شدت جریان الکتریکی چیست؟ – نحوه اندازه گیری به زبان ساده

دو مدار الکتریکی دارای لامپ و باتری — اثر جاری شدن جریان در مدار، روشن شدن لامپ است.

برای اینکه درک بهتری از جریان الکتریسیته داشته باشیم، می‌توانیم آن را با جریان آب در رودخانه مقایسه کنیم که از کنار هم قرار گرفتن تعداد خیلی زیادی مولکول‌ آب در حال حرکت در یک جهت ایجاد شده است. در سیم رسانا هم تعداد زیادی الکترون در حال حرکت در یک جهت داریم. روشن شدن لامپ حبابی در یک مدار الکتریکی، ایجاد جرقه روی انگشت دست‌مان وقتی که آن را نزدیک دستگیره در می‌‌گیریم یا تخلیه الکتریکی در برخورد رعد و برق با زمین، نمونه‌هایی از حرکت بارهای الکتریکی یا شدت جریان الکتریکی محسوب می‌شوند.

لامپ، رعد و برق و مدار الکتریکی — مثال‌هایی از شدت جریان الکتریکی

با توجه به اینکه بخش‌های مختلف یک اتم دارای بار الکتریکی متفاوتی هستند، چه از نظر اندازه و چه از نظر علامت، بنابراین بهتر است ابتدا بار الکتریکی یک اتم را بشناسیم. در این صورت وقتی از جریان الکتریکی و حرکت بارها صحبت می‌کنیم، بهتر متوجه خواهیم شد حرکت کدام بارها در اتم‌ها باعث ایجاد شدت جریان الکتریکی می‌شود.

جریان الکتریکی چیست؟ – به زبان ساده با حل مثال

فیلم آموزش فیزیک – پایه یازدهم در فرادرس

منشا شدت جریان الکتریکی

در این بخش یاد می‌گیریم که منشا شدت جریان الکتریکی چیست. طبق شکل زیر هر اتم از سه ذره به نام‌ پروتون (p)، نوترون (n) و الکترون (e) ساخته شده است. علامت بار الکترون منفی است و اندازه بار هر الکترون برابر است با $1e=1.6\times10^{-19} \ C$ . پیش از اینکه به ادامه بررسی ذرات داخل اتم بپردازیم، پیشنهاد می‌کنیم برای یادگیری بیشتر مفهوم بار الکتریکی و فرمول محاسبه آن، فیلم آموزشی آموزش فیزیک – پایه یازدهم فرادرس که لینک آن در ادامه برای شما قرار داده شده است را مشاهده کنید:

در حالی که پروتون‌ها و نوترون‌ها داخل بخش مرکزی اتم با نام هسته قرار دارند، الکترون‌ها دور هسته در حرکت‌اند. بار پروتون از نظر مقداری کاملا با بار الکترون یعنی $1e=1.6\times10^{-19} \ C$ برابر است، اما علامت آن مثبت است. نوترون‌ها هم ذراتی بدون بار یا خنثی هستند. در یک اتم، همیشه تعداد الکترون‌ها و پروتون‌ها با هم برابر است. بنابراین با اینکه اتم از دو نوع ذره باردار به نام الکترون و پروتون تشکیل شده است، اما از نظر الکتریکی خنثی است.

ذرات قرمز و خاکستری در هسته یک دایره قرار دارند. — ساختار اتم و ذرات باردار داخل آن

$\begin{cases}Q_{n}=0 \\Q_{e}=-Q_{p} \end{cases}$

$\Rightarrow Q_{atom}=Q_{n}+Q_{e}+Q_{p}=0$

گفتیم شدت جریان الکتریکی همان حرکت یا شارش ذرات باردار است. با توجه به اینکه پروتون‌ها و نوترون‌ها توسط نیروی جاذبه هسته‌ای در داخل هسته اتم کنار هم قرار دارند، بنابراین جداسازی و حرکت این ذرات برای تولید جریان ممکن نیست. البته همان‌طور که اشاره شد، نوترون ذره‌ای بی‌بار است و حتی در صورت خارج شدن از هسته، در تولید جریان نمی‌تواند سهمی داشته باشد.

از طرفی چون وابستگی الکترون‌ها به هسته ضعیف‌تر است، پس می‌توان از این ذرات برای ایجاد جریان استفاده کرد. کافی است با مصرف انرژی در قالب گرما یا نور، الکترون را از داخل اتم جدا کنیم. بنابراین از دو ذره باردار داخل هر اتم، فقط الکترو‌ن‌ها هستند که در ایجاد جریان الکتریکی سهم دارند.

سوال: گفتیم بین پروتون‌ها و نوترون‌ها در داخل هسته نیروی هسته‌ای وجود دارد که از نوع جاذبه است و باعث کنار هم قرار گرفتن این ذرات در هسته اتم می‌شود. از طرفی بین پروتون‌های داخل هسته و الکترون‌های بیرون از هسته، نیروی جاذبه الکتریکی برقرار است، چون طبق قانون کولن می‌دانیم که ذرات باردار با علامت بار مخالف هم، یکدیگر را جذب می‌کنند. پس چرا می‌توانیم الکترون‌ها را از اتم جدا کنیم ولی پروتون‌ها را نه؟

ذرات قرمز و سبز در مرکز — نیروهای جاذبه الکتروستاتیکی (سمت راست) و هسته‌ای (سمت چپ) در یک اتم

پاسخ این سوال به قدرت نیروی هسته‌ای در مقایسه با نیروی الکتریکی برمی‌گردد. نیروهای هسته‌ای بسیار قوی‌تر از نیروهای الکتروستاتیکی هستند. در نتیجه جداسازی پروتون‌های داخل هسته از اتم بسیار دشوار است و فقط الکترون‌های یک اتم در تولید جریان الکتریکی مشارکت دارند.

ساختار اتم و اجزای آن چگونه است ؟‌ – به زبان ساده + نمونه سوال با جواب

فیلم آموزش فیزیک 2 – پایه یازدهم – مرور و حل تمرین در فرادرس

جریان قراردادی

در بخش قبل آموختیم منشا شدت جریان الکتریکی چیست و چرا از حرکت ذرات بارداری با بار منفی به نام الکترون‌ها ایجاد می‌شود. سال‌ها قبل دانشمندان در مورد چگونگی ساختار اتم و ذرات سازنده آن اطلاعات کافی نداشتند. به همین دلیل فکر می‌کردند که جریان، ناشی از حرکت ذرات بارداری با بار مثبت است. به همین دلیل جریان را به‌صورت حرکت ذرات باردار مثبت قرارداد کردند.

فیلم آموزش فیزیک الکتریسیته + مفاهیم کلیدی در فرادرس

یک مدار آبی با پیکانی به رنگ قرمز — مقایسه جهت حرکت الکترون‌ها با جهت جریان قراردادی

ولی در حال حاضر می‌دانیم که جریان، ناشی از حرکت ذرات باردار با بار منفی یعنی الکترون‌ها است. پس برای اینکه دانش امروز خود را از قرارداد گذشته تفکیک کنیم، شارش بارهای مثبت را «جریان قراردادی» می‌نامیم. جریان قراردادی جاری شدن بارهای مثبت در یک مدار الکتریکی است که به معنای دور شدن این بارها از پایانه مثبت باتری و نزدیک شدن‌ آن‌ها به پایانه منفی است. پس اگر در مداری جهت جریان به‌صورت دور شدن از پایانه مثبت باتری نشان داده شده بود، باید بدانیم برای جریان جهت قراردادی انتخاب شده است.

یک مدار الکتریکی ساده شامل باتری که در آن جهت جریان مشخص است. — جهت جریان قراردادی در یک مدار

شدت جریان الکتریکی در سیم رسانا

پس از اینکه یاد گرفتیم منشا شدت جریان الکتریکی چیست، سوال مهمی که مطرح می‌شود این است که آیا در تمام مواد الکترون‌ها به‌راحتی از اتم‌ها جدا می‌شوند تا در ایجاد جریان سهیم باشند؟ پاسخ این است که خیر، برای تمام مواد چنین اتفاقی نمی‌افتد، چون بر اساس میزان وابستگی الکترون‌های ماده به هسته، مواد به دو گروه رسانا و نارسانا تقسیم می‌شوند و فقط در رساناها است که الکترون‌ها می‌توانند جریان تولید کنند.

در مواد رسانا وابستگی الکترون‌های لایه‌های بیرونی اتم به هسته کم است. بنابراین تعدادی از این الکترون‌ها آزادانه در فضای بین اتم‌های ماده در حال حرکت هستند. به این الکترون‌ها، «الکترون آزاد» گفته می‌شود. ولی در مواد نارسانا یا عایق، الکترون‌های لایه‌های بیرونی اتم با نیروهای قوی‌تری به سمت هسته جذب می‌شوند، طوری که حتی با مصرف انرژی هم امکان جداسازی این الکترون‌ها وجود ندارد. بنابراین داخل ماده نارسانا الکترون آزاد نداریم.

ذرات مختلف در کنار هم — مقایسه الکترون‌های آزاد در رسانا و نارسانا

همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید، در یک رسانا تعدادی الکترون‌ جدا شده از هسته داریم که آزاداند بین اتم‌ها حرکت کنند تا در ایجاد جریان مشارکت داشته باشند. اما در نارسانا تعداد این الکترون‌ها خیلی کم است و ممکن است اصلا وجود نداشته باشند. پس انتظار داریم در یک رسانا مثل عنصر مس، جریان برقرار شود، چون دارای الکترون‌ آزاد است. اما در نارسانایی مانند شیشه جریان نداریم، چون الکترونی برای حمل جریان در این مواد وجود ندارد. به همین دلیل است که سیم‌های حامل جریان در مدار را از جنس رسانا می‌سازند.

در مقطعی از یک لوله ذرات در حال حرکت هستند. — جریان در یک سیم رسانا

سوال:

گفتیم داخل یک رسانا مثل سیم مسی، الکترون آزاد داریم. پس چرا اگر فقط یک سیم مسی را به لامپ متصل کنیم، لامپ روشن نخواهد شد؟

اگر به دو سر یک سیم رسانا اختلاف پتانسیل اعمال نشود، جریان عبوری از آن صفر است. به همین علت است که سیم مسی متصل شده به لامپ، به تنهایی آن را روشن نمی‌کند. به شکل زیر دقت کنید. در شرایطی که به دو سر رسانا ولتاژ یا اختلاف پتانسیلی اعمال نشده باشد، الکترون‌های آزاد در جهت‌های مختلفی به‌صورت تصادفی حرکت می‌کنند. در نتیجه حرکت آنها در مجموع صفر است و جریانی ایجاد نخواهد شد.

حرکت ذرات سبز پس اینجا لازم است برای تعریف جریان الکتریکی این نکته را اضافه کنیم که حرکت الکترون‌ها یا ذرات باردار باید همسو باشد تا جریان داشته باشیم. سیم رسانا زمانی می‌تواند جریان را به لامپ برساند که به منبع ولتاژی مثل باتری وصل شود. در واقع برای همسوسازی حرکت الکترون‌های آزاد در یک رسانا، باید به دو سر آن یک اختلاف پتانسیل یا ولتاژ اعمال شود. اثر ولتاژ، ایجاد «نیرومحرکه‌ای» (emf) است که باعث می‌شود تمام الکترون‌های آزاد داخل رسانا در یک جهت حرکت کنند. پس جریان الکتریکی برقرار خواهد شد.

اگر بخواهیم اثر باتری یا منبع ولتاژ را در ایجاد نیرو محرکه دقیق‌تر بررسی کنیم، به شکل زیر دقت کنید. فعل و انفعالات شیمیایی داخل باتری باعث می‌شوند بارهای الکتریکی در محیط باتری از هم تفکیک شده و در نتیجه، یک میدان الکتریکی داخل باتری ایجاد شود. این میدان نیرو محرکه الکتریکی تولید می‌کند که در نتیجه آن، الکترون‌های آزاد در سیم رسانا از پایانه منفی باتری دور و به پایانه مثبت آن نزدیک شوند. به این ترتیب جریان در مدار برقرار می‌شود.

ولتاژ چیست؟ – انواع و تفاوت با جریان به زبان ساده

فیلم آموزش فیزیک 2 دانشگاه – جامع و با نکات کاربردی در فرادرس

یادگیری شدت جریان الکتریکی با فرادرس

اگر دانش‌آموز هستید، می‌دانید که مباحث مربوط به فیزیک الکتریسیته شامل الکتریسیته ساکن، جریان الکتریکی و قانون اهم در کتاب درسی علوم‌ تجربی پایه هشتم - بخش فیزیک برای اولین بار مطرح می‌شود و کتاب فیزیک پایه یازدهم با اشاره به پدیده الکترومغناطیس، این مباحث را به شکل عمیق‌تری توضیح می‌دهد.

نام یک مجموعه آموزشی در تصویر دیده می‌شود.

بنابراین اگر تمایل دارید بهتر درک کنید که شدت جریان الکتریکی چیست و اندازه‌گیری آن به چه صورت انجام می‌شود، با مشاهده فیلم‌های آموزشی زیر از مجموعه فرادرس می‌توانید پایه خود را در این زمینه تقویت کنید:

روش محاسبه شدت جریان الکتریکی

در این بخش توضیح می‌دهیم که فرمول‌‌های شدت جریان الکتریکی چیست و از چه راه‌هایی می‌توانیم این کمیت را محاسبه کنیم. با توجه به نوع مسئله و داده‌هایی که در اختیار داریم، دو فرمول برای محاسبه شدت جریان الکتریکی وجود دارد:

استفاده از قانون اهم

فرمولی در یک کادر بنفش

محاسبه نرخ شارش بار الکتریکی (فرمول جریان الکتریکی)

در قانون اهم رابطه شدت جریان الکتریکی با کمیت‌هایی مانند اختلاف پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ (V) و مقاومت الکتریکی (R) توصیف می‌شود، در حالی که در فرمول جریان ارتباط آن با کمیت بار الکتریکی (Q) و زمان (t)‌ بیان می‌شود. در ادامه هر کدام از این دو روش را توضیح می‌دهیم.

آمپر چیست ؟ — به زبان ساده + فرمول محاسبه

قانون اهم

در بخش قبل اشاره کردیم که روش‌های محاسبه شدت جریان الکتریکی چیست. در این قسمت به توضیح اولین روش، یعنی «قانون اهم» (Ohm's Law) می‌پردازیم. قانون اهم رابطه بین سه کمیت مهم در الکتریسیته یعنی جریان، ولتاژ و مقاومت را به‌صورت زیر بیان می‌کند:

$I=\frac{V}{R}$

واحد شدت جریان الکتریکی (I): آمپر (A)
واحد اختلاف پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ (V): ولت (V)
واحد مقاومت الکتریکی (R): اهم (Ω)

مثلثی به سه قسمت تقسیم شده است و در هر بخش حرف لاتینی با رنگ بنفش نوشته شده است.

اختلاف پتانسیل الکتریکی یا ولتاژ به معنای مقدار انرژی الکتریکی است که بین دو نقطه در یک مدار منتقل می‌شود، در حالی که مقاومت مانعی در مقابل عبور جریان است. معمولا برای ایجاد اختلاف پتانسیل در یک مدار، از منبع ولتاژی مانند باتری استفاده می‌شود.

طبق قانون اهم، با ثابت ماندن مقدار مقاومت، هر چه ولتاژ بیشتری به مدار تزریق شود، جریان در مدار نیز بیشتر خواهد شد. پس بین ولتاژ و جریان رابطه مستقیمی وجود دارد:

$R=constant, \ V\uparrow \ \Rightarrow \ I \uparrow$

از طرفی اگر ولتاژ ثابت فرض شود، در صورتی که مقاومت سیم رسانا زیاد باشد، جریان کمتری از آن عبور خواهد کرد. همچنین ممکن است در مسیر عبور جریان، قطعه‌ الکترونیکی به نام مقاومت یا رزیستور قرار بگیرد. در این صورت باز هم افت جریان خواهیم داشت. اصولا قرار گرفتن هر نوع قطعه الکترونیکی در مسیر عبور جریان، همراه با افت ولتاژ و در نتیجه کاهش جریان است.

$V=constant, \ R\uparrow \ \Rightarrow \ I \downarrow$

سه شخصی با رنگ قرمز و سبز و زرد در حال تلاش برای عبور از یک تونل — رابطه اهم، ولت و آمپر

شکل معروف قانون اهم به‌صورت تصویر بالا است که در آن برای عبور جریان یا آمپر، ولت انرژی مصرف می‌کند، در حالی که اهم مانع عبور راحت جریان می‌شود. پس اگر بخواهیم در یک مدار شدت جریان الکتریکی را افزایش دهیم، دو راه داریم:

با ثابت نگه داشتن مقاومت‌هایی که در مدار وجود دارند، اختلاف پتانسیل بیشتری به مدار تزریق کنیم.
با ثابت نگه داشتن ولتاژ در مدار، مقاومت‌های مدار را کاهش دهیم.

دو مدار با تعداد مختلف باتری — قانون اهم و اثر افزایش ولتاژ روی جریان

برای نمونه در شکل بالا، با استفاده از یک باتری با ولتاژ ‎۳ V، شدت جریان الکتریکی تولید شده در مدار ضعیف‌تر است، طوری که لامپ نور کمتری دارد. اما با فرض اینکه سیم‌ها تغییری نکنند (تغییر نکردن مقاومت سیم‌ها)، اگر به‌جای یک باتری از دو باتری ‎۳ V استفاده کنیم، مقدار جریان در مدار افزایش می‌یابد. در نتیجه نور لامپ هم بیشتر خواهد شد.

قانون اهم و توان — مفاهیم کلیدی

فرمول جریان الکتریکی

برای اینکه ببینیم فرمول شدت جریان الکتریکی چیست، کافی است مقدار بار الکتریکی یا Q کل عبور کرده از یک نقطه از مدار را بدانیم. در این صورت شدت جریان الکتریکی I برابر خواهد شد با فرمول زیر که در آن t مدت زمان عبور بار از آن نقطه است:

$I=\frac{Q}{t}$

واحد شدت جریان الکتریکی (I): آمپر (A)
واحد بار الکتریکی (Q): کولن (C)
واحد زمان (t): ثانیه (s)

مثلثی به سه بخش تقسیم شده است و در هر بخش حرف لاتینی به رنگ زرد نوشته شده است.

در رابطه بالا اگر بار بر حسب کولن و زمان بر حسب ثانیه باشد، شدت جریان الکتریکی بر حسب کولن بر ثانیه (C/s) به‌دست می‌آید که «آمپر» (Ampere) نام دارد. آمپر واحد استاندارد در سیستم بین‌المللی واحدها یا SI جهت اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی است که با حرف A نشان داده می‌شود:

$1 A= 1\frac{C}{s}$

در این رابطه اگر جهت جریان را بر اساس حرکت بارهای مثبت یا در جهت جریان قراردادی در نظر بگیریم، علامت جریان مثبت است. اما اگر جهت جریان را بر اساس حرکت بارهای منفی یا الکترون‌ها در نظر بگیریم، جریان علامت منفی دارد. این فرمول می‌تواند مقدار بار عبوری از یک نقطه مشخص در مدار را نیز بر اساس رابطه زیر محاسبه کند:

$\Rightarrow Q=It$

جریان الکتریکی — از صفر تا صد

حل مثال محاسبه شدت جریان الکتریکی

پس از اینکه یاد گرفتیم فرمول‌های شدت جریان الکتریکی چیست، در این بخش می‌خواهیم ببینیم چگونه می‌توانیم از آن‌ها برای محاسبه جریان عبوری از یک نقطه در یک مدار الکتریکی ساده استفاده کنیم. در هر سوال با توجه به کمیت‌هایی که در اختیار داریم، باید انتخاب کنیم از کدام روش استفاده شود.

مثال ۱

در شکل زیر مداری داریم که از یک باتری و یک دیود نورگسیل (LED) تشکیل شده است. اگر بدانیم طی مدت زمانی برابر با ‎۲۵ s باری با اندازه ‎۵۰ C از نقطه P در مدار عبور می‌کند، شدت جریان الکتریکی در این بازه زمانی چقدر است؟

پاسخ

در این سوال طبق شکل، جهت جریان قراردادی خلاف جهت عقربه‌های ساعت است. جریان در مسیر عبور خود از LED از نقطه P هم عبور می‌کند. محاسبه جریان در نقطه P، کل جریان عبوری از مدار در این بازه زمانی را به‌دست می‌دهد. پس با استفاده از فرمول شدت جریان الکتریکی خواهیم داشت:

$I=\frac{Q}{t}$

$\Rightarrow I=\frac{50}{25}=2 \ A$

مثال ۲

اگر اختلاف پتانسیل اعمال شده به یک مدار ‎۶۰۰V و مقاومت کل آن ‎۶۰ Ω باشد، جریان عبوری از مدار چقدر است؟

پاسخ

در این سوال کمیت‌هایی که داریم ولتاژ و مقاومت است، پس از قانون اهم برای محاسبه جریان استفاده می‌کنیم:

$I=\frac{V}{R}$

$\Rightarrow I=\frac{600}{60}=10 \ A$

مثال ۳

در مدار شکل زیر که متشکل از یک باتری و یک مقاومت است، اگر جریان عبوری از مدار ‎۲ A باشد، در مدت زمان ‎،۴۵ s بار عبوری از نقطه P در مدار چقدر است؟

پاسخ

دقت کنید جریان در نقطه P با جریان در هر نقطه دیگری از مدار برابر است. در این سوال مقدار جریان و بازه زمانی مشخص است. پس کافی است فرمول شدت جریان الکتریکی را بکار ببریم تا بار عبوری از این نقطه پیدا شود:

$I=\frac{Q}{t}$

$\Rightarrow Q=It$

$\Rightarrow Q=2\times45=90 \ C$

تمرین ۱

در مدار شکل زیر اگر جریان عبوری از مدار در بازه زمانی ۱٫۵ ساعت برابر با ‎۵۰ mA باشد، مقدار بار عبوری از نقطه P کدام گزینه است؟

$75\ C$

$0.075\ C$

$270\ C$

$0.027 \ C$

پاسخ تشریحی

گزینه سوم درست است. با استفاده از فرمول شدت جریان الکتریکی می‌توانیم مقدار بار عبوری از نقطه‌ای مانند P در مدار را محاسبه کنیم. اما قبل از آن لازم است برای اینکه بار را بر حسب کولن به‌دست آوریم، حتما تبدیل واحدهای جریان و زمان را انجام دهیم. جریان بر حسب میلی‌آمپر داده شده است. می‌دانیم مقدار عددی پیشوند میلی برابر است با ‎۱۰^-۳:

$1 mA= 10^{-3} \ A$

$\Rightarrow 50 \ mA= 50\times10^{-3} \ A=5\times10^{-2} \ A=0.05 \ A$

از طرفی مدت زمان هم بر حسب ساعت داده شده است. یک ساعت برابر است با ۶۰ دقیقه و هر دقیقه شامل ۶۰ ثانیه است. بنابراین داریم:

$1 \ hour= 60\times60 \ s=3600 \ s$

$\Rightarrow 1.5 \ hour=1.5 \times 3600 \ s=5400 \ s$

حالا می‌رویم سراغ فرمول شدت جریان الکتریکی:

$I=\frac{Q}{t}$

$\Rightarrow Q=It$

$\Rightarrow Q=0.05\times5400=270 \ C$

تمرین ۲

جریان هیتری با مقاومت ‎۱۲۰ Ω در صورت دریافت ولتاژی به اندازه ‎۶۷۲ V چقدر است؟

$5.6 \ A$

$6.5 \ A$

$6 \ A$

$5 \ A$

پاسخ تشریحی

گزینه اول درست است. چون مقاومت و ولتاژ را داریم، برای محاسبه جریان از قانون اهم استفاده می‌کنیم:

$I=\frac{V}{R}$

$\Rightarrow I=\frac{672}{120}=5.6 \ A$

ولت متر چیست؟ — به زبان ساده

وسایل اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی

در این بخش ابتدا توضیح می‌دهیم لزوم اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی چیست. با اندازه‌گیری جریان می‌توانیم قبل از خرابی قطعات یا تجهیزات الکترونیکی، به عیب‌یابی و رفع مشکل آن‌ها بپردازیم. می‌دانیم الکتریسیته مفهومی است که قابل دیدن نیست، بلکه آثار آن مثل روشن شدن لامپ، قابل مشاهده است. بنابراین اندازه‌گیری جریان به ما کمک می‌کند تا ردپای الکتریسیته در تجهیزات مختلف را دنبال کنیم.

لامپ حبابی به دو ابزار اندازه‌گیری متصل است. — اندازه‌گیری جربان لامپ با مولتی‌متر

در شکل بالا نمونه‌ای از یک وسیله اندازه‌گیری جریان به نام مولتی‌متر را مشاهده می‌کنید که برای اندازه‌گیری جریان لامپ به صورت سری در مدار قرار گرفته است. چهار مورد از پرکاربردترین وسایل اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی عبارت‌اند از:

نکته مهم در مورد وسایل اندازه‌گیری جریان این است که این ابزارها بر مبنای یکی از دو اصل زیر طراحی شده و عمل می‌کنند:

قانون اهم (آمیتر - مولتی‌تر)
الکترومغناطیس (کلمپ‌متر - انواع پراب‌های جریان و گالوانومتر)

یک مدار ساده با وسیله‌ای که دارای یک عقربه است. — نحوه اتصال آمیتر در مدار

در حالی که لازم نیست پروب‌های جریان یا کلمپ‌مترها به مدار متصل شوند، آمپرمترها یا مولتی‌مترهای دیجیتال با قطع سیم به مدار متصل می‌شوند تا جریان را اندازه‌گیری کنند. علت این تفاوت مبنای عملکرد آن‌ها است. در مورد کلمپ‌متر یا پروب اساس کار القای الکترومغناطیسی و حسگری (Sensing) است. در نتیجه نیازی به تماس برای دریافت جریان و اندازه‌گیری آن نیست.

پس در مورد آمیترها و مولتی‌مترها مهم است که مقاومت داخلی کمی داشته باشند تا وقتی در مدار قرار می‌گیرند جریان را کم نکنند. معمولا مقاومت داخلی کمتر از یک اهم برای اندازه‌گیری جریان‌هایی با مقدار تقریبی یک آمپر مطلوب است. در مجموع باید با توجه به نیاز خود، از وسیله مناسب برای اندازه‌گیری جریان استفاده کنید. در ادامه ویژگی‌ها و نحوه کار کردن با هر کدام از این قطعات را با جزئیات بیشتری توضیح می‌دهیم.

اندازه گیری الکتریکی و روش های آن — به زبان ساده

آمپرمتر یا آمیتر

مرسوم‌ترین و قدیمی‌ترین وسیله‌ برای اندازه‌گیری جریان یک قطعه در مدار، «آمپرمتر یا آمیتر» (Ammeter) است. بیشتر آمیترهای امروزی بر اساس نظریه الکتریسیته و قانون اهم کار می‌کنند و شامل انواع زیر هستند:

آمیتر عقربه‌ای
آمیتر دیجیتالی
آمیتر رومیزی

در آمپرمترها یک حرف بزرگ A روی ابزار درج شده است تا از ولت‌متر متمایز شوند. شکل‌ زیر یک نمونه آمیتر عقربه‌ای را نشان می‌دهد که دارای یک صفحه مدرج و دو پایانه یا ترمینال برای اتصال سیم‌ها است. تفاوت آمیتر دیجیتالی و عقربه‌ای فقط در نوع نمایش جریان است. در آمپرمتر دیجیتالی مقدار جریان روی یک صفحه نمایش ظاهر می‌شود، در حالی که در نوع عقربه‌ای انحراف عقربه‌ها مقدار جریان را مشخص می‌کند.

تصویری از یک ابزار اندازه‌گیری در زمینه سبز رنگ — آمیتر عقربه‌ای

یک نوع وسیله اندازه‌گیری الکترونیکی — آمیتر دیجیتالی

برای مثال مداری را در نظر بگیرید که از یک آمپرمتر، یک لامپ و یک باتری تشکیل شده است. با بستن کلید در مدار و برقراری جریان، بلافاصله عقربه آمیتر منحرف می‌شود و برای مثال، از صفر به سمت پنج می‌رود. این عدد به ما نشان می‌دهد که جریان در مدار زیر برابر است با ‎۵ A. از آنجا که طراحی آمپرمتر بر اساس قانون اهم است، فرمول آمیتر هم همان فرمول قانون اهم است. در ادامه توضیح می‌دهیم که یک آمپرمتر برای اندازه‌گیری جریان یک قطعه مثل لامپ، چگونه باید در مدار قرار داده شود.

مداری با لامپ و وسیله اندازه‌گیری جریان و باتری

اتصال آمپرمتر در مدار

در یک مدار عناصر الکترونیکی مختلفی مانند خازن، سلف، مقاومت، لامپ و ... ممکن است به هم متصل شده باشند و ما بخواهیم بدانیم برای هر کدام شدت جریان الکتریکی چیست. تصویر زیر نماد قطعات الکترونیکی مختلف در یک مدار، از جمله آمیتر را نشان می‌دهد:

تصویری شامل چند نماد مختلف و نوشته — نماد عناصر الکتریکی مختلف در مدار

برای اینکه آمیتر بتواند جریان در مدار را اندازه‌گیری کند، لازم است ابتدا آن را در مدار قرار دهیم. مدار زیر را در نظر بگیرید که در آن یک لامپ رشته‌ای معمولی به یک باتری متصل شده است. بارهای الکتریکی از یک پایانه باتری و از طریق سیم رسانا به لامپ می‌رسند. سپس با عبور از لامپ، در بخش دیگر سیم جاری می‌شوند تا به پایانه دیگر باتری دست پیدا کنند. پس این مسیر، تنها مسیری است که بارهای الکتریکی می‌توانند در مدار طی کنند تا به لامپ برسند.

برای اندازه‌گیری مقدار جریانی که از یک قطعه در مدار عبور می‌کند، باید آمیتر را دقیقا در جایی از مدار قرار دهیم که همان مقدار جریان از سیم عبور می‌کند. فرض کنید می‌خواهیم جریانی که از لامپ بالا می‌گذرد را با آمیتر اندازه بگیریم. برای این کار باید آمیتر را طوری به مدار اضافه کنیم که جریان عبوری از آن کاملا برابر باشد با جریانی که از لامپ می‌گذرد.

مداری شامل یک علامت ضربدر و حرف A — اتصال سری آمیتر به لامپ

اما چطور تشخیص بدهیم در کدام نقطه این دو جریان برابر هستند؟ برای پاسخ به این سوال، ابتدا باید با مفهوم اتصال سری و موازی در مدار آشنا شوید که در بخش‌ بعدی توضیح داده شده است. با فرض اینکه می‌دانید اتصال سری چیست، با اتصال سری آمیتر به قطعه‌ای که جریان آن مد نظر ما است (در اینجا لامپ)، اندازه‌گیری جریان قطعه انجام خواهد شد. شکل بالا اتصال سری آمیتر به لامپ را نشان می‌دهد.

دو مدار با مسیر آبی رنگ و علامت‌های ضربدر و A

البته در این مدار دو امکان برای قرار دادن آمیتر وجود دارد، در سمت راست یا سمت چپ مدار که هر دو نتیجه یکسانی خواهد داشت. پس در اتصال سری آمیتر به لامپ، فقط یک مسیر آبی برای شارش بارهای الکتریکی وجود دارد که در تمام نقاط آن، شدت جریان الکتریکی یکسان است. بنابراین قرار دادن آمیتر در هر نقطه‌ای از این مدار نتیجه مشابهی دارد.

حالا اگر مداری به شکل زیر داشته باشیم، بارها از یک پایانه در باتری شروع به شارش در مدار می‌کنند، اما با رسیدن به نقطه خاصی به نام «گره»، به دو قسمت تقسیم می‌شوند. یک بخش از بارها به شاخه بالایی می‌روند و با عبور از لامپ به گره بعدی می‌رسند. بخش دیگری از بارها وارد شاخه پایین شده و از آمیتر می‌گذرند.

در مدار جدید که در آن آمیتر موازی با لامپ بسته شده است، مسیر آبی رنگ شارش بارهای الکتریکی در مدار قبل، از یک جایی به بعد به دو شاخه قرمز رنگ و سبز رنگ شکسته می‌شود. با عبور بارها از لامپ و آمیتر، مجددا این دو مسیر با هم ترکیب شده و به مسیر آبی تبدیل می‌شوند. اگر به شکل زیر دقت کنید، جریانی که از آمیتر عبور می‌کند (قرمز) با جریان عبوری از لامپ (سبز) یکسان نیست. بنابراین در این مثال چون آمیتر موازی با لامپ نصب شده، پس نمی‌تواند جریان صحیحی از لامپ بدهد.

مثال تشخیص اتصال صحیح آمیتر

در ادامه این بخش با بررسی چند مثال، نحوه قرار گرفتن آمیتر در مدار را بیشتر یاد می‌گیریم.

مثال ۱

آیا در مدار زیر، آمیتر به‌درستی جریان لامپ را اندازه‌گیری می‌کند؟

پاسخ

گفتیم برای اینکه آمیتر بتواند شدت جریان یک قطعه را اندازه بگیرد، لازم است به‌صورت سری با آن در مدار تعبیه شود، یعنی مسیر جریان عبوری از آمیتر و قطعه باید با هم یکسان باشد. ابتدا به بررسی مدار A می‌پردازیم. در این مدار آمیتر و لامپ به‌صورت موازی به هم وصل شده‌اند. پس مسیرهای جریان در این مدار به شکل زیر است:

مسیر آبی نشان‌دهنده جریان اولیه‌ای است که از باتری در مدار جاری می‌شود. این جریان در رسیدن به اولین گره، به دو شاخه سبز و قرمز تبدیل می‌شود که آمیتر در شاخه سبز قرار دارد و لامپ در شاخه قرمز. می‌دانیم که جریان در مسیر آبی برابر است با مجموع جریان در شاخه سبز و قرمز. همچنین جریان شاخه سبز با جریان شاخه قرمز برابر نیست. پس جریانی که آمیتر نشان می‌دهد قطعا با جریان لامپ برابر نیست.

مثال ۲

آیا در مدار زیر، آمیتر به‌درستی جریان لامپ را اندازه‌گیری می‌کند؟

پاسخ

در مدار B اتصال سری لامپ و آمیتر را نشان می‌دهد. پس فقط یک مسیر به رنگ آبی برای عبور جریان و شارش بارها در این مدار وجود دارد که هر دو قطعه آمیتر و لامپ در آن قرار دارند. بنابراین جریان اندازه‌گیری شده توسط آمیتر در این حالت دقیقا جریان لامپ است.

مثال ۳

چنانچه اتصال آمیتر، باتری و لامپ به شکل زیر باشد، آیا اندازه‌گیری جریان به درستی انجام می‌شود؟

پاسخ

در مدار C مثل مدار اول، مسیرهای مختلفی برای جریان ایجاد می‌شود که با رنگ‌های سبز و قرمز نشان داده شده‌اند. بار دیگر مسیر آبی همان سمیر حرکت اولیه بارها از باتری است. با رسیدن به گره (محل تلاقی حلقه بالا و پایین)، جریان در مسیر آبی به دو شاخه قرمز و سبز تقسیم می‌شود. آمیتر در مسیر سبز قرار دارد، در حالی که لامپ در مسیر قرمز است. بنابریان جریانی که آمیتر نشان می‌دهد، جریان صحیح لامپ نیست. دو مدار مختلف با مسیرهای سبز، آبی و قرمز

پس در سه سوال بالا، فقط در مدار B آمیتر می‌تواند جریان لامپ را به‌درستی نشان دهد.

آمپر متر — آنچه باید بدانید به زبان ساده

اتصال سری و موازی

برای اینکه بتوانیم ابزارهای اندازه‌گیری جریان یا ولتاژ مانند آمیتر یا ولت‌متر را در یک مدار قرار دهیم، لازم است حتما با انواع اتصالات اجزای الکترونیکی آشنا شویم. اتصال اجزای الکترونیکی در یک مدار، به دو شکل ممکن است انجام شود:

اتصال سری
اتصال موازی

اگر اجزای مدار در یک مسیر جریانی باشند، می‌گوییم سری به هم وصل شده‌اند. اما اگر اجزای مدار در مسیرهای متفاوتی از جریان قرار داشته باشند، اتصال آنها موازی است. در اتصال سری تمام عناصر در مدار به دنبال هم و یکی پس از دیگری به هم وصل می‌شوند. برای مثال اگر در شکل زیر برای هر لامپ یک سر A و یک سر B در نظر بگیریم، سر B یک لامپ به سر A لامپ بعدی وصل می‌شود. هر دو قطعه‌ای که به‌صورت سری به هم وصل شده‌اند، دارای شدت جریان الکتریکی یکسانی هستند، یعنی جریان عبوری از این دو قطعه با هم برابر است.

دو مدار که هر کدام شامل دو لامپ و یک باتری هستند. — تفاوت اتصال سری (مدار سمت چپ)‌ و موازی (مدار سمت راست)‌ دو لامپ

به همین دلیل است که اگر بخواهیم با آمیتر جریان عبوری از یک قطعه را اندازه‌گیری کنیم، باید آن را سری با قطعه ببندیم. اما در اتصال موازی سرهای A به هم و سرهای B نیز به هم وصل می‌شوند. شکل زیر تفاوت اتصال سری و موازی را واضح‌تر نشان می‌دهد. در اتصال سری برای عبور جریان فقط یک راه وجود دارد، در حالی که در اتصال موازی جریان شاخه می‌شود.

چند مربع قرمز به شکل‌های مختلف به هم وصل شده‌اند. — تفاوت اتصال سری (سمت چپ) و موازی (سمت راست)

همچنین نکته مهم در اتصال موازی این است که تمام نقاط بالای اتصال موازی دارای پتانسیل برابراند و تمام نقاط پایین نیز هم پتانسیل‌اند. به عبارت دیگر اختلاف پتانسیل یا ولتاژ دو سر هر قطعه در اتصال موازی با دیگری برابر است. به همین دلیل است که اگر بخواهیم ولتاژ یک قطعه را اندازه‌ بگیریم، ولت‌متر را موازی با آن در مدار قرار می‌دهیم.

میدان الکتریکی (Electric Field) چیست؟ — از صفر تا صد

مولتی‌متر دیجیتالی

در این بخش قصد داریم توضیح دهیم وسیله دیگر برای اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی چیست. مولتی‌مترهای دیجیتالی یا به‌اختصار DMMها وسایلی هستند که نه‌تنها جریان، بلکه ولتاژ و مقاومت را نیز در یک مدار الکتریکی اندازه‌گیری می‌کنند. با مطالعه مطلب «نحوه تست مقاومت با مولتی متر | راهنمای کاربردی» از مجله فرادرس، می‌توانید با نحوه اندازه‌گیری مقاومت توسط مولتی‌متر بیشتر آشنا شوید.

اکثر مولتی‌مترهای دیجیتالی دارای یک کلید چرخان در مرکز صفحه خود هستند که به‌وسیله آن می‌توان عملکرد مولتی‌متر را تغییر داد. در ادامه مراحل کار با مولتی‌متر دیجیتالی جهت اندازه‌گیری جریان یک قطعه در مدار را بیان می‌کنیم.

مرحله اول اندازه‌گیری جریان با مولتی‌متر

اگر قصد دارید با مولتی‌متر دیجیتالی شدت جریان الکتریکی را اندازه‌گیری کنید، اولین قدم این است که عملکرد یا فانکشن (Function) آن را با چرخاندن این کلید روی یکی از واحدهای آمپر تنظیم کنید. همان‌طور که مشاهده می‌کنید، سه واحد آمپر (A)، میلی آمپر (mA) و میکرو آمپر (μA) در مولتی‌متر وجود دارد که با توجه به پیش‌بینی خود از عدد جریان، می‌توانید واحد مناسب را انتخاب کنید.

تصویری از صفحه یک ابزار اندازه‌گیری که با دست در حال تنظیم شدن است. — تنظیم مولتی‌متر روی عملکرد جریان

مرحله دوم اندازه‌گیری جریان با مولتی‌متر

دقت کنید مولتی‌متر هم مانند آمپرمتر باید به صورت سری با قطعه‌ای که جریان آن مدنظر است، بسته شود. پس در این مرحله باید طبق شکل زیر، سیم مشکی یا اصطلاحا منفی را به COM و سیم قرمز یا مثبت را به A متصل کنید. سپس ادامه سر منفی و مشکی را به پایانه منفی باتری و ادامه سر مثبت و قرمز را به قطعه‌ای که می‌خواهید جریان آن را اندازه‌گیری کنید، ببندید. به این ترتیب مولتی‌متر به‌صورت سری با قطعه در مدار قرار گرفته است.

دو سیم قرمز و مشکی به مولتی‌متر متصل شده‌اند.

باید هنگام وارد کردن ولتاژ و اتصال سیم قرمز به A، حتما احتیاط کنید که به مولتی‌متر آسیبی وارد نشود. به همین علت بهتر است ابتدا منبع تغذیه در مدار خاموش باشد، آمیتر در مدار قرار بگیرد و سپس منبع تغذیه روشن شود.

مولتی متر چیست ؟ + فیلم رایگان نحوه استفاده از مولتی متر

پروب‌های جریان

در این بخش می‌خواهیم ببینیم ابزار دیگر اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی چیست. پراب یا پروب‌های جریان به تجهیزاتی مانند «اسیلوسکوپ» (Oscilloscope) متصل می‌شوند تا با تبدیل جریان به ولتاژ، شکل موجی جریان را اندازه‌گیری کنند. کاربرد این وسایل بسیار گسترده است، چون بدون اینکه نیاز باشد سیم یا کابلی در مدار برش بخورد، امکان مشاهده سیگنال جریان از بیرون را فراهم می‌کنند. همچنین این وسایل توانایی اندازه‌گیری مقادیر مختلفی از جریان را دارند.

یک وسیله اندازه‌گیری دارای سیم — پروب جریان

اساس کار این ابزارهای اندازه‌گیری جریان، بر مبنای حسگری یا سنسور کردن جریان است. شش نوع پروب جریان داریم که با توجه به کاربرد و نیازمان در موقعیتی که هستیم، می‌توانیم از آن‌ها برای اندازه‌گیری جریان استفاده کنیم:

پروب جریان CT
پروب جریان عنصر هال
پروب جریان روگوفسکی
پروب‌ جریان AC
پروب جریان AC/DC (عنصر هال)
پروب جریان AC/DC (فلاکس‌گیت)

جریان متناوب (Alternating Current) — از صفر تا صد

پروب جریان CT

نوع CT پروب‌های جریان، در واقع سنسورهای جریانی هستند که برای اندازه‌گیری جریان‌های متغیر یا AC طراحی شده‌اند. این نوع پروب‌های جریان نسبتا ارزان‌اند و به منبع تغذیه نیازی ندارند. اما جریان DC را نمی‌توانند اندازه‌گیری کنند. در انتهای این بخش توضیح می‌دهیم که انواع شدت جریان الکتریکی چیست.

پروب جریان عنصر هال

این نوع سنسورهای جریان هم جریان AC و هم جریان DC را می‌توانند اندازه بگیرند. مانند پراب‌های CT، پراب‌های عنصر هال هم ارزان هستند، اما در مقایسه با آن‌ها مشکلاتی دارند، مثل دقت پایین یا رانش جریان به‌علت آثار دمایی و زمانی. این مسائل باعث می‌شود این ابزارها در موقعیت‌هایی که لازم است جریان در یک بازه زمانی طولانی پراب شود، مناسب نباشند.

یک ابزار اندازه‌گیری با پراب — پروب جریان عنصر هال

پروب جریان روگوفسکی

در این بخش یاد می‌گیریم نوع دیگر پراب‌های شدت جریان الکتریکی چیست و چگونه کار می‌کند. پروب‌ جریان روگوفسکی با تبدیل ولتاژ جریان را اندازه می‌گیرد. این ولتاژ در یک سیم‌پیچ بدون هسته و توسط یک میدان مغناطیسی AC القا می‌شود و همین نبود هسته مغناطیسی در سیم‌پیچ داخل آن‌ها، باعث می‌شود مشکلات اشباع مغناطیسی را نداشته باشند. در نتیجه این نوع پروب‌ها در عین حال که ارزان هستند، می‌توانند جریان‌هایی با مقادیر بالا را نیز اندازه‌گیری کنند.

نوعی پروب با حلقه زرد — پروب جریان روگوفسکی

پروب‌‌های جریان روگوفسکی معمولا دچار نویز می‌شوند و چندان برای اندازه‌گیری‌های دقیق مناسب نیستند. همچنین این نوع پروب‌ها هم مثل پروب‌های نوع CT قادر به اندازه‌گیری جریان‌های DC نیستند.

پروب‌ جریان AC

پس از اینکه یاد گرفتیم نوع CT پروب شدت جریان الکتریکی چیست، در این بخش پروب جریان AC با شار صفر را معرفی می‌کنیم که ویژگی‌های نوع CT پروب‌ها را در محدوده فرکانسی پایین تقویت می‌کند. با توجه به خطای فازی پایینی که در طراحی این نوع پروب وجود دارد، امکان اندازه‌گیری جریان در بازه فرکانسی گسترده‌ای برای این نوع پروب‌ها وجود دارد. تنها مشکل این پروب‌ها مثل نوع قبل، محدودیت در اندازه‌گیری جریان DC است.

یک نوع وسیله اندازه‌گیری شبیه پروب — پروب‌ جریان AC

پروب جریان AC/DC (عنصر هال)

پروب جریان AC/DC (عنصر هال) با شار صفر، به‌صورت ترکیبی از سنسورهای نوع CT و عنصر هال طراحی شده‌اند. به این ترتیب امکان اندازه‌گیری جریان‌های AC و DC در این نوع ابزارها وجود دارد.

وسیله‌ اندازه‌گیری دارای سیم — پروب جریان AC/DC (عنصر هال)

پروب جریان AC/DC (فلاکس‌گیت)

در این بخش یاد می‌گیریم ششمین نوع پروب شدت جریان الکتریکی چیست. پروب جریان AC/DC (فلاکس‌گیت) برمبنای ترکیبی از روش CT با یک عنصر FG یا فلاکس‌گیت است، ساخته می‌شود. بنابراین این ابزارها هم توانایی حسگری هر دو نوع جریان AC و DC را دارند. از آن‌جایی که فلاکس‌گیت در گستره دمایی وسیع جریان رانشی کمی نشان می‌دهد، بنابراین در مقایسه با انواع دیگر پروب‌ها اندازه‌گیری پایدار و دقیقی ارائه خواهد داد.

نوعی وسیله انداه‌گیری شبیه چرخ با سیم — پروب جریان AC/DC (فلاکس‌گیت)

مدارهای جریان مستقیم (DC) — به زبان ساده (+ دانلود فیلم آموزش رایگان)

انواع شدت جریان الکتریکی چیست؟

در بخش قبل دیدیم که یکی از عوامل موثر در تقسیم‌بندی انواع پروب‌های جریان، نوع جریانی است که اندازه‌ می‌گیرند. برخی فقط جریان AC را حس می‌کردند و برخی هر دو نوع جریان AC و DC را. به همین دلیل بهتر است در انتهای بخش پروب‌های جریان، در مورد ویژگی‌ها و تفاوت‌های این دو نوع جریان بیشتر بدانیم. گفتیم دو نوع جریان داریم که به صورت زیر تعریف می‌شوند:

جریان متغیر یا متناوب (AC)
جریان مستقیم (DC)

دو مدار روی یک تخته سبز رسم شده‌اند. — به ترتیب از راست به چپ: جریان متناوب و مستقیم

در جدول زیر با مقایسه نوع AC و DC جریان، بهتر متوجه خواهید شد که ویژگی‌ها، تفاوت‌ها و کاربردهای انواع شدت جریان الکتریکی چیست.

	جریان مستقیم (DC)	جریان متناوب (AC)
تعریف	جریان در یک جهت جاری می‌شود.	جهت جریان به‌ صورت تناوبی تغییر می‌کند.
منبع تولید	باتری‌ها، سلول‌های خورشیدی و یکسوکننده‌ها	ژنراتورها
انتقال	انتقال این نوع جریان به فواصل دور بازدهی ندارد.	مناسب جهت انتقال به فواصل دور است.
کاربرد	الکترونیک، وسایلی که با باتری کار می‌کنند و وسایل نقلیه ریلی	لوازم خانگی و صنعت
ولتاژ	ثابت	متغیر

جریان متناوب و جریان مستقیم

کلمپ‌متر

تا اینجا یاد گرفتیم برخی وسایل اندازه‌گیری شدت جریان الکتریکی چیست. در این بخش با «کلمپ‌متر» (Clamp Meter) آشنا می‌شویم. برای اندازه‌گیری جریان با کلمپ‌متر ابتدا باید کلید چرخان را روی A تنطیم کنید. سپس تنظیم صفر را اجرا کنید و کلمپ را روی کابلی که جریان آن را می‌خواهید، ببندید.

یک عدد وسیله اندازه‌گیری دیجیتالی — کلمپ‌متر

پس کلمپ‌متر به آسانی و فقط با بسته شدن دور کابل یا سیم، می‌تواند جریان را به ما بدهد و نیازی نیست مانند آمپرمتر یا مولتی‌متر با اتصال به سیم‌ها در مدار قرار بگیرد. از این جهت، کاربرد این وسیله بسیار آسان‌تر است. عملکرد این نوع ابزار اندازه‌گیری بر مبنای الکترومغناطیس است. در الکترومغناطیس یاد می‌گیریم که جریان الکتریکی در یک سیم رسانا، میدان مغناطیسی تولید می‌کند که اندازه آن‌ها با هم متناسب است. پس اگر میدان را اندازه بگیریم، جریان هم به‌دست می‌آید.

یک سیم زرد و حلقه‌های سبز رنگ دور آن — طبق اصل القای الکترومغناطیس، جریان الکتریکی سیم رسانا یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند.

دقت کنید اگر کلمپ‌متر دور دو سیم رفت و برگشتی مثل شکل زیر بسته شود، میدان‌های مغناطیسی ناشی از این دو سیم هم را خنثی می‌کنند. پس خیلی مهم است که کلمپ‌متر را دور سیم‌های جفتی نبندیم، مگر اینکه بخواهیم مقدار جریان نشتی را اندازه‌گیری کنیم.

دو وسیله اندازه‌گیری دور سیم‌های مدار بسته شده‌اند - شدت جریان الکتریکی چیست — بستن صحیح کلمپ‌متر برای اندازه‌گیری جریان سیم پایین در مدار

با توجه به اینکه اندازه میدان مغناطیسی با افزایش دورهای سیم‌پیچ افزایش خواهد یافت، یکی از راه‌های بهتر کردن دقت اندازه‌گیری جریان در این وسیله افزایش تعداد دورهای سیم‌پیچ آن است تا میدان مغناطیسی تقویت شود.

الکترومغناطیس چیست؟ — به زبان ساده

گالوانومتر

گالوانومتر (Galvanometer) نوع دیگری از ابزارهای سنجش برپایه الکترومغناطیس محسوب می‌شود که برای آشکارسازی و اندازه‌گیری جریان الکتریکی بکار می‌رود. این ابزار یک مبدل الکترومکانیکی آنالوگ است که از طریق یک قوس محدود و در پاسخ به جریان عبوری از سیم‌پیچ‌ خود، نوعی انحنای چرخشی تولید می‌کند که نشان‌دهنده عبور جریان است.

قوس زرد رنگی بالای یک آهن‌ربا — گالوانومتر

همان‌طور که در شکل بالا مشاهده می‌کنید، گالوانومترها از یک پیچه چرخان کوچک که در میدان یک آهن‌ربای دائمی قرار دارد، ساخته می‌شوند. این پیچه به یک اشاره‌گر یا نشان‌گر نازک متصل است که دارای مقیاس مدرج است. یک فنر پیچشی خیلی کوچک پیچه و نشان‌گر را به سمت مکان صفر باز می‌گرداند. با عبور یک جریان مستقیم (DC) از پیچه، به‌علت وجود آهن‌ربای دائمی و اثر القای الکترومغناطیسی، یک میدان مغناطیسی توسط پیچه تولید می‌شود.

این میدان بر اساس قانون لنز، در خلاف جهت میدان آهن ربای دائمی عمل خواهد کرد. پیچه می‌پیچد، به فنر فشار می‌آورد و نشان‌گر را حرکت می‌دهد. عقربه به مقیاسی اشاره می‌کند که جریان را نشان می‌دهد. اگر بخش‌های مختلف از جمله قطب‌های آهن‌ربا درست طراحی شده باشند، طوری‌ که مطمئن باشیم میدان مغناطیسی یکنواخت است، در این صورت میزان انحنای زاویه‌ای نشان‌گر با جریان متناسب است.

گالوانومتر چیست ؟ — آموزش کاربرد و طرز کار به زبان ساده