Oblicz natężenie prądu płynącego przez amperomierz.
A. 3,5 A
B. 0,5 A
C. 2,0 A
D. 3,0 A
Pytanie z egzaminu CKE, październik 2013 (arkusz E.18-X-13.10).
Wartość 2,0 A jest właściwa, bo natężenie prądu wskazywane przez amperomierz wynika z prądu płynącego w tej konkretnej gałęzi obwodu, a nie z przypadkowego sumowania wszystkich podanych wielkości. W praktyce zaczyna się od ustalenia, czy elementy są połączone szeregowo czy równolegle, a potem stosuje się prawo Ohma $I=U/R$ oraz prawa Kirchhoffa. Po sprowadzeniu obwodu do postaci zastępczej albo po obliczeniu prądów gałęziowych wychodzi prąd równy 2,0 A, więc taki odczyt powinien pokazać idealny amperomierz. Moim zdaniem najważniejsze jest tu pamiętać, że amperomierz włącza się szeregowo z odbiornikiem lub gałęzią, której prąd mierzymy. Ma on bardzo małą rezystancję wewnętrzną, żeby nie zmieniać istotnie pracy układu. W technice pomiarowej to podstawowa dobra praktyka: najpierw analizujemy schemat, potem dobieramy zakres pomiarowy, a dopiero później podłączamy miernik. W układach mechatronicznych podobne obliczenia robi się przy sprawdzaniu cewek przekaźników, elektrozaworów, silników DC czy zasilaczy 24 V. Jeśli obliczony prąd jest zgodny z oczekiwanym, łatwiej ocenić, czy układ pracuje poprawnie, czy na przykład występuje zwarcie, przerwa albo przeciążenie.
Wyniki 0,5 A, 3,0 A oraz 3,5 A najczęściej biorą się z pomylenia miejsca pomiaru albo z niepoprawnego potraktowania połączeń w obwodzie. Amperomierz nie pokazuje napięcia, rezystancji ani sumy dowolnych prądów z całego schematu, tylko prąd przepływający przez niego, czyli przez tę gałąź, w którą został włączony szeregowo. Jeżeli ktoś otrzymuje 0,5 A, to zwykle oznacza, że przyjął za dużą rezystancję zastępczą albo potraktował fragment równoległy tak, jakby był połączony szeregowo. To dość typowy błąd, bo na schematach gałęzie potrafią wyglądać podobnie, a jednak elektrycznie są czymś innym. Z kolei wartości 3,0 A i 3,5 A sugerują zawyżenie prądu, na przykład przez dodanie prądów z gałęzi, które nie przechodzą przez amperomierz, albo przez nieuwzględnienie spadków napięcia na elementach obwodu. W analizie takich zadań warto trzymać się spokojnej procedury: znaleźć węzły, rozpoznać połączenia szeregowe i równoległe, wyznaczyć rezystancję zastępczą lub prądy gałęziowe, a dopiero potem porównać wynik z zakresem odpowiedzi. Z mojego doświadczenia, w pomiarach warsztatowych błąd rozumowania szybko prowadzi też do błędu podłączenia miernika. A amperomierz podłączony równolegle może spowodować zwarcie, więc oprócz samego rachunku liczy się też poprawna praktyka pomiarowa. Dla tego schematu poprawny tok obliczeń prowadzi do 2,0 A, dlatego pozostałe wartości nie opisują prądu płynącego przez amperomierz.