Фізика. 8 клас. Головко

§ 25. Сила струму та її вимірювання. Амперметр

• Сила струму
• Вимірювання сили струму. Амперметр

СИЛА СТРУМУ. Як ви знаєте з попередніх параграфів, наявність електричного струму в металевому провіднику виявляється через його теплову, хімічну, магнітну, фізіологічну дію. Ця дія може бути або сильнішою, або слабшою. Одна й та сама електрична лампа може світитися менш або більш яскраво при підключенні до різних джерел електричного струму. Чим більше значення електричного струму в елементі електричного кола, тим сильніше виявляється дія струму. Величина електричного струму в провіднику залежить від кількості електронів (електричного заряду), що проходять через його поперечний переріз за одиницю часу, і характеризується силою струму.

Андре-Марі Ампер (1775—1836)

Видатний французький математик фізик і природодослідник, член Паризької академії наук. Автор наукової фізичної теорії, яка пояснює взаємозв’язок електричних і магнітних явищ. А. М. Ампер увів поняття «електричний струм». Учений так захоплювався фізикою, що одного разу вийшовши з дому, написав на дверях крейдою для відвідувачів «Пана Ампера немає вдома», а повернувшись додому, прочитав власний напис і пішов геть

Силою струму I називають фізичну величину, що характеризує електричний струм у колі й дорівнює відношенню електричного заряду q, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження t:

Одиницею сили струму є ампер [I] = А (названий так на честь відомого французького фізика Андре Ампера)

Ампер є основною одиницею СІ. На Міжнародній конференції у 1948 р. було вирішено покласти в основу визначення одиниці сили струму явище взаємодії двох паралельних провідників зі струмом. Для встановлення одиниці сили струму беруть два гнучкі довгі провідники, розташовані паралельно один одному. Ці провідники під’єднують до джерела електричного струму таким чином, щоб струм проходив по них в одному напрямі. При замиканні кола провідники будуть притягуватися один до одного з певною силою (рис. 25.1).

Рис. 25.1. Провідники притягуються при проходженні через них струму в одному напрямі

Якщо провідники під’єднати до джерела так, щоб струм по них протікав у різних напрямках, вони будуть відштовхуватися з такою самою силою. Сила взаємодії паралельних провідників зі струмом залежить від їх довжини, відстані між ними, сили струму в них, середовища, в якому вони розміщені. Чим більша сила струму, тим більшою буде сила взаємодії провідників.

За 1 ампер беруть таку силу струму, за якої відрізки двох паралельних провідників завдовжки 1 м, розташовані на відстані 1 м один від одного, взаємодіють у вакуумі із силою 2 • 10^-7 Н.

Для практичних потреб використовують також частинні й кратні одиниці сили струму: міліампер (1 мА = 10^-3 А), мікроампер (1 мкА = 10^-6 А), кілоампер (1 кА = 10³ А).

Через одиницю сили струму ампер визначають одиницю електричного заряду кулон: 1 кулон = 1 ампер • 1 секунда (1 Кл = 1 А • 1 с). За одиницю електричного заряду приймають заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму 1 А.

Електричний заряд, що проходить через поперечний переріз провідника, називають також кількістю електрики: q = I • t.

ВИМІРЮВАННЯ СИЛИ СТРУМУ. АМПЕРМЕТР. Для вимірювання сили струму в електричному колі використовують спеціальні прилади — амперметри (рис. 25.2).

Рис. 25.2. Амперметри: а) демонстраційний; б) лабораторний; в) цифровий

Принцип дії амперметрів (див. рис. 25.2 а, б) ґрунтується на магнітній дії електричного струму. Стрілка амперметра кріпиться до котушки, розташованої в магнітному полі постійного магніту. При підключенні амперметра до електричного кола через котушку проходить електричний струм. Унаслідок магнітної взаємодії котушка з прикріпленою до неї стрілкою повертаються на певний кут. Чим більший струм в електричному колі, тим більшим буде кут відхилення стрілки амперметра.

Для вимірювання сили струму в певній ділянці кола потрібно його розімкнути у будь-якій точці цієї ділянки й під’єднати послідовно амперметр. На рис. 25.3 показано приклад вимірювання сили струму на ділянці кола між лампочкою та ключем. Якщо порівняти покази амперметра, підключеного до різних ділянок кола (див. рис. 25.3), виявиться, що вони будуть однаковими, оскільки через будь-який переріз кола, включно з джерелом, проходить однаковий електричний заряд.

Отже, амперметр під’єднують до джерела струму послідовно зі споживачем (резистором, електролампою тощо) таким чином, щоб знаки «+» та «-» на корпусі вимірювального приладу збігалися з відповідними полюсами джерела струму.

Розглянемо детальніше шкалу вимірювального приладу (рис. 25.4). На ній є літера А, яка вказує, що цей вимірювальний прилад — амперметр.

Рис. 25.3. Вимірювання сили струму амперметром: а) амперметр вмикається в електричне коло послідовно; б) покази амперметра в різних точках електричного кола однакові

Рис. 25.4. Шкала амперметра

Відповідно до рис. 25.4 стрілка приладу відхилилася на 23 поділки, отже, амперметр показує силу струму:

У радіотехніці використовують мілі- та мікроамперметри, на шкалах яких зображено відповідно mA, μΑ. Максимальне значення сили струму, що вимірюється міліамперметром, зазвичай не перевищує, 0,5—1 А, мікроамперметром — 1 мА. Для забезпечення точності вимірювань шкала таких приладів містить 100 та більше поділок (рис. 25.5).

Рис. 25.5. Мілі- та мікроамперметри використовують для вимірювання малих струмів

Головне в цьому параграфі

Силою струму l називають фізичну величину, що характеризує електричний струм у колі й дорівнює відношенню електричного заряду q, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження t:

Один ампер відповідає такій силі струму, за якої відрізки двох паралельних провідників завдовжки 1 м, розташовані на відстані 1 м один від одного, взаємодіють у вакуумі з силою 2 • 10^-7 Н.

Для вимірювання сили струму в електричному колі використовують спеціальні прилади — амперметри. Амперметр під’єднують до джерела струму послідовно зі споживачем (резистором, електролампою тощо) таким чином, щоб знаки «+» та «-» на корпусі вимірювального приладу збігалися з відповідними полюсами джерела струму.

Виміряне значення сили струму в електричному колі дорівнює добутку ціни поділки шкали приладу на кількість поділок, на яку відхилилася стрілка приладу.

Запитання для самоперевірки

• 1. Від чого залежить дія електричного струму?
• 2. Яку фізичну величину називають силою струму?
• 3. Як сила струму залежить від електричного заряду, що проходить через провідник, і часу?
• 4. Який учений-фізик увів поняття «електричний струм»?
• 5. В яких одиницях Міжнародної системи вимірюється сила струму? Яким чином визначають цю одиницю?
• 6. Яким приладом вимірюють силу струму в електричному колі?
• 7. Які особливості включення амперметра в електричне коло?
• 8. Для чого використовують мілі- та мікроамперметри?

Вправа до § 25

• 1(п). Вкажіть електричну схему на якій правильно зображено підключення амперметра в електричне коло.

• 2(c). Назвіть прилади, зображені на рисунку на с. 181, та встановіть ціну їх поділки.

Рисунок до завдання 2

• 3(д). Визначте силу струму в провіднику, якщо за 20 с через поперечний переріз провідника проходить електричний заряд 68 Кл.
• 4(д). Через електричний прилад, увімкнений в електричне коло, проходить електричний струм силою 8 мкА. Визначте електричний заряд, що проходить через цей прилад за 12 хв.
• 5(д). Визначте час проходження електричного струму по провіднику, якщо при силі струму 0,5 А по провіднику пройшов електричний заряд 7,7 Кл.
• 6(в). Визначте кількість електронів, що проходять за 1 с через переріз металевого провідника при силі струму в ньому 0,8 мкА.