Образовака🌡️ Физика8 классЭлектрические явления

Амперметр

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 131.

Из курса физики 8 класса известно, что электрический ток обладает рядом параметров. Основными являются напряжение и сила тока. Для их измерения существуют специальные приборы, одним из которых является амперметр. В данной статье мы поговорим о том, что измеряет амперметр, как он подключается к цепи, что означают его показания. Амперметр используется для измерения силы тока в амперах.

Измерение силы электрического тока

Итак, электрический ток характеризуется несколькими параметрами, для определения которых используются специальные электрические компоненты, называемые измерительными приборами.

Наиболее широко используются приборы магнитоэлектрической системы. Действие этих приборов основано на применении закона Ампера. Он гласит, что если проводник с током $I$ и длиной $Δl$ поместить в магнитное поле индукцией $B$, и при этом угол между линиями магнитного поля и направлением тока в проводнике составляет $\alpha$, то на такой проводник со стороны магнитного поля начнёт действовать сила:

$$F= I |\overrightarrow B| Δl sin \alpha$$

Таким образом, если рамку, подвешенную на пружинах, поместить в магнитное поле и пропустить по ней ток, то на рамку начнёт действовать сила Ампера, поворачивающая рамку на некоторый угол.

Рис. 1. Магнитоэлектрическая система приборов.

Физическая величина, измеряемая таким прибором — сила тока. Единица измерения силы тока — ампер. Поэтому такой прибор называется амперметром.

Подключение амперметра

Поскольку отклонение стрелки амперметра пропорционально току, проходящему по его рамке, амперметр включается в разрыв цепи так, чтобы весь исследуемый ток шёл через него. То есть при необходимости измерения тока электрическая цепь в нужной точке разрывается, и в образовавшийся разрыв подключаются клеммы амперметра. После измерения амперметр удаляется из цепи, а цепь вновь соединяется.

Шунтирование амперметра

Величина измерения силы тока, которая требуется в различных ситуациях, колеблется от долей микроампера до десятков и даже сотен килоампер.

Измерительная головка, как правило, изготавливается так, чтобы измерять минимально возможный ток. Ток полного её отклонения равен десяткам микроампер. Для измерения больших токов в амперметр практически всегда вводится добавочный элемент, называемый шунтом.

Шунт — это компонент электрической цепи, который позволяет току проходить в обход некоторых других элементов в цепи. Обычно это резистор с малым сопротивлением.

Если шунт присоединить параллельно амперметру, то часть тока, проходящего по данному участку цепи — будет по-прежнему двигаться через амперметр, а часть тока — пойдёт через шунт. Соотношение токов через амперметр и через шунт будет равно соотношению сопротивлений шунта и амперметра:

$${R_ш\over R_А}={I_A\over I_ш}={I_A\over I_{общ}-I_A}$$

где:

$R_ш$ — сопротивление шунта;
$R_А$ — сопротивление амперметра;
$I_А$ — ток через амперметр;
$I_ ш$ — ток через шунт;
$ I_{общ}$ — общий измеряемый ток (сумма токов через шунт и амперметр).

Из данной формулы можно получить значение тока через амперметр, снабжённый шунтом:

$$I_A={R_ш\over R_А+R_ш}I_{общ}$$

То есть если сопротивление амперметра и шунта равны, то ток, идущий через амперметр, будет вдвое меньше общего тока.

Как правило, в реальных условиях сопротивление шунта берётся значительно меньше сопротивления измерительного прибора. Например, если сопротивление амперметра составляет 100 Ом, а сопротивление шунта — 0,1 Ома, то общий ток, измеряемый амперметром с шунтом, будет в 1000 раз больше, чем ток, идущий через амперметр. Иначе говоря, если такой амперметр покажет ток 100 мкА, это будет означать, что общий ток в цепи составляет 0,1 А.

Что мы узнали?

Амперметр измеряет силу тока, проходящую через некоторую точку цепи. Для этого прибор включается в разрыв между компонентами цепи в этой точке. Работа амперметра описывается законом Ампера. Для расширения измерительного диапазона в амперметре применяются шунты.