§ 26. Сила струму. Амперметр

Досліди показали, що більше електричних зарядів проходить через провідник за певний час, то більше проявляються дії електричного струму -теплова, хімічна, магнітна, механічна та світлова. Що більше заряджених частинок переміщується від одного полюса джерела струму до іншого, то більший загальний заряд переноситься частинками.

Електршший заряд, що проходить через поперечний переріз (це уявний поперечний розріз) провідника за одиницю часу, визначає силу струму в колі.

Сила струму — це фізична величина, яка характеризує електричний струм і визначається відношенням електричного заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження.

Силу струму позначають великою латинською літерою І і визначають за формулою:

де q - електричний заряд, що пройшов через провідник за час t.

За одиницю сили струму прийнято один ампер (1 А). Цю одиницю названо на честь французького фізика Андре-Марі Ампера. На Міжнародній конференції з мір та ваг у 1948 р. було вирішено за основу визначення одиниці сили струму' брати явище взаємодії двох провідників зі струмом.

Дослід 1. Візьмемо два гнучких прямих провідники, розмістимо їх паралельно один одному та приєднаємо до джерела струму. Під час замикання кола у провідниках проходить електричний струм, унаслідок чого вони взаємодіють між собою - притягуються, якщо напрямок струму в них однаковий (мал. 162, а), або відштовхуються, якщо напрямок протилежний (мал. 162, б).

Цей дослід уперше виконав Ампер. Він виміряв силу взаємодії провідників зі струмом. Виявилося, що ця сила залежить від довжини провідників, відстані між ними, середовища, у якому вони розміщені, та від сили струму в провідниках. Ампер визначив, що два дуже тонких і довгих паралельних провідники завдовжки 1 м у безповітряному просторі (вакуумі), відстань між якими дорівнює 1 м, сила струму в кожному з них однакова, взаємодіють між собою із силою 0,0000002 Н.

Один ампер (1 А) — сила струму, який, проходячи у двох паралельних прямолінійних нескінченної довжини тонких провідниках, що розміщені у вакуумі на відстані 1 м один від одного, спричиняє на кожній ділянці провідника завдовжки 1 м силу взаємодії 2 · IO^-7 Н.

Застосовують також частинні та кратні одиниці сили струму: міліампер (мА), мікроампер (мкА), кілоампер (кА):

1 мА = 1 · IO ² А; 1 мкА = 1 · 10 ⁶ А; 1 кА = 1 · 10^а А.

Через одиницю сили струму I А визначають одиницю електричного заряду. Оскільки І = —, то q = It. Поклавши, що I - I A, t = 1 с, отримаємо

t

одиницю електричного заряду - один кулон (1 Кл).

1 кулон = 1 ампер · 1 секунда, або 1 Кл =IA lc = IAc.

З визначення сили струму випливає, що при силі струму I А через поперечний переріз провідника щосекунди проходить електричний заряд 1 Кл, тобто IA=I Кл/1 с.

Знаючи заряд електрона, неважко визначити, що при силі струму I А через поперечний переріз провідника проходить 6,25 · 10^і8 електронів щосекунди.

Діапазон (межі) значень сили струму, з якими доводиться зустрічатися у фізиці, невеликий порівняно з іншими величинами і становить від 10-« (0,000001) до 10* (100 000) А.

В електричних лампах, нагрівальних приладах, де використовується теплова дія струму, сила струму досягає кількох амперів. Під час електрозварювання, коли потрібно розігріти метали до високої температури, сила струму набуває значення кількох тисяч ампер. Ще більша сила струму (у сотні тисяч амперів) виникає під час блискавки, від чого повітря розігрівається до температури 20 000 ^lC; за дуже короткий час (до IQ-⁴ с) його тиск підвищується до 300 атм (3,03 · IO⁷ Па), що відповідає інтенсивному акустичному удару - ми чуємо грім.

Хімічна дія струму використовується під час заряджання акумуляторів, хромування та нікелювання деталей і виробів, електрохімічного добування металів. Сила струму під час цих процесів становить від кількох амперів (заряджання акумуляторів) до сотень і навіть тисяч амперів (добування чистих металів).

Магнітна дія струму використовується в електромагнітах, двигунах тощо. Для роботи потужних двигунів сила струму має становити сотні амперів.

У таблиці 9 наведено значення сили струму в деяких технічних пристроях і приладах.

Сила струму в різних технічних пристроях і приладах Таблиця У

Продовження таблиці 9

Для вимірювання сили струму в колі використовують прилад — амперметр (мал. 163). Шкала амперметра на малюнку 163, а проградуйована в амперах (А), а на малюнку 163, 6-у мікроамперах (укр. позначення - мкА, міжнар. μΑ). На шкалах відповідно написано літери А і μΑ. На схемах амперметр зображають літерою А в колі (мал. 164).

Будь-який вимірювальний прилад під час вмикання в коло не повинен впливати на значення вимірюваної величини. Тому амперметр побудовано так, що при вмиканні його в коло сила струму в колі майже не змінюється. Амперметр конструюють так, щоб його електричний опір був якомога менший (про електричний опір дізнаєтеся трохи згодом).

Щоб виміряти силу струму в колі, амперметр вмикають у коло послідовно за тим приладом, силу струму в якому вимірюють. Для цього треба «розірвати» коло, тобто від’єднати від приладу один з провідників, приєднаних до нього, і у проміжок, що утвориться, ввімкнути амперметр за допомогою двох клем або затискачів, розташованих на його корпусі. Біля однієї з клем амперметра стоїть знак «плюс» («+»), біля другої - «мінус» (іноді

«-$> не вказують). Клему зі знаком «+» треба обов’язково з’єднувати з проводом, що відходить від позитивного полюса джерела струму.

Оскільки за законом збереження електричного заряду кількість зарядів, що надходить у коло з одного з полюсів джерела струму, дорівнює кількості зарядів, що повертаються на другий полюс джерела, то сила струму однакова в різних ділянках кола з послідовно з’єднаних приладів. Тому, щоб виміряти силу струму в такому колі, амперметр можна вмикати в будь-якому місці, його покази будуть завжди однакові.

Дослід 2. Складемо електричне коло (мал. 165) і виміряємо силу струму в спіралі лампи кишенькового ліхтарика. Сила струму дорівнює 0,2 А.

У техніці використовують різноманітні амперметри. За їхніми шкалами або іншими позначеннями видно, на яку найбільшу силу струму вони розраховані. Перевищувати цю силу струму не можна, бо прилад може зіпсуватися. На практиці також використовують амперметри із цифровими індикаторами. Наприклад, на малюнку 166 показано, що виміряна таким амперметром сила струму в колі дорівнює 197,1 А.

Сучасними амперметрами можна вимірювати струми до IO⁵ А.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Що таке сила струму?

2.    Поясніть, чому термін «сила струму» в принципі не можна вважати вдалим.

3.    Яке явище використовується для визначення одиниці сили струму?

4.    Що прийнято за одиницю сили струму? Як називають цю одиницю?

5.    Яким приладом вимірюють силу струму?

6.    У яких одиницях градуюють шкалу амперметра?

7.    Як вмикають амперметр в електричне коло?

Це матеріал з підручника фізика 8 клас Сиротюк