Как измерить силу тока мультиметром: используем инструкцию

Как создать длительный ток и что для этого необходимо

Положительный заряд – это недостаток электронов, а отрицательный – это их избыток. В момент соединения тел проводником, отрицательные электроны устремились к положительно заряженному телу.

А в конце ток прекратился потому, что заряды тел скомпенсировались и тела превратились в электрически нейтральные. Нам известно, что нейтральные тела электрическое поле не создают.

Значит, ток существует до тех пор, пока существует электрическое поле. Поэтому, нужно каким-либо образом поддерживать электрическое поле. А для этого нужно, чтобы одно из тел обладало избыточным отрицательным зарядом. То есть, нужно поддерживать на одном из тел отрицательный, а на другом – положительный заряд. Пока заряды тел будут поддерживаться, ток будет существовать.

Чтобы на теле с положительным зарядом поддерживать этот заряд, нужно убирать с этого тела прибежавшие туда электроны и отправлять их обратно на отрицательно заряженное тело.

Такая схема по своему устройству напоминает фонтан, в котором насос поддерживает разность давлений. В нагнетающей воду трубе давление больше, чем в трубе, через которую вода поступает обратно в насос.

Рис. 18. Поток воды циркулирует благодаря насосу, поддерживающему разность давлений

Именно благодаря этой разности, из одной трубы вода выплескивается вверх, а собранная в чашу вода попадает обратно в насос. При этом, по контуру циркулирует одно и то же количество воды, то есть, водяной контур замкнут. А ток воды в этом контуре поддерживается специальным устройством – насосом. Он совершает работу против силы тяжести.

Рис. 19. Водяной насос в фонтане совершает работу против силы тяжести

Сторонние силы — что это такое

Подобно своеобразному насосу устроен источник тока. Внутри источника действуют сторонние силы. Они возвращают электроны на «-» контакт.

На заряды в электрическом поле будет действовать сила. Она называется силой Кулона и имеет электрическую природу. Электроны будут притягиваться к телу, имеющему положительный заряд.

Сила Кулона будет мешать возвращать электроны на отрицательное тело. Подобно силе тяжести, которая мешает воде в фонтане двигаться вверх.

Чтобы вернуть электроны на отрицательно («-») заряженное тело, нужно совершить против силы Кулона. Значит, должна присутствовать какая-то внешняя сила, возвращающая электроны на отрицательно («-») заряженное тело. Эта сила имеет неэлектрическую природу, она называется сторонней силой.

Рис. 20. Источник тока совершает работу против электрической силы Кулона

Теперь можно ответить на вопрос: Что такое источник тока?

Во время существования электрического тока сами электроны не расходуются. Они, как вода в фонтане, циркулируют по замкнутой траектории.

Чтобы ток существовал постоянно, нужно, чтобы между заряженными противоположно телами электрическое поле существовало непрерывно.

Примечание: В качестве заряженных противоположно тел можно рассматривать контакты источника тока.

Для этого электроны нужно пропустить по замкнутому контуру, т. е. непрерывной электрической цепи. Поэтому, еще одно условие существования постоянного тока – это замкнутая электрическая цепь. Как только замыкается цепь, в направленное движение приходят все заряженные частицы, находящиеся в этой цепи.

Рис. 21. Электрический ток источник может создать только в замкнутой цепи

В такой цепи заряды циркулируют по замкнутой траектории. То есть, заряд, вышедший из источника и совершивший полный оборот, попадет обратно в источник тока. Там он будет подхвачен сторонними силами и через противоположный вывод источника тока попадает обратно в цепь. Затем, будет двигаться далее и, совершит следующий круг. Поэтому, во время протекания электрического тока сами заряды не расходуются.

Нам известно, если на заряд действует сила и, под действием этой силы заряд перемещается, то эта сила совершает работу.

Это значит, что сторонние силы в источнике совершают работу. Подробнее о работе сторонних сил (ссылка).

Что необходимо учитывать при измерении

Важным условием при определении силы тока является включение в цепочку ограничительного сопротивления – резистора или обычной электролампочки. Этот элемент защитит прибор от поломки (сгорания) под воздействием потока электронов.

Если сила тока на индикаторе не отображается, это говорит о неверно выбранном пределе, который нужно снизить на одну позицию. Если результата нет снова – еще на одну, продолжая до тех пор, пока на экране или шкале не отобразится какое-то значение.

Производить замер нужно быстро – щуп не должен контактировать с кабелем более одной-двух секунд. Особенно это касается элементов питания малой мощности. Если, измеряя силу тока батареек, держать щуп на проводе длительное время, итогом станет их разряд – частичный или полный.

Ампер — единица измерения силы тока в Международной системе единиц

В системе СИ единицей измерения силы тока является ампер. Его обозначают буквой А. Один ампер — это сила такого постоянного электрического тока, при котором через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит заряд, равный одному кулону:

Ампер (единица измерения силы тока) — это одна из семи основных единиц системы СИ. Еще в 1948 году в качестве определения единицы силы тока было принять явление взаимодействия пары параллельных проводников, по которым текут токи. Мы помним, что когда по двум параллельным проводникам текут токи, имеющие одинаковые направления, то они притягиваются, если токи противоположно направлены, то проводники отталкиваются, возникает сила Ампера. Один ампер определяют используя понятие о силе Ампера. Говорят, что ампер — это сила тока, проходящего в двух прямых бесконечно тонких и длинных проводниках, находящихся в вакууме порождающая силу Ампера (сила взаимодействия проводников) равную $2\cdot {10}^{-7}Н$ на каждый метр проводника.

Свое название ампер получил в честь французского физика А.М. Ампера.

Один ампер, это достаточно большая сила тока. Считают, что для человека сила тока становится опасной от 0,001 А, сила тока от 0,1 А может нанести к значительный вред здоровью. В практических расчетах используют кратные и дольные единицы силы тока, используя при этом стандартные приставки системы СИ. Например, микроампер $1мкА={10}^{-6}А;;килоампер\ 1кА=1000\ А.$

Отличие напряжения от силы тока

Электричество, как и любая другая материя, имеет собственные характеристики, используемые для определения эффективности работы и контроля заданных параметров. В физике существуют такие понятия как «напряжение» и «сила тока». Они описывают одно и тоже явление, но сами по себе как показатели они отличаются друг от друга.

Такие различия заключены в принципе действия электричества. Под силой тока понимают объем потока электронов, способных пройти на расстояние одного метра за установленный интервал времени. Напряжение наоборот выражено в количестве потенциальной энергии. Оба понятия тесно связаны между собой. К внешним факторам влияния на них относят:

• материал, из которого изготовлен проводник;
• температура;
• магнитное поле;
• условия окружающей среды.

Отличия также заключаются в способах получения этих параметров. Когда на заряды проводника воздействует внешнее магнитное поле, формируется напряжение, которое генерирует поток между точками цепи. Так же специалисты выделяют отличия в энергопотреблении, называемым мощностью. Если напряжение характеризует параметры потенциальной энергии, то ток — кинетической.

Как и зачем экономить электроэнергию на основании данных о расходе электричества бытовыми приборами.

Есть по меньшей мере две причины, почему нужно экономить электроэнергию. Это сбережение природных ресурсов и снижение вредных выбросов в атмосферу и уменьшение денежных расходов потребителя. Проанализируйте, сколько электричества расходует каждый прибор в вашем доме и можно ли уменьшить этот показатель. Если общий расход превышает принятую в России среднестатистическую норму потребления электроэнергии 350 кВт на одного человека в месяц, достаточно принять несложные меры. За счет чего можно экономить электроэнергию:

1. не оставлять без надобности включенным свет>;
2. если электроприбор не используется, выключать его из сети;
3. использовать только энергосберегающие лампы, их высокая стоимость быстро окупится, так как они работают значительно дольше простых ламп накаливания;
4. установить на компьютере экономный режим ожидания, через определенное время устройство отключится автоматически, а при переводе в активный режим «съест» меньше электрической энергии;
5. не оставлять открытыми окна при включенном кондиционере, заставляя его работать вхолостую;
6. поставить холодильник и морозильную камеру подальше от горячей батареи и окон, чтобы уберечь от теплых солнечных лучей;
7. размораживать холодильник, как только в морозилке образовалась наледь, она увеличивает расход электричества;
8. по возможности не использовать переходники и удлинители;
9. регулярно удалять в чайнике накипь, она заставляет расходовать большее количество электроэнергии на нагрев;
10. установить многотарифные счетчики, чтобы пользоваться энергоемкой техникой в ночное время, когда тарифы ниже почти в два раза.

Отдавайте предпочтение бытовым приборам с высоким классом энергоэффективности. С 2011 года вся домашняя техника от холодильников и стиральных машин до светильников маркируется специальными индексами – A, B, C, D, E, F, G.

Меньше всего энергии потребляет бытовая техника с маркировкой А, А+ и А++, ее относят к 1 классу энергосбережения, она экономит до 50-80% электроэнергии. Классы В и С сберегают от 10 до 50%. Остальные индексы означают, что электроприборы экономят незначительно или являются энергозатратными.

Экономия электричества актуальна для каждой семьи, ведь расходы на него – тяжелое бремя для домашнего бюджета. Зная, как рассчитать среднесуточное потребление электричества по каждому прибору, вы сможете снизить свои затраты.

Параллельное соединение резисторов

При параллельном расположении резисторов в сети, они имеют общую точку контакта на входе и на выходе. В этом случае общее напряжение будет соответствовать значению напряжения на каждом отрезке, а вот ток будет суммироваться (I об= I1 + I2 +I3). Это соотношение имеет большое значение для практического применения и получило название – закон разветвленной цепи.

Несмотря на то, что общий ток в цепочке резисторов, соединенных параллельно на выходе равен сумме токов в самостоятельной ветке, для конкретного участка он может отличаться. Это обусловлено тем же законом Ома, при условии разности сопротивлений. Чтобы узнать силу тока на каждом резисторе в соответствующей ветке, необходимо знать их сопротивление. При параллельном соединении, напряжение на обособленном участке, является постоянной величиной. Соответственно сила тока отельного резистора легко вычисляется по закону Ома для участка цепи.

Для чего измерять силу тока

Измерение силы тока в электротехнике проводится реже, чем напряжения или сопротивления. Но она необходима:

• Для определения фактической мощности электроприбора P. Зная напряжение источника U и применив формулу Р=UxI, можно получить значение работы в ваттах.
• Для проверки цепей или отдельных устройств на соответствие данной нагрузке. Если она слишком большая, возможен перегрев проводников и выход приборов из строя.
• Для поиска утечки тока в аккумуляторе. Зачастую автовладельцы обнаруживают, что он разрядился при отсутствии нагрузки в гараже или на стоянке. Простая проверка помогает найти активных потребителей и отключить их, тем самым решить проблему.
• Для расчета необходимой емкости источника. Например, при измерении светодиодной лампы установлено, что сила тока потребления равна 20 мА, а батарейка при данном сопротивлении нагрузки может обеспечить 900 мА. Тогда тока источника хватит на 45 часов работы светодиода.
• Для поиска неисправностей при ремонте бытовой техники. Какие-либо отклонения в потреблении тока в меньшую сторону будут свидетельствовать о наличии неработающих участков.

В электротехнике или радиотехнике сила тока не менее важна, чем напряжение. Для ее определения в профессиональной работе раньше использовались амперметры. С появлением универсальных мультиметров эти исследования стали значительно проще и доступнее.

Результирующая сила

Для корректного описания перемещения объектов в физике используют понятие равнодействующей или результирующей силы. Равнодействующая — это сила, которая своим действием эквивалента влиянию всех сил, приложенных к телу. Понятно, что равнодействующая представляет собой векторную сумму всех воздействующих на объект сил. При разнонаправленных векторах результирующая сумма может оказаться эквивалентной нулю. Вспомним знаменитую басню Крылова «Лебедь, рак и щука»: животные приложили силы таким образом, что равнодействующая стала равной нулю. А если к телу силы не приложены, оно остается в состоянии покоя. Поэтому воз и ныне там.

Как определить?

Для решения задачи нахождения мощности можно воспользоваться различными способами. Все они доступны для применения даже при знаниях в области физики и электротехники на уровне школьной программы.

Чаще мощность находят через определение тока, иногда можно обойтись без промежуточных процедур и определит ее сразу.

Смотрим в техпаспорт

Обычно потребляемая мощность указывается в паспорте или описании устройства и дублируется на фирменной табличке-шильдике. Последняя находится на задней стенке корпуса или его основании.

В случае отсутствия описания этот параметр можно узнать по интернету, для чего достаточно воспользоваться поиском по названию устройства.

Указываемая производителем техники мощность относится к пиковой и потребляется от сети только при полной нагрузки, что встречается достаточно редко. Образовавшаяся разница рассматривается как запас. На нормативном уровне этот запас определяют через коэффициент мощности.

Закон Ома в помощь

Мощность большинства бытовых электрических устройств можно довольно точно оценить экспериментально-расчетным путем с привлечением известного еще со средней школы закона Ома. Этот эмпирический закон связывает между собой напряжение, ток и сопротивление R нагрузки как:

P = U2/R.U = 230 В, а сопротивление измеряется тестером. Далее следует простой расчет по формулеP = 48 400/R Вт.

Например, при R = 200 Ом получаем мощность Р = 240 Вт.

Метод не учитывает так называемое реактивное сопротивление прибора, которое создается в первую очередь входными трансформаторами и дросселями, и поэтому получаемая оценка дает некоторое завышение.

Используем электросчетчик

При определении мощности по счетчику можно поступить двумя различными способами. В обоих случаях от бытовой сети должен питаться только тестируемый прибор. Все без исключения остальные потребители должны быть отключены.

При первом подходе для замера мощности привлекается оптический индикатор счетчика, интенсивность вспышек которого пропорциональна потребляемой мощности. Коэффициент пропорциональности указан на лицевой панели в единицах imp/kWh или имп/кВтч, рисунок 1, где imp – количество импульсов (вспышек индикатора) на один киловатт час.

 Лицевая панель бытового счетчика электроэнергии с оптическим индикатором.

После включения исследуемого устройства необходимо начать считать вспышки индикатора на протяжении 15 или 20 минут. Затем полученное значение умножается на 3 или на 4 (при 20- или 15-минутном интервале замера, соответственно) и делится на коэффициент с лицевой панели. Результат выкладки дает мощность прибора в кВт, который в ряде случаев умножением на 1000 удобно перевести в Ватты.

При втором подходе также используется 15- или 20-минутный интервал времени, но расход электроэнергии определяется уже по цифровой шкале. Например, при разности показаний за 20 минут 0,2 кВт×час мощность агрегата составляет 0,2 × 3 = 0,6 кВт или 600 Вт.

Прибор для для определения мощности «Ваттметр».

Современный бытовой измеритель мощности или ваттметр удобен для использования, так как:

• включается непосредственно в разрыв цепи, для чего снабжен вилкой и розеткой, см. рисунок 2;
• оборудован легко читаемым цифровым индикатором и снабжен внутренними цепями автоматической настройки, что исключает ошибки в показаниях;
• отличается хорошими массогабаритными показателями.

Прибор готов к работе немедленно после включения.

Единственный его недостаток – узкая специализация, поэтому этот прибор редко встречается в домашнем хозяйстве.

Несколько слов о силе тока, и для чего ее бывает нужно измерять

Для начала вспомним, что же это такое – сила электрического тока.

Этот показатель (I) измеряется в амперах и входит в число основных физических величин, определяющих параметры той или иной электрической цепи. К двум другим относят напряжение (U, измеряется в вольтах) и сопротивление нагрузки (R, измеряется в омах).

Как преподносилось в школьном курсе физики, электрический ток является направленным движением заряженных частиц по проводнику. Если рассматривать с большим упрощением, вызывается он электродвижущей силой, возникающей из-за разности потенциалов (напряжения) на полюсах (клеммах, контактах) подключенного источника питания. По своей сути сила тока показывает количество этих самых заряженных частиц, проходящих через конкретную точку (элемент схемы) в единицу времени (секунду).

На величину силу тока в цепи влияют два других параметра. Напряжение связано прямой пропорциональностью – так, например, его увеличение вызывает и повышение силы тока. Сопротивление – наоборот, то есть с его ростом при том же напряжении сила тока снижается.

Забавная картинка, наглядно демонстрирующая взаимосвязь основных величин электрической цепи: «Вольт стремится «пропихнуть» Ампер по проводнику, преодолевая препятствия, чинимые Омом».

А слева на иллюстрации показано графическое, удобное для восприятия, изображение закона Ома, показывающего эти взаимосвязи. Из этой «пирамиды» легко составляются формулы в их привычном написании:

U = I × R

I = U / R

R = U / I

Итак, сила тока измеряется в амперах. С некоторым упрощением можно объяснить так, что 1 ампер – это ток, который возникнет в проводнике сопротивлением 1 ом, если к нему приложить напряжение, равное одному вольту.

Кроме основной единицы, используют и производные. Так, довольно часто приходится иметь дело с миллиамперами. Из самого термина понятно, что 1 мА = 0.001 А.

Кстати, сразу упомянем, и про мощность. Ток в 1 ампер, вызванный напряжением 1 вольт, выполнит работу в 1 джоуль. А если это привести к единице времени (секунде), то получится значение мощности, равное 1 ватту.

Это определяется формулой закона Джоуля-Ленца:

P = U × I

где Р – мощность, выраженная в ваттах.

Для чего все это рассказывалось? Да просто потому, что большинство случаев замера силы тока, так сказать, на бытовом уровне, так или иначе связано с определением других параметров. Согласитесь, мало кому придет в голову мысль: «а дай-ка я проверю силу тока просто так», то есть без дальнейшего практического приложения. Тем более что, как уже упоминалось выше, работа с амперметром – наиболее сложная и зачастую небезопасная.

Например, в каких случаях чаще всего замеряют силу тока:

• Для уточнения реальной потребляемой мощности того или иного бытового электроприбора. Промерив значения силы тока и напряжения несложно по формуле вычислить и мощность.
• Этот же промер и последующий расчет позволяют оценить, советует ли подводимая линия питания таким нагрузкам.
• Случается, что подобные «ревизии» позволяют выявить пока еще скрытые, незамеченные дефекты прибора – когда значение силы тока (и мощности, соответственно) намного отличаются от заявленного в паспорте номинала в ту или иную сторону.
• Измерения силы тока позволяют оценить степень заряженности автономных источников питания – аккумуляторов и батареек. Проверка их по напряжению никогда не дает объективной картины. Вольтметр может показать, скажем, положенные 1.5 вольта, но уже спустя несколько минут элемент питания безнадежно «сядет». То есть проверку следует проводить именно измерением силы тока.
• Таким измерением можно выявить утечку тока, там, где ее по идее быть не должно. Это часто практикуется автомобилистами, если у них есть подозрения, что аккумулятор слишком активно разряжается, когда машина «отдыхает» в гараже или на стоянке. Проведенная проверка позволяет локализовать участок утечки и избежать, кстати, немалых проблем, к которым она может привести.

Цены на мультиметры

мультиметр
Умение замерять силу тока позволяет выявить утечку в электрохозяйстве автомобиля

Иногда требует проверки зарядное устройство аккумулятора – выдает ли оно необходимое значение тока зарядки.

Возможны и иные случаи, когда требуется иметь объективные данные о реальной силе тока. Но основные случаи все же перечислены.

Особенности конструкции

Независимо от количества гнезд в мультиметре, любой из этих приборов имеет два типа выходов, которые обозначаются разными цветами. Общий выход (масса) окрашен в черный цвет и имеет обозначение либо «com», либо «–». Выход, предназначенный для измерений (потенциальный), имеет красный цвет. Для любого из измеряемых параметров электроцепи может быть свое гнездо.

Не стоит опасаться перепутать его с другими, поскольку каждое из этих гнезд обозначено соответствующей единицей.

Еще одним внешним элементом прибора является рукоятка для установки предела измерений, которая может вращаться по кругу. На цифровых мультиметрах этих пределов больше, чем на аналоговых, кроме того, в них могут быть включены дополнительные опции, например, звуковой сигнал и другие. Поскольку мы говорим о том, как с помощью тестера произвести измерение силы тока, речь пойдет о шкале с амперами.

Каждый мультиметр имеет свой максимальный предел по току, и при выборе электросети для тестирования, проверяемую силу тока в ней следует сопоставить с пределом, на который рассчитан прибор. Так, если сила тока, проходящего внутри электроцепи составляет 180 А, не рекомендуется проводить измерения при помощи мультиметра, рассчитанного на 20 А, поскольку единственным полученным результатом будет сгорание прибора сразу же после начала тестирования. Максимальный предел всегда указывается в паспорте мультиметра или на корпусе устройства.

Проверенные мультиметры

Со своим многолетним стажем в области электроники, я поменял много мультиметров. Хочу остановиться именно на двух марках, которые меня очень сильно радовали и до сих пор радуют в моем нелегком деле.

Мультиметры DT9205

Большой дисплей, удобный функционал, функция автоматического выключения, недорогая стоимость. Если вы полистаете страницы моего сайта, то увидите, что я использовал именно эти модели мультиметров в своей практике. Они очень удобные и долговечные. Да, они имеют большие габариты, но это того стоит. Такой мультиметр очень удобно лежит в руке.

Вот ссылка на Алиэкспресс. Старайтесь брать именно такой, какой на фото выше. Его стоимость в диапазоне 700-800 рублей.

Мультиметры Mastech

Как вы видели, у меня есть вот такой мультиметр от этой фирмы. Не могу не нарадоваться).

Посмотреть его можете также на Алиэкспрессе по этой ссылке. Встречаются множество подделок, так что будьте бдительны.

Единицы измерения

В Системе международных единиц силу тока принято измерять в амперах (А). Так решила международная конференция электриков в 1881 г.

Ампер Андре-Мари — французский ученый, работавший в сфере физики и математики и приложивший немало труда в исследовании электричества. Его заслуги в данной области столь высоки, что многие представители ученого мира считают Ампера, достойным звания основателя электродинамики.

Ток в 1 А — достаточно сильный, потому зачастую применяют единицы миллиампер (мА, 0,001 А) и микроампер (мкА, 10^-6 А).

В системе единиц:

• СГСМ (электромагнитной), гораздо менее распространенной, силу тока измеряют в абамперах или био. Соотношение единиц следующее: 1 ампер = 0,1 абампер;
• СГСЭ (электростатической) применяют единицу статампер. Соотношение: 1 ампер = 2997924536,843 статампер.

Единицы абампер и статампер широко применяются в теоретической физике.

Измерение мощности с помощью электросчетчика

Для того чтобы узнать мощность электроприбора, пользуясь счетчиком, надо отсоединить от сети все остальные устройства и посмотреть на счетчик:

1. Есть электронные приборы учета, которые сразу показывают, какова потребляемая мощность. Для этого надо просто воспользоваться соответствующими кнопками, найдя активную мощность;
2. В других электросчетчиках мигающий индикатор позволяет подсчитать количество импульсов. Например, сосчитав их за 1 минуту, надо умножить полученную цифру на 60 (получится количество импульсов за час). На приборе должно быть указано значение imp/kW*h (3200 или другая цифра). Теперь количество импульсов за час делится на imp/kW*h, и получается мощность электроприбора;
3. Если установлен индукционный счетчик, мощность рассчитывается в несколько этапов.

Расчет мощности по счетчикам.

Расчет мощности потребления с помощью индукционного счетчика:

• нужно найти на табло счетчика цифру, указывающую число оборотов диска, совершаемых за 1 кВт ч;
• с помощью секундомера отсчитать, сколько вращений диск совершит за 15 секунд (можно взять и другой временной промежуток);
• вычислить мощность по формуле P = (3600 x N х 1000)/(15 x n), где n – коэффициент, найденный на счетчике, N – сосчитанное число вращений диска, 15 – временной промежуток в секундах, который может быть представлен другой цифрой.

Очевидно, что мощность приборов, рассчитанных на малое потребление, измерить, пользуясь индукционным счетчиком, почти невозможно. Слишком большая погрешность измерения. Если диск вращается очень медленно, невозможно корректно учесть часть оборота. На электронном счетчике результат будет немного точнее.

В сети существуют калькуляторы для расчета мощности, куда в соответствующие окна надо ввести значения токов и напряжений и получить высчитанное значение мощности. Иногда в поле калькулятора достаточно обозначить название электроприбора. Другой вариант – воспользоваться таблицами, где указаны средние значения потребляемых мощностей для различных электроприборов.