много интересных тем публикую.

Надеюсь, эта статья поможет вам всем. Спасибо за чтение.

Теги: Почему амперметр подключается последовательно, а вольтметр параллельно, Что происходит, если вольтметр подключается последовательно, Почему вольтметр подключается параллельно, Что происходит, если амперметр подключается параллельно, Почему амперметр подключается последовательно, Что такое Амперметр и вольтметр.

Также читайте:

• 15 основных автомобильных стандартов для обеспечения безопасности и производительности
• Электромобили против автомобилей на водороде? Что лучше купить?
• 15 лучших технологий кибербезопасности, технология кибербезопасности
• Что такое VCU (блок управления транспортным средством), назначение, работа, недостатки
• Что такое TPT (общее время обработки) в MATLAB Simulink, цель

Амперметр всегда включается в цепь последовательно, потому что A. его сопротивление очень высокое B.

его сопротивление очень низкое C. он не потребляет ток из цепи D. его сопротивление бесконечность

Дата последнего обновления: 03 января 2023

•

Всего просмотров: 187.2k

•

Просмотров сегодня: 18.70k

Ответ

Проверено

187.2k+ просмотров Электрические токи измеряются в амперах; поэтому прибор, используемый для измерения электрического тока в амперах, называется амперметром. Мы изучим конструкцию и работу амперметра, чтобы найти причину, по которой он всегда подключается последовательно в цепи.

Полный пошаговый ответ:
Счетчик связан с системой измерения. Метр – это прибор, который может измерять определенную величину. Как мы знаем, единицей электрического тока является Ампер, Амперметр означает Амперметр, который измеряет значение ампера. Ампер — это единица силы тока, поэтому амперметр — это измеритель или прибор, который измеряет электрический ток в цепи.
Амперметр — это прибор для измерения постоянного или переменного электрического тока, проходящего по цепи, в амперах. Амперметр имеет возможность измерять широкий диапазон значений тока, потому что при высоких значениях электрического тока только небольшая часть тока проходит через механизм счетчика, так как шунт, включенный параллельно счетчику, несет большую часть этого тока. .

Принцип работы амперметра:
Основной принцип работы амперметра заключается в том, что он должен иметь очень низкое сопротивление, а также индуктивное сопротивление. Он имеет очень низкий импеданс, чтобы иметь очень низкое падение напряжения на себе при использовании в цепи, и должен быть подключен последовательно, потому что ток в последовательной цепи остается одинаковым.
Кроме того, из-за очень низкого импеданса потери мощности через амперметр будут низкими, и если он подключен параллельно, он станет короткозамкнутым путем, и весь ток будет протекать через амперметр, и в результате большой силы тока прибор может наносить ущерб. Поэтому по этой причине амперметр должен быть включен в цепь последовательно.