Fyzmatik | Jak nezrušit ampérmetr

Také jste někdy zkoušeli  svorky ploché baterie zkratovat pružinkou z propisky? Pozor ať si nespálíte prsty a nezničíte si baterii! Takové zkratování baterie nemusí však vydržet připojený ampérmetr. Ampérmetr je přístroj, který dokáže změřit elektrický proud protékají elektrickým obvodem. Přesto se mnohý z ampérmetrů nedožije vysokého věku. Příčinou je odpověď na otázku: Jak velký proud dává zdroj? Takový experimentátor připojí ampérmetr přímo ke svorkám zdroje a přístroj to nemusí vydržet.

Elektrický zdroj navozuje představu, že například monočlánek je zdrojem, tedy něco jako pramenem elektrického proudu. Elektrický proud  v kovovém vodiči si budeme modelovat jako tekutinu, která protéká vodičem jako potrubím. Ani  správnější představa elektrického proudu jako usměrněného pohybu elektronů elektrickým vodičem od záporného pólu zdroje ke kladnému, může vyvolávat nesprávnou představu, že takto se dá elektrický proud změřit podobně jako proud vody vytékající z hadice či z vodovodu.

Důvod, proč běžný ampérmetr taková měření většinou nepřežije je prostý. Maximální hodnota elektrického proudu, který bude procházet ampérmetrem bezprostředně ke svorkám zdroje, je většinou velmi vysoká, takže zpravidla přesáhne mez, kterou je schopen měřící systém ampérmetru vydržet.

Ampérmetr by neměl mít na obvod žádný vliv, úbytek napětí, který na něm při průchodu proudu vzniká by měl být pokud možno malý. Proto musí mít ampérmetr co nejmenší vnitřní odpor. Z tohoto důvodu ampérmetr nikdy nesmí zapojovat do obvodu paralelně.

Hodnota elektrického proudu procházejícího ampérmetrem při jeho připojení přímo ke zdroji je ve většině případu vzhledem k malému odporu ampérmetru určena rozhodujícím způsobem vnitřním odporem zdroje Ri a jeho elektromotorickým napětím Ue. U běžných monočlánků a baterií není poměr Ue/Ri, který udává maximální proud, příliš velký, a proto je prakticky měřitelný i běžnými ampérmetry.

Typické příklady, které nám pomůžou vytvořit představu o hodnotách proudu při zkratu, tj. spojení svorek vodiče zanedbatelného odporu u některých plně nabitých zdrojů:
tužkový monočlánek 1,5V, vnitřní odpor 0,5 ohmů, zkratový proud  3 A
plochá baterie 4,5 V,  vnitřní odpor 0,9 ohmů, zkratový proud  5 A
kovová baterie 9V, vnitřní odpor 10 ohmů, zkratový proud  1A
autobaterie 12V, vnitřní odpor 0,01 ohmů, zkratový proud  až 1000 A

U zdrojů střídavého proudu je situace složitější v tom, že efektivní hodnota elektrického proudu při zkratu je zpravidla omezena jističem či pojistkou hluboko pod největší hodnotu, kterou by bylo možno dosáhnout, kdyby nebyly v obvodu zařazeny. Při spojení svorek zdroje vodičem se zanedbatelným odporem, za které můžeme považovat i bezprostřední připojení ampérmetru, však dojde v počátečních okamžicích k proudovému nárazu, který může několikanásobně překročit jmenovitou hodnotu proudu, pro kterou je dimenzován jistič či pojistka. Výsledkem je proto opět zničení ampérmetru.

Přetížení je u ampérmetrů magnetoelektrické soustavy nebezpečné, protože velkým proudem může dojít ke spálení vinutí měřicí cívky nebo k poškození direktivních pružin (pokud se pružiny přehřejí, ztratí snadno pružnost, direktivní moment se pak sníží a přístroj ukazuje vyšší proud, než ve skutečnosti ampérmetrem protéká). Ampérmetry feromagnetické soustavy jsou na přetížení poměrně málo náchylné, protože proud protéká pouze dobře dimenzovanou pevnou cívkou. Chceme-li zapojit ampérmetr do obvodu, o němž nevíme, jak velký proud by jím mohl protékat, navolíme na přístroji jeho nejvyšší rozsah a teprve až po připojení na zdroj zvolíme rozsah nižší.

Měření ampérmetrem maximálního proudu, který poskytne zdroj, není nejšťastnější nápad. Ampérmetr proto vždy zapojujeme do obvodu se spotřebičem  s dostatečně velkým odporem (např. žárovkou či rezistorem) ve spojení za sebou.