Pomiar natężenia i napięcia

około 12 minut

W tej lekcji1/9

Na stole leży bateria, żarówka, kilka przewodów i dwa mierniki. Wiesz już, czym jest natężenie i czym napięcie. Ale zaraz masz to naprawdę zmierzyć — i tu zaczyna się jedyne pytanie, które decyduje o wyniku: gdzie wpiąć który miernik? Dziś to rozstrzygamy raz na zawsze.

Obie reguły wpięcia już znasz

Amperomierz W obwodzie, woltomierz OBOK elementu. Obie reguły wynikają z definicji z dwóch poprzednich lekcji: natężenie to ładunek przechodzący przez przekrój, więc cały prąd musi przejść przez amperomierz — szeregowo, w przerwę obwodu. Napięcie to różnica między dwoma punktami, więc woltomierz musi dotknąć obu naraz — równolegle, obok elementu.

Zostaje pytanie, którego tamte lekcje nie stawiały: co miernik robi z obwodem, w który go wpinasz.

Amperomierz w przerwie obwodu, szeregowo z żarówką

Ile miernik zabiera obwodowi — dwie liczby

Miernik ma nie zmieniać tego, co mierzy. Zajrzyj więc do danych szkolnego zestawu:

Miernik	Opór własny	Dla prądu jest jak
amperomierz	około $0{,}01\ \Omega$	kawałek zwykłego drutu
woltomierz cyfrowy	około $1\,000\,000\ \Omega$	ściana

Sto milionów razy więcej — i właśnie o to chodzi. Amperomierz stoi na drodze prądu, więc prawie nie może jej utrudniać; woltomierz stoi obok i ma dla siebie odgałęziać jak najmniej. Gdyby zamienić ich opory miejscami, żaden nie zmierzyłby nic sensownego.

Budujemy układ pomiarowy krok po kroku

1
Obwód składamy przy OTWARTYM wyłączniku. Nic nie wpinamy do żywego obwodu — najpierw wszystko na miejscu, prąd na końcu.
2
Amperomierz wstawiony w przerwę przewodu między baterią a żarówką
Rozłączamy przewód między baterią a żarówką i w tę przerwę wstawiamy amperomierz. To jest wpięcie szeregowe. Nigdy odwrotnie: amperomierz przyłożony wprost do dwóch biegunów baterii to zwarcie, które znasz z lekcji o natężeniu prądu.
3
Pilnujemy biegunowości: zacisk oznaczony plusem łączymy od strony dodatniego bieguna baterii. Miernik wskazówkowy podłączony odwrotnie odbija wskazówkę w lewo, poza skalę, a cyfrowy pokaże po prostu minus.
$+ \rightarrow +,\quad - \rightarrow -$
4
Ustawiamy NAJWIĘKSZY zakres miernika. Jeśli wskazówka ledwo drgnie, dopiero wtedy schodzimy niżej. Odwrotna kolejność potrafi kosztować miernik.
$10\text{ A} \rightarrow 1\text{ A} \rightarrow 100\text{ mA}$
5
Woltomierz dopinamy równolegle do żarówki — obwodu przy tym nie przerywamy, tylko dokładamy dwa przewody do jego dwóch punktów.
$U_{\text{zarowki}}$
6
Dopiero teraz zamykamy wyłącznik i odczytujemy oba wskazania. Po pomiarze wyłącznik znowu otwieramy.
Wskazówka
Cztery rzeczy do sprawdzenia zanim popłynie prąd: szeregowo czy równolegle, biegunowość, zakres, otwarty wyłącznik. Zawsze w tej kolejności.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Woltomierz ustawiono na zakres 60 V, a jego skala ma 30 działek. Ile woltów przypada na jedną działkę?

Pułapka! Liczba działek to jeszcze nie wynik

Wskazówka stoi na 25 działce, więc płynie 25 A. Nie płynie. Skala miernika jest zawsze ta sama — to pokrętło zakresu decyduje, ile warta jest jedna działka.

Przy zakresie 5 A i skali o 50 działkach jedna działka to $\frac{5\ \text{A}}{50} = 0{,}1$ A, więc 25 działek daje $2{,}5$ A. Przy zakresie 1 A ta sama wskazówka pokazałaby $0{,}5$ A — ta sama kreska, dwa różne wyniki.

Błąd bierze się z linijki: tam jedna działka to zawsze jeden milimetr, więc odczyt sprowadza się do policzenia kresek. Tu wartość działki najpierw wyliczasz.

Kontrola: wynik nigdy nie przekracza nastawionego zakresu.

Pomiar przy stole, wskazanie po wskazaniu

1
Mierzymy obwód z baterią płaską i żarówką. Amperomierz ustawiony na zakres 5 A, skala ma 50 działek, więc jedna działka to 0,1 A.
$\frac{5\text{ A}}{50} = 0{,}1\text{ A}$
2
Wskazówka amperomierza zatrzymała się na 25 działce. Mnożymy liczbę działek przez wartość jednej działki.
$I = 25 \cdot 0{,}1\text{ A} = 2{,}5\text{ A}$
3
Woltomierz wpięty równolegle do żarówki pokazuje 4,5 V. To napięcie NA ŻARÓWCE, a nie na całym obwodzie.
$U = 4{,}5\text{ V}$
4
Przepinamy woltomierz do samych zacisków baterii. Wskazanie jest odrobinę większe niż na żarówce — część napięcia zostaje na przewodach i wewnątrz ogniwa.
Wskazówka
Miernik zawsze mierzy to, do czego jest podpięty. Zanim odczytasz liczbę, sprawdź, czego ona dotyczy.

Wszystkie kroki za Tobą!

Twoja kolej

Amperomierz jest ustawiony na zakres 5 A, a jego skala ma 50 działek. Wskazówka zatrzymała się na 30 działce. Ile amperów płynie w obwodzie?

Ściąga do zapamiętania

Jak zbudować układ pomiarowy i jak odczytać wskazanie ze skali?

Amperomierz — szeregowo, w przerwie obwodu; woltomierz — równolegle, obok elementu. Obie reguły wynikają z definicji obu wielkości.
• Opór własny: amperomierz około $0{,}01\ \Omega$ (dla prądu jak kawałek drutu), woltomierz cyfrowy około $1\,000\,000\ \Omega$ (jak ściana). Sto milionów razy różnicy — dzięki temu żaden nie zmienia tego, co mierzy.
• Kolejność montażu: wyłącznik otwarty, potem biegunowość ( $+ \rightarrow +$ , $- \rightarrow -$ ), potem największy zakres ( $10\ \text{A} \rightarrow 1\ \text{A} \rightarrow 100\ \text{mA}$ ), a prąd na samym końcu.
• Odczyt: najpierw wartość jednej działki, czyli $\frac{\text{zakres}}{\text{liczba działek}}$ , np. $\frac{5\ \text{A}}{50} = 0{,}1\ \text{A}$ ; wtedy $25$ działek to $I = 25 \cdot 0{,}1\ \text{A} = 2{,}5\ \text{A}$ .
• Pułapka: liczba działek to nie wynik. Kontrola — wynik nigdy nie przekracza nastawionego zakresu.
• Bezpieczeństwo: amperomierz podłączony wprost do biegunów źródła to zwarcie i spalony miernik.

Sprawdź się!

Skala amperomierza ma 50 działek. Ustawiasz zakres 1 A, a wskazówka zatrzymuje się na 20 działce. Jakie natężenie płynie w obwodzie?

Chcesz zmierzyć napięcie na żarówce. Jak podłączasz woltomierz?

Dlaczego woltomierz ma bardzo duży opór wewnętrzny?

Amperomierz podłączono przewodami wprost do dwóch biegunów baterii, tak jak na schemacie. Co się stanie?

Układ z pytania: sam amperomierz i ogniwo, bez odbiornika

Nie wiesz, jak duży prąd popłynie w badanym obwodzie. Od którego zakresu amperomierza zaczynasz pomiar?

Następny temat

Opór elektryczny. Prawo Ohma