Урок 10(5) Сила струму. Амперметр. Вимірювання сили струму

Д. К. Максвелл

Акумулятор, термоелемент, електроскоп, фото­елемент, гальванічний елемент. Протон, нейтрон, атом, електрон.

Учитель промовляє першу фразу і пропонує кожному учневі додати наступну фразу, щоб ви­йшло оповідання про електричний струм.

Дії електричного струму можуть виявлятися різною мірою – сильніше чи слабше. Досліди по­казують, що інтенсивність (ступінь дії) електрич­ного струму залежить від заряду, який проходить у електричному колі протягом 1 с. Тому вводять таку фізичну величину, яка б характеризувала електрич­ний струм у колі. Назву цієї фізичної величини ви дізнаєтеся, розв'язавши «Фізичну анаграму».

Алис уртмсу (сила струму).

На Міжнародній конференції з мір та ваги у 1948 р. було вирішено для встановлення одиниці сили струму використати явище магнітної взаємо­дії двох провідників зі струмом.

Виконаємо дослід. Візьмемо два гнучкі провід­ники, приєднані до джерела струму, і розмістимо їх паралельно один до одного.

Якщо пропустити струм по провідниках в од­ному напрямі, то провідники притягуватимуться один до одного, а якщо у протилежних напрямках, то відштовхуватимуться.

Вимірювання сили взаємодії провідників пока­зують, що вона залежить від довжини провідників, відстані між ними, середовища, в якому вони роз­міщені, та від сили струму в цих провідниках.

За однакових умов чим більша сила струму в кожному провіднику, тим із більшою силою вони притягуються або відштовхуються.

Уявімо два дуже тонкі і дуже довгі паралельні провідники, розташовані у вакуумі на відстані 1 м один від одного. Сила струму в провідниках однакова. За одиницю сили струму беруть силу такого струму, при якому відрізки таких двох па­ралельних провідників завдовжки 1 м взаємодіють із силою 2∙10^-7 Н. Цю одиницю називають на честь скромного, нещасного в житті вченого, але в науці він – титан. Якщо правильно розшифруєте слова по горизонталях, то прочитаєте прізвище цього вченого:

1. Електричний іскровий розряд між хмарами або між хмарою та поверхнею землі. (Блискавка.)

2. Англійський учений, який встановив разом із Фарадеєм, що у просторі навколо заряджених частинок існує електричне поле. (Максвелл.)

3. Оптичний прилад. (Мікроскоп.)

4. Носій електричного струму в металах. (Електрон.)

5. Пристрій, за допомогою якого на великих електростанціях виробляють електричну енергію. (Генератор.)

Прізвище та ім'я цього французького фізика і математика – Ампер Андре-Марі, одиницю сили струму називають ампером і позначають великою літерою А.

Під час вимірювання застосовують також час­тинні або кратні одиниці сили струму:

1 мкА = 0,000001А;

1 мА = 0,001 А;

1 кА = 1000А та ін.

Одиниця, електричного заряду

Саме через одиницю сили струму визначають одиницю електричного заряду – кулон (Кл).

Оскільки , то q = І∙t. Якщо взяти І = 1 А, t = 1 с, то одержимо одиницю заряду – кулон.

Один кулон – електричний заряд, що пере­носиться зарядженими частинками, які створюють струм 1 А, через поперечний переріз провідника за 1 с. Електричним зарядом іноді ще називають кількість електрики.

Вимірювання сили струму

Для вимірювання сили струму виготовлено значну кількість різноманітних приладів (ампер­метри, міліамперметри, мікроамперметри, гальванометри тощо). (Продемонструвати.)

Розглянемо будову амперметра, для цього ви­ймемо його з корпусу, щоб можна було побачити його будову та всі необхідні позначення на шкалі.

Правила користування електричними при­ладами:

1. Встановити, для вимірювання якої фізичної величини використовується прилад. (Якщо на шка­лі вказано літеру А, це означає амперметр.)

2. Встановити, на яке максимальне значення ви­мірювальної величини розраховано прилад.

3. Встановити, для якого струму (постійного чи змінного) можна використовувати прилад. Постійний струм на шкалі приладу позначається горизонтальною рискою «–», а змінний — «~».

4. Якщо прилад можна використовувати в колах постійного струму, то біля клем, до яких приєдну­ються провідники, стоять знаки «+»і«–». До клеми «+» слід приєднувати провідник від позитивно зарядженого полюса джерела струму, що також по­значається знаком «+».

5. Визначити ціну поділки приладу. (Пригадати означення ціни поділки. Визначити ціну поділки для різних шкал.)

6. Визначити, яке значення вимірювальної ве­личини показує прилад. Якщо стрілка зупинилася між поділками, то значення заокруглюють до най­ближчої поділки.

Для амперметра ще потрібно вказати:

7. Амперметр умикають у коло послідовно з тим приладом, силу струму в якому вимірюють.

8. Заборонено приєднувати амперметр безпо­середньо до джерела струму без послідовно ввім­кнених із ним споживачів.

Показати на демонстраційних приладах спосіб увімкнення в коло амперметра. Накреслити схему.

1. У чому головна відмінність між струмом у металевому провіднику, яким розряджають елек­троскоп, і струмом у провіднику, який з'єднує по­люси джерела струму?

2. Запишіть в амперах силу струму: 30 000 мкА; 5,6 кА; 100 мА.

3. Яку фізичну величину вимірює прилад, шка­ла якого показана на рисунку?

Яка його ціна поділки? Які покази приладу?

4. Яка сила струму в електричному колі, якщо через поперечний переріз провідника проходить заряд 100 Кл за 4 с?(25 А)

5. Сила струму через електричну лампочку кишенькового ліхтарика становить 0,22 А. Який заряд проходить через лампочку за 10 хв? (132 Кл)

6. Якщо через поперечний переріз провідника щосекунди проходить близько 6∙10¹⁸ електронів, то чому дорівнює сила струму у провіднику? (0,96 А)

Доповнити таблицю «Фізичні величини».

№	Назва фізичної величини	Позна-чення	Основна одиниця	Формула	Вимірювальний прилад
4	Сила струму	І	А		Амперметр

Я вважаю, що...

...тому що...

... наприклад, ...

Отже, ...

VIII. Домашнє завдання

1. § 14 (підручник Шут М.І. Мартинюк М.Т.).

2. Розв'язати задачу:

1) Завдання 7 (1) стор. 66

2) Через одну електричну лампу проходить 450 Кл електрики за кожні 5 хв, а через іншу – 15 Кл за 10 с. В якій лампі сила струму більша?

3. Підготувати повідомлення: «Життєвий шлях А.М. Ампера» (див. додаток).

4. Підготуватись до лабораторної роботи «Вимірювання сили струму за допомогою амперметра».

Додаток

Життєвий шлях А.-М. Ампера

Андре-Марі Ампер (1775-1836) – видатний французький математик і фізик, що зробив ряд відкриттів в області електромагнетизму. За ці від­криття вдячне людство назвало його ім'ям одини­цю сили струму.

Ампер народився 20 січня 1775 р. в селищі Полім'є поблизу Ліона. Його батько був досить багатою людиною і мав можливість дати синові різносторонню освіту. Хлопчик рано захопився математикою і вже в 13 років послав свою першу роботу до Ліонської академії. В цей час йому по­трапила до рук книга Лагранжа «Аналітична механіка». Ампер настільки захопився нею, що повторив усі математичні перетворення.

Безтурботне життя скоро закінчилося. Під час Великої французької революції в 1792 р. Ліон від­мовився виконувати накази з Парижа. Після дво­місячної облоги місто було взяте, і більшість його громадян, зокрема батька Ампера, було страчено.

Хлопцю Амперу довелося заробляти собі на життя викладанням математики і фізики. Авто­ритет його поступово зростав, і 1802 р. його за­просили професором фізики і хімії до Центральної школи в м. Бурге. Тут він написав і опублікував свою першу велику роботу «Математична те­орія ігор» (1803 p.). В 1803 р. за рекомендацією Даламбера він перейшов на посаду професора математики в Ліонський ліцей. Потім Ампер пе­ребрався до Парижу і викладав у Політехнічній школі, де у 1809 р. став професором математики. Тут він продовжував плідно працювати.

За свою працю з диференційних рівнянь Ам­пер був у 1814 р. обраний членом Національної ака­демії наук. У галузі хімії він зробив першу спробу класифікації хімічних елементів. У галузі фізики Ампер працював над дифракцією світла й опуб­лікував низку робіт на цю тему. 1820 р. датський фізик Ганс Христіан Ерстед випадково помітив, що якщо по дроту проходить струм, то відхиляється стрілка компаса, який лежить поряд. На засіданні академії 4 вересня 1820 р. був продемонстрований дослід Ерстеда. А вже до кінця вересня Ампер доповів про відкриття сил притягання між двома паралельними провідниками зі струмом.

Продовжуючи ці експерименти, Ампер виявив, що котушка зі струмом діє як постійний магніт (на­далі, працюючи в цьому напрямі, Майкл Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції). Ампер винайшов пристрій із вільно підвішеною голкою, яка відхилялася під дією струму через котушку, причому відхилення було тим більшим, чим біль­шою була сила струму. Внаслідок удосконалення цього пристрою було сконструйовано вимірю­вальний прилад – гальванометр. Але, навіть працюючи з його прототипом, Ампер установив, що струм існує в замкнутому електричному колі. Надалі Кірхгоф і Ом установили закони електрич­них кіл.

Найважливішою публікацією Ампера в галузі електрики і магнетизму був «Мемуар про мате­матичну теорію електродинамічних явищ», що вийшов у світ 1827 р. Зокрема, в ньому був сфор­мульований закон Ампера, який пов'язав силу струму в провіднику і магнітну індукцію. Ідеї, ви­кладені в цій фундаментальній праці, були потім розвинені в працях Вебера, Максвелла, Томпсона. Можна вважати, що Ампер відкрив двері в таку широку галузь знань, як електромагнетизм.