Как измерить силу тока в проводнике: простое объяснение
Электричество невидимо, но ощутимо. От силы тока зависит работа всех электроприборов. Давайте разберемся, что такое сила тока, как ее измерить и зачем это нужно.
1. Что такое сила тока и зачем ее измерять
Сила тока - это количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Определяется по формуле:
I = q / t
где I - сила тока, q - количество прошедшего заряда, t - время.
Единица измерения силы тока - ампер. Один ампер - это ток, при котором за секунду через сечение проводника проходит количество электронов с суммарным зарядом в один кулон.
В светодиодной лампочке течет ток около 0,02 А. Мобильный телефон потребляет до 0,5 А. Автомобильный аккумулятор отдает сотни ампер. В молнии - до 200 000 А!
Для безопасной работы электроприборов важно, чтобы сила тока не превышала допустимых значений. Поэтому ее регулярно измеряют и контролируют.
2. Как устроен амперметр
Для измерения силы тока в цепь последовательно включают специальный прибор - амперметр. Существует несколько типов амперметров.
Тепловой амперметр
В тепловом амперметре ток проходит через тонкую проволоку или резистор. Проволока нагревается и удлиняется пропорционально силе тока. Это перемещение через рычажную систему преобразуется в показания стрелки на шкале.
- Плюсы: простота, надежность, небольшая цена
- Минусы: инерционность, невысокая точность
Магнитоэлектрический амперметр
Основан на взаимодействии магнитного поля подвижной катушки с полем постоянного магнита. Сила этого взаимодействия пропорциональна силе тока в катушке, что позволяет определить величину тока в цепи по отклонению стрелки.
- Плюсы: высокая чувствительность и точность
- Минусы: сложность конструкции, высокая стоимость
Сила тока в проводнике зависит от приложенного напряжения и сопротивления проводника согласно закону Ома. Поэтому для измерения тока амперметр включают последовательно в разрыв цепи.
| Тип амперметра | Достоинства | Недостатки |
| Тепловой | Простота, надежность | Низкая точность |
| Магнитоэлектрический | Высокая точность | Сложность, высокая цена |
Сила тока в проводнике контролируется для предотвращения перегрузок и обеспечения безопасности. Современные электронные амперметры позволяют измерять ток с высокой точностью в широком диапазоне значений.
Электронные амперметры
В электронных амперметрах используется эффект Холла - возникновение электрического напряжения на полупроводнике при протекании тока в магнитном поле. Величина этого напряжения пропорциональна силе тока.
- Плюсы: высочайшая точность, широкий диапазон измерений
- Минусы: высокая стоимость, чувствительность к электромагнитным помехам
Правила включения амперметра
- Выбрать нужный предел измерения и тип амперметра
- Разомкнуть цепь в точке установки амперметра
- Подсоединить амперметр к разомкнутым концам, соблюдая полярность
- Включить ток и снять показание по шкале
- Выключить ток и отсоединить амперметр
Неправильное подключение амперметра может привести к его поломке и несчастным случаям. Следует соблюдать меры электробезопасности!
Калибровка и поверка
Любой измерительный прибор со временем теряет точность. Поэтому амперметры периодически калибруют - настраивают по эталону. Для амперметров в качестве эталона часто используется квантовый эффект Джозефсона, обеспечивающий воспроизведение тока с точностью до 10-8.
Официальная поверка амперметров проводится государственными метрологическими службами. Это гарантирует достоверность показаний прибора при проведении официальных измерений.
Сила действующая проводник током
Помимо измерения величины тока важно знать силу, действующую на проводник с током в магнитном поле. Она находится по закону Ампера:
F = B · I · l · sin α
где F - сила, B - индукция магнитного поля, I - сила тока, l - длина проводника, α - угол между направлениями тока и поля.
Этот закон widely используется в электродвигателях, громкоговорителях, масс-спектрометрах и других устройствах.
Погрешности измерения тока
Любые измерения неидеальны и сопровождаются ошибками. Для определения точности результата рассчитывают абсолютную и относительную погрешности по специальным формулам с учетом класса точности прибора.
Определите силу тока проводнике
Для полной определения силы тока в проводнике кроме ее численного значения необходимо знать направление. Поэтому в современных цифровых амперметрах предусмотрены функции определения направления тока - прямого или обратного.
Применение в промышленности
Амперметры широко применяются для контроля электрических процессов в промышленности: при наладке станков, проверке качества изоляции, мониторинге потребляемых токов. От показаний амперметра зависит стабильная и безопасная работа оборудования.