Основные физические понятия
Удельное электрическое сопротивление, или просто удельное сопротивление вещества характеризует его способность проводить электрический ток.
Единица измерения удельного сопротивления в СИ — Ом·м; также измеряется в Ом·см и Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в СИ: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 м².
В технике часто применяется в миллион раз меньшая производная единица: Ом·мм²/м, равная 10-6 от 1 Ом·м: 1 Ом·м = 1*106 Ом·мм²/м. Физический смысл удельного сопротивления в технике: сопротивление однородного куска проводника длиной 1 м и площадью токоведущего сечения 1 кв.мм.
Величина удельного сопротивления обозначается символом ρ (ро). Более подробную информацию Вы сможете получить по этой ссылке в Википедии.
Временное сопротивление или предел прочности — механическое напряжение σ0(в), выше которого происходит разрушение материала.
Предел текучести — механическое напряжение σт, дальше которого упругая деформация тела (исчезающая после снятия напряжения) переходит в пластическую (необратимую, когда геометрия тела не восстанавливается после снятия деформирующего напряжения).
Предел текучести соответствует площадке текучести диаграммы деформирования материала. В случае, если такая площадка отсутствует, вместо σ
Относительное удлинение – отношение абсолютного удлинения или уменьшения, т. е. приращения длины линейного элемента или образца или части их при растяжении, к их первоначальной длине. Измеряют в долях (в процентах).
Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела, а также свойство более твёрдого тела проникать в другие материалы. Твёрдость определяется как величина нагрузки необходимой для начала разрушения материала. Различают относительную и абсолютную твёрдость. Относительная — твёрдость одного минерала относительно другого. Является важнейшим диагностическим свойством. Абсолютная, она же инструментальная — измеряется методами вдавливания. Твердость определяют различными методами: по Виккерсу, по Бринеллю, по Роквеллу и т.д. Более подробную информацию Вы сможете получить по этой ссылке в Википедии.
Сопротивление м.
Электрическое сопротивление. Определение, единицы измерения, удельное, полное, активное, реактивноеНа уроке пойдет речь о зависимости силы тока в цепи от напряжения и будет введено такое понятие, как сопротивление проводника и единица измерения сопротивления. Будет рассмотрена различная проводимость веществ и причины ее возникновения и зависимости от строения кристаллической решетки вещества.
Тема: Электромагнитные явления
Урок: Электрическое сопротивление проводника. Единица сопротивления
Начнем с того, что расскажем, каким образом пришли к такой физической величине, как электрическое сопротивление. При изучении начал электростатики уже шла речь о том, что различные вещества имеют различные свойства проводимости, т. е. пропускания свободных заряженных частиц: металлы имеют хорошую проводимость, поэтому их называют проводниками, дерево и пластики – крайне плохую, поэтому их называют непроводниками (диэлектриками). Объясняются такие свойства особенностями молекулярного строения вещества.
Первые эксперименты по изучению свойств проводимости веществ проводились несколькими учеными, но в историю вошли опыты немецкого ученого Георга Ома (1789-1854) (рис. 1).
Опыты Ома заключались в следующем. Он использовал источник тока, прибор, который мог регистрировать силу тока, и различные проводники. Подключая в собранную электрическую схему различные проводники, он убедился в общей тенденции: при увеличении напряжения в цепи сила тока тоже увеличивалась. Кроме этого, Ом пронаблюдал очень важное явление: при подключении различных проводников зависимость нарастания силы тока при увеличении напряжения проявляла себя по-разному. Графически такие зависимости можно изобразить, как на рисунке 2.
Рис. 2.
На графике по оси абсцисс отложено напряжение, по оси ординат – сила тока. В системе координат отложено два графика, которые демонстрируют, что в различных цепях сила тока может возрастать с различной скоростью по мере увеличения напряжения.
Вследствие проведенных экспериментов Георг Ом делает вывод о том, что различные проводники обладают различными свойствами проводимости.
Определение. Физическая величина, характеризующая свойство проводника влиять на протекающий по нему электрический ток, называется электрическим сопротивлением .
Обозначение : R.
Единица измерения : Ом.
В результате упомянутых экспериментов было выяснено, что взаимосвязь между напряжением и силой тока в цепи зависит не только от вещества проводника, но и от его размеров, о чем пойдет речь в отдельном уроке.
Обсудим более подробно возникновение такого понятия, как электрическое сопротивление. На сегодняшний день его природа достаточно хорошо объяснена. В процессе движения свободных электронов они постоянно взаимодействуют с ионами, которые входят в строение кристаллической решетки. Таким образом, замедление движения электронов в веществе из-за столкновений с узлами кристаллической решетки (атомами) обусловливает проявление электрического сопротивления.
Кроме электрического сопротивления вводится еще связанная с ним величина – электрическая проводимость, которая взаимообратна к сопротивлению.
Опишем зависимости между величинами, которые мы ввели на нескольких последних уроках. Нам уже известно, что при увеличении напряжения растет и сила тока в цепи, т. е. они пропорциональны:
С другой стороны, при увеличении сопротивления проводника наблюдается уменьшение силы тока, т. е. они обратно пропорциональны:
Эксперименты показали, что эти две зависимости приводят к следующей формуле:
Следовательно, из этого можно получить, каким образом выражается 1 Ом:
Определение. 1 Ом – такое сопротивление, при котором на концах проводника напряжение 1 В, а сила тока на нем при этом 1 А.
Сопротивление 1 Ом очень маленькое, поэтому, как правило, на практике используются проводники с гораздо большим сопротивлением 1 кОм, 1 Мом и т. д.
В завершение можно сделать вывод о том, что сила тока, напряжение и сопротивление – это взаимосвязанные величины, которые влияют друг на друга. Подробно об этом мы поговорим на следующем уроке.
Список литературы
- Генденштейн Л.
Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина. - Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.- Школа для электрика ().
- Электротехника ().
Домашнее задание
- Стр. 99: вопросы № 1-4, упражнение № 18. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Если напряжение на резисторе – 8 В, сила тока равна 0,2 А. При каком напряжении сила тока в резисторе будет равна 0,3 А?
- Электрическую лампочку подключили к сети 220 В. Каково сопротивление лампочки, если при замкнутом ключе амперметр, включенный в цепь, показывает 0,25 А?
- Подготовьте доклад о биографии жизни и научных открытиях ученых, положивших начало изучению законов постоянного тока.
На рисунке 33 изображена электрическая цепь, в которую включена панель с разными проводниками.
Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое проводником электрическому току, обозначается буквой R и называется электрическим сопротивлением (или просто сопротивлением ) проводника:
R – сопротивление.
Единица сопротивления называется омом (Ом) в честь немецкого ученого Г.
Ома, который впервые ввел это понятие в физику. 1 Ом – это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В сила тока равна 1 А. При сопротивлении 2 Ом сила тока при том же напряжении будет в 2 раза меньше, при сопротивлении 3 Ом – в 3 раза меньше и т. д.
На практике встречаются и другие единицы сопротивления, например килоом (кОм) и мегаом (МОм):
1 кОм= 1000 Ом, 1 МОм= 1 000 ООО Ом.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины l и площади поперечного сечения S и может быть найдено по формуле
R = ρl/S (12.1)
где ρ – удельное сопротивление вещества , из которого изготовлен проводник.
Удельное сопротивление вещества – это физическая величина, показывающая, каким сопротивлением обладает сделанный из этого вещества проводник единичной длины и единичной площади поперечного сечения.
Из формулы (12.1) следует, что
Так как в СИ единицей сопротивления является 1 Ом, единицей площади 1 м 2 , а единицей длины 1 м, то единицей удельного сопротивления в СИ будет
1 Ом · м 2 /м, или 1 Ом · м.
На практике площадь сечения тонких проводов часто выражают в квадратных миллиметрах (мм 2). В этом случае более удобной единицей удельного сопротивления является Ом·мм 2 /м. Так как 1 мм 2 = 0,000001 м 2 , то
1 Ом · мм 2 /м = 0,000001 Ом · м.
У разных веществ удельные сопротивления различны. Некоторые из них приведены в таблице 3.
Приведенные в этой таблице значения соответствуют температуре 20 °С. (С изменением температуры сопротивление вещества изменяется.) Например, удельное сопротивление железа равно 0,1 Ом · мм 2 /м. Это означает, что если изготовить из железа провод с площадью сечения 1 мм 2 и длиной 1 м, то при температуре 20 °С он будет обладать сопротивлением 0,1 Ом.
Из таблицы 3 видно, что наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. Значит, именно эти металлы являются наилучшими проводниками электричества.
Из той же таблицы видно, что, наоборот, такие вещества, как фарфор и эбонит, обладают очень большим удельным сопротивлением.
Это и позволяет использовать их в качестве изоляторов.
1. Что характеризует и как обозначается электрическое сопротивление? 2. По какой формуле находится сопротивление проводника? 3. Как называется единица сопротивления? 4. Что показывает удельное сопротивление? Какой буквой оно обозначается? 5. В каких единицах измеряют удельное сопротивление? 6. Имеются два проводника. У какого из них больше сопротивление, если они: а) имеют одинаковую длину и площадь сечения, но один из них сделан из константана, а другой – из фехраля; б) сделаны из одного и того же вещества, имеют одинаковую толщину, но один из них в 2 раза длиннее другого; в) сделаны из одного и того же вещества, имеют одинаковую длину, но один из них в 2 раза тоньше другого? 7. Проводники, рассматриваемые в предыдущем вопросе, поочередно подключают к одному и тому же источнику тока. В каком случае сила тока будет больше, в каком меньше? Проведите сравнение для каждой пары рассматриваемых проводников.
При замыкании электрической цепи, на зажимах которой имеется разность потенциалов, возникает электрический ток.
Свободные электроны под влиянием электрических сил поля перемещаются вдоль проводника. В своем движении электроны наталкиваются на атомы проводника и отдают им запас своей кинетической энергии. Скорость движения электронов непрерывно изменяется: при столкновении электронов с атомами, молекулами и другими электронами она уменьшается, потом под действием электрического поля увеличивается и снова уменьшается при новом столкновении. В результате этого в проводнике устанавливается равномерное движение потока электронов со скоростью нескольких долей сантиметра в секунду. Следовательно, электроны, проходя по проводнику, всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. При прохождении электрического тока через проводник последний нагревается.
Электрическое сопротивление
Электрическим сопротивлением проводника, которое обозначается латинской буквой r , называется свойство тела или среды превращать электрическую энергию в тепловую при прохождении по нему электрического тока.
На схемах электрическое сопротивление обозначается так, как показано на рисунке 1, а .
Переменное электрическое сопротивление, служащее для изменения тока в цепи, называется реостатом . На схемах реостаты обозначаются как показано на рисунке 1, б . В общем виде реостат изготовляется из проволоки того или иного сопротивления, намотанной на изолирующем основании. Ползунок или рычаг реостата ставится в определенное положение, в результате чего в цепь вводится нужное сопротивление.
Длинный проводник малого поперечного сечения создает току большое сопротивление. Короткие проводники большого поперечного сечения оказывают току малое сопротивление.
Если взять два проводника из разного материала, но одинаковой длины и сечения, то проводники будут проводить ток по-разному. Это показывает, что сопротивление проводника зависит от материала самого проводника.
Температура проводника также оказывает влияние на его сопротивление. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается, а сопротивление жидкостей и угля уменьшается.
Только некоторые специальные металлические сплавы (манганин, констаитан, никелин и другие) с увеличением температуры своего сопротивления почти не меняют.
Итак, мы видим, что электрическое сопротивление проводника зависит от: 1) длины проводника, 2) поперечного сечения проводника, 3) материала проводника, 4) температуры проводника.
За единицу сопротивления принят один Ом. Ом часто обозначается греческой прописной буквой Ω (омега). Поэтому вместо того чтобы писать “Сопротивление проводника равно 15 Ом”, можно написать просто: r = 15 Ω.
1 000 Ом называется 1 килоом (1кОм, или 1кΩ),
1 000 000 Ом называется 1 мегаом (1мгОм, или 1МΩ).
При сравнении сопротивления проводников из различных материалов необходимо брать для каждого образца определенную длину и сечение. Тогда мы сможем судить о том, какой материал лучше или хуже проводит электрический ток.
Видео 1. Сопротивление проводников
Удельное электрическое сопротивление
Сопротивление в омах проводника длиной 1 м, сечением 1 мм² называется удельным сопротивлением и обозначается греческой буквой ρ (ро).
В таблице 1 даны удельные сопротивления некоторых проводников.
Таблица 1
Удельные сопротивления различных проводников
Из таблицы видно, что железная проволока длиной 1 м и сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,13 Ом. Чтобы получить 1 Ом сопротивления нужно взять 7,7 м такой проволоки. Наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро. 1 Ом сопротивления можно получить, если взять 62,5 м серебряной проволоки сечением 1 мм². Серебро – лучший проводник, но стоимость серебра исключает возможность его массового применения. После серебра в таблице идет медь: 1 м медной проволоки сечением 1 мм² обладает сопротивлением 0,0175 Ом. Чтобы получить сопротивление в 1 Ом, нужно взять 57 м такой проволоки.
Химически чистая, полученная путем рафинирования, медь нашла себе повсеместное применение в электротехнике для изготовления проводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов. Широко применяют также в качестве проводников алюминий и железо.
Сопротивление проводника можно определить по формуле:
где r – сопротивление проводника в омах; ρ – удельное сопротивление проводника; l – длина проводника в м; S – сечение проводника в мм².
Пример 1. Определить сопротивление 200 м железной проволоки сечением 5 мм².
Пример 2. Вычислить сопротивление 2 км алюминиевой проволоки сечением 2,5 мм².
Из формулы сопротивления легко можно определить длину, удельное сопротивление и сечение проводника.
Пример 3. Для радиоприемника необходимо намотать сопротивление в 30 Ом из никелиновой проволоки сечением 0,21 мм². Определить необходимую длину проволоки.
Пример 4. Определить сечение 20 м нихромовой проволоки, если сопротивление ее равно 25 Ом.
Пример 5. Проволока сечением 0,5 мм² и длиной 40 м имеет сопротивление 16 Ом. Определить материал проволоки.
Материал проводника характеризует его удельное сопротивление.
По таблице удельных сопротивлений находим, что таким сопротивлением обладает свинец.
Выше было указано, что сопротивление проводников зависит от температуры. Проделаем следующий опыт. Намотаем в виде спирали несколько метров тонкой металлической проволоки и включим эту спираль в цепь аккумулятора. Для измерения тока в цепь включаем амперметр. При нагревании спирали в пламени горелки можно заметить, что показания амперметра будут уменьшаться. Это показывает, что с нагревом сопротивление металлической проволоки увеличивается.
У некоторых металлов при нагревании на 100° сопротивление увеличивается на 40 – 50 %. Имеются сплавы, которые незначительно меняют свое сопротивление с нагревом. Некоторые специальные сплавы практически не меняют сопротивления при изменении температуры. Сопротивление металлических проводников при повышении температуры увеличивается, сопротивление электролитов (жидких проводников), угля и некоторых твердых веществ, наоборот, уменьшается.
Способность металлов менять свое сопротивление с изменением температуры используется для устройства термометров сопротивления.
Такой термометр представляет собой платиновую проволоку, намотанную на слюдяной каркас. Помещая термометр, например, в печь и измеряя сопротивление платиновой проволоки до и после нагрева, можно определить температуру в печи.
Изменение сопротивления проводника при его нагревании, приходящееся на 1 Ом первоначального сопротивления и на 1° температуры, называется температурным коэффициентом сопротивления и обозначается буквой α.
Если при температуре t 0 сопротивление проводника равно r 0 , а при температуре t равно r t , то температурный коэффициент сопротивления
Примечание. Расчет по этой формуле можно производить лишь в определенном интервале температур (примерно до 200°C).
Приводим значения температурного коэффициента сопротивления α для некоторых металлов (таблица 2).
Таблица 2
Значения температурного коэффициента для некоторых металлов
Из формулы температурного коэффициента сопротивления определим r t :
r t = r 0 .
Пример 6. Определить сопротивление железной проволоки, нагретой до 200°C, если сопротивление ее при 0°C было 100 Ом.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 Ом.
Пример 7. Термометр сопротивления, изготовленный из платиновой проволоки, в помещении с температурой 15°C имел сопротивление 20 Ом. Термометр поместили в печь и через некоторое время было измерено его сопротивление. Оно оказалось равным 29,6 Ом. Определить температуру в печи.
Электрическая проводимость
До сих пор мы рассматривали сопротивление проводника как препятствие, которое оказывает проводник электрическому току. Но все же ток по проводнику проходит. Следовательно, кроме сопротивления (препятствия), проводник обладает также способностью проводить электрический ток, то есть проводимостью.
Чем большим сопротивлением обладает проводник, тем меньшую он имеет проводимость, тем хуже он проводит электрический ток, и, наоборот, чем меньше сопротивление проводника, тем большей проводимостью он обладает, тем легче току пройти по проводнику.
Поэтому сопротивление и проводимость проводника есть величины обратные.
Из математики известно, что число, обратное 5, есть 1/5 и, наоборот, число, обратное 1/7, есть 7. Следовательно, если сопротивление проводника обозначается буквой r , то проводимость определяется как 1/r . Обычно проводимость обозначается буквой g.
Электрическая проводимость измеряется в (1/Ом) или в сименсах.
Пример 8. Сопротивление проводника равно 20 Ом. Определить его проводимость.
Если r = 20 Ом, то
Пример 9. Проводимость проводника равна 0,1 (1/Ом). Определить его сопротивление,
Если g = 0,1 (1/Ом), то r = 1 / 0,1 = 10 (Ом)
>>Физика: Электрическое сопротивление
Скачать календарно-тематическое планирование по физике , ответы на тесты, задания и ответы школьнику, книги и учебники, курсы учителю по физике для 9 класса
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие
Совершенствование учебников и уроковисправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,
Электрический ток (I
) – это упорядоченное движение заряженных частиц.
Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики – движение электронов. Безусловно. Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах.
Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает. Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира.
Условиями возникновения и существования электрического тока являются:
- Наличие свободных носителей заряда
- Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.
Электрическое поле – это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие.
Опять же, обращаясь к знакомому со школы “одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются” можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее. Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика – напряженность электрического поля .
Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ .
- E – напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
- Δφ=φ1-φ2 – разность потенциалов (рисунок 1).
Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.
Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них – хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС) , которая обозначается так: ε
.
Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.
Напряжение (U ).
Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2 , а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε .
Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно.
Сопротивление (R
) – название говорит само за себя – физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома . Этот закон рассматривется на отдельной странице этого раздела.
Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника.
Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ
, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение
. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике. Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять
R=ρ*L/S
.
Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление.
Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:
Ток – Ампер (А)
Напряжение – Вольт (В)
Сопротивление – Ом (Ом)
.
Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.
© 2012-2019 г. Все права защищены.
Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Объяснение измерений мультиметра| Electronic Design
Перепечатано с разрешения Evaluation Engineering
Мультиметр или цифровой мультиметр (DMM) является одним из наиболее важных и распространенных элементов лабораторного оборудования. Мультиметры используются для проведения основных электрических измерений, связанных с законом Ома. Сюда входят такие измерения, как напряжение, ток, сопротивление и т. д. Мультиметры могут быть как портативными, так и настольными. Настольные мультиметры, как правило, обеспечивают более высокую точность, чем их меньшие портативные аналоги. Для этой цели в этой статье мы предположим, что используется настольный мультиметр.
Закон Ома Измерения мультиметром
Начнем с Напряжение постоянного тока , одного из самых простых и часто используемых мультиметровых измерений.
Измерение напряжения постоянного тока используется для определения разности электрических потенциалов между двумя точками в цепи постоянного тока или «постоянного тока». Эта разница потенциалов измеряется в единицах [вольт постоянного тока]. Чтобы измерить напряжение постоянного тока с помощью настольного мультиметра, после его включения выберите режим «DC V».
Подсоедините щупы к мультиметру; положительный щуп должен быть подключен к порту «INPUT HI», а отрицательный щуп должен быть подключен к порту «INPUT LO». Подайте питание на проверяемую цепь или устройство и проверьте точки цепи.
Измерение напряжения переменного тока почти идентично измерению напряжения постоянного тока, однако этот режим используется для измерения потенциала напряжения между двумя точками цепи переменного или «переменного тока». Единицей измерения напряжения переменного тока является [вольт переменного тока]. Чтобы измерить напряжение переменного тока с помощью настольного мультиметра, выберите режим «AC V» и подключите щупы.
Положительный щуп должен быть подключен к порту «INPUT HI», а отрицательный щуп должен быть подключен к порту «INPUT LO». Подайте питание на проверяемую цепь или устройство и проверьте точки на цепи 9.2*р. Поскольку даже у проводов есть сопротивление, провода датчиков могут фактически добавить к наблюдаемому измерению сопротивления. По этой причине существует два различных режима измерения сопротивления: 2-проводной режим и 4-проводной режим.
Если вас не беспокоит добавочное сопротивление проводов датчика, двухпроводного измерения сопротивления будет достаточно. Это более простое измерение, а датчики менее сложны и дороги. При 2-проводном измерении подаваемый ток и наблюдаемое напряжение измеряются через одни и те же датчики.
Чтобы выполнить двухпроводное измерение сопротивления с помощью настольного мультиметра, выберите режим «Ом» или «Ом» и подключите датчики к портам «ВХОД HI» и «ВХОД LO». Убедитесь, что тестируемая цепь или устройство выключены. Затем прощупайте нужный участок цепи.
Если вам нужно максимально точное измерение сопротивления, вам нужно выполнить 4-проводное измерение сопротивления . При 4-проводном измерении используются 2 дополнительных датчика, отсюда и термин «4-проводной». Два провода используются для подачи тока, а два других используются для измерения напряжения. Это устраняет эффективное падение напряжения на сопротивлении проводов датчика, что делает измерение напряжения и, следовательно, результирующего сопротивления более точным.
Чтобы выполнить 4-проводное измерение сопротивления с помощью настольного мультиметра, выберите на мультиметре режим «Ом» или «Ом» (возможно, вам придется нажать эту кнопку несколько раз, чтобы убедиться, что выбран 4-проводной режим). Подсоедините первый набор датчиков к портам «INPUT HI» и «INPUT LO», а второй набор датчиков к портам «SENSE HI» и «SENSE LO». Убедитесь, что проверяемая цепь или устройство отключены, затем проверьте нужную область цепи, используя оба щупа «HI» на одной стороне компонента и оба щупа «LO» на другой стороне измеряемого компонента
Важно, чтобы цепь не была включена во время измерения сопротивления.
Поскольку мультиметр измеряет сопротивление как вычисление наблюдаемого падения напряжения из-за подаваемого тока, включение цепи вызовет помехи при измерении сопротивления и приведет к неправильным показаниям.
Постоянный ток или постоянный ток измеряет однонаправленный поток электронов в цепи, и единицей измерения является [амперы постоянного тока]. Для выполнения любого измерения тока в цепи должен быть «разрыв», который затем замыкается мультиметром, позволяя току течь через сам мультиметр. Другими словами, измерение тока должно производиться последовательно с цепью; тогда как измерения напряжения и сопротивления выполняются параллельно со схемой.
Чтобы измерить постоянный ток с помощью настольного мультиметра, выберите режим «I DC» на мультиметре. Подсоедините положительный щуп к порту «мА» для измерения малых токов или к порту «10А» для измерения больших токов. Подключите отрицательный щуп к порту «INPUT LO». Приложите щупы к соответствующим точкам последовательно с цепью, затем подайте питание на проверяемую цепь или устройство и запишите измерение постоянного тока.
Переменный ток или переменный ток — это измерение тока, который периодически меняет направление. Единицей измерения переменного тока является [ампер переменного тока]. Как и при измерении постоянного тока, переменный ток должен измеряться последовательно со схемой, чтобы позволить электронам проходить через мультиметр для выполнения измерения.
Для измерения переменного тока с помощью настольного мультиметра выберите режим «I AC», подключите положительный щуп к порту «мА» для измерения малых токов или к порту «10А» для измерения больших токов. Подключите отрицательный щуп к порту «INPUT LO». Подсоедините щупы к соответствующим точкам последовательно с цепью, затем подайте питание на проверяемую цепь или устройство.
Одной из самых распространенных ошибок при измерении тока мультиметром является использование порта «мА» при измерении больших токов. При измерении токов свыше 200 мА лучше переключиться и использовать порт «10А», чтобы не перегорел предохранитель внутри мультиметра.
Дополнительные измерения мультиметра
Проверка диода — Мультиметры также можно использовать для измерения падения напряжения на диоде с прямым смещением. Для измерения падения напряжения на диоде мультиметр автоматически подает небольшое напряжение на щупы и увеличивает это напряжение до тех пор, пока два щупа не будут электрически соединены (т. е. диод станет проводящим и смещенным в прямом направлении). Единицей измерения для проверки диодов является [вольт постоянного тока].
Чтобы выполнить проверку диодов с помощью настольного мультиметра, установите мультиметр в режим проверки диодов, нажав кнопку с символом диода. Подключите положительный щуп к порту «INPUT HI», а отрицательный щуп к порту «INPUT LO». Убедитесь, что тестируемая цепь или устройство выключены. Приложите щупы к диоду (убедившись в соблюдении полярности), затем запишите падение напряжения на диоде.
Измерение непрерывности (или электрического соединения) с помощью мультиметра является чрезвычайно полезным инструментом отладки и устранения неполадок. Когда цепь не работает должным образом, одним из первых действий при обнаружении проблемы является проверка наличия всех ожидаемых соединений и отсутствия нежелательных коротких замыканий. Конечно, можно использовать режим измерения сопротивления мультиметра, чтобы проверить наличие этих соединений, но использование режима непрерывности делает это еще проще. Это связано с тем, что мультиметр издаст звуковой сигнал, если между щупами есть соединение с низким сопротивлением, поэтому вам даже не нужно отрывать взгляд от схемы, которую вы отлаживаете.
Важно проверить руководство вашего мультиметра, чтобы увидеть, где он рисует линию с точки зрения «низкого сопротивления», чтобы издавать жужжание непрерывности. Это сопротивление составляет около 20 Ом для многих мультиметров. Чтобы проверить непрерывность с помощью настольного мультиметра, установите мультиметр в режим непрерывности, нажав кнопку со звуковым символом. Подключите положительный щуп к порту «INPUT HI», отрицательный щуп к порту «INPUT LO» и убедитесь, что проверяемая цепь или устройство отключены. Проверьте различные точки цепи и прислушайтесь к звуковому сигналу непрерывности.
Частота
Мультиметры также можно использовать для измерения частоты сигнала переменного напряжения. Частота — это измерение количества циклов, повторяющихся в сигнале каждую секунду. Например, синусоидальная волна, которая повторяет 10 циклов каждую секунду, будет иметь частоту 10 Герц или Гц. Диапазон входных частот мультиметров может сильно различаться, поэтому убедитесь, что ваш мультиметр способен измерять сигналы более высокой частоты. Как и напряжение, измерение частоты выполняется параллельно цепи.
Использование специального частотомера рекомендуется при необходимости измерения высокочастотных сигналов с более высокой точностью. Чтобы измерить частоту с помощью настольного мультиметра, установите мультиметр в режим «FREQ», затем подключите положительный щуп к порту «INPUT HI», а отрицательный щуп к порту «INPUT LO». Убедитесь, что тестируемая цепь или устройство включено, затем прощупайте измеряемый компонент на предмет частоты.
В заключение
Выбор лучшего мультиметра может оказаться непростой задачей. Ценовые диапазоны могут сильно различаться в зависимости от бренда и характеристик. Обязательно изучите все факторы, которые необходимо учитывать при выборе настольного мультиметра.
Как пользоваться мультиметром, часть 3: измерение сопротивления и проверка целостности цепи
На прошлой неделе мы показали вам, как использовать мультиметр для измерения напряжения или, точнее, для проверки наличия напряжения, что является наиболее распространенным причина, по которой вы хватаетесь за счетчик и копаетесь в проводке вашего автомобиля. Теперь мы займемся вторым наиболее распространенным применением мультиметра в автомобиле — измерением сопротивления и проверкой непрерывности.
Как мы обсуждали несколько недель назад, сопротивление — это свойство электрического проводника, противодействующее протеканию тока. В нагрузочном устройстве, таком как электродвигатель или электрическая лампочка, сопротивление — это хорошо, потому что оно на самом деле берет протекающий заряд и превращает его во что-то полезное, например, водяное колесо в реке. Однако в большинстве самих проводов вы хотите, чтобы сопротивление было как можно медленнее, чтобы ток мог течь через него, не мешая ему.
При этом, когда мы говорим об измерении сопротивления с помощью измерителя, мы измеряем не динамическое сопротивление цепи; это статическое сопротивление части цепи.
Позвольте мне сказать это снова по-другому. Когда цепь находится под напряжением, напряжение, приложенное к цепи, вместе с общим сопротивлением всех компонентов в цепи вызывает протекание определенного количества тока. Вы можете измерить напряжение и ток действующей цепи и использовать эти цифры для расчета сопротивления (закон Ома), но на самом деле вы не можете измерить сопротивление действующей цепи. По ряду причин нужно отключить питание и измерить сопротивление отдельных отрезков цепи. Или, если использовать формулировку, которую мы предложили на прошлой неделе, измерение сопротивления проводится с цепью без питания , в серии с частью цепи.
И, действительно, большую часть времени нас не интересует само значение сопротивления. Вместо этого мы обычно заинтересованы в проверке преемственности. (Есть исключения, такие как проверка датчика температуры, сопротивление которого зависит от температуры, или проверка правильного сопротивления катушки или балластного резистора.)
Так в чем же разница между сопротивлением и непрерывностью? Подумайте об этом так: Непрерывность — это бинарная версия сопротивления. Если сопротивление объекта, который мы тестируем, — провода, в котором мы хотим убедиться, что он не оборван, соединения, в котором мы хотим убедиться, действительно замыкается на землю, переключателя, который мы хотим проверить, работает, — низкое (например, менее 1 Ом), мы говорим, что он имеет непрерывность.
Хорошо, давайте измерим сопротивление.
Настройка мультиметра для измерения сопротивления . Существует три шага настройки:
- Поместите черный щуп в гнездо с надписью «COM» для «общего», что означает, что он является общим для всех измерений. Как только он появится, его никогда не нужно будет перемещать.
- Вставьте красный щуп в гнездо, помеченное греческим символом омега (Ω) для обозначения сопротивления. Почти наверняка это тот же разъем с буквой V для напряжения. Это означает, что вы можете оставить выводы пробников в одних и тех же разъемах для измерения напряжения и сопротивления. Вам нужно только изменить разъем, к которому подключается провод считывающего датчика, если вам нужно измерить ток.
- Поверните большую поворотную ручку на значение сопротивления, обозначенное символом омега (Ω). Если у вас нет измерителя с автоматическим выбором диапазона, выберите наиболее чувствительную настройку сопротивления. Это действительно не будет иметь большого значения, если вы просто ищете преемственности. Измеритель должен сказать «OL», что означает «превышение предела», что означает, что, когда кончики датчиков не соприкасаются, сопротивление бесконечно.
Мультиметр, настроенный для измерения сопротивления (красный щуп в гнезде «VΩ», поворотный регулятор повернут на настройку сопротивления)
Настройка звукового сигнала . Если вы проверяете непрерывность (а вы почти всегда это делаете), «звуковой сигнал» очень удобен, так как он позволяет вам проверять, даже не глядя на измеритель. Способ включения варьируется от метра к метру. На некоторых измерителях это отдельная настройка на поворотном диске. На других, например на моем стареньком Fluke 85, это кнопка над циферблатом с символом, который выглядит примерно как усиливающиеся звуковые волны или мегафон.
Настройка звукового сигнала непрерывности (красный прямоугольник) зависит от метража. В данном случае это кнопка 9.0122
Проверить счетчик . Теперь коснитесь кончиков зондов вместе. Показание сопротивления должно упасть с «OL» почти до нуля (что означает менее одного ома), и должен прозвучать звуковой сигнал. Это то, что вы должны увидеть, когда поместите щупы на что-то, что имеет непрерывность, например, неповрежденный провод или замкнутый переключатель.
Показания менее одного Ома, указывающие на непрерывность цепи
Отключите питание! Измерение сопротивления должно выполняться при выключенном питании. То, как измеритель измеряет сопротивление, заключается в том, что он пропускает небольшой ток через щупы и измеряет результирующее напряжение. Показания сопротивления бессмысленны, если на измеряемом объекте уже есть напряжение.
Изолируйте объект, сопротивление или непрерывность которого вы хотите проверить . Например, если вы измеряете сопротивление между клеммами «+» и «-» на катушке, сначала отсоедините от них все провода. Таким образом, вы можете быть уверены, что проверяете сопротивление катушки, а не проводов, проходящих через остальную часть автомобиля, которые могут быть подключены к другим устройствам и к земле. Если вы проверяете непрерывность между клеммой на устройстве и землей, рекомендуется отсоединить провод от устройства и подключить мультиметр к отсоединенному проводу. Кроме того, таким образом, если цепь фактически включается без вашего ведома, отсоединение провода разрывает цепь и гарантирует, что вы получите правильное значение сопротивления.
Вот несколько конкретных примеров. Первый — тот, который мы только что упомянули: проверка сопротивления катушки зажигания. Обратите внимание, что мы удалили провода, чтобы убедиться, что мы не получаем ложных показаний от остальной проводки в автомобиле.
Сопротивление этой катушки зажигания 1,3 Ом. аккумулятора), используя красный щуп для проверки провода заземления на разъеме фары и подключив черный щуп к отрицательной клемме аккумулятора. Показания менее одного Ома и звуковой сигнал указывают на непрерывность цепи на землю.
Проверка непрерывности заземления
Наконец, мы используем мультиметр, чтобы проверить, действительно ли работает переключатель, проверив, что в положении «выключено» сопротивление бесконечно:
», есть непрерывность (сопротивление менее одного Ома и звуковой сигнал):
Теперь вы можете удивиться, узнав, что только потому, что измеритель проверяет непрерывность, это не означает, что провод или переключатель способный пропускать ток, достаточный для работы цепи.