Bài học

Đo cường độ dòng điện bằng ampe kế

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mắc đúng ampe kế nối tiếp vào mạch điện, chọn đúng chốt và thang đo, và đọc đúng số chỉ của ampe kế để xác định cường độ dòng điện.

Kiến thức nền cần nhớ

Em đã biết cường độ dòng điện I đo bằng ampe (bài trước), và đã biết kí hiệu ampe kế trong sơ đồ mạch điện là một vòng tròn chứa chữ A (bài 1.2). Bài này học cách dùng thật dụng cụ đó trên mạch điện.

Khởi động

Nếu mắc nhầm ampe kế song song với bóng đèn, thay vì nối tiếp vào mạch, điều gì có thể xảy ra với ampe kế và cả mạch điện?

Kiến thức trọng tâm

Ampe kế là dụng cụ đo cường độ dòng điện. Nguyên tắc quan trọng nhất: ampe kế luôn được mắc nối tiếp vào đoạn mạch cần đo, sao cho toàn bộ dòng điện của đoạn mạch đó phải chạy xuyên qua ampe kế — giống như đặt một trạm kiểm đếm ngay trên đường đi duy nhất của dòng điện. Nếu mắc ampe kế song song (tạo thêm một đường tắt bên cạnh bóng đèn), phần lớn dòng điện sẽ đổ dồn qua ampe kế vì điện trở của nó rất nhỏ, gây đoản mạch — dễ làm hỏng ampe kế và nguồn điện.

**Ampe kế** là dụng cụ đo cường độ dòng điện. Nguyên tắc quan trọng nhất: ampe kế luôn được mắc **nối tiếp** vào đoạn mạch cần đo, sao cho toàn bộ dòng điện của đoạn mạch đó phải chạy xuyên qua ampe kế — giống như đặt một trạm kiểm đếm ngay trên đường đi duy nhất của dòng điện. Nếu mắc ampe kế song song (tạo thêm một đường tắt bên cạnh bóng đèn), phần lớn dòng điện sẽ đổ dồn qua ampe kế vì điện trở của nó rất nhỏ, gây đoản mạch — dễ làm hỏng ampe kế và nguồn điện.

Khi mắc, cần nối đúng chốt: chốt dương (+) của ampe kế nối về phía cực dương của nguồn điện (tức là phía dòng điện quy ước đi vào), chốt âm (–) nối về phía cực âm — mắc ngược chốt sẽ làm kim ampe kế lệch về phía ngược lại thay vì chỉ đúng giá trị. Trước khi đo, em cần chọn thang đo (giới hạn đo — GHĐ) lớn hơn giá trị dòng điện dự đoán, để kim không bị vọt hết cỡ và làm hỏng dụng cụ; sau đó đọc kết quả dựa theo độ chia nhỏ nhất (ĐCNN) của thang đo đã chọn.

Khi mắc, cần nối đúng chốt: chốt dương (+) của ampe kế nối về phía cực dương của nguồn điện (tức là phía dòng điện quy ước đi vào), chốt âm (–) nối về phía cực âm — mắc ngược chốt sẽ làm kim ampe kế lệch về phía ngược lại thay vì chỉ đúng giá trị. Trước khi đo, em cần chọn **thang đo (giới hạn đo — GHĐ)** lớn hơn giá trị dòng điện dự đoán, để kim không bị vọt hết cỡ và làm hỏng dụng cụ; sau đó đọc kết quả dựa theo **độ chia nhỏ nhất (ĐCNN)** của thang đo đã chọn.

Trong phòng thí nghiệm, em có thể gặp hai loại ampe kế: loại kim chỉ thị (kim quay trên mặt số có vạch chia) và loại hiện số (hiển thị trực tiếp con số trên màn hình). Với ampe kế kim, cần đặt mắt nhìn thẳng góc với mặt số khi đọc kết quả — nhìn xiên góc dễ gây sai số thị sai (kim và vạch chia trông như lệch nhau dù thực tế không lệch), khiến số đọc bị sai lệch so với giá trị thật. Nhiều bộ thiết bị thực hành hiện đại còn tích hợp cả chức năng ampe kế và vôn kế vào một dụng cụ duy nhất gọi là đồng hồ vạn năng, nhưng nguyên tắc mắc nối tiếp khi đo dòng điện thì luôn không đổi, dù dùng loại dụng cụ nào đi nữa.

Trong phòng thí nghiệm, em có thể gặp hai loại ampe kế: loại kim chỉ thị (kim quay trên mặt số có vạch chia) và loại hiện số (hiển thị trực tiếp con số trên màn hình). Với ampe kế kim, cần đặt mắt nhìn thẳng góc với mặt số khi đọc kết quả — nhìn xiên góc dễ gây **sai số thị sai** (kim và vạch chia trông như lệch nhau dù thực tế không lệch), khiến số đọc bị sai lệch so với giá trị thật. Nhiều bộ thiết bị thực hành hiện đại còn tích hợp cả chức năng ampe kế và vôn kế vào một dụng cụ duy nhất gọi là đồng hồ vạn năng, nhưng nguyên tắc mắc nối tiếp khi đo dòng điện thì luôn không đổi, dù dùng loại dụng cụ nào đi nữa.

Ampe kế luôn mắc nối tiếp — toàn bộ dòng điện của đoạn mạch phải chạy qua nó.

Ví dụ

Đọc số chỉ ampe kế mắc đúng

1
Một mạch điện gồm một pin, một công tắc K và một bóng đèn Đ. Ampe kế được mắc nối tiếp đúng chốt vào mạch. Khi đóng K, kim ampe kế chỉ đúng vạch 0,3 A. Nếu tháo ampe kế ra khỏi mạch rồi nối lại dây dẫn tại chỗ đó (không có ampe kế), độ sáng của đèn có thay đổi không?
2
Với ampe kế mắc đúng, số chỉ 0,3 A chính là cường độ dòng điện thật sự đang chạy qua bóng đèn Đ (vì ampe kế nối tiếp nằm trên cùng đường dây với đèn).
3
Ampe kế lí tưởng gần như không cản trở dòng điện khi hoạt động bình thường; nối lại dây dẫn thay cho ampe kế chỉ làm mất đi số đo hiển thị, nhưng dòng điện thật sự chạy trong mạch gần như không thay đổi.
4
Vậy độ sáng của đèn không thay đổi đáng kể khi tháo ampe kế ra — chỉ mất đi khả năng biết chính xác giá trị $I$ đang chạy trong mạch.
Vậy độ sáng của đèn không thay đổi đáng kể khi tháo ampe kế ra — chỉ mất đi khả năng biết chính xác giá trị $I$ đang chạy trong mạch.

Ví dụ

So sánh cách mắc ampe kế đúng và sai

1
Một học sinh có hai cách mắc ampe kế vào mạch gồm một pin, một công tắc K và một bóng đèn Đ. Cách 1: ampe kế mắc nối tiếp, đúng chốt. Cách 2: ampe kế mắc song song với bóng đèn Đ. Hãy chỉ ra cách nào đúng, cách nào sai, và nêu hậu quả nếu mắc sai.
2
Ampe kế mắc nối tiếp cho toàn bộ dòng điện của mạch đi qua nó, đúng nguyên tắc sử dụng ampe kế. Đây là cách mắc đúng.
3
Ampe kế mắc song song với bóng đèn tạo ra một đường dẫn thứ hai giữa hai đầu đèn. Vì điện trở của ampe kế rất nhỏ so với bóng đèn, phần lớn dòng điện sẽ đổ dồn qua ampe kế thay vì qua đèn — đây chính là hiện tượng đoản mạch.
4
Trong thực hành, mắc theo Cách 2 thường đi kèm dấu hiệu dễ nhận ra: bóng đèn mờ hẳn hoặc tắt hoàn toàn (vì dòng điện bị "hút" qua ampe kế thay vì qua đèn), trong khi ampe kế và dây dẫn tại đó nóng lên bất thường — đây là tín hiệu cảnh báo cần ngắt mạch ngay lập tức.
5
Vậy Cách 1 đúng, Cách 2 sai. Mắc sai theo Cách 2 gây đoản mạch, có thể làm cháy ampe kế, làm nóng chảy dây dẫn hoặc hỏng nguồn điện — đây là lỗi rất nguy hiểm, tuyệt đối không được mắc ampe kế song song với vật tiêu thụ.

Sai lầm thường gặp

Mắc ampe kế song song với bóng đèn (thay vì nối tiếp) là lỗi nguy hiểm nhất khi dùng ampe kế: vì điện trở ampe kế rất nhỏ, dòng điện dồn hết qua nó gây đoản mạch. Ngoài ra, chọn thang đo nhỏ hơn giá trị dòng điện thực tế cũng làm kim vọt kịch kim, dễ hỏng dụng cụ.

Ghi nhớ

Ampe kế: mắc nối tiếp, đúng chốt (+ về phía cực dương nguồn), chọn thang đo lớn hơn dự đoán, đọc theo độ chia nhỏ nhất. Không bao giờ mắc song song ampe kế với vật tiêu thụ.

Song song với việc đo dòng điện, ta còn cần đo một đại lượng khác — thứ tạo ra dòng điện đó ngay từ đầu. Chương tiếp theo giới thiệu hiệu điện thế.