Сила тока, напряжение и приборы

Через два прибора может проходить одинаковый заряд за секунду, но один получает больше энергии. Как различить количество проходящего заряда и работу на каждый кулон — и чем это измерить?

Представь счётчик проходящего через провод заряда. Чтобы измерить ток лампы I в амперах, через счётчик должен проходить тот же поток, что через лампу. Поэтому амперметр вставляют в разрыв этой ветви, последовательно с лампой. Если разветвлений между ними нет и ток установился, заряд не накапливается и оба сечения пропускают за время одинаковое количество. Параллельное подключение создало бы другой путь и измеряло бы ток этого пути.

Одинаковый ток ещё не сообщает, сколько энергии получает участок. Электрическое поле совершает работу A при переносе заряда q между двумя его концами. Чтобы сравнить участки независимо от числа перенесённых кулонов, ищут работу на единицу заряда. Эту величину называют напряжением U. Оно относится к паре точек: фразе «напряжение в точке» недостаёт второй точки сравнения. Работа A измеряется в джоулях.

Разделим всю работу на перенесённый заряд: U = A/q. В простых расчётах используем согласованные положительные модули; 1 В = 1 Дж/Кл. При U = 6 В на каждый кулон приходится 6 Дж работы поля. Если перенести вдвое больший заряд при прежнем U, работа удвоится, отношение не изменится. При нулевой работе на ненулевой перенос напряжение равно нулю. Само по себе большее число кулонов не увеличивает напряжение.

Вольтметр должен сравнить два конца лампы, поэтому его провода присоединяют к обоим выводам — параллельно. Через него желательно пропускать как можно меньше дополнительного тока, чтобы не изменить изучаемую цепь. Поэтому он сильно препятствует прохождению тока: говорят, что имеет большое сопротивление. В идеальной модели сопротивление бесконечно и ток через прибор равен нулю; реальный вольтметр лишь приближается к этому условию.

Амперметр решает противоположную задачу: включённый в общий путь, он должен почти не мешать току. Поэтому его сопротивление мало. Если присоединить его напрямую к выводам источника, получится лёгкий обходной путь без предусмотренного потребителя, и ток может оказаться опасно большим. Причина различия подключений в том, что амперметр пропускает измеряемый поток, а вольтметр сравнивает два конца, стараясь поток почти не отбирать.

До включения учебной цепи проверь, что выбран нужный режим — ток или напряжение, а предел выдержит ожидаемое значение. Для постоянного тока учитывай полярность; у стрелочного прибора проверь ноль и цену деления. Неправильный режим может изменить саму цепь и повредить прибор. Соединения собирают при отключённом учебном источнике низкого напряжения, затем проверяют схему и только после этого проводят измерение.

Поле совершило 24 Дж работы при переносе 4 Кл через лампу. Найдите напряжение на лампе.

Требуется работа поля на один кулон между выводами лампы, поэтому U = A/q. Указанные 24 Дж относятся к переносу 4 Кл.

U = 24/4 = 6 Дж/Кл = 6 В. Проверяем смысл: четыре порции по одному кулону соответствуют четырём порциям работы по 6 Дж.

Для измерения этих 6 В вольтметр соединяют с обоими выводами лампы, параллельно ей. Сила тока из данных A и q без времени не определяется.

Напряжение 6 В: при переносе каждого кулона через лампу поле совершает 6 Дж работы.

Ток сообщает, сколько кулонов проходит за секунду; напряжение — сколько джоулей работы приходится на кулон.

Амперметру нужен тот же путь заряда, а вольтметру — два конца сравниваемого участка.

Правильные режим и подключение сохраняют смысл измерения и проверяются до включения цепи.

Отношение напряжения к току даст сопротивление участка. Далее проверим закон Ома.