Elektros srovės stipris

Mūsų aplinkoje teka daug elektros srovių: namų elektros instaliacijos grandinėse, buitiniuose elektriniuose prietaisuose, kompiuteriuose, kišeniniuose žibintuvėliuose, automobilių elektros grandinėse ir kituose įrenginiuose. Elektros srõvės skiriasi stipriu. Pavyzdžiui, kišeninio žibintuvėlio grandinėje teka silpna elektros srovė, o troleibuso – labai stipri.

Elektros srovės stiprį galima paaiškinti remiantis panaša su skysčių tekėjimu vienodo skerspjūvio vamzdžiais. Tarkime, per 2 minutes iš pirmo vamzdžio išteka 60 litrų vandens, o iš antro – 30 litrų (2.4.1 pav., a). Vamzdžiais teka nevienodo stiprumo vandens srovė, kadangi iš pirmo vamzdžio per 1 minutę išteka 30 litrų vandens, o iš antro – 15 litrų. Vadinasi, pirmu vamzdžiu teka du kartus stipresnė vandens srovė.

Tarkime, turime du vienodo skerspjūvio ploto (S₁ = S₂) elektros laidus (2.4.1 pav., b ir c).

Pirmo laido skerspjūviu per 1 sekundę prateka 12,50 ⋅ 10¹⁸ elektronų, o antro laido skerspjūviu perpus mažiau – 6,25 ⋅ 10¹⁸ elektronų. Kadangi kiekvienas elektronas turi elektros krūvį (e = −1,6 ⋅ 10^–19 C), vadinasi, pirmu laidu per sekundę prateka dvigubai didesnis elektros krūvis. Kuo didesnis elektros krūvis prateka laidininko skerspjūviu per 1 sekundę, tuo stipresnė elektros srovė. Elektros srovės stipris (I) yra lygus elektros krūvio (q) ir laiko (t), per kurį tas krūvis prateka laidininko skerspjūviu, santykiui:

Elektros srovė, kurios stipris laikui bėgant nekinta, vadinama nuolatine elektros srove (2.4.2 pav.).

Pagrindinis elektros srovės stiprio matavimo vienetas yra amperas (žymimas A). Taip jis pavadintas pagerbiant prancūzų mokslininką Andrė Mari Amperą (André-Marie Ampère, 1775–1836) (2.4.3 pav.), kuris 1820 m. pirmą kartą pavartojo elektros srovės stiprio sąvoką:

\left[I\right]=1\ \mathrm{A.}

Amperas – tai tokio stiprio elektros srovė, kai laidininko skerspjūviu per 1 sekundę prateka 6,25 · 10¹⁸ elektronų:

\left[1\ \mathrm{A}\right]=\frac{6,25\cdot10^{18}\ \mathrm{elektronų}\ }{\mathrm{1\ sekundė}}.

Vadinasi, mūsų mintiniame bandyme (2.4.1 pav., b) pirmu laidu teka 2 A, o antru – 1 A stiprio elektros srovė.

Kadangi elektronų suskaičiuoti neįmanoma, apie elektros srovės stiprį sprendžiama iš jo matavimo prietaiso rodmenų arba elektros srovės poveikio. Tekant stipresnei elektros srovei, elektros lemputė šviečia ryškiau, laidai labiau įkaista.

Vartojami daliniai ir kartotiniai elektros srovės stiprio matavimo vienetai: mikroamperas (μA), miliamperas (mA), kiloamperas (kA). Su pagrindiniu vienetu jie susiję taip:

1 μA = 10^–6 A;

1 mA = 10^–3 A;

1 kA = 10³ A.

Iš elektros srovės stiprio formulės (2.2) išreiškiame elektros krūvį:

Iš (2.3) formulės paaiškėja nauja elektros krūvio matavimo vieneto kulono (C) fizikinė prasmė. Kulonas yra elektros krūvis, kuris per 1 sekundę prateka laidininko skerspjūviu tekant 1 A stiprio srovei:

\left[q\right]=1\ \mathrm{A}\cdot1\ \mathrm{s}=1\ \mathrm{C}.

Elektros srovės stipris matuojamas specialiu prietaisu – ampermetru (2.4.4 pav.). Ampermetrų būna įvairių formų, skirtingos paskirties. Ampermetro skalėje, sugraduotoje amperais, rašoma raidė A. Elektrinėse schemose ampermetras žymimas simboliu .

Ampermetro gnybtai pažymėti minusu (−) ir pliusu (+). Gnybtas su pliuso ženklu jungiamas prie srovės šaltinio teigiamojo poliaus, o gnybtas su minuso ženklu – prie srovės šaltinio neigiamojo poliaus.

Ampermetras į elektros grandinę jungiamas nuosekliai (2.4.5 pav.). Tokio pat stiprio elektros srovė teka visomis grandinės dalimis.

Prieš matuojant elektros srovės stiprį būtina apskaičiuoti ampermetro skalės padalos vertę. Kaip tai padaryti? Reikia rasti dviejų gretimų skalės skaičių skirtumą ir jį padalyti iš skalės tarpelių skaičiaus. Pavyzdžiui, tarp skaičių 1 ir 0 yra 5 tarpeliai (2.4.6 pav.). Vadinasi, ampermetro padalos vertė =

\frac{1\ \mathrm{A-0\ \mathrm{A}}}{5}=0,2\ \mathrm{A.}

Matuojant elektros srovės stiprį galima paklaida. Ji lygi pusei ampermetro padalos vertės. Mūsų pavyzdyje matavimo paklaida lygi: 0,2 : 2 = 0,1 A. Ampermetras rodo 0,8 A stiprio elektros srovę (2.4.6 pav.). Atsižvelgę į galimą matavimo paklaidą rezultatą užrašome taip:

I=0,8\pm0,1\ \mathrm{A.}

Tiek buityje, tiek laboratorijose naudojamas prietaisas, vadinamas multimetru (lot. multum – daug, metreo – matuoju), arba daugiaribiu universaliuoju matuokliu. Jau iš pavadinimo galima suprasti, kad šio prietaiso paskirtis įvairi. Juo galima matuoti elektros srovės stiprį, įtampą, varžą ir kitus fizikinius dydžius.

Multimetrų būna dviejų rūšių – senesnės kartos analoginių (2.4.7 pav., a) ir naujos kartos skaitmeninių (2.4.7 pav., b). Skaitmeniniai multimetrai yra tikslesni. Buityje multimetrai naudojami elektros laidų būklei tikrinti.

Atliekant mokyklinius laboratorinius darbus multimetru matuojami svarbiausi elektriniai dydžiai: elektros srovės stipris, įtampa, varža.

Pagrindinis skaitmeninio multimetro jungiklis – diskas su rankenėle – yra korpuso centre (2.4.7 pav., b). Veikimo funkcijos ir matavimo diapazonai pateikti aplink jungiklį:

• ACV, arba V~, – kintamosios srovės įtampa;
• DCV, arba V−, – nuolatinės srovės įtampa;
• DCA, arba A−, – nuolatinės srovės stipris;
• Ω – tai grandinės dalies arba elektros prietaiso varža (apie ją mokysitės 2.6 temoje).

Multimetras į grandinę jungiamas nuosekliai. Prieš matuodami elektros srovės stiprį multimetru įsitikinkite, kad elektros grandinė yra išjungta, o tada atlikite toliau nurodytus veiksmus.

• Įkiškite juodą zondą į multimetro COM lizdą, o raudoną zondą – į lizdą, pažymėtą raide A (2.4.8 pav.). Jei multimetro zondo laidai turi šakutes, matuojant srovę jie laikomi matavimo vietoje, o jei turi spaustukus, pritvirtinami prie grandinės.
• Pasirinkite nuolatinę elektros srovę – DCA.
• Pasukite rankenėlę taip, kad multimetras rodytų daugiau amperų, nei tikitės išmatuoti.
• Įjunkite jungiklį ir išmatuokite elektros srovės stiprį.