Фізика. Повторне видання. 8 клас. Бар’яхтар

§ 27. Сила струму. Одиниця сили струму. Амперметр

Ви вже знаєте, що для кількісного опису фізичних явищ, властивостей тіл і речовин фізики використовують фізичні величини. А за допомогою яких фізичних величин можна кількісно описати процес проходження електричного струму в провіднику? Про одну з них ви дізнаєтесь із цього параграфа.

1. З’ясовуємо, що називають силою струму

У металевому стрижні (металевому провіднику) є велика кількість носіїв струму — вільних заряджених частинок, а саме електронів.

Коли в стрижні не тече струм, рух електронів у ньому хаотичний. Тому можна вважати, що кількість електронів, які за одну секунду проходять через поперечний переріз стрижня (рис. 27.1) зліва направо, дорівнює кількості електронів, що проходять через нього справа наліво.

Рис. 27.1. Уявно розрізавши стрижень, одержуємо його поперечний переріз

Якщо приєднати стрижень до джерела струму, в провіднику виникне електричне поле, внаслідок дії якого електрони почнуть рухатися напрямлено і кількість електронів, які проходять за певний час через поперечний переріз в одному напрямку, істотно збільшиться. Отже, у цьому напрямку через поперечний переріз стрижня буде перенесено певний заряд q.

Сила струму — це фізична величина, що характеризує електричний струм і чисельно дорівнює заряду, який проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

Силу струму позначають символом І та визначають за формулою:

де q — заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за час t.

Щоб краще усвідомити суть уведеної фізичної величини, знову звернемося до механічної моделі електричного кола (див. рис. 26.4). Механічним аналогом сили струму є маса води, що проходить через поперечний переріз трубки за 1 с.

Рис. 27.2. Андре Марі Ампер (1775-1836) — французький фізик, математик і хімік, один із засновників учення про електромагнітні явища. Ампер першим увів у фізику поняття електричного струму

2. Знайомимося з одиницею сили струму

Одиниця сили струму в СІ — ампер:

[I] = 1 А.

Ця одиниця названа на честь французького вченого А. Ампера (рис. 27.2). Ампер — одна з основних одиниць СІ (рис. 27.3).

Крім ампера на практиці часто застосовують кратні й частинні одиниці сили струму. Так, для вимірювання малої сили струму використовують міліампери (мА) і мікроампери (мкА), великої сили струму — кілоампери (кА).

Щоб уявити, що означає велика чи мала сила струму, розглянемо декілька прикладів. Сила струму в каналі блискавки сягає 500 кА, сила струму в аксоні під час передачі нервового імпульсу становить лише 0,004 мкА, а середня сила струму під час лікування електрофорезом — 0,8 мА.

Згадайте, яким множникам відповідають префікси кіло-, мікро-, мілі- та подайте наведені значення сили струму в амперах.

Рис. 27.3. Основні одиниці фізичних величин Міжнародної системи одиниць (СІ)

Рис. 27.4. Значення сили струму в деяких електротехнічних пристроях

Значення сили струму в деяких електротехнічних пристроях наведено на рис. 27.4.

Сила струму, що проходить через тіло людини, вважається безпечною, якщо її значення не перевищує 1 мА; сила струму 100 мА може призвести до серйозних уражень. Тому, щоб не наражатися на смертельну небезпеку під час роботи з електротехнічними приладами й пристроями, необхідно суворо дотримуватися правил безпеки. Загальну інструкцію з безпеки подано на форзаці підручника. Ми ж зупинимося на головних моментах, які слід пам’ятати всім, хто має справу з електрикою.

НЕ МОЖНА:

торкатись оголеного проводу, особливо стоячи на землі, сирій підлозі тощо;
користуватися несправними електротехнічними пристроями;
збирати, розбирати, ремонтувати електротехнічні пристрої, не від’єднавши їх від джерела струму.

3. Даємо означення одиниці електричного заряду

1 Кл = 1 А • с.

1 Кл — це заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму в провіднику 1 А.

4. Вимірюємо силу струму

Для вимірювання сили струму використовують прилад, який називається амперметр (рис. 27.5).

Як і будь-який вимірювальний прилад, амперметр не має впливати на значення вимірюваної величини. Тому амперметр сконструйований таким чином, що в разі приєднання його до електричного кола значення сили струму в колі практично не змінюється.

Рис. 27.5. Деякі види амперметрів: а — демонстраційний; б — лабораторний із дзеркальною шкалою; в — шкільний лабораторний; г — електронний

Рис. 27.6. Вимірювання амперметром сили струму, який проходить через нитку розжарення лампи: а — загальний вигляд електричного кола; б — схема

Правила вимірювання сили струму амперметром

1. Амперметр вмикають у коло послідовно з тим споживачем, у якому необхідно виміряти силу струму (рис. 27.6).
2. Клему амперметра, біля якої стоїть знак «+», потрібно з’єднувати з проводом, що йде від позитивного полюса джерела струму, клему зі знаком «-» — із проводом, що йде від негативного полюса.
3. Не можна приєднувати амперметр до кола, в якому відсутній споживач струму, — це може призвести до псування обладнання або пожежі.

5. Учимося розв’язувати задачі

Задача. Скільки електронів пройде через поперечний переріз нитки розжарення лампи за 2 с, якщо сила струму в нитці становить 0,32 А?

Аналіз фізичної проблеми. Щоб визначити кількість N електронів, необхідно знати загальний заряд q, перенесений за 2 с, і заряд е одного електрона. Загальний заряд знайдемо з означення сили струму; заряд одного електрона дорівнює -1,6 • 10^-19 Кл.

Підбиваємо підсумки

Сила струму I — фізична величина, що характеризує електричний струм і чисельно дорівнює заряду q, який проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу:

Одиниця сили струму в СІ — ампер (А). Ампер — це одна з основних одиниць СІ. 1 Кл — це заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 с, коли сила струму в провіднику становить 1 А.

Силу струму вимірюють амперметром. Амперметр приєднують до електричного кола послідовно зі споживачем, у якому вимірюють силу струму.

Контрольні запитання

1. Що називають силою струму? 2. За якою формулою визначають силу струму? 3. Яка одиниця сили струму? На честь кого її названо? 4. Яке значення сили струму безпечне для людини? 5. Яких основних правил безпеки необхідно дотримуватися під час роботи з електротехнічними пристроями? 6. Дайте означення кулона. 7. Яким приладом вимірюють силу струму? 8. Які правила необхідно виконувати, вимірюючи силу струму?

Вправа № 27

1. Перенесіть схему електричного кола (рис. 1) до зошита. Покажіть на схемі, де можна приєднати амперметр, щоб виміряти силу струму в лампах. Знаками «+» і «-» позначте полярність клем амперметра.

Рис. 1

2. Сила струму в провіднику 200 мА. Протягом якого часу через поперечний переріз провідника проходить заряд, що дорівнює 24 Кл?

3. Накресліть схему електричного кола (рис. 2), позначте на ній полярність клем амперметра. Як, на вашу думку, зміниться показ амперметра, якщо одна з ламп перегорить?

Рис. 2

4. На рис. 3 показано вимірювання сили струму в електричному колі. Накресліть схему електричного кола, позначте полярність клем амперметра. Визначте заряд, який проходить через поперечний переріз нитки розжарення лампи за 10 хв.