Что такое ампер
Краткий ответ
Ампер (обозначение А) — единица силы электрического тока в СИ. 1 ампер — это сила такого тока, при котором через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит заряд 1 кулон:
$$1\ \text{А} = 1\ \frac{\text{Кл}}{\text{с}}$$
Как это понять по шагам
1. Что вообще измеряет ампер. Ток — это направленное движение заряженных частиц. Ампер показывает не «сколько заряда всего», а сколько заряда протекает за единицу времени, то есть «интенсивность потока» зарядов. Это как расход воды в трубе: литры в секунду, только здесь — кулоны в секунду.
2. Формула. Сила тока $I$ связана с зарядом $q$ и временем $t$:
$$I = \frac{q}{t} \quad\Rightarrow\quad 1\ \text{А} = \frac{1\ \text{Кл}}{1\ \text{с}}$$
3. Связь с другими единицами (через закон Ома $I = U/R$):
$$1\ \text{А} = \frac{1\ \text{В}}{1\ \text{Ом}}$$
4. Современное (с 2019 г.) определение. Ампер привязали к элементарному заряду $e = 1{,}602176634\cdot10^{-19}$ Кл: 1 А — это ток, при котором за 1 с через сечение проходит примерно $6{,}24\cdot10^{18}$ элементарных зарядов (электронов).
Раньше (до 2019 г.) ампер определяли иначе — через силу взаимодействия двух параллельных проводников с током в вакууме: она равна $2\cdot10^{-7}$ Н на каждый метр длины при расстоянии 1 м. Это тоже полезно знать: так единицу можно было «собрать» в лаборатории.
5. Чтобы почувствовать масштаб: лампочка накаливания — около 0,4 А, зарядка телефона — 1–2 А, электрочайник — 10 А, а разряд молнии — десятки тысяч ампер.
Проверка результата
Через проводник за 2 с прошёл заряд 6 Кл. Сила тока:
$$I = \frac{q}{t} = \frac{6\ \text{Кл}}{2\ \text{с}} = 3\ \text{А}$$
Проверяем обратным действием: $3\ \text{А}\cdot 2\ \text{с} = 6\ \text{Кл}$ — сходится. Значит, ампер действительно «кулон в секунду», и формулу $I=q/t$ можно использовать в обе стороны.
Обсуждение
2 сообщенияА как силу тока измеряют амперметром?
Краткий ответ
Амперметр включают в цепь последовательно с тем участком, где измеряют ток, и обязательно соблюдая полярность («+» прибора — к «+» источника). Последовательно — потому что при таком соединении через прибор идёт тот же самый ток, что и через участок цепи.
Как это делается на практике — по шагам
1. Разорвать цепь. Ток должен пойти через амперметр, поэтому цепь в месте измерения разъединяют и прибор вставляют «в разрыв».
2. Соблюсти полярность. Клемму «+» амперметра соединяют с той стороной, откуда идёт ток (со стороны «+» источника). Иначе стрелка уйдёт в обратную сторону — вплоть до поломки.
3. Выбрать предел измерения. Он должен быть больше ожидаемого тока. Если величину тока не знают, начинают с самого большого предела и постепенно переходят на меньший — так прибор не выйдет из строя.
4. Замкнуть цепь и снять показания. Считают по шкале: число делений умножают на цену деления.
5. Никогда не включать амперметр параллельно! Его сопротивление очень мало, и параллельное подключение даст короткое замыкание — прибор сгорит, а источник может пострадать. (Вольтметр, наоборот, включают параллельно — не перепутайте.)
Почему у амперметра маленькое сопротивление
Прибор должен не мешать измеряемому току. Идеальный амперметр имеет $R_A \to 0$. Реальный вносит небольшую погрешность: включение амперметра чуть уменьшает ток в цепи.
Как расширяют предел измерения — шунт
Параллельно амперметру подсоединяют маленькое сопротивление — шунт $R_{ш}$. Через прибор идёт только часть тока, а основная — через шунт. Тогда измеряемый ток в $n$ раз больше тока прибора:
$$n = \frac{I}{I_A}, \qquad R_{ш} = \frac{R_A}{n-1}$$
Пример. Амперметр с $R_A = 1$ Ом рассчитан на $I_A = 0{,}1$ А, а нужно измерять до $I = 1$ А. Тогда $n = 10$, и
$$R_{ш} = \frac{1\ \text{Ом}}{10-1} \approx 0{,}11\ \text{Ом}$$
Пример снятия показаний
Шкала амперметра имеет 50 делений, предел измерения — 2 А. Цена деления:
$$C = \frac{2\ \text{А}}{50} = 0{,}04\ \frac{\text{А}}{\text{дел}}$$
Стрелка стоит на 30-м делении:
$$I = 30 \cdot 0{,}04 = 1{,}2\ \text{А}$$
Проверка логики: предел 2 А, стрелка на 30 из 50 — это $30/50 = 0{,}6$ шкалы, значит $0{,}6 \cdot 2 = 1{,}2$ А. Сходится.
В школьной лаборатории чаще пользуются мультиметром: переключатель ставят в режим «A» (постоянный ток, $\text{DC}$) или «A~» (переменный), щупы — так же последовательно в разрыв цепи.
