|
Как определить цену деления амперметра и вольтметра? Школьный вопрос.
Запомнила еще с 7 класса, когда нам объяснял физик. Теперь пользуюсь всегда, даже когда готовлю что-нибудь и нужно понять, какова цена деления, например, измерительного пластикового контейнера в мультиварке. Из большего значения вычитаю меньшее, а после делю на количество промежутков между «черточками».
Например, здесь. 120 мл минус 60 мл = 60 мл. Делим на три и получаем 20 мл. То есть цена одного деления равняется 20 мл. автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
Есть что-то общее между всеми измерительными приборами — это шкала, которая разбита делениями. Например обычные ручные часы, мы привыкли, что на циферблате показаны шестьдесят делений, каждое из которых равно одной минуте. Но что делать если на современных часах всего четыре деления? Пятнадцать, тридцать, сорок пять и шестьдесят. Чему тогда равно деление? Все очень, мы отнимаем от большего меньшее, например от 45 отнимем 15 и получим разность между делениями — 30. Теперь чтобы узнать цену деления мы должны эту разность поделить на 2 — число взятых делений. Получаем на таких часах цена деления равна 15 минутам. Аналогично решаем задачу с любым измерительным прибором, амперметров или вольтметром. Отнимаем от большего обозначенного на шкале значения меньшее, и делим на количество необозначенных черточек-делений между ними.
Azamatik 6 лет назад Цену деления как амперметра, так и вольтметра будем определять по следующей формуле: Ч2 – Ч1/n, где Ч2 и Ч1 — это соседние значения (числа), которые написаны на приборе; а n – это количество делений между ними.
Определим цену деления приборов, изображенных на рисунке:
Амперметр: Ч2 — это, к примеру, три, а Ч1 — два. Отнимаем от большего меньшее и получаем единицу. Единицу делим на есть и поучаем 0,2. Цена деления апмерметра 0,2. Вольтметр: от ста (Ч2) отнимаем пятьдесят (Ч1) и делим на десять (n). Получаем результат 5. Цена деления вольтметра равна 5.
Nelli4ka 6 лет назад Давайте разберемся на конкретном примере. Берем пару любых соседних чисел — будь то 0 и 2, 2 и 4, 4 и 6 и т.д. Находим разницу между этими числами. В нашем случае это 2. Затем нужно посчитать, сколько делений находится между этими цифрами. Деления — это не сами полоски, а пространство между ними. У нас получается 4. Далее мы делим на это число получившуюся ранее разницу: 2:4 = получаем 0,5. Таким образом, цена деления — 0,5.
Чтобы определить цену деления какого-то прибора (амперметра, вольтметра и т.д.), нужно найти два соседних числа, отнять от большего меньшее и поделить получившееся число на количество промежутков между делениями (которые расположены между двумя этими числами). Пример из фото: 10-5=5 5:5=1 Цена деления=1.
Сахарный имбирь 4 года назад Возьмем, допустим, мерный стакан. На нем указаны следующие числа: 0, 50, 100, 150, 200. Между этими числами расположено четыре черточки, плюс напротив самих чисел они также имеются. То есть между числами у нас есть пять делений, и нам нужно понять, чему они соответствуют. Берем любые два соседних числа и отнимаем от большего меньшее. Например, от 150 отнимаем 100, получается 50. Потом это число делим на количество делений между «соседями», то есть в нашем случае на 5. Получается 10 — это и есть цена деления на нашем мерном стакане.
Wertep75 4 года назад Первое действие — вычитание. Естественно, вычитать нужно меньшее из большего, а не наоборот, нам нужно найти положительное значение. Второе действие — деление. Делить нужно то число, что стало результатом первого действия. Делить надо на число, соответствующее количеству промежутков (не чёрточек!) между двумя значениями.
MMM DANONE 4 года назад Цену деления данных приборов найти легко, пригодятся элементарные знания с уроков физики. Посчитайте, сколько делений у вас находятся между соседними числами. Затем произведите разность между соседними числами на шкале (от большего вычесть меньшее), полученную цифру поделите на высчитанное заранее число делений.
Нужно из максимального значения шкалы прибора, вычесть минимальное (начальное) Полученный результат разделить на количество самых маленьких делений имеющихся на шкале. Полученный результат и будет ценой каждого деления в отдельности.
Нэпэйшни 6 лет назад Цена деления амперметраа и вольтметра? вычисляется по простой формуле.Число1-Число2/n(число делений у шкалы.Например амперметр (число делений5):Ч1 это 4 Ч2 это 2.Отнимает и получаем 2.Двойку делим на n выходит единица.
Чтобы определить цену деления нужно посчитать количество делений между двумя соседними числами.Затем вычесть из большего числа меньшее и разделить на количество делений. Знаете ответ? |
Для измерения силы тока используется амперметр. В идеале собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, и оно никак не влияет на значение силы тока. Он включается в цепь последовательно с соблюдением полярности:
Вольтметр
Для измерения напряжения участка цепи используется вольтметр. В идеале собственное сопротивление вольтметра стремится к бесконечности, и устройство не проводит через себя ток. Он включается в электрическую цепь параллельно участку, в котором будет измеряться напряжение, с соблюдением полярности:
Как правильно записывать показания измерительных приборов с учетом погрешности
При записи величин (с учетом погрешности) следует пользоваться формулой:
A=a±Δa
где A — измеряемая величина, a — результат измерений, Δa — погрешность измерений.
Важно!
Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора, если в задаче не указана другая величина погрешности.
Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы. Чтобы найти цену деления шкалы, нужно:
- Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величин.
- Вычесть из большего значения меньшее.
- Полученное число разделить на число делений (промежутков), находящихся между ними.
Пример №1. Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения составляет половину цены деления вольтметра.
Видно, что стрелка вольтметра встала на значении «2,0» Вольт. Она немного не дотягивает до штриха «2», но к нему она находится ближе, чем к предыдущему штриху.
Два ближайших штриха шкалы с указанными значениями имеют значения 1 и 2 В. Всего между ними 5 промежутков. Следовательно, цена деления шкалы равна: (2 – 1)/5 = 0,2 (Вольт).
Так как по условию задачи погрешность равна половине цене деления шкалы, то она равна 0,1 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает: 2,0 ± 0,1 В.
Задание EF18821
Определите показания вольтметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.
Ответ: (____± ____) В.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 1 и 2 Вольта, а между ними 5 делений, то цена деления шкалы равна:
2−15=0,2 (В)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в трех делениях от штриха, обозначенном цифрой «1». 3 деления по 0,2 Вольта равны 0,6 Вольтам. Следовательно, вольтметр показывает 1,6 В. С учетом погрешности: V = 1,6 ± 0,2 В.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 1,60,2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF18883
Определите показания амперметра (см. рисунок), если погрешность прямого измерения силы тока равна цене деления амперметра.
Ответ: ( ____± ____) А.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 0 и 0,2 Ампера, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:
0,2−010=0,02 (А)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка амперметра стоит на штрихе, обозначенном числом «0,2». Следовательно, амперметр показывает 0,2 А. Так как при измерении учитываются сотые доли Амперов, правильно результат измерения записывается так: I = 0,20 А. С учетом погрешности: I = 0,20 ± 0,02 А.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 0,200,02
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Задание EF19038
Определите напряжение на лампочке (см. рисунок), если погрешность прямого измерения напряжения равна цене деления вольтметра.
Ответ: ( ____±____ ) В.
Алгоритм решения
1.Определить цену деления шкалы измерительного прибора.
2.Определить погрешность измерений.
3.Определить показания прибора.
4.Записать показания прибора с учетом погрешности измерений.
Решение
Так как два ближайших штриха, обозначенными числовыми значениями, показывают 2 и 4 Вольта, а между ними 10 делений, то цена деления шкалы равна:
4−210=0,2 (В)
Согласно условию задачи, погрешность измерений равна цене деления шкалы. Стрелка вольтметра стоит в пяти делениях от штриха, обозначенном цифрой «2». 5 делени1 по 0,2 Вольта равны 1 Вольту. Следовательно, вольтметр показывает 3 В. Так как при измерении учитываются сотые доли Вольтов, правильно результат измерения записывается так: U = 3 В.С учетом погрешности: U = 3,0 ± 0,2 В.
Внимание! При записи ответа нужно использовать только десятичные числа без пробелов и знака «±».
Ответ: 3,00,2
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор
Алиса Никитина | Просмотров: 7.4k
Сила тока $I$ — важная характеристика в электричестве. Она напрямую зависит от величины электрического заряда $q$, переносимого частицами, и от времени $t$, за которое этот заряд проходит через поперечное сечение проводника.
Далеко не всегда есть возможность заглянуть внутрь проводника, измерить переносимый заряд и рассчитать силу тока по формуле $I = frac{q}{t}$. Зато есть возможность измерить силу тока с помощью специального прибора.
Этот прибор называется амперметром. На данном уроке вы узнаете, как с его помощью измерять силу тока и как правильно подключать его к электрической цепи.
Амперметр
Амперметр — это прибор для измерения силы тока в электрической цепи.
По принципу работы и внешнему виду амперметр очень похож на гальванометр. Его устройство изменено, чтобы можно было не просто фиксировать наличие тока в цепи, но и измерять его силу.
В каких единицах градуируют шкалу амперметра? Так как он измеряет силу тока, то и его шкала будет проградуирована в амперах.
Различные виды амперметров могут отличаться друг от друга в зависимости от сферы использования. На рисунке 1, а изображен демонстрационный амперметр. Такие приборы чаще всего используют в школе при демонстрации опытов.
На рисунке 1, б представлен амперметр, который чаще используют для лабораторных работ.
Как вы видите, эти два амперметра рассчитаны на измерение определенного диапазона значений силы тока. Шкала первого амперметра покажет максимальное значение в $3 space А$, а второго — в $2 space А$. Превышать эти значения не рекомендуется, так как приборы могут выйти из строя.
Амперметр в электрической цепи
Амперметр — измерительный прибор. Поэтому, когда мы подключаем его к электрической цепи, он не будет влиять на величину силы тока. Он будет лишь показывать ее значение.
На схемах электрических цепей амперметр обозначается специальным условным знаком — кружочком с буквой “А” (рисунок 2).
Правила подключения амперметра в электрическую цепь
- Амперметр необходимо включать в цепь последовательно с тем прибором/проводником, силу тока в котором нужно измерить (рисунок 3)
- У амперметра имеется две клеммы для подсоединения проводников. Клемму, на которой стоит знак “+” нужно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. И, соответственно, клемму, на которой стоит знак “-” нужно соединять с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока (рисунок 4).
- Нельзя подключать амперметр к цепи, в которой нет потребителя (приемника) тока (рисунок 5). Это может привести к выходу прибора из строя.
Измерение силы тока амперметром
Первое правило подключения амперметра в цепь говорит о его последовательном подключении. А есть ли разница, где именно при таком подсоединении мы расположим амперметр?
Давайте соберем электрическую цепь. Она будет состоять из источника тока, ключа, электрической лампочки и амперметра (рисунок 6).
После замыкания цепи, зафиксируем силу тока, которую показал амперметр.
А теперь давайте переместим амперметр в цепи так, чтобы он стоял после лампы, а не до нее (рисунок 7).
Амперметр покажет нам ту же величину силы тока, что и в предыдущем случае.
А теперь подключим в цепь сразу два амперметра (рисунок 8). И что мы увидим? Они будут показывать одинаковые значения силы тока, точно такие же, как и в предыдущих опытах.
О чем это нам говорит?
В цепи с последовательным подключением проводников (так, что конец одного проводника соединяется с началом другого) сила тока во всех участках цепи одинакова.
Почему она одинакова? Дело в том, что заряд, который проходит через любое поперечное сечение проводников цепи за $t = 1 space с$, одинаков. Ведь ток равномерно протекает по всем проводам цепи, нигде не накапливаясь. Его течение можно сравнить с протеканием воды по трубам.
Безопасные и опасные пределы значений силы тока
Работа с электрическими цепями может быть опасной при несоблюдении правил безопасности. Если мы говорим о постоянном токе (величина силы тока и его направление со временем не изменяются), то эффекты воздействия такого тока на человеческий организм приведены в таблице 1.
| $I$, $мА$ | Воздействие на человеческий организм |
| 0 — 3 | Не ощущается |
| 4 — 7 | Зуд. Ощущение нагревания |
| 8 — 10 | Усиление нагревания |
| 11 — 25 | Еще большее усиление нагревания, незначительные сокращения мышц рук |
| 26 — 80 | Сильное ощущение нагревания. Сокращения мышц рук. Судороги, затруднение дыхания. |
| 81 — 100 | Паралич дыхания |
Это интересно: амперметр и Minecraft
Упражнения
Упражнение №1
При включении в цепь амперметра так, как показано на рисунке 9, а, сила тока была $0.5 space А$. Каковы будут показания амперметра при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 9, б?
Сила тока будет точно такая же. Амперметр покажет значение в $0.5 space А$. Это объясняется тем, что в данной электрической цепи все элементы соединены последовательно. В этом случае сила тока на всех участках цепи одинакова.
Упражнение №2
Как можно проверить правильность показаний амперметра с помощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?
Можно собрать цепь, как на рисунке 6, используя точный амперметр. Зафиксировать значение силы тока, которое он покажет. Потом заменить его другим — тем, правильность показаний которого мы хотим проверить. Далее останется просто сравнить показания этого амперметра с полученными ранее.
Можно сделать это и другим способом. Для этого нужно собрать цепь, как на рисунке 8 с последовательным соединений всех элементов. Мы уже знаем, что в такой цепи два исправных амперметра должны показывать одинаковые значения. Главное при такой проверке — это отметить для себя, какой амперметр показывает точные результаты измерений, чтобы не запутаться.
Упражнение №3
Рассмотрите амперметры, данные на рисунке 1. Определите цену деления шкалы каждого амперметра. Какую наибольшую силу тока они могут измерять? Перерисуйте шкалу амперметра (смотрите рисунок 1, а) в тетрадь и покажите, каково будет положение стрелки при силе тока $0.3 space А$ и $1.5 space А$.
Шкала демонстрационного амперметра с рисунка 1, а будет иметь цену деления, равную $0.2 space А$.
Шкала лабораторного амперметра с рисунка 1, б будет иметь цену деления, равную $0.05 space А$.
На рисунке 10, а мы изобразили шкалу демонстрационного амперметра, который показывает значение $I = 0.3 space А$,а на рисунке 10, б — $I = 1.5 space А$.
Упражнение №4
Имеется точный амперметр. Как, пользуясь им, нанести шкалу на другой, ещё не проградуированный амперметр?
Для этого нужно подключить оба амперметра в электрическую сеть. Например, как на рисунке 8.
Сначала перед замыканием ключа на пустую шкалу амперметра нанесем первую отметку — $0 space А$.
Замыкаем цепь. Точный амперметр покажет нам какое-то определенное значение силы тока. Его стрелка отклонится. Например, она покажет значение в $1 space А$. Стрелка второго амперметра тоже отклонится. Отметим ее положение — $1 space А$. Мы можем так сделать, потому что сила тока при последовательном соединении элементов в цепи на всех ее участках одинакова.
Затем можно, используя линейку, самостоятельно нанести дополнительную отметки на шкале амперметра, выбрав удобную для вас цену деления.
Как измерять силу тока в электрической цепи
Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется Амперметр. Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление, но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.
Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I, а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква А. Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.
На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак «~«, а предназначенных для измерения постоянного тока ставится «–«. Например, –А означает, что прибор предназначен для измерения силы постоянного тока.
О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока». Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного тока величиной до 3 Ампер.
Схема измерения силы тока Амперметром
Согласно закону, ток по проводам течет в любой точке замкнутой цепи одинаковой величины. Следовательно, чтобы измерять величину тока, нужно прибор подключить, разорвав цепь в любом удобном месте. Надо отметить, что при измерении величины тока не имеет значение, какое напряжение приложено к электрической цепи. Источником тока может быть и батарейка на 1,5 В, автомобильный аккумулятор на 12 В или бытовая электросеть 220 В или 380 В.
На схеме измерения также видно, как обозначается амперметр на электрических схемах. Это прописная буква А обведенная окружностью.
Приступая к измерению силы тока в цепи необходимо, как и при любых других измерениях, подготовить прибор, то есть установить переключатели в положение измерения тока с учетом рода его, постоянного или переменного. Если не известна ожидаемая величина тока, то переключатель устанавливается в положение измерения тока максимальной величины.
Как измерять потребляемый ток электроприбором
Для удобства и безопасности работ по измерению потребляемого тока электроприборами необходимо сделать специальный удлинитель с двумя розетками. По внешнему виду самодельный удлинитель ничем не отличается от обыкновенного удлинителя.
Но если снять крышки с розеток, то не трудно заметить, что их выводы соединены не параллельно, как во всех удлинителях, а последовательно.
Как видно на фотографии сетевое напряжение подается на нижние клеммы розеток, а верхние выводы соединены между собой перемычкой из провода с желтой изоляцией.
Все подготовлено для измерения. Вставляете в любую из розеток вилку электроприбора, а в другую розетку, щупы амперметра. Перед измерениями, необходимо переключатели прибора установить в соответствии с видом тока (переменный или постоянный) и на максимальный предел измерения.
Как видно по показаниям амперметра, потребляемый ток прибора составил 0,25 А. Если шкала прибора не позволяет снимать прямой отсчет, как в моем случае, то необходимо выполнить расчет результатов, что очень неудобно. Так как выбран предел измерения амперметра 0,5 А, то чтобы узнать цену деления, нужно 0,5 А разделить на число делений на шкале. Для данного амперметра получается 0,5/100=0,005 А. Стрелка отклонилась на 50 делений. Значит нужно теперь 0,005×50=0,25 А.
Как видите, со стрелочных приборов снимать показания величины тока неудобно и можно легко допустить ошибку. Гораздо удобнее пользоваться цифровыми приборами, например мультиметром M890G.
На фотографии представлен универсальный мультиметр, включенный в режим измерения переменного тока на предел 10 А. Измеренный ток, потребляемый электроприбором составил 5,1 А при напряжении питания 220 В. Следовательно прибор потребляет мощность 1122 Вт.
У мультиметра предусмотрено два сектора для измерения тока, обозначенные буквами А– для постоянного тока и А~ для измерения переменного. Поэтому перед началом измерений нужно определить вид тока, оценить его величину и установить указатель переключателя в соответствующее положение.
Розетка мультиметра с надписью COM является общей для всех видов измерений. Розетки, обозначенные mA и 10А предназначены только для подключения щупа при измерении силы тока. При измеряемом токе менее 200 мA штекер щупа вставляется в розетку mA, а при токе величиной до 10 А в розетку 10А.
Внимание, если производить измерение тока, многократно превышающего 200 мА при нахождении вилки щупа в розетке mA, то мультиметр можно вывести из строя.
Если величина измеряемого тока не известна, то измерения нужно начинать, установив предел измерения 10 А. Если ток будет менее 200 мА, то тогда уже переключить прибор в соответствующее положение. Переключение режимов измерения мультиметра допустимо делать только обесточив измеряемую цепь.
Расчет мощности электроприбора по потребляемому току
Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца.
- где
- P – мощность, измеряется в ваттах и обозначается Вт;
- U – напряжение, измеряется в вольтах и обозначается буквой В;
- I – сила тока, измеряется в амперах и обозначается буквой А.
Рассмотрим, как посчитать потребляемую мощность на примере:
Вы измеряли ток потребления лампочки фары автомобиля, который составил 5 А, напряжение бортовой сети составляет 12 В. Значит, чтобы найти потребляемую мощность лампочкой нужно напряжение умножить на ток. P=12 В×5 А=60 Вт. Потребляемая лампочкой мощность составила 60 Вт.
Вам надо определить потребляемую мощность стиральной машины. Вы измеряли потребляемый ток, который составил 10 А, следовательно, мощность составит: 220 В×10 А=2,2 кВт. Как видите все очень просто.
Расчет электрических параметров необходим для правильных построений цепей. Поскольку целью использования электричества в электротехнике является задача по выполнению током работы, то встает вопрос о том, как найти силу тока. Данный параметр используют при вычислениях мощности и в расчетах потребления электрической энергии.
Существуют разные способы определения этого важного параметра, которые мы рассмотрим в данной статье.
Формулами
Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение величины нагрузки отображается на показателях других величин. Причем эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике для нахождения силы тока часто используют соответствующие формулы.
Через заряд и время
Вспомним определение (рис.1): электричество – это величина заряда, движимого силами электрического поля, преодолевающего за единицу времени условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника.
Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник за определенное время, то не трудно найти величину этого заряда прошедшего за единицу времени, то есть: I = q/t
Через мощность и напряжение
В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U.
Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.
Через напряжение или мощность и сопротивление
Силу электричества на участке цепи определяют по закону Ома. Для этого необходимо знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Тогда I = U/R. Если известна мощность нагрузки, то ее можно выразить через квадрат силы тока умноженной на сопротивление участка: P = I2R, откуда
Для полной цепи эту величину вычисляют по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.
Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R
Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:
- внешнее сопротивление проводников (R);
- ЭДС источника питания (ε);
- внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).
Примечание! Реальные источники питания обладают внутренним сопротивлением. Поскольку в электрической цепи
показатель силы тока может уменьшаться в связи с возрастанием сопротивления источника питания или в результате падения ЭДС. Именно из-за роста внутреннего сопротивления садится аккумулятор и ослабевает ЭДС элементов питания.
Закон Джоуля-Ленца
Казалось бы, что расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагревания проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Рассмотрим это на примере.
Пусть требуется найти силу тока во время работы электрочайника. Для этого доведите до кипения 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура составляла 10 ºС. Тогда Q = Cm(τ – τ0) = 4200 Дж/кг× 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.
Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) вытекает формула:
Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.
Измерительными приборами
Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.
Амперметром
Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.
Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.
Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.
Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.
При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.
Мультиметром
Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.
Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.
Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.
Примеры
Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.
Задача 1.
На участке цепи имеются три параллельно включенных резистора (см. рис. 5). Значения сопротивлений резисторов: R1 = 5 Ом; R2 = 25 Ом; R3 = 50 Ом. Требуется рассчитать силу тока для каждого резистора и на всём участке, если на нем поддерживается постоянное напряжение 100 В.
Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R
- I1 = U/R1 =100/5 = 20 А;
- I2 = U/R2 =100/25 ≈ 4 А;
- I3 = U/R3 =100/50 = 2 А.
Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:
Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ом)
Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.
Ответ:
- Сила тока на сопротивлениях: I1 =20 А; I2 = 4А; I3 = 2 А.
- Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.
Задача 2.
Мощность электрочайника 2 кВт. Чайник работает от городской сети под напряжением 220 В. Сколько электричества потребляет этот электроприбор?
Решение:
Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.
- 2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
- Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
- Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.
Задача 3.
Вычислить силу тока в цепи, если известно, что сопротивление составляет 5 Ом, ЭДС источника питания 6 В, а его внутреннее сопротивление составляет 1 Ом.
Решение.
Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)
I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.
Ответ: сила тока 1 А.
Задача 4.
Сколько энергии потребляет электроплита за 2 часа работы, если сопротивление нагревательного элемента 40 Ом?
Решение:
За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.
Напряжение сети известно – оно составляет 220 В.Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U2/R)*t или
A = ((220 В)2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч
Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.
Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.
Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.