Как найти силу тока которую показывает амперметр

Как найти силу тока?

Расчет электрических параметров необходим для правильных построений цепей. Поскольку целью использования электричества в электротехнике является задача по выполнению током работы, то встает вопрос о том, как найти силу тока. Данный параметр используют при вычислениях мощности и в расчетах потребления электрической энергии.

Существуют разные способы определения этого важного параметра, которые мы рассмотрим в данной статье.

Формулами

Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение величины нагрузки отображается на показателях других величин. Причем эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике для нахождения силы тока часто используют соответствующие формулы.

Через заряд и время

Вспомним определение (рис.1): электричество – это величина заряда, движимого силами электрического поля, преодолевающего за единицу времени условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника.

Рис. 1. Определение понятия сила тока

Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник за определенное время, то не трудно найти величину этого заряда прошедшего за единицу времени, то есть: I = q/t

Через мощность и напряжение

В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U.

Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.

Через напряжение или мощность и сопротивление

Силу электричества на участке цепи определяют по закону Ома. Для этого необходимо знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Тогда I = U/R. Если известна мощность нагрузки, то ее можно выразить через квадрат силы тока умноженной на сопротивление участка: P = I 2 R, откуда

Для полной цепи эту величину вычисляют по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.

Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R

Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:

• внешнее сопротивление проводников (R);
• ЭДС источника питания (ε);
• внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).

Закон Джоуля-Ленца

Казалось бы, что расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагревания проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Рассмотрим это на примере.

Пусть требуется найти силу тока во время работы электрочайника. Для этого доведите до кипения 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура составляла 10 ºС. Тогда Q = Cm(τ – τ₀) = 4200 Дж/кг× 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.

Рис. 2. Закон Джоуля-Ленца

Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) вытекает формула:

Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.

Измерительными приборами

Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.

Амперметром

Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.

Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.

Рис. 3. Схема подключения амперметра

Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.

Рис. 4. Аналоговый амперметр

Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.

Мультиметром

Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.

Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.

Примеры

Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.

Задача 1.

Рис. 5. Пример 1

Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R

• I₁ = U/R₁ =100/5 = 20 А;
• I₂ = U/R₂ =100/25 ≈ 4 А;
• I₃ = U/R₃ =100/50 = 2 А.

Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:

Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ом)

Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.

Ответ:

• Сила тока на сопротивлениях: I₁ =20 А; I₂ = 4А; I₃ = 2 А.
• Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.

Задача 2.

Решение:

Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.

• 2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
• Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
• Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.

Задача 3.

Решение.

Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)

I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.

Ответ: сила тока 1 А.

Задача 4.

Решение:

За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.

Напряжение сети известно – оно составляет 220 В.Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U 2 /R)*t или

A = ((220 В) 2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч

Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.

Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.

Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.

Как найти силу тока — формула в физике через мощность и напряжение, при смешанном соединении, в резисторе, проводнике

Чтобы правильно построить электрические цепочки в физике необходим расчёт параметров электроэнергии. Поскольку цель использования электрического тока в электротехнической технике – выполнение током работы, то появляется вопрос о поиске значения силы тока.

Однако, помимо этого следует понимать различие между разными видами электрической мощности, а также знать несколько способов для их вычисления.

Определения

Сила тока – физическая величина, являющаяся одной из главных характеристик электрического тока. Она определяется таким понятием как: направленное движение электрических частиц. Другими словами, сила тока равна заряду, который за одну единицу времени прошёл через сечение проводника. Обозначается сила тока: [ I ] и исчисляется в Амперах (А).

Электрическая мощность — физическая величина, которая показывает с какой скоростью преобразуется или передаётся энергия электричества. Данная величина – характеристика производительности прибора. Обозначается: [ P ] и измеряется в Ватт (Вт).

Интересно! Впервые «Ватт» стали использоваться только в 1882 году. Ранее данный термин заменялся «лошадиными силами» (которые, в некоторых сферах, таких как автомобилестроение, используются и сейчас).

Формулы

Для нахождения силы тока

Сила тока рассчитывается по следующим формулам:

• q – заряд, который проходит через сечение проводника,
• t – время в секундах.

• P – электрическая мощность,
• U – электрическое напряжение.

• U – электрическое напряжение,
• R – электрическое сопротивление.

Следствие закона Джоуля-Ленца:

• R – электрическое сопротивление,
• Q – количество теплоты,
• t – время.

Для мощности электрического тока

• A – работа, которую выполняет электроприбор,
• t – время.

• U – электрическое напряжение,
• I – сила тока.

• U – электрическое напряжение,
• R – электрическое сопротивление.

Нахождение силы тока при помощи приборов

Помимо формул, в некоторых случаях, гораздо удобнее использовать вычислительные приборы. Самое главное: правильно их использовать. При измерении следует соблюдать определенные правила и помнить о технике безопасности.

Амперметр

Амперметр – самый распространённый прибор для применения его в электрической цепи.

Единственным недостатком данного прибора является его собственное маленькое сопротивление, из-за чего он может сгореть или просто выключиться, если ему придется измерять силу тока, на которую он не рассчитан. Именно поэтому считается, что универсальность амперметра сильно ограничена.

Если появляется необходимость измерить постоянный ток, то для измерения прибором придется разорвать цепь, а также не забыть про полярность подключения. Данный процесс не всегда удобен и как следствие иногда вычисление по формулам является более предпочтительным.

Существует несколько видов амперметров, каждый из которых используется локально, то есть в определенных электрических цепочках. Наиболее популярными стали: тепловой, электромагнитный, магнитноэлектрический, электродинамический и индукционный амперметр.

Правила при работе с амперметром

1. Клемму амперметра, на которой изображен «плюс» – соединяем с проводом, который идет от положительного полюса. Клемма с «минусом» – наоборот.
2. Подключать амперметр в электрическую цепь, при отсутствии потребителя тока, нельзя.
3. Подключается амперметр в цепи последовательно.

Мультиметром

Мультиметр является многофункциональным прибором, то есть он может измерять ток и постоянных, и переменных токов. Его подключение аналогично амперметру (при условии измерения силы тока).

Прежде чем включить мультиметр внутри цепи, важно проверить режим измерения, а также выбрать пределы измерения гораздо больше силы, которую Вы ожидаете увидеть (современные мультиметры имеют цифровое табло).

При нахождении значения переменного тока переключите прибор на нужный режим и записывайте значения только после того, как цифры на дисплее перестанут мигать.

Единицы измерения на практике

Единицы измерения, приведенные в формулах, порой могут оказаться неудобным на практике, и оттого считаются «теоретическими». Например, в паспортах различных электроприборах (лампочек, телевизоров) Вы не увидите электрическую мощность в Ваттах. Это связано с тем, что если преобразовать формулу, то мы получим, что один Ватт – это 1 Джоуль/1 секунду.

И такое выражение крайне неудобное, ведь электроприборы потребляют ток в течение долгого времени: несколько минут, часов, дней, а расчет электричества по электросчетчику проводится раз в месяц!

Такие расчеты не оправданы и, как следствие, на практике время стали выражать не в секундах, а в часах, из-за чего электрический ток больше не выражается в Ваттах, а в ватт-час (ВтхЧ) или киловатт-час (кВтхЧ).

Из-за введения разных терминов (единиц измерения) мощности, следует разобраться как отличать килоВатт от килоВатт в час. Понятие первое показывает непосредственную мощность электротехники. Другими словами, в виде числа показывает способность прибора преобразовывать энергию электричества. КилоВатт в час – это то, сколько килоВатт за единицу времени (один час) может потребить, например, лампочка.

Сама мощность прибора никак не зависит от времени, однако то, какую мощность он может потребить – напрямую зависит от времени.

Узнать мощность электротехники, без использования формул или специальных приборов, можно взглянув на паспорт (инструкцию) выбранного объекта или на наклейку на нем.

• Телевизор в среднем потребляет до 200 Вт.
• Компьютер – 550 Вт.
• Электрический чайник – 1200 Вт.
• Тостер – 1200 Вт.
• Электрообогреватель – 1400 Вт.
• Микроволновая печь (СВЧ) – 1800 Вт.
• Электроплита – 2500 Вт.

Связь мощности тока с действием тока в электрической цепи

Определить нагрузку на прибор в электрической цепи можно с помощью сравнения мощности тока и номинальной мощности электротехники.

В случае, если мощность самого тока меньше, то его недостаточно или он в целом не проявляется. Это значит, что, если подключить мощный прибор – работать он не начнет.

Обратная ситуация, если сила тока слишком велика, то слабые приборы просто сгорят.

С помощью приведенных выше формул можно находить неизвестные переменные, которые используются в вычислительных задачах, связанных с электричеством. Самые распространенные величины в таких задачах: сопротивление, мощность, напряжение.

Каждый электроприбор имеет свою электрическую мощность и рассчитан на определенную силу тока. При избытке – прибор может сломаться, а при недостатке – не будет работать.

Иногда удобней будет использовать вычислительные «помощники», такие, как амперметр и мультиметр. Они изобретены для того, чтобы измерить силу тока в цепи, однако важно помнить об особенностях их использования.

Физика 8 класс. Урок№42. Амперметр. Измерение силы тока.

Поскольку сила тока проходит через всю цепь, то амперметр подключается к цепи так, что через него проходит ток. Таким образом, на шкале амперметра отображается сила тока в амперах, и при этом амперметр не влияет на ток.

Как и на любом приборе, на шкале амперметра отмечено самое большое число. Это значит, что это максимальное значение силы тока, на которое рассчитан данный прибор. Если сила тока в цепи превышает это значение, то амперметр к ней подключать нельзя, иначе можно испортить прибор.

Существует последовательное, параллельное и смешанное подключение, о которых подробнее мы поговорим немного позже. Последовательное подключение — это такое подключение, при котором конец одного проводника соединён с началом другого. При таком подключении, сила тока во всей цепи одинакова, поскольку через любое поперечное сечение проходит одинаковый заряд за одну секунду. Именно поэтому амперметр подключают к цепи последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.

У амперметра есть две клеммы, у одной из которых стоит знак «+». Эту клемму нужно обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса. Сила тока — очень важная характеристика электрической цепи. Именно ей характеризуется степень опасности для человека. Даже 100 мА приводит к серьёзным повреждениям, при поражении человеческого тела.

Задача 1. Через лампочку проходит 300 мА. Если включить в цепь два амперметра: до и после лампочки, то насколько будут различны их показания?

Амперметр подключается к цепи последовательно, а при таком подключении, сила тока на всех участках цепи одинакова, поэтому и тот и другой амперметр покажет 300 мА.

Задача 2. На рисунке показана электрическая цепь, в которую включены два амперметра. Определите максимальное значение на шкале второго амперметра.

Поскольку первый амперметр показывает, что ток в цепи составляет два ампера, то такое же показание будет и на втором амперметре. Но, для первого амперметра два ампера — это максимальное значение, а на втором амперметре стрелка стоит ровно посередине. Значит, два ампера — это половина максимального значения. Поэтому максимальное значение для второго амперметра будет составлять четыре ампера.

Задача 3. К электрической цепи подключили амперметр и лампочку, так, как показано на рисунке. Каковы будут показания амперметра, если через лампочку проходит ток 80 мА?

Точно ответить на этот вопрос нельзя, потому что на рисунке амперметр подключен к цепи неправильно, а, значит, его показания тоже будут неверны.

Какой ток покажет амперметр, если R1=1,25 Ом, R2=1 Ом, R3=3 Ом, R4=7 Ом, напряжение

Какой ток покажет амперметр, если \(R_1=1,25\) Ом, \(R_2=1\) Ом, \(R_3=3\) Ом, \(R_4=7\) Ом, напряжение \(U=7,3\) В? Сопротивлением амперметра пренебречь.

Задача №7.1.29 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

\(R_1=1,25\) Ом, \(R_2=1\) Ом, \(R_3=3\) Ом, \(R_4=7\) Ом, \(U=7,3\) В, \(I-?\)

Решение задачи:

Для начала представим схему, данную в условии, в более понятном виде (смотрите схему 1 на рисунке). На этой схеме ясно видно, что сопротивления \(R_2\) и \(R_3\) соединены параллельно. Давайте найдем их эквивалентное сопротивление \(R_<23>\) по известной формуле:

Сопротивления \(R_<23>\) и \(R_1\) соединены последовательно (смотрите схему 2 на рисунке), поэтому их эквивалентное сопротивление \(R_<123>\) равно:

Учитывая (1), получим:

Сопротивления \(R_<123>\) и \(R_4\) соединены параллельно (смотрите схему 3 на рисунке), поэтому общее сопротивление схемы \(R\) равно:

Очевидно, что амперметр покажет общий ток в цепи (смотрите схему 4 на рисунке), который можно найти по закону Ома:

Принимая во внимание выражение (2), имеем:

Не будем пытаться решить эту задачу в общем виде (задачи на электрические цепи вообще очень плохо решаются в общем виде), а посчитаем сначала сопротивление \(R_<123>\), а потом уже искомый ток \(I\).

Ответ: 4,7 А.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.