Elektrické obvody
Elektrické obvody (9/15) · 8:18

Voltmetry a ampérmetry Jak funguje měření napětí a proudu a jak správně zapojit ampérmetr a voltmetr do obvodu?

Navazuje na Elektřinu.
Máme tu elektrický obvod: baterie s napětím V a tři rezistory. Rezistor 1, rezistor 2 a rezistor 3 tady nahoře. Obvodem prochází proud. Jak experimentálně změříme napětí na těchto prvcích? Použijeme voltmetr, který vypadá takto. Značka voltmetru je kružnice a v ní "V". Jak se používá? Zapojíme voltmetr, ale nemůžeme ho jen tak zapojit do obvodu. Zapojíme ho tak, že vezmeme vodiče voltmetru a zapojíme je na obě strany prvku obvodu, na kterém chci změřit napětí. Pokud toto provedu, zapojím vodiče sem, voltmetr nám ukáže, jaké napětí je na rezistoru č. 3. Nebo vemte voltmetr, přesuňte ho sem a pokud napojíte vodiče přes rezistor č.1 paralelně... Všimněte si, že zapojuji voltmetr paralelně. Voltmetry se vždy zapojují paralelně. Teď mi ukáže napětí na rezistoru č.1. Pokud se chci ujistit, že má baterie funguje správně, mohu vzít voltmetr a zapojit ho mezi kladný a záporný pól baterie. Tak zjistím, zda napětí na baterii odpovídá udávané hodnotě. Takže voltmetr vždy apojujeme paralelně. Pokud však chceme změřit proud, nepoužijeme voltmetr, ale ampérmetr. Pokud používáte ampérmetr, nezapojujte ho paralelně s prvkem, který chcete změřit. Tak byste ampérmetr zkratovali. Už se mi to párkrát povedlo. Je to neveselé. Takže nezapojujte ampérmetr paralelně, za chvíli vám řeknu, proč. Zapojte ho sériově. Takže, pokud chcete zjistit proud procházející rezistorem č.3, zapojte ampérmetr přímo sem. Jeden vodič zapojte do jedné strany ampérmetru, ten druhý na druhou stranu. Proud projde přímo skrz ampérmetr a tím zjistíme, jaký proud prochází přes R3. Nezáleží na straně, na kterou ho zapojíte, proud procházející do R3 a vystupující z R3 je stejný. Můžete ho zapojit i zde, ale musí být zapojen sériově. Musíte obvod přerušit. Proto je zapojování ampérmetru někdy otrava. Musíte tady něco vypojit, pak připojit jednu část ampérmetru, připojit ji na druhou stranu ampérmetru. Při zapojení voltmetru tohle dělat nemusíte. Stačí, když ho budete mít po ruce, a dotknete se vodičů, kdykoliv a kdekoliv potřebujete. U ampérmetru musíte vždy obvod přerušit, abyste jej mohli zapojit. Ale mohu ho zapojit kdekoliv. Mohu ho zapojit tady, čímž zjistím proud v tomto vodiči. Opakuji, ampérmetr je vždy zapojen v sérii s tím prvkem, který chceme změřit. Takže v téhle pozici můžeme změřit proud, který proudí v baterii. Ale proč je voltmetr zapojen vždy paralelně a ampérmetr vždy sériově? Ampérmetr je vždy zapojen sériově proto, jelikož chceme vždy změřit proud ve smyčce obvodu. Chceme změřit proud procházející tímto rezistorem. Pokud chceme změřit proud, který něčím prochází, musíme zajistit, aby tento proud procházel ampérmetrem. Tak zajistíme měření. Kvůli tomu jsou ampérmetry vyráběny jen s velmi nízkým odporem. Ampérmetr má jen velmi malý odpor. Pokud byste totiž zapojili ampérmetr s velkým odporem a zapojili byste ho zde, měřili byste pak velikost proudu, který prochází touto částí obvodu. To nechceme. Když něco měříme, nechceme to ovlivňovat. Pokud zapojím ampérmetr tady, nechci ovlivnit velikost proudu, který zde prochází. Chci vědět jaký proud zde prochází jako by tu ten ampérmetr ani nebyl. Pokud zde zapojím ampérmetr, měl by obvod ovlivňovat co nejméně. Proto se ampérmetry vyrábějí jen s velmi nízkým odporem. Proto taky nemůžete zapojit ampérmetr paralelně, Podívejme se, co by se v takovém případě stalo. Pokud bych vzal ampérmetr a zapojil ho sem a druhou stranu sem, podívejte, co to dělá s proudem. Proud teče tudy, tudy a tudy... zde přichází na uzel a "může si vybrat". Poteče doleva, a nebo přímo sem přes rezistor č.3, nebo přes náš ampérmetr, ale náš ampérmetr má velmi malý odpor. Velmi malý... zhruba v řádu miliohmů. Takže veškerý ten proud, který tudy teče, veškerý ten proud poteče skrz ampérmetr. "Přeskočí" tyto rezistory. Pokud máme v obvodu nějaké standardní napětí, třeba 9 V nebo 3 V, a zapojíte to na miliohm, tak to náš ampérmetr spálí. Obvykle je v něm pojistka, protože vědí, že to lidi zapojí blbě, jako třeba já. Spálíte tím tu pojistku, pak ji musíte vyměnit a je to otrava Takže, nezapojujte ampérmetr paralelně. A co voltmetry? Proč je zapojujeme paralelně? No, voltmetr zapojujeme paralelně, protože chceme znát napětí, které je na prvcích obvodu, čili na obou stranách. Pamatujte, že napětí je definováno jako rozdíl mezi elektrickými potenciály dvou míst v prostoru. Otázka napětí v jednom určitém bodě obvodu nedává smysl. Můžete se zeptat, jaký proud teče v nějakém bodě v obvodu. Ale ptát se na napětí určitého bodu obvodu nedává smysl. Jediná věc, která smysl dává, je otázka na napětí mezi dvěma body obvodu. Můžu se zeptat na napětí mezi tímhle a tímhle bodem. To dává smysl. Nebo se můžu zeptat na napětí mezi tímhle a tímhle bodem. To taky dává smysl. Ale otázka napětí v bodě nebo skrz nějaký bod smysl nedává. Proud teče skrz jeden bod, napětí je mezi dvěma body. Rozdíl mezi elektrickými potenciály dvou bodů. Proto zapojujeme voltmetry paralelně. A protože zapojujeme voltmetry paralelně, musí mít voltmetry velký odpor. Někdy dokonce v řádech stovek, tisíců, či dokonce milionů ohmů. To je opravdu hodně. Popřemýšlejte, proč to tak je. Hlavní myšlenka je ta, že nechceme ovlivňovat tu veličinu, kterou měříme. Měřím napětí na tomto rezistoru. Pokud bych zapojil voltmetr s nízkým odporem, stane se toto. Proud teče z baterie, a celý proteče skrz ten voltmetr. Nejen že by ho asi zničil, ale zároveň neteče skrz náš rezistor č.3, takže by nám voltmetr neukázal správnou hodnotu pro R3. Chceme tedy zajistit, aby náš voltmetr měl velký odpor. Technicky vzato by jím procházel jen velmi , velmi malý proud, třeba jeden miliampér, jinak by nemohl měřit. Ale chceme tento proud co nejnižší, vzhledem k tomu, že chceme, aby skrz rezistor č.3 procházel proud o stejné velikosti jako před měřením. Vzhledem k tomu, že U = I krát R A pokud chceme změřit napětí tady, musíme zajistit, že bude proud stejný, jinak nedostaneme přesně změřené napětí. Co by se stalo, kdybychom zapojili voltmetr do série a ne paralelně? Voltmetry mají obrovský odpor, čili pokud bychom ho zapojili sem, tak ho nezničíme. Co udělá proud? Proud teče z baterie, "vybere si": může téct skrz rezistor č.3 a voltmetr, nebo přes rezistor č.1 a č.2. Řekli jsme si, že voltmetr má odpor stovky až miliónu ohmů, takže celý proud proteče tudy, voltmetru se ani nedotkne. Celou smyčku přeskočí. Pokud zapojíte voltmetr do série, místo paralelně, znemožníte proudu projít celou částí tohoto obvodu, ve které je voltmetr zapojen. Asi ho nezničíte, voltmetr není tak citlivý jako ampérmetr, ale určitě nenaměříte správné hodnoty, protože voltmetr takto nefunguje. Takže si pamatujte, že voltmetry se zapojují paralelně k prvku obvodu, na kterém chcete určit napětí. Ale ampérmetry jsou zapojeny v sérii k prvku obvodu, který chcete změřit. A pokud teď sedíte a říkáte si: "Pfft, nikdy nezapojím ampérmetr paralelně. Copak jsem blbej?" V tom případě si dávejte pozor, protože většina multimetrů jsou zároveň voltmetry a zároveň ampérmetry. Záleží na tom, jak nastavíte měření. Celý den takhle sedíte a měříte si proud s nastaveným ampérmetrem. Všechno je v pohodě. A najednou potřebujete změřit napětí. Ale zapomenete přehodit páčku! Na volty, místo ampérů. Takže budete mít zapojený ampérmetr paralelně! No... takhle se to stalo mě. Pozor, ať se to nestane i vám. Zkontrolujte si páčky na multimetru. Zkontrolujte, že je správně nastaven, ať nespálíte pojistku.
video