Jednostka natężenia prądu – czym jest amper i jak go mierzymy?

Jaka jest jednostka natężenia prądu? Podstawowe informacje

Natężenie prądu określa ilość elektronów przepływających przez przekrój przewodnika w danym czasie. Im wyższe jest natężenie prądu, tym „więcej” prądu dociera do punktu odbioru, a zatem więcej prądu otrzymuje dane urządzenie.

Natężenia nie należy mylić z napięciem. O ile natężenie wyraża ilość elektronów w przewodniku w danej jednostce czasu, napięcie określa różnicę potencjałów elektrycznych między dwoma punktami w obwodzie, czyli mówiąc obrazowo „tempo przemieszczania się” ładunku elektrycznego. Zarówno natężenie, jak i napięcie muszą być ze sobą skorelowane, aby dostarczyć prąd elektryczny o parametrach dopasowanych do urządzeń odbiorczych.

Jednocześnie trzeba pamiętać, że przez dany przekrój i materiał, z jakiego został wykonany przewód, może przepłynąć prąd o określonej wartości maksymalnej. Jeśli wartość ta zostanie przekroczona, przewód może ulec przegrzaniu, a w konsekwencji, uszkodzeniu. Dlatego jednym z kierunków rozwoju elektrotechniki jest poszukiwanie coraz trwalszych przewodników. Dla przykładu można wskazać, że obecnie przewody w „zwykłych” urządzeniach wykonuje się z miedzi, ale lepszym przewodnikiem są np. srebro, czy złoto.

Według Międzynarodowego Układu jednostek miar SI jednostką natężenia prądu elektrycznego jest Amper [A]. Uznaje się, że jeden amper odpowiada przepływowi ładunku jednego Coulomba (1 C) w czasie 1 sekundy. Coulomb jest przeliczany na wielokrotność ładunku elementarnego (tzw. ładunku elektronów) i wynosi 6,2415 × 1018 e. Z kolei ładunek elementarny, czyli e, w przybliżeniu odpowiada 1,6 × 10-19 C. Jeden Coulomb odpowiada 6 trylionom elektronów.

Jednostka natężenia prądu elektrycznego – czym jest i jak ją mierzyć?

Zostawmy na razie teorię i zajmijmy się praktyczną stroną zagadnienia. Natężenie prądu, jak każdą inną jednostkę, da się zmierzyć. Służy do tego urządzenie zwane multimetrem (za jego pomocą można też zmierzyć napięcie prądu). Po co właściwie mierzyć natężenie prądu?

Przede wszystkim w ten sposób można określić, czy urządzenie działa w sposób prawidłowy. Na tabliczce znamionowej lub w instrukcji obsługi znajdziesz informacje o tym, ile prądu i o jakich parametrach musi otrzymywać sprzęt. Jeśli tego prądu jest zbyt dużo, może dojść do uszkodzenia układu elektrycznego. Jeśli zaś jest go zbyt mało, sprzęt może nie działać z pełną mocą. O ile w przypadku żarówki w oświetleniu oznacza to, że będzie się ona żarzyła, zamiast świecić, w przypadku maszyny przemysłowej może wskazywać, że nie wszystkie funkcje będą działały w sposób prawidłowy.

Określenie natężenia odpowiada też na pytanie, ile prądu zużywa urządzenie. To pozwala przewidzieć wysokość rachunków za prąd. Trzeba jednak pamiętać, że pomiar natężenia, choć zawsze możliwy, nie zawsze będzie prosty, ani nawet przydatny. Zasadniczo ten parametr mierzy się w przypadku urządzeń, które mogą funkcjonować tylko w jednym trybie pracy (urządzenie jest albo wyłączone albo włączone, ale działa jednostajnie).

Wyobraź sobie, że Twoja fabryka jest wyposażona w maszynę do pakowania żywności, która zawsze działa z taką samą prędkością. Niezależnie od tego, w którym momencie jej pracy użyjesz multimetru, pomiar będzie mniej więcej taki sam. A teraz załóżmy, że Twoja maszyna może pracować z różnym obciążeniem – przy mniejszym pomiar natężenia pokaże niższy wynik, przy większym, wyższy. Decydujące znaczenie ma chwilowy pobór prądu, który może ulegać zmianie w czasie.

Czy 1 amper to dużo, czy mało? Z punktu widzenia fizjologii organizmu człowieka to bardzo dużo. Jesteśmy zbudowani tak, że nasze ciała wytrzymują bezpiecznie natężenie do 0,03 A. Dla porównania:

• prąd o natężeniu 0,30 A może prowadzić do zaburzenia pracy mięśni oddechowych,
• prąd o natężeniu 0,75 A może prowadzić do zaburzenia rytmu serca.

Znaczenie ma nie tylko samo natężenie prądu, ale też czas, przez jaki jesteśmy poddawaniu działaniu ładunku elektrycznego. Prąd o natężeniu 0,2 A, który płynie przez ciało dłużej, niż kilkanaście sekund jest niebezpieczny dla zdrowia.

Jak zmierzyć natężenie prądu?

Aby zmierzyć natężenie prądu elektrycznego, podłącz multimetr szeregowo. Jeśli zrobisz to równolegle, w obwodzie powstanie prąd o bardzo dużym natężeniu, który po kilku sekundach uszkodzi urządzenie miernicze. Dla bezpieczeństwa warto podłączyć multimetr do przewodu fazowego. Jeżeli urządzenie działa prawidłowo, zarówno w przewodzie fazowym, jak i neutralnym będzie płynął prąd o takich samych wartościach. Jeżeli jednak doszło do uszkodzenia układu, tylko pomiar po kablu fazowym pozwoli uzyskać prawidłowy wynik.

Ustawiając multimetr i przygotowując go do pomiaru, zwykle użytkownik musi zwrócić uwagę na dwie kwestie:

• szukany zakres pomiaru (niekiedy odrębnie dla prądu stałego i prądu przemiennego),
• sondy pomiarowe – czerwona i czarna – powinny być wpięte w odpowiednie otwory, czarna w port oznaczony jako COM, czerwona w port mA lub 20 A w zależności od poszukiwanego zakresu natężenia i modelu urządzenia.

Sam wybór multimetru nie jest zadaniem prostym. Do wyboru są modele, które różnią się między sobą takimi parametrami, jak zakresy pomiarowe, dokładność miernika, pomiar natężenia i częstotliwość prądu przemiennego, pojemność kondensatora, czy test ciągłości obwodu. Dodatkowo trzeba zwrócić uwagę a wbudowane zabezpieczenia, ponieważ to one chronią użytkownika w przypadku niewłaściwego wykonania pomiaru. Klasy bezpieczeństwa elektronicznych urządzeń pomiarowych określa norma IEC 61010. Wyodrębnia ona 4 poziomy ochrony (od CAT I do CAT IV). Na potrzeby pracy z urządzeniami przemysłowymi warto wybierać kategorię trzecią i czwartą.

Natężenie prądu a inne wielkości elektryczne – zależności i zastosowanie

Natężenie prądu jest powiązane z oporem (rezystancją) oraz napięciem. Kiedy napięcie rośnie – lub spada – natężenie będzie zachowywało się w taki sam sposób, choć niekoniecznie jego wartość zmieni się w analogicznym stopniu. Najprościej zależność między wskazanymi wartościami odwzorowuje równanie I = U/R, gdzie:

• I – natężenie wyrażone w amperach,
• U – napięcie wyrażone w Voltach,
• R – opór wyrażony w Omach.

Im większą rezystancję ma dany przewodnik, tym mniejsze będzie napięcie, ponieważ ładunek elektryczny napotka więcej oporów podczas przemieszczania się w przewodzie. W praktyce można wskazać na następującą zależność: zmniejszenie pola przekroju poprzecznego przewodnika powoduje spadek natężenia prądu. Zatem w grubszym przewodzie prąd będzie płynął „szybciej”, niż w cieńszym przy założeniu, że oba mają taki sam poziom oporu.

Znajomość podstawowych wartości identyfikujących prąd elektrycznych jest ważne nie tylko dla fachowców, którzy zajmują się diagnostyką i naprawą urządzeń na co dzień. Przyda się każdemu, kto lubi majsterkować i potrzebuje np. wymienić gniazdko w domu lub położyć samodzielnie fragment instalacji. Pamiętaj jednak, że praca z prądem to nie zabawa. Nawet niewielkie spięcie może być potencjalnie groźne dla zdrowia lub życia. Jeśli masz wątpliwości co do tego, jak mierzyć prąd lub postępować z elementami układu elektrycznego, zawsze korzystaj z pomocy profesjonalisty.

W REO.pl zachęcamy przedsiębiorców, aby przechodzili na zieloną drogę. Dowiedz się więcej o znaczeniu fotowoltaiki dla Twojej firmy i skontaktuj się z nami, aby otrzymać spersonalizowane wsparcie.