我們經常在新聞上 看到電線走火 造成生命財產損失的悲劇 為了避免這樣的慘劇發生 要先瞭解到電線走火 重要的原因是什麼 在家庭用電上 基本上是提供110伏特 或220伏特交流電 我們也曾學習 「過大的電流就會產生大量熱能」 導致電線走火的發生 電流是至關重要的因素 所以 電流的測量是家庭必備的技能 我們曾經學過電路中的「封閉迴路」 在迴路上有電源提供電動勢(即電壓) 連接著電阻 於電路上產生電流 在前段影片中 我們知道了歐姆定律 並瞭解到可以利用歐姆定律 計算迴路上的電流 那我們如何在迴路上 直接測量電流呢? 不知道大家是否看過 畫面中的實驗儀器 這個儀器稱為「安培計」 它屬於比較傳統的實驗裝置 不用安裝電池就可以使用 設計也較為簡單、容易上手 但是在操作上要更加注意 以免造成不可逆的損壞 為什麼這麼說呢? 我們來看看傳統安培計的設計吧! 傳統安培計內部 通常使用一種 稱為「達松發可動線圈」的裝置 進行測量 此裝置內包括一個能在磁場中 因電磁力的作用 而繞著固定軸轉動的線圈組 以及用來阻止線圈 繼續轉動的螺線型彈簧 線圈旋轉達到平衡位置時 (即指針不動時) 所轉動的角度 與流經線圈的電流大小有關 因此可用以測量電流量的大小 當電流經過線圈時 磁場施一個與電流成正比的力矩 而使線圈因轉動產生角位移 直到磁場力矩 與彈簧的恢復力矩平衡為止 因為角位移與彈簧的恢復力矩成正比 而恢復力矩的大小又與電流成正比 因此電流大小與角位移成正比 即電流越大 轉動角位移越大 也因為有彈簧的存在 若使用錯誤檔位 造成指針轉動過大 超過彈簧的彈性限度 讓它無法順利產生恢復力矩 和正確角位移 這個安培計就沒辦法再用了 若要測量封閉迴路中的電流值 需要讓迴路中的電流流經安培計 因此安培計需要與迴路「串聯」 才能使待測電路的電流經過安培計 也因為如此 串聯安培計的動作 會造成待測電路中的電流改變 使得測量出的電流 與原本的電流值有所差異 如畫面所示 我們可以將安培計的內電阻 假設為RA 待測電路上 有電源提供電動勢V與電阻R 原本沒有安培計的情況下 電流為:I等於V除以R 若使用安培計測量電流 則電流變為畫面上的式子 串聯安培計改變了電流大小 並非我們原本待測電路的電流 因此讓RA趨近於零 可以使得I'趨近於原本電流I 因此安培計在設計上 會盡量降低其電阻值 避免改變原本的電流值 但不可能有電阻為零的完美安培計 因此在測量不同的電流大小 會使用不同精準度的安培計 由於上述的設計 我們在使用安培計的時候要注意到 必須先利用較大範圍的檔位 以畫面中的電路為例 在不知道待測電路的電流大小時 需要先使用5安培的檔位 也就是將連接電池負極的部分 連接安培計的黑色 將與電池正極部分 連接安培計紅色檔位 此時應連接5安培的紅色檔位 若測量之後 發現數值位於0到0.5安培之間 就可以將檔位換成500毫安培測量 若發現數值位於0到50毫安培之間 可以再次將檔位下降 換成50毫安培 千萬不可以一開始 就使用50毫安培的檔位 以免造成過載而損壞安培計 不過現在實驗時測量電流 以使用三用電表居多 在使用三用電表時 和傳統安培計有些許不同 三用電表因為是數位式 採用液晶螢幕顯示 需安裝電池才能使用 三用的意思 代表此電表可以用來測量三種物理量 分別是電流、電壓與電阻 我們看到測量電流部分 其分成四個檔位 由下往上分別是10安培、 200毫安培、 20毫安培與2毫安培 其中 10安培稱為大電流檔位 其餘三種為小電流檔位 使用大電流檔位時 電源負極部分須連接三用電表的負號 而電源正極部分則連接大電流檔位 並將旋鈕轉至10安培檔位 若使用小電流檔位 電源負極部分 同樣連接三用電表的負號 電源正極部分 則改連接小電流檔位 並利用旋鈕 選擇使用哪一個小電流檔位 使用規則須與傳統安培計相同 從大檔位逐漸調降至小檔位 避免過載損壞三用電表 我們來思考看看: 有一個內電阻為10歐姆的安培計 當流入的電流為5毫安培時 指針會偏轉至滿格 若欲將此安培計 改裝成檔位為50毫安培的安培計時 應該如何改裝呢? 是串聯或並聯一個電阻? 此電阻的電阻值應該是多少呢? 讓我們來總結一下 這支影片的學習內容 安培計為測量封閉迴路中電流之儀器 且儀器採用低電阻設計 使用方式是與待測電路「串聯」 且需要由大電流檔位 逐漸往下調整 若使用三用電表時 則須將旋鈕轉至電流區域 我們知道了安培計可以測量電流後 請思考看看 在家庭用電安全中 我們用什麼裝置來避免電流過大 該裝置又是採用什麼設計原理呢?