Сила тока и напряжение

Сила тока

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за одну секунду.

Обозначают её буквой I, измеряют в амперах. Один ампер это один кулон заряда за одну секунду.

Ампер величина немаленькая. Светодиодная лампа берёт десятые доли ампера, чайник около десяти ампер, а стартер автомобиля сотни.

Мелкие токи записывают с приставками. Миллиампер это тысячная доля ампера, микроампер миллионная, и в электронике встречаются именно они.

Считают силу тока делением заряда на время. В школьных задачах чаще берут её прямо с амперметра.

Амперметр

Амперметр включают последовательно с тем прибором, ток через который измеряют. Весь ток должен пройти через прибор.

Сопротивление у амперметра очень мало, чтобы он не мешал цепи. Именно поэтому включать его параллельно нельзя: получится короткое замыкание.

У прибора есть клеммы со знаками. Ток должен входить в клемму со знаком плюс, иначе стрелка уйдёт за ноль.

Перед измерением смотрят предел прибора. Ток больше предела портит амперметр, а иногда и всю цепь.

Напряжение

Заряды движутся по цепи не сами: над ними работает электрическое поле. Напряжение показывает, какую работу совершает поле над каждым кулоном заряда.

Обозначают напряжение буквой U, измеряют в вольтах. Один вольт означает один джоуль работы на один кулон.

Батарейка даёт полтора вольта, аккумулятор автомобиля двенадцать, розетка двести двадцать, контактная сеть троллейбуса шестьсот.

На линиях электропередачи напряжение доходит до сотен тысяч вольт. Такое высокое оно потому, что при большом напряжении по проводам идёт меньший ток и провода греются слабее.

Опасным для человека считают напряжение выше сорока двух вольт. Батарейка безопасна, розетка нет.

Вольтметр

Вольтметр подключают параллельно тому участку, напряжение на котором измеряют. Он как бы смотрит со стороны, не пропуская через себя рабочий ток.

Сопротивление у него, наоборот, очень большое. Через прибор идёт ничтожная доля тока, и цепь этого почти не замечает.

Полярность соблюдают так же, как у амперметра. Предел тоже проверяют заранее.

Что легче представить

Полезна старая аналогия с водой. Сила тока похожа на расход воды в трубе, напряжение на разность уровней, которая гонит воду.

Насос поднимает воду на высоту, батарейка поднимает заряды на разность потенциалов. Труба узкая или широкая, как проводник с большим или малым сопротивлением.

Аналогия не идеальна, зато помогает не путать величины. Расход и напор это разные вещи и в водопроводе, и в цепи.

Разные пределы измерений

В школьной лаборатории пользуются приборами с несколькими пределами. Один и тот же вольтметр показывает и до шести вольт, и до пятнадцати.

Цену деления считают так же, как у линейки: разность подписанных чисел делят на количество промежутков.

Погрешность берут равной половине деления. Записывать больше цифр, чем позволяет шкала, бессмысленно.

Многопредельный прибор всегда начинают с большего предела, а потом переключают на меньший, чтобы не сжечь его.

Современный тестер совмещает оба прибора и меряет ещё и сопротивление. Правила включения от этого не меняются: для тока разрыв цепи, для напряжения параллельное подключение.

Задача с разбором

Через лампу за пять минут прошёл заряд в девяносто кулонов, а напряжение на ней шесть вольт.

Найдём силу тока: девяносто кулонов на триста секунд дают три десятых ампера. Значение обычное для маленькой лампы фонарика.

Найдём работу тока: напряжение умножаем на заряд и получаем пятьсот сорок джоулей.

Эта энергия ушла на свет и на нагрев нити. Как посчитать её мощность, разберём чуть позже.

Проверим ответ на разумность. Пятьсот сорок джоулей это примерно столько, сколько нужно, чтобы нагреть стакан воды на полтора градуса. Для фонарика за пять минут работы число вполне правдоподобное.

Из чего состоит цепь и какие у тока действия, разобрано в уроке «Электрический ток и цепь». Как связаны ток, напряжение и сопротивление, объясняет урок «Сопротивление и закон Ома».