404 page not found | Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Чему равна сила тока в замкнутой цепи. Закон ома простым языком

Замкнутая цепь (рис. 2) состоит из двух частей — внутренней и внешней. Внутренняя часть цепи представляет собой источник тока, обладающий внутренним сопротивлением r ; внешняя — различные потребители, соединительные провода, приборы и т.д. Общее сопротивление внешней части обозначается R . Тогда полное сопротивление цепи равно r + R .

По закону Ома для внешнего участка цепи 1 → 2 имеем:

\(~\varphi_1 — \varphi_2 = IR .\)

Внутренний участок цепи 2 → 1 является неоднородным. Согласно закону Ома, \(~\varphi_2 — \varphi_1 + \varepsilon = Ir\). Сложив эти равенства, получим

\(~\varepsilon = IR + Ir . \qquad (1)\)

\(~I = \frac{\varepsilon}{R + r} . \qquad (2)\)

Последняя формула представляет собой закон Ома для замкнутой цепи постоянного тока. Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи

.

Так как для однородного участка цепи разность потенциалов есть напряжение, то \(~\varphi_1 — \varphi_2 = IR = U\) и формулу (1) можно записать:

\(~\varepsilon = U + Ir \Rightarrow U = \varepsilon — Ir .\)

Из этой формулы видно, что напряжение на внешнем участке уменьшается с увеличением силы тока в цепи при ε = const.

Подставим в последнюю формулу силу тока (2), получим

\(~U = \varepsilon \left(1 — \frac{r}{R + r} \right) .\)

Проанализируем это выражение для некоторых предельных режимов работы цепи.

а) При разомкнутой цепи (R → ∞) U = ε , т.е. напряжение на полюсах источника тока при разомкнутой цепи равно ЭДС источника тока.

На этом основана возможность приблизительного измерения ЭДС источника тока с помощью вольтметра, сопротивление которого много больше внутреннего сопротивления источника тока (\(~R_v \gg r\)). Для этого вольтметр подключают к клеммам источника тока.

б) Если к клеммам источника тока подключить проводник, сопротивление которого \(~R \ll r\), то R + r ≈ r , тогда \(~U = \varepsilon \left(1 — \frac{r}{r} \right) = 0\) , а сила тока \(~I = \frac{\varepsilon}{r}\) — достигает максимального значения.

Подключение к полюсам источника тока проводника с ничтожно малым сопротивлением называется коротким замыканием , а максимальную для данного источника силу тока называют током короткого замыкания:

\(~I_{kz} = \frac{\varepsilon}{r} .\)

У источников с малым значением r (например, у свинцовых аккумуляторов r = 0,1 — 0,01 Ом) сила тока короткого замыкания очень велика. Особенно опасно короткое замыкание в осветительных сетях, питаемых от подстанций (ε > 100 В), I kz может достигнуть тысячи ампер. Чтобы избежать пожаров, в такие цепи включают предохранители.

Запишем закон Ома для полной цепи в случае последовательного и параллельного соединения источников тока в батарею. При последовательном соединении источников «-» одного источника соединяется с «+» второго, «-» второго с «+» третьего и т.д. (рис. 3, а). Если

ε 1 = ε 2 = ε 3 а r 1 = r 2 = r 3 то ε b = 3ε 1 , r b = 3r 1 . В этом случае закон Ома для полной цепи имеет вид\[~I = \frac{\varepsilon_b}{R + r_b} = \frac{3 \varepsilon_1}{R + 3r_1}\], или для n одинаковых источников \(~I = \frac{n \varepsilon_1}{R + nr_1}\).

Последовательное соединение применяют в том случае, когда внешнее сопротивление \(~R \gg nr_1\), тогда \(~I = \frac{n \varepsilon_1}{R}\) и батарея может дать силу тока, в n раз большую, чем сила тока от одного источника.

При параллельном соединении источников тока все «+» источников соединены вместе и «-» источников — также вместе (рис. 3, б). В этом случае

\(~\varepsilon_b = \varepsilon_1 ; \ r_b = \frac{r_1}{3}.\)

Откуда \(~I = \frac{\varepsilon_1}{R + \frac{r_1}{3}}\) .

Для n одинаковых источников \(~I = \frac{\varepsilon_1}{R + \frac{r_1}{n}}\) .

Параллельное соединение источников тока применяют тогда, когда нужно получить источник тока с малым внутренним сопротивлением или когда для нормальной работы потребителя электроэнергии в цепи должен протекать ток. больший, чем допустимый ток одного источника.

Параллельное соединение выгодно, когда R невелико по сравнению с r .

Иногда применяют смешанное соединение источников.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 262-264.

Закон Ома для замкнутой цепи показывает — значение тока в реальной цепи зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления источника.

Формулировка закона Ома для замкнутой цепи звучит следующим образом: величина тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, обладающего внутренним и внешним нагрузочным сопротивлениями, равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.

Впервые зависимость тока от сопротивлений была экспериментально установлена и описана Георгом Омом в 1826 году.

Формула закона Ома для замкнутой цепи записывается в следующем виде:

• I [А] – сила тока в цепи,
• ε [В] – ЭДС источника напряжения,
• R [Ом] – сопротивление всех внешних элементов цепи,
• r [Ом] – внутреннее сопротивление источника напряжения

Физический смысл закона

Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

Примеры задач на применение закона Ома для замкнутой цепи

К источнику ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 4 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 20 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 10 Ом сила тока стала 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

Рассмотрим простейшую замкнутую цепь, состоящую из источника (гальванического элемента, аккумулятора или генератора)

и резистора сопротивлением (рис. 161). Источник тока имеет и сопротивление Сопротивление источника часто называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления цепи. В генераторе это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля — Ленца (9.17).

Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдет заряд Тогда работу сторонних сил по перемещению заряда можно записать так: Согласно определению силы тока Поэтому

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых и выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля — Ленца оно равно:

Согласно закону сохранения энергии Приравнивая (9.20) и (9.21), получим:

Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Обычно закон Ома для замкнутой цепи записывают в форме:

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Сила тока зависит от трех величин: сопротивлений и внешнего и внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи При этом напряжение на зажимах источника приблизительно равно

Но при коротком замыкании сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением источника и может при электродвижущей силе в несколько вольт быть очень большой, если мало (например, у аккумулятора Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник — выйти из строя.

Если цепь содержит несколько последовательно соединенных элементов с то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов. Для определения знака ЭДС любого источника нужно вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура. На рисунке 162 положительным (произвольно) считает направление обхода против часовой стрелки.

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к положительному, то Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу. Если же при обходе цепи переходят от положительного полюса источника к отрицательному, ЭДС будет отрицательной. Сторонние силы внутри источника совершают отрицательную работу. Так, для цепи, изображенной на рисунке 162:

Если то согласно (9.23) сила тока т. е. направление тока совпадает с направлением обхода контура. При наоборот, направление тока противоположно направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи равно сумме всех сопротивлений:

При параллельном соединении гальванических элементов с одинаковыми ЭДС (или других источников) ЭДС батареи равна ЭДС одного из элементов (рис. 163). Внутреннее же сопротивление батареи рассчитывают по обычному правилу параллельного соединения проводников. Для цепи, изображенной на рисунке 163, согласно закону Ома для замкнутой цепи сила тока определяется следующей формулой:

1. Почему электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный электрический ток в цепи? 2. Что называют сторонними силами? 3. Что называют электродвижущей силой?

4. Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи. 5. От чего зависит знак ЭДС в законе Ома для замкнутой цепи?

Содержание:

Каждый специалист, ремонтирующий и обслуживающий электроустановки, должен хорошо знать и применять на практике закон Ома для замкнутой цепи. Это действительно так, поскольку закономерности, открытые немецким физиком Георгом Омом, лежат в основе всей электротехники. Данный закон стал весомым вкладом в дальнейшее развитие научных знаний в области электричества.

Физические свойства закона Ома

Прямая взаимосвязь между силой тока, напряжением, подведенным к сети, и была обнаружена Омом в 1826 году. В дальнейшем, понятие напряжения было заменено на более точный термин — электродвижущую силу (ЭДС). После теоретического обоснования этой зависимости был выведен закон для замкнутой цепи. Его важной особенностью считается обязательное отсутствие какого-либо внешнего возмущения. Поэтому стандартные формулировки потеряют свою актуальность, если, например, поместить проводник в переменное магнитное поле.

Для экспериментов по выводу закона использовалась простейшая схема, состоящая из источника питания, обладающего ЭДС и подключенных к нему двух выводов, соединенных с резистором. В проводнике начинают в определенном направлении перемещаться элементарные частицы, несущие заряд. Таким образом, представляется в виде отношения ЭДС к общему сопротивлению всей цепи: I = E/R.

В представленной формуле Е — является электродвижущей силой, измеряемой в вольтах, I — сила тока в амперах, а R выступает в роли электрического сопротивления резистора, измеряемого в омах. При этом, учитываются все составляющие сопротивления и при расчетах используется их суммарное значение. Они включают сопротивление самого резистора, проводника (r) и источника питания (r0). Окончательно формула будет выглядеть так: I = E/(R+r+r0). Если значение внутреннего сопротивления источника тока r0 превышает сумму R+r, то в этом случае отсутствует зависимость силы тока от характеристик подключенной нагрузки, а источник ЭДС исполняет роль источника тока. Когда r0 ниже суммы R+r, получается обратная пропорция тока с суммарным внешним сопротивлением, а напряжение поступает за счет источника питания.

Закон Ома для выполнения расчетов

Точные расчеты требуют учета всех потерь напряжения, в том числе и в местах соединений. Для определения электродвижущей силы на выводах источника тока замеряется разность потенциалов при разомкнутой цепи, когда нагрузка полностью отключена. В этом случае применяется не только закон Ома для замкнутой цепи, но и закон, действующий . Данный участок считается однородным, поскольку здесь принимается в расчет только разность потенциалов, без учета ЭДС. Это дает возможность рассчитать каждый элемент электрической цепи по формуле I=U/R, в которой U является разностью потенциалов или напряжением, измеряемым в вольтах.

Замеры выполняются с помощью вольтметра при подключении щупов к выводам нагрузки или сопротивления. Полученное значение напряжения будет всегда ниже электродвижущей силы. Это наиболее распространенная формула, позволяющая найти любую составляющую при наличии двух известных.

Закон Ома для замкнутой цепи имеет много общего с законом, выведенным для магнитной цепи. В этой системе проводник выполнен в виде замкнутого магнитопровода. В качестве источника выступает обмотка катушки по виткам которой протекает электрический ток. Появляющийся магнитный поток (Ф) замыкается на магнитопровод и начинает циркулировать по контуру. Он находится в непосредственной зависимости от магнитодвижущей силы и сопротивления материала, через который проходит. Данное явление выражено формулой Ф=F/Rm, в которой F представляет собой магнитодвижущую силу, а Rm служит сопротивлением, вызывающим затухание.

Как рассчитать цепи

В 1826 году немецкий ученый Георг Ом совершил открытие и описал
эмпирический закон о соотношении между собой таких показателей как сила тока, напряжение и особенности проводника в цепи. Впоследствии, по имени ученого он стал называться закон Ома.

В дальнейшем выяснилось, что эти особенности не что иное, как сопротивление проводника, возникающее в процессе его контакта с электричеством. Это внешнее сопротивление (R). Есть также внутреннее сопротивление (r), характерное для источника тока.

Закон Ома для участка цепи

Согласно обобщенному закону Ома для некоторого участка цепи, сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Где U – напряжение концов участка,I– сила тока, R– сопротивление проводника.

Беря во внимание вышеприведенную формулу, есть возможность найти неизвестные значенияUиR, сделав несложные математические операции.

Данные выше формулы справедливы лишь когда сеть испытывает на себе одно сопротивление.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока полной цепи равна ЭДС, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Замкнутая сеть имеет одновременно сопротивления внутреннего и внешнего характера. Поэтому формулы отношения будут уже другими.

Где E – электродвижущая сила (ЭДС), R- внешнее сопротивление источника, r-внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для неоднородного участка цепи

Замкнутая электрическая сеть содержит участки линейного и нелинейного характера. Участки, не имеющие источника тока и не зависящие от стороннего воздействия являются линейными, а участки, содержащие источник – нелинейными.

Закон Ома для участка сети однородного характера был изложен выше. Закон на нелинейном участке будет иметь следующий вид:

I = U/ R = f1 – f2 + E/ R

Где f1 – f2 – разница потенциалов на конечных точках рассматриваемого участка сети

R – общее сопротивление нелинейного участка цепи

ЭДС нелинейного участка цепи бывает больше нуля или меньше. Если направление движения тока, идущего из источника с движением тока в электрической сети, совпадают, будет преобладать движение зарядов положительного характера и ЭДС будет положительная. В случае же совпадения направлений, в сети будет увеличено движение отрицательных зарядов, создаваемых ЭДС.

Закон Ома для переменного тока

При имеющейся в сети емкости или инертности, необходимо учитывать при проводимых вычислениях, что они выдают свое сопротивление, от действия которого ток приобретает переменный характер.

Закон Ома для переменного тока выглядит так:

где Z – сопротивление по всей длине электрической сети. Его еще называют импеданс. Импеданс составляют сопротивления активного и реактивного характера.

Закон Ома не является основным научным законом, а лишь эмпирическим отношением, причем в некоторых условиях оно может не соблюдаться:

• Когда сеть обладает высокой частотой, электромагнитное поле меняется с большой скоростью, и при расчетах необходимо учитывать инертность носителей заряда;
• В условиях низкой температуры с веществами, которые обладают сверхпроводимостью;
• Когда проводник сильно нагревается проходящим напряжением, отношение тока к напряжению становится переменным и может не соответствовать общему закону;
• При нахождении под высоким напряжением проводника или диэлектрика;
• В светодиодных лампах;
• В полупроводниках и полупроводниковых приборах.

В свою очередь элементы и проводники, соблюдающие закон Ома, называются омическими.

Закон Ома может дать объяснение некоторым явлениям природы. Например, когда мы видим птиц, сидящих на высоковольтных проводах, у нас возникает вопрос – почему на них не действует электрический ток? Объясняется это довольно просто. Птицы, сидя на проводах, представляют собой своеобразные проводники. Большая часть напряжения приходится на промежутки между птицами, а та доля, что приходится на сами «проводники» не представляет для них опасности.

Но это правило работает лишь при единичном соприкосновении. Если птица заденет клювом или крылом провод или телеграфный столб, она неминуемо погибнет от огромного количества напряжения, которое несут в себе эти участки. Такие случаи происходят повсеместно. Поэтому в целях безопасности в некоторых населенных пунктах установлены специальные приспособления, защищающие птиц от опасного напряжения. На таких насестах птицы находятся в полной безопасности.

Закон Ома также широко применятся на практике. Электричество смертельно опасно для человека при одном лишь касании к оголенному проводу. Но в некоторых случаях сопротивление человеческого тела может быть разным.

Так, например, сухая и неповрежденная кожа обладает большим сопротивлением к воздействию электричества нежели рана или кожа, покрытая потом. В следствие переутомления, нервного напряжения и опьянения, даже при небольшом напряжении тока человек может получить сильный удар током.

В среднем, сопротивление тела человека – 700 Ом, значит, для человека является безопасным напряжение в 35 В. Работая с большим напряжением, специалисты используют .

Ток, напряжение, сопротивление. Закон Ома.

Мы начинаем публикацию материалов новой рубрики «Основы электроники«, и в сегодняшней статье речь пойдет о фундаментальных понятиях, без которых не проходит обсуждение ни одного электронного устройства или схемы. Как вы уже догадались, я имею ввиду ток, напряжение и сопротивление 🙂 Кроме того, мы не обойдем стороной закон Ома, который определяет взаимосвязь этих величин, но не буду забегать вперед, давайте двигаться постепенно.

Итак, давайте начнем с понятия напряжения.

Напряжение.

По определению напряжение — это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. е. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля — это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду. Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

U = \phi_1\medspace-\medspace \phi_2

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

\phi_1\medspace-\medspace \phi_2 = Ed

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

U = Ed

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи — это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, «напряжение в резисторе» — не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и «землей». Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию «земля» 🙂 Так вот «землей» в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше 🙂

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток.

Ток, сила тока в цепи.

Что же такое электрический ток?

Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны… Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение:

Из направления напряженности электрического поля (E) мы можем сделать вывод о том, что \phi_1 > \phi_2 (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

F = Ee

где e − это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток 🙂

Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами. Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E. И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы 🙂

Для того, чтобы оценить ток в цепи придумали такую величину как сила тока. Итак, сила тока (I) — это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу, если за 1 секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.

Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения, теперь давайте разберемся каким образом эти величины связаны. И для этого нам предстоит изучить, что же из себя представляет сопротивление проводника.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин «сопротивление» уже говорит сам за себя 🙂

Итак, сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l с площадью поперечного сечения, равной S:

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

• удельного сопротивления проводника \rho
• длины проводника l
• площади поперечного сечения проводника S

Удельное сопротивление — это табличная величина. Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:

R = \rho\medspace \frac{l}{S}

Для нашего случая \rho будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м) — удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0.5 м, а площадь поперечного сечения равна 0.2 кв. мм. Тогда:

R =0,0175 \cdot \frac{0.5}{0.2} = 0.04375\medspace Ом

Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления является Ом 🙂

С сопротивлением проводника все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

Закон Ома.

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники — закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:

I = \frac{U}{R}

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

I = \frac{10}{200} = 0.05 = 50\medspaceмА

Как видите, все несложно 🙂 Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч!

Расчет величины силы — Использование магнетизма — Высшее — Шлюз OCR — Редакция GCSE Physics (Single Science) — Шлюз OCR

Чтобы вычислить силу, действующую на провод, по которому проходит ток под прямым углом к ​​магнитному полю, используйте уравнение :

сила на проводнике (под прямым углом к ​​магнитному полю), несущему ток = плотность магнитного потока × ток × длина

Это когда:

• сила измеряется в ньютонах (Н)
• плотность магнитного потока ( напряженность магнитного поля) измеряется в тесла (Тл)
• ток измеряется в амперах (A)
• длина измеряется в метрах (м)

Пример

2 A течет по 50-сантиметровому проводу.Вычислите силу, действующую на провод, когда он расположен под прямым углом в магнитном поле 0,4 Тл.

Сначала преобразуйте единицы:

50 см = 50 ÷ 100 = 0,5 м

Затем подставьте значения в уравнение:

сила, действующая на проводник, по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина

сила = 0,4 × 2 × 0,5

усилие = 0,4 Н

Вопрос

По проводу длиной 5,0 см проходит ток 0.75 А. Рассчитайте силу, действующую на провод, когда он помещен под прямым углом в магнитном поле 0,60 Тл.

Выявить ответ

5,0 см = 5 ÷ 100 = 0,050 м

Сила, действующая на проводник, по которому проходит ток = плотность магнитного потока × ток × длина

сила = 0,60 × 0,75 × 0,050

сила = 0,0225 Н

19,4 Электроэнергия — Физика

Задачи обучения разделу

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Определите электрическую мощность и опишите уравнение электрической мощности
• Расчет электрической мощности в цепях резисторов в последовательном, параллельном и сложном расположении

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

• (5) Научные концепции.Студент знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Ж) проектировать, конструировать и рассчитывать в терминах сквозного тока, разности потенциалов, сопротивления и мощности, используемой элементами электрической цепи, соединенными как в последовательной, так и в параллельной комбинациях.

Кроме того, лабораторное руководство по физике для средней школы рассматривает содержание этого раздела лаборатории под названием «Работа, энергия и мощность в цепях», а также следующие стандарты:

• (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
  • (С) вычислить механическую энергию, мощность, генерируемую внутри, импульс и импульс физической системы.

Раздел Ключевые термины

Электроэнергия ассоциируется у многих с электричеством. Каждый день мы используем электроэнергию для работы наших современных приборов. Линии электропередачи — наглядные примеры электроэнергии, обеспечивающей мощность.Мы также используем электроэнергию для запуска автомобилей, работы компьютеров или освещения дома. Мощность — это скорость передачи энергии любого типа; электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая энергия передается в цепи. В этом разделе мы узнаем не только, что это означает, но и от того, какие факторы определяют электрическую мощность.

Для начала представим себе лампочки, которые часто характеризуются номинальной мощностью в ваттах. Давайте сравним лампу мощностью 25 Вт с лампой мощностью 60 Вт (см. Рисунок 19.20). Хотя обе работают при одинаковом напряжении, лампа мощностью 60 Вт излучает больше света, чем лампа мощностью 25 Вт. Это говорит нам о том, что выходную мощность электрической цепи определяет нечто иное, чем напряжение.

Лампы накаливания, такие как две, показанные на рис. 19.20, по сути являются резисторами, которые нагреваются, когда через них протекает ток, и становятся настолько горячими, что излучают видимый и невидимый свет. Таким образом, две лампочки на фото можно рассматривать как два разных резистора.В простой цепи, такой как электрическая лампочка с приложенным к ней напряжением, сопротивление определяет ток по закону Ома, поэтому мы можем видеть, что ток, а также напряжение должны определять мощность.

Рис. 19.20 Слева находится лампочка мощностью 25 Вт, а справа — лампочка мощностью 60 Вт. Почему их выходная мощность различается, несмотря на то, что они работают при одинаковом напряжении?

Формулу мощности можно найти путем анализа размеров. Рассмотрим единицы мощности. В системе СИ мощность указывается в ваттах (Вт), которые представляют собой энергию в единицу времени, или

Дж / с.

Напомним, что напряжение — это потенциальная энергия на единицу заряда, что означает, что напряжение имеет единицы Дж / Кл

.

Мы можем переписать это уравнение как J = V × CJ = V × C и подставить его в уравнение для ватт, чтобы получить

W = Js = V × Cs = V × Cs.W = Js = V × Cs = V × Cs.

Но кулон в секунду (Кл / с) — это электрический ток, который мы можем видеть из определения электрического тока, I = ΔQΔtI = ΔQΔt, где ΔΔ Q — заряд в кулонах, а ΔΔ t — время в секундах. Таким образом, приведенное выше уравнение говорит нам, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток, или

Это уравнение дает электрическую мощность, потребляемую цепью с падением напряжения В и током I .

Например, рассмотрим схему на Рисунке 19.21. По закону Ома ток, протекающий по цепи, равен

. I = VR = 12 В 100 Ом = 0,12 А. I = VR = 12 В 100 Ом = 0,12 А.

19,49

Таким образом, мощность, потребляемая схемой, равна

. P = VI = (12 В) (0,12 A) = 1,4 Вт. P = VI = (12 В) (0,12 A) = 1,4 Вт.

19,50

Куда уходит эта сила? В этой схеме мощность в основном идет на нагрев резистора в этой цепи.

Рисунок 19.21 Простая схема, потребляющая электроэнергию.

При расчете мощности в схеме рисунка 19.21, мы использовали сопротивление и закон Ома, чтобы найти ток. Закон Ома дает ток: I = V / RI = V / R, который мы можем вставить в уравнение для электроэнергии, чтобы получить

P = IV = (VR) V = V2R.P = IV = (VR) V = V2R.

Это дает мощность с точки зрения только напряжения и сопротивления.

Мы также можем использовать закон Ома, чтобы исключить напряжение из уравнения для электрической мощности и получить выражение для мощности в терминах только тока и сопротивления. Если мы запишем закон Ома как V = IRV = IR и используем это, чтобы исключить V в уравнении P = IVP = IV, мы получим

P = IV = I (IR) = I2R.P = IV = I (IR) = I2R.

Это дает мощность с точки зрения только тока и сопротивления.

Таким образом, комбинируя закон Ома с уравнением P = IVP = IV для электроэнергии, мы получаем еще два выражения для мощности: одно через напряжение и сопротивление, а другое через ток и сопротивление. Обратите внимание, что в выражения для электрической мощности входят только сопротивление (не емкость или что-либо еще), ток и напряжение. Это означает, что физической характеристикой схемы, определяющей, сколько мощности она рассеивает, является ее сопротивление.Конденсаторы в цепи не рассеивают электроэнергию — напротив, конденсаторы либо накапливают электрическую энергию, либо отдают ее обратно в цепь.

Чтобы прояснить, как связаны напряжение, сопротивление, ток и мощность, рассмотрим рисунок 19.22, на котором показано колесо формулы . Количества в центральной четверти круга равны количествам в соответствующей внешней четверти круга. Например, чтобы выразить потенциал V через мощность и ток, мы видим из колеса формул, что V = P / IV = P / I.

Рис. 19.22 Колесо формул показывает, как связаны между собой вольт, сопротивление, ток и мощность. Количества во внутренней четверти окружности равны количеству в соответствующей внешней четверти окружности.

Рабочий пример

Найдите сопротивление лампочки

Типичная старая лампа накаливания имела мощность 60 Вт. Если предположить, что к лампочке приложено 120 В, каков ток через лампочку?

Стратегия

Нам даны напряжение и выходная мощность простой цепи, содержащей лампочку, поэтому мы можем использовать уравнение P = IVP = IV, чтобы найти ток I , который течет через лампочку.

Решение

Решение P = IVP = IV для тока и вставка данных значений для напряжения и мощности дает

P = IVI = PV = 60 Вт, 120 В = 0,50 А. P = IVI = PV = 60 Вт, 120 В = 0,50 А.

19,51

Таким образом, половина ампера проходит через лампочку, когда на нее подается 120 В.

Обсуждение

Это значительный ток. Напомним, что в быту используется переменный, а не постоянный ток, поэтому 120 В, подаваемое от бытовых розеток, — это переменная, а не постоянная мощность.Фактически, 120 В — это усредненная по времени мощность, обеспечиваемая такими розетками. Таким образом, средний ток, протекающий через лампочку за период времени, превышающий несколько секунд, составляет 0,50 А.

Рабочий пример

Подогреватели сапог

Чтобы согреть обувь в холодные дни, вы решили вшить цепь с некоторыми резисторами в стельку своих ботинок. Вам нужно 10 Вт тепла от резисторов в каждой стельке, и вы хотите, чтобы они работали от двух 9-вольтовых батарей (соединенных последовательно).Какое общее сопротивление вы должны приложить к каждой стельке?

Стратегия

Нам известны требуемая мощность и напряжение (18 В, потому что у нас есть две батареи 9 В, соединенные последовательно), поэтому мы можем использовать уравнение P = V2 / RP = V2 / R, чтобы найти необходимое сопротивление.

Решение

Решая P = V2 / RP = V2 / R для сопротивления и вставляя данные напряжение и мощность, получаем

P = V2RR = V2P = (18 В) 210 Вт = 32 Ом. P = V2RR = V2P = (18 В) 210 Вт = 32 Ом.

19,52

Таким образом, общее сопротивление в каждой стельке должно быть 32 Ом.Ω.

Обсуждение

Давайте посмотрим, сколько тока пройдет по этой цепи. У нас 18 В, приложенное к сопротивлению 32 Ом, поэтому закон Ома дает

I = VR = 18 В 32 Ом = 0,56 А. I = VR = 18 В 32 Ом = 0,56 А.

19,53

Все батареи имеют этикетки, на которых указано, сколько заряда они могут обеспечить (в единицах силы тока, умноженного на время). Типичная щелочная батарея 9 В может обеспечить заряд 565 мА · ч · мА · ч. (таким образом, две батареи 9 В обеспечивают 1130 мА⋅ч мА⋅ч), поэтому эта система обогрева проработает в течение

t = 1130 × 10−3A⋅h0.56A = 2.0h.t = 1130 × 10−3A⋅h0.56A = 2.0h.

19,54

Рабочий пример

Питание через ответвление цепи

Каждый резистор в приведенной ниже схеме имеет сопротивление 30 Ом. Какая мощность рассеивается средней ветвью схемы?

Стратегия

Средняя ветвь схемы содержит последовательно включенные резисторы R3 и R5R3 и R5. Напряжение на этой ветви составляет 12 В. Сначала мы найдем эквивалентное сопротивление в этой ветви, а затем используем P = V2 / RP = V2 / R, чтобы найти мощность, рассеиваемую в ветви.

Решение

Эквивалентное сопротивление: R среднее = R3 + R5 = 30 Ом + 30 Ом = 60 Ом, среднее = R3 + R5 = 30 Ом + 30 Ом = 60 Ом. Мощность, рассеиваемая средней ветвью схемы, составляет

ед. P средний = V2R средний = (12 В) 260 Ом = 2,4 Вт. Средний = V2 R средний = (12 В) 260 Ом = 2,4 Вт.

19,55

Обсуждение

Давайте посмотрим, сохраняется ли энергия в этой цепи, сравнив мощность, рассеиваемую в цепи, с мощностью, обеспечиваемой батареей. Во-первых, эквивалентное сопротивление левой ветви равно

. R влево = 11 / R1 + 1 / R2 + R4 = 11/30 Ом + 1/30 Ом + 30 Ом = 45 Ом.R влево = 11 / R1 + 1 / R2 + R4 = 11/30 Ом + 1/30 Ом + 30 Ом = 45 Ом.

19,56

Мощность через левую ветвь

Влево = V2R влево = (12 В) 245 Ом = 3,2 Вт. Влево = V 2 R влево = (12 В) 245 Ом = 3,2 Вт.

19,57

Правая ветвь содержит только R6R6, поэтому эквивалентное сопротивление Rright = R6 = 30ΩRright = R6 = 30Ω. Мощность через правую ветку

Прямо = V2 Правое = (12 В) 230 Ом = 4,8 Вт Правое = V 2 Правое = (12 В) 230 Ом = 4,8 Вт.

19,58

Полная мощность, рассеиваемая схемой, представляет собой сумму мощностей, рассеиваемых в каждой ветви.

P = Pleft + Pmiddle + Pright = 2,4W + 3,2W + 4,8W = 10,4WP = Pleft + Pmiddle + Pright = 2,4W + 3,2W + 4,8W = 10,4W

19,59

Мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет

, где I — полный ток, протекающий через батарею. Следовательно, мы должны сложить токи, проходящие через каждую ветвь, чтобы получить I . Ветви дают токи

Влево = VR влево = 12 В 45 Ом = 0,2667 A В середине = VR в середине = 12 В 60 Ом = 0,20 В вправо = VR вправо = 12 В 30 Ом = 0,40 А. Влево = VR влево = 12 45 Ом = 0,2667 A В середине = VR в середине = 12 В 60 Ом = 0.20AI right = VR right = 12 В 30 Ом = 0,40 А.

19,61

Суммарный ток

I = левый + Imiddle + Iright = 0,2667A + 0,20A + 0,40A = 0,87A.I = Ileft + Imiddle + Iright = 0,2667A + 0,20A + 0,40A = 0,87A.

19,62

, а мощность, обеспечиваемая аккумулятором, составляет

P = IV = (0,87 A) (12 В) = 10,4 Вт. P = IV = (0,87 A) (12 В) = 10,4 Вт.

19,63

Это та же мощность, которая рассеивается на резисторах цепи, что показывает, что в этой цепи сохраняется энергия.

Практические задания

16.

Какова формула мощности, рассеиваемой на резисторе?

1. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе, P = IV.P = IV.
2. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе, P = VI.P = VI.
3. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе: P = IV .
4. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе: P = I ² V .

17.

Какова формула мощности, рассеиваемой резистором с учетом его сопротивления и напряжения на нем?

1. Формула мощности, рассеиваемой на резисторе: P = RV2P = RV2
2. Формула для мощности, рассеиваемой в резисторе: P = V2RP = V2R
3. Формула для мощности, рассеиваемой в резисторе: P = V2RP = V2R
4. Формула мощности, рассеиваемой в резисторе: P = I2RP = I2R

Проверьте свое понимание

18.

Какие элементы схемы рассеивают мощность?

1. конденсаторы
2. индукторы
3. идеальные переключатели
4. резисторы

19.

Объясните словами уравнение мощности, рассеиваемой заданным сопротивлением.

1. Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, умноженному на квадрат напряжения на резисторе.
2. Электрическая мощность пропорциональна квадрату силы тока через резистор, умноженного на напряжение на резисторе.
3. Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, деленному на напряжение на резисторе.
4. Электрическая мощность пропорциональна току через резистор, умноженному на напряжение на резисторе.

Закон

Ампера — Физический колледж

Цели обучения

• Вычислить ток, создающий магнитное поле.
• Используйте правило правой руки 2, чтобы определить направление тока или направление контуров магнитного поля.

Какой ток нужен для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают показаниям их компаса. Действительно, когда Эрстед в 1820 году обнаружил, что ток в проводе воздействует на стрелку компаса, он не имел дела с очень большими токами. Как форма проводов, по которым проходит ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Ранее мы отмечали, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному полю, но как насчет прямого провода или тороида (бублика)? Как направление создаваемого током поля связано с направлением тока? Ответы на эти вопросы исследуются в этом разделе вместе с кратким обсуждением закона, регулирующего поля, создаваемые токами.

Магнитное поле, создаваемое длинным прямым проводом с током: Правило правой руки 2

Магнитные поля имеют направление и величину. Как отмечалось ранее, один из способов исследовать направление магнитного поля — это использовать компасы, как показано для длинного прямого токоведущего провода на (Рисунок). Зонды Холла могут определять величину поля. Поле вокруг длинной прямой проволоки находится в виде кольцевых петель. Правило 2 правой руки (RHR-2) вытекает из этого исследования и справедливо для любого текущего сегмента — направьте большой палец в направлении тока, и пальцы сгибаются в направлении петель магнитного поля , созданных им.

(a) Компасы, помещенные рядом с длинным прямым проводом с током, показывают, что силовые линии образуют круговые петли с центром на проводе. (b) Правило 2 для правой руки гласит, что если большой палец правой руки указывает в направлении тока, пальцы сгибаются в направлении поля. Это правило согласуется с полем, отображаемым для длинного прямого провода, и действительно для любого текущего сегмента.

Экспериментально установлено, что напряженность (величина) магнитного поля, создаваемая длинным прямым проводом с током, равна

.

где — ток, — кратчайшее расстояние до провода, а константа — проницаемость свободного пространства.одна из основных констант в природе. Позже мы увидим, что это связано со скоростью света.) Поскольку провод очень длинный, величина поля зависит только от расстояния до провода, а не от положения вдоль провода.

Расчет тока, создающего магнитное поле

Найдите ток в длинном прямом проводе, который создаст магнитное поле, вдвое превышающее земное, на расстоянии 5,0 см от провода.

Стратегия

Поле Земли около, так что здесь принято за провод.Уравнение можно использовать для поиска, так как все остальные величины известны.

Решение

Поиск и ввод известных значений дает

Обсуждение

Итак, умеренно большой ток создает значительное магнитное поле на расстоянии 5,0 см от длинного прямого провода. Обратите внимание, что ответ состоит только из двух цифр, поскольку поле Земли в этом примере указано только из двух цифр.

Закон Ампера и другие

Магнитное поле длинного прямого провода имеет большее значение, чем вы можете сначала подумать. Каждый сегмент тока создает магнитное поле, подобное тому, которое имеет длинный прямой провод, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым сегментом. Формальное определение направления и величины поля, создаваемого каждым сегментом, называется законом Био-Савара. Интегральное исчисление необходимо для суммирования поля для тока произвольной формы. Это приводит к более полному закону, называемому законом Ампера, который связывает магнитное поле и ток в общем виде.Закон Ампера, в свою очередь, является частью уравнений Максвелла, которые дают полную теорию всех электромагнитных явлений. Рассмотрение того, как уравнения Максвелла кажутся разным наблюдателям, привело к современной теории относительности и к осознанию того, что электрические и магнитные поля являются разными проявлениями одного и того же. Большая часть этого выходит за рамки этого текста как на математическом уровне, требующем вычислений, так и на объеме места, которое может быть отведено под него. Но для заинтересованного студента, и особенно для тех, кто продолжает заниматься физикой, инженерией или подобными занятиями, дальнейшее углубление в эти вопросы откроет описания природы, как элегантные, так и глубокие.В этом тексте мы будем иметь в виду общие особенности, такие как RHR-2 и правила для силовых линий магнитного поля, перечисленные в Магнитных полях и линиях магнитного поля, концентрируясь при этом на полях, создаваемых в определенных важных ситуациях.

Установление связей: относительность

Слушая все, что мы делаем об Эйнштейне, у нас иногда создается впечатление, что он из ничего изобрел теорию относительности. Напротив, одной из мотиваций Эйнштейна было решить трудности, связанные с пониманием того, как разные наблюдатели видят магнитные и электрические поля.

Магнитное поле, создаваемое токопроводящим соленоидом

Соленоид — это длинная катушка с проводом (с большим количеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть как очень однородным, так и очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. (Рисунок) показывает, как поле выглядит и как его направление задает RHR-2.

(a) Из-за своей формы поле внутри соленоида большой длины заметно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно разнесенные силовые линии.Поле вне катушек почти равно нулю. (b) Этот разрез показывает магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.

Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Только ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет те же сложности, что и плоские петли и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида просто равна

.

, где — количество петель на единицу длины соленоида, где — количество петель и длина).Обратите внимание, что это напряженность поля в любом месте однородной области интерьера, а не только в центре. Как видно из рисунка, с соленоидами возможны большие однородные поля, распределенные по большому объему.

Расчет напряженности поля внутри соленоида

Что такое поле внутри соленоида длиной 2,00 м, имеющего 2000 петель и пропускающего ток 1600 А?

Стратегия

Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем. Во-первых, отметим, что количество петель на единицу длины составляет

.

Решение

Подстановка известных значений дает

Обсуждение

Это большая напряженность поля, которая может быть установлена ​​на соленоиде большого диаметра, например, при использовании в медицине магнитно-резонансной томографии (МРТ).Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы нелегко получить. Такой большой ток через 1000 петель, сжатых до метра, приведет к значительному нагреву. Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, поскольку сверхпроводящее состояние нарушается очень сильными магнитными полями.

Есть интересные вариации плоской катушки и соленоида. Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, изогнутый в круг.Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя силовым линиям, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез. Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов создает большую напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля. Ферромагнитные материалы имеют тенденцию улавливать магнитные поля (силовые линии изгибаются в ферромагнитный материал, оставляя более слабые поля за его пределами) и используются в качестве экранов для устройств, на которые неблагоприятно влияют магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли.

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику, лежащую в основе этого явления, исследуя магниты и узнайте, как их можно использовать, чтобы зажечь лампочку.

Концептуальные вопросы

Сделайте рисунок и используйте RHR-2, чтобы найти направление магнитного поля токовой петли в двигателе (например, на (Рисунок)). Затем покажите, что направление крутящего момента на петле такое же, как и при отталкивании одинаковых полюсов и притяжении разных полюсов.

Подъемная сила электромагнита — способы увеличения напряженности магнитного поля

Для начала ознакомимся с производными выражениями для подъемной силы электромагнита: магнитное поле, напряженность магнитного поля.

Согласно википедии, магнитное поле — это векторное поле, которое описывает магнитное влияние на движущиеся электрические заряды, электрические токи и магнитные материалы. В электромагнетизме магнитные поля окружают намагниченные материалы и создаются электрическими токами, такими как те, которые используются в электромагнитах, и электрическими полями, меняющимися во времени.

Подъемная сила электромагнита (напряженность магнитного поля) Формула

Электрический ток (I) — это скорость протекания заряда (Q) в единицу времени (t). то есть I = Q / t и Q = It из этого уравнения, если вы увеличиваете ток, количество заряда также увеличивается. В лоренц-инвариантном уравнении магнитной силы:
F = qE + qvB, где
F — магнитная сила,
q — количество заряда,
V — скорость заряженных частиц, которые в нашем случае являются электронами, текущими в проводниках, используемых для создания электромагнита. , B — плотность магнитного потока.

Как сделать электромагнит сильнее?

Это имеет то же значение, что и такие вопросы, как «как сделать электромагнит более мощным?», «Как вы можете увеличить силу электромагнита?» Или «как сделать электромагнит сильнее?»

Из приведенных выше уравнений мы можем ясно видеть, как напряженность магнитного поля зависит от тока (I) и заряда (Q). Поскольку сила поля от электромагнита контролируется и пропорциональна току, протекающему через катушку, и количеству витков — «ампер-витков» катушки.

Следовательно, существует несколько способов увеличения электромагнитной силы :

Увеличение силы тока, протекающего по проводу — Магнитное поле создается током, протекающим по проводу. Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле и, следовательно, сильнее электромагнит.
Однако следует иметь в виду, что существует предел напряженности магнитного поля, которое железный сердечник поддерживает. Ток можно увеличить, но магнитная сила не будет пропорционально увеличиваться.Сердечник насыщается, и увеличение тока не вызовет соответствующего увеличения магнитного поля.

Добавление ферромагнитного сердечника — это также увеличивает магнитное поле (до определенного предела) и помогает направить поле туда, где оно необходимо. Использование большого непрерывного ферромагнитного сердечника в сочетании с полюсными наконечниками правильной формы может сконцентрировать магнитное поле и сделать его еще сильнее между полюсными наконечниками.
Однако в сильных полях ферромагнитные материалы насыщаются и больше не приносят пользы.В самых сильных электромагнитах на самом деле нет сердечника — это катушки с воздушным сердечником. Обычно они работают с более высоким током и обычно имеют водяное охлаждение для отвода тепла. Даже более мощные электромагниты используют сверхпроводящий провод для предотвращения резистивных потерь.

Увеличение числа витков на сердечнике — Поскольку магнитное поле, индуцированное электромагнитом, зависит от числа витков катушки на единицу длины, его можно сделать более мощным, если на данной длине электромагнита будет больше витков провода.

Использование материала с высокой электропроводностью в качестве катушки (например, медь, серебро и т. Д.)

Подводя итог, можно сказать, что напряженность магнитного поля электромагнита пропорциональна как количеству витков в обмотке, так и току в проводе. Увеличение магнитной силы означает увеличение подъемной силы электромагнита.

График зависимости длительности

Потенциал сложного действия	Кривая «сила-продолжительность»
	Цель этой части лаборатории — изучить взаимозависимость между силой стимула и продолжительностью стимула в активации нерва, и построить кривую «сила-продолжительность».
Мы видели, как форма, амплитуда и продолжительность изменения ВП по мере увеличения силы стимула, потому что постепенно более сильная стимуляция активирует все больше и больше отдельных нервных волокон, индивидуальные потенциалы действия суммируются, чтобы получить ВП.Таким образом, когда стимул сильнее, большее количество волокон достигает порога.
Однако порог активации волокна зависит от не только от силы раздражителя, но и от продолжительность раздражителя.
Деполяризация возбудимой мембраны требует прохождения электрического заряда через мембрану.Из-за преобладающая электрическая емкость мембраны, соответствующий параметр для эффективной деполяризации мембраны — общее количество заряда переносится через мембрану.
Для кратковременного стимула, генерирующего установившийся трансмембранный ток, переносимый заряд ( Q ) равен пропорционально произведению тока I и времени T :
Q = I x Т
Следовательно, если сумма заряда, необходимая для активировать волокно Q t , а длительность стимула D , текущий I t для активации потребуется:
I т = Q т / D
Это говорит о том, что график порога сила стимула по сравнению с продолжительностью стимула должна снизиться до почти ноль при увеличении длительности стимула.Другими словами, стимул сила, необходимая для достижения порога, должна уменьшаться в течение более длительная стимуляция. Обратите внимание, что мы можем использовать напряжение (В) и ток (I) взаимозаменяемо как мера силы стимула.
Кривая «сила-продолжительность» для типичного нервная мембрана похожа, но отличается тем, что кривая четко выражена сглаживается с большой продолжительностью стимула, достигая асимптоты, называемой РЕБАЗА.Когда сила стимула ниже реобазы, стимуляция неэффективна даже при очень большой продолжительности стимула.
Несоответствие наблюдаемой формы кривая «сила-продолжительность», предсказываемая приведенным выше уравнением, связана с тем, что что предсказанные отношения верны для идеальный конденсатор , без сопротивление утечке.При длительной стимуляции (большие значения t) уравнение не может предсказать передачу заряда через нервную мембрану, потому что под ними условиях фактическая передача заряда меньше, чем прогнозировалось, из-за утечки из-за заметное электрическое сопротивление мембраны . Из-за взаимодействия между резистивными и емкостными эффектами в мембране, перенос заряда (и мембрана потенциал) фактически возрастает экспоненциально до плато во время длительной стимуляции, вместо этого возрастает линейно со временем.Таким образом, если раздражитель слишком мал, мембрана потенциал никогда не достигает порога.
При исследовании силы-продолжительности связь в нервном стволе, содержащем тысячи нервных волокон, одно нужно быть осторожным, чтобы определить, какое из этих многих волокон является порогом в вопрос относится к. Пороговое напряжение стимула для CAP как целое на самом деле является порогом для самых быстрых и самых возбудимых волокон в нерве.Поскольку точно определить этот порог сложно, описанная ниже процедура использует в качестве опорного сигнала CAP, пик которого амплитуда составляет примерно одну пятую от максимальной. Таким образом, этот порог явно порог для другой менее возбудимой группы волокон.
Для начала устанавливается длительность стимула . 1.0 мс с помощью ручки на стимуляторе.
ШАГ A: напряжение стимула медленно увеличивается до появления ВП. В в этом примере мы отрегулировали напряжение пока амплитуда CAP не заполнит два интервала горизонтальной сетки на экране. Эта амплитуда CAP будет будет использоваться в качестве справочного материала для остальной части эксперимента. (Другой справочная линия также может быть выбрана при условии, что она сохраняется на протяжении всего упражнение)
Мы считываем напряжение стимула со стимулятора, и соответствующую длительность стимула (в данном случае 1 мс) и введите эту пару значений в стол.Таким образом, длительность этого стимула и напряжение привели к небольшому пороговому значению. группа возбудимых волокон в нерве, хотя они не самые возбудимые.
ШАГ B: Теперь потихоньку убавляем длительность стимула до исчезновения ВП. (Останавливаемся, когда на дисплее отображается плоский линия, где раньше была CAP).
Затем повторяем ШАГ A; то есть, увеличивайте напряжение стимула до тех пор, пока CAP не достигнет эталонной амплитуды, указанной выше.(В этом случае заполнение двух интервалов сетки). Читаем новое напряжение стимула и длительность стимула от стимулятора и введите пару значений в таблицу.
Эта процедура повторяется, пока у нас не будет 10 разные пары значений. По нашим данным построена кривая сила-продолжительность:
Прочность (В) Продолжительность (мс) 0.64 1.0 0,8 0,42 1.0 0,25 1,2 0.18 1,42 0,134 1,62 0,105 2,0 0,082 2.4 0,063 2,82 0,05 3,45 0,038
	Помимо Реобазы, сила-продолжительность Curve также предоставляет другую информацию — Chronaxie.Chronaxie — это измерение длительности, соответствующее удвоенному значению Rheobase. Из приведенного выше графика, Rheobase составляет примерно 0,64 вольт, а Хронакси составляет около 0,16 мс.
Вопрос: Что такое значение Реобазы? A: Обычно около отметки 1 мс на кривая сила-продолжительность, кривая выравнивается на реобазе, в точке, где постепенное увеличение длительности импульса больше не связано с прогрессирующим снижение напряжения.Другими словами, для более длительных стимулов минимальная напряжение, необходимое для доведения нерва до порога, будет реобазой.
Q: Каково значение Хронакси? A: Учитывая, что у двух нервов одинаковые Реобаза, хронакси (длительность стимула, соответствующая удвоенной реобазе) может дают представление об их относительной возбудимости.На кривой «сила-продолжительность» справа нерв B более возбудимый.
Q: Как бы Кривая сила-продолжительность для набора медленных волокон (не очень возбудимых) по сравнению с Кривая сила-продолжительность для набора быстрых волокон (очень возбудимая)? A: Кривая для более медленных волокна будет смещен вправо, указывая на то, что для данной силы стимула более длительный Длительность стимула потребуется, чтобы довести более медленные волокна до порогового значения.
Нажмите здесь, чтобы продолжить тему Скорость проводимости (разностный и абсолютный методы)

Прямой расчет распределения кольцевого тока и магнитной структуры, наблюдаемой кластером во время геомагнитных бурь — Шен — 2014 — Журнал геофизических исследований: космическая физика

Метод для более полной оценки свойств локального магнитного градиента и кривизны с четырех космических аппаратов измерения были разработаны Шен и др. .[2003, 2007], недавно распространенный на случай искаженных созвездий и использования менее четырех космических аппаратов [ Shen et al ., 2012a, 2012b], где локальная плотность тока представлена ​​как одна часть тензора магнитного градиента . Нелинейные вклады в магнитные градиенты, которыми пренебрегают в расчетах основного анализа магнитного вращения (MRA), возникают преимущественно в этой области из-за сильного геомагнитного поля внутреннего происхождения и в результате создают искусственные токи.Поэтому в этом исследовании плотность тока рассчитывается путем вычитания вклада Международного опорного геомагнитного поля, чтобы минимизировать ошибку усечения. Анализ кривизны поля показан на рисунках 1 и 2 для двух примеров, сделанных в условиях тихой и сильной бури, соответственно.

2.1 Анализ событий

На рис. 1 показано поперечное прохождение кольцевого тока в период покоя. Единичный магнитный вектор, вектор кривизны и бинормальный вектор ортогональны друг другу [ Шен и др. ., 2003] в анализе. Чтобы облегчить сравнение с невозмущенным геомагнитным полем, локальные дипольные значения, напряженность магнитного поля, радиус кривизны и напряженность градиента магнитного поля также показаны на рисунках 1b, 1c и 1e пунктирными линиями соответственно. Здесь M = м ⋅ μ ₀ / 4π ( м = 7,78 × 10 ²² A ⋅ м ² — магнитный дипольный момент Земли) и r равен радиальное расстояние в сферических координатах СМ.В работе Шен и др. . [2007], был разработан метод анализа магнитного вращения (MRA), который может дать, что магнитный вектор b имеет максимальную, среднюю и минимальную скорость вращения,, и вдоль,, и, соответственно, где,, и — три характерных собственных вектора магнитного поля. Для поля диполя три скорости вращения соответствуют μ ₁ ^1/2 = μ _θ ^1/2 = 3 (1 + cos ² θ ) / [ r (1 + 3 cos ² θ )], и μ ₃ ^1/2 = μ _r ^1/2 = 0.Они построены на рисунке 1f красной и зеленой пунктирными линиями ( μ _r ^1/2 = 0 не показано).

В период 9: 27: 15–9: 51: 39 UT кластер пересекает кольцевой ток в предполуночном секторе. Это спокойный период перед сильной бурей ( SYM — H _мин = — 165 нТл, Dst _мин = — 149 нТл), развивающейся несколькими часами позже. IMF B _z — северный и маленький.Рисунки 1b, 1c, 1e и 1f показывают незначительную разницу между измеренным и дипольным магнитным полем. Например, когда B _t достигает минимального значения в 09:41:59 UT, соответствующий диполь B _t , R _c , | ∇ B |, и являются B _{t Dip} = 464 нТл, R _{c Dip} = 1,35 R _E , | ∇ B _Dip | = 374 нТл / R _E , а измеренные значения равны B _t = 425 нТл, R _c = 1.19 R _E , | ∇ B | = 411 нТл / R _E , и, соответственно. Это связано с тем, что реальное магнитное поле может отличаться от дипольного. Рисунок 1g показывает, что максимальная плотность тока во время этого события составляет 5 нА / м ² и j _φ составляет почти весь ток. Следовательно, положительное значение j _φ предполагает, что наблюдаемый кольцевой ток направлен приблизительно на восток.Полученная здесь сила плотности тока на восток согласуется с предыдущим статистическим результатом [например, De Michelis et al ., 1999; Le et al. ., 2004].

Мы можем продолжить исследование распределения кольцевого тока и магнитной геометрии во время сильной магнитной бури (рис. 2), которая произошла между 7:03:03 и 7:23:43 UT 31 марта 2001 г. Многие предыдущие исследования были проведены по этому событию. [например, Baker et al., ., 2002; Скоуг и др. ., 2003]. Во время события скопление находится в предполночной экваториальной области на геоцентрическом расстоянии r ≈ 4,0 R _E — 4,3 R _E , а тетраэдр кластера имеет среднее расстояние 1087 км. Как было указано Baker et al., . [2002], выброс корональной массы приводит к этой сильной магнитной буре. В 8:12 UT 1-минутный индекс SYM-H достигает ~ -435 нТл.

Здесь Рис. 2b показывает, что местное магнитное поле сильно ослаблено во время этой супербури.Чем ближе к плоскости магнитного экватора, тем больше разница между B _t и B _{t Dip} . В 07:15:39 UT, B _t достигает минимального значения B _t = 290 нТл, в то время как соответствующая локальная напряженность диполярного магнитного поля составляет B _{t Dip} = 462 нТл. Рисунки 2c и 2d показывают, что во время этой сильной бури R _c сильно уменьшается, что намного меньше, чем у диполярного геомагнитного поля.Например, когда B _t достигает своего минимального значения в 07:15:39 UT, радиус кривизны соответствующих силовых линий дипольного магнитного поля составляет R _{c Dip} = 1,37 R _E , но измеренное R _c реальное локальное геомагнитное поле падает только примерно до 0,50 R _E (около одной трети диполярного поля). На рисунке 2d показано, что кривизна МПС вокруг экваториальной плоскости указывает на Землю, указывая на то, что МПС были сильно искажены и растянуты и сильно отклонились от силовых линий диполярного геомагнитного поля.На рис. 2д показано, что | ∇ B | испытывает большие колебания вокруг диполя | ∇ B _Dip |, подразумевая, что геомагнитные поля сильно возмущены, возможно, из-за очень динамичного построения и затухания кольцевого тока. На рис. 2е показано, что первая и вторая скорости магнитного вращения и имеют максимумы около минимальной напряженности магнитного поля, что свидетельствует о том, что здесь происходит наиболее серьезное изменение МПС. Направление в основном северное (здесь не показано), что указывает на то, что магнитное поле в основном вращается к северу, когда кластер пересекает кольцевой ток.Рисунки 2g и 2h показывают, что плотность тока очень велика (с максимальным значением 160 нА / м ² ) и колеблется. Азимутальная составляющая j _φ плотности тока является основной составляющей плотности тока, а угол γ между магнитным полем и плотностью тока изменяется примерно на 90 °. Таким образом, кольцевой ток хорошо согласуется с ожидаемым западным кольцевым током, текущим в районе полуночи, и этот сильный западный кольцевой ток снижает напряженность геомагнитного поля внутренней части и уменьшает радиус кривизны местных силовых линий геомагнитного поля.Очевидно, что в интервале 7: 05–7: 20 UT в основной фазе бури плотность кольцевого тока увеличивается (рис. 2g), а радиус кривизны МПС постепенно уменьшается (рис. 2c). . Другие сильные штормовые явления демонстрируют аналогичные особенности.

На рисунках 1 и 2 показан анализ двух примеров событий, соответствующих устойчивой и высокой активности. Ряд особенностей очевиден (и отражен в других событиях). Обычно, когда величина индекса Dst увеличивается, азимутальная составляющая плотности тока j _φ становится все более отрицательной и | ∇ B | уменьшается.Когда j _φ направлен на восток, | ∇ B | обычно достигает в среднем около 400 нТл / R _E . Для очень сильного шторма (как показано на рисунке 2) | ∇ B | может составлять всего лишь 100 нТл / R _E (хотя и на короткие промежутки времени), только одна четвертая значений времени покоя. Таким образом, соответствующая часть RC, вероятно, связанная с градиентным дрейфом, значительно уменьшается во время штормов. Тенденция направленной на запад азимутальной плотности тока ( j _φ ) с R _c также является стойким эффектом.В спокойное время местный R _c составляет около 1,2 R _E . Однако при сильной магнитной активности, чем больше направление на запад j _φ , тем меньше радиус кривизны R _c (всего 0,4 R _E ; только одна треть тихое значение). Следовательно, ток дрейфа локальной кривизны может значительно увеличиваться во время активности сильной магнитной бури.

2.2 Статистический анализ

Сравнение двух приведенных выше случаев показывает, что магнитная геометрия сильно изменяется во время бури. Следовательно, необходимо статистическое исследование RC бури, чтобы продемонстрировать изменение плотности тока и магнитной конфигурации. Здесь используются кластерные данные с небольшого расстояния между тетраэдрами (около 1000 км или меньше) (с января по апрель 2001 и 2004 гг .; с февраля по июнь 2002 г. и с июля по декабрь 2003 г.). Критерий штормовых событий Индекс SYM-H меньше -30 нТл между ± 1 часом магнитной широты космического корабля (MLAT) = 0.Таким образом, 48 выбранных событий суммированы на рисунке 3, показывающем распределения положений событий, и j _φ , магнитная сила, а также радиус кривизны по отношению к индексу SYM-H . . Мы ожидаем, что значение R _c будет очень медленно изменяться в области RC и, следовательно, вероятно, будет представлять более широкую конфигурацию поля в RC для этого пересечения.

Статистический график для 48 случаев пересечения штормом RC.(а) MLT и радиальное распределение событий. (б – г) Вариации азимутальной плотности тока ( j _φ ), локальной магнитной силы ( B _t ) и радиуса кривизны ( R _c ) локальных МПС относительно штормового симметричного индекса SYM-H соответственно. B _t и R _c нормализованы по их дипольному значению.Точки данных получены, когда SC MLAT = 0.

Статистические распределения на Рисунке 3 имеют цветовую кодировку в зависимости от местоположения переходов MLT (MLT на рассвете 03–09, MLT на дневной стороне 09–15, MLT на темной стороне 15–21 и MLT на ночном берегу 21–03) и обычно показывают, что j _φ , R _c и | ∇ B | лучше заказывать SYM-H , чем друг с другом.

На рис. 3а показаны радиальное расстояние и распределение по MLT 48 событий.Наблюдаемое радиальное расстояние варьируется от ~ 4 R _E до 4,6 R _E , и почти все MLT включены. Тенденции показывают, что

1. Как видно из рисунка 3b, чем сильнее активность магнитной бури (как показано значением — SYM-H ), тем сильнее плотность западного тока (- j _φ ), хотя это слабый тренд, осложненный разворотом экваториального течения, направленного на восток и на запад.
2. Чем сильнее активность магнитной бури, тем больше уменьшение магнитного поля, на что указывает значение B _t / B _Dip на Рисунке 3c, который показывает четкую тенденцию к снижению его значения. с — SYM-H . Тем не менее уменьшение магнитного поля во время бурь также асимметрично по отношению к MLT (или по азимутальному углу). Для бурь с силой в диапазоне от -30 нТл до -100 нТл уменьшение магнитного поля наибольшее на сумеречной стороне и наименьшее на рассветной и дневной стороне.Ночная сторона показывает смешанную подпись.
3. На рис. 3d показано, что штормы обычно изменяют геометрию МПС и приводят к уменьшению радиуса кривизны МПС во все локальные моменты времени. Чем сильнее шторм, тем сильнее снижение R _c . Снова можно увидеть, что изменения конфигурации MFL асимметричны местному времени. Для штормов с индексом SYM-H в диапазоне от -30 нТл до -100 нТл R _c показывает самое большое уменьшение в местное время от ночной стороны к сумеречной; среднее уменьшение на рассветной стороне и наименьшее уменьшение на дневной стороне.

Ток — Энергетическое образование

Ток — это количество электрического заряда, протекающего в секунду в проводнике. Это то, что передает электроэнергию от электростанций через систему передачи и систему распределения для промышленного и домашнего использования. Это иначе известно как электричество. Сила тока определяется количеством заряда, протекающего в секунду, и измеряется в амперах, сокращенно A или ампер.Когда электрический заряд течет в одном направлении, это называется постоянным током, а когда электрический заряд колеблется взад и вперед в чередующихся направлениях, это называется переменным током.

Величину постоянного тока можно рассчитать по следующей формуле:

[математика] I = \ frac {\ Delta Q} {\ Delta t} [/ математика]

[math] I [/ math] = ток в амперах,

[math] \ Delta Q [/ math] = заряд в кулонах, проходящий мимо данного места, и

[math] \ Delta t [/ math] = прошедшее время в секундах.

Однако кулоны заряда нельзя измерить напрямую, обычно для измерения тока используется устройство, известное как мультиметр. Переменный ток использует аналогичное уравнение для определения силы тока, но математика становится немного сложнее, поскольку направление движущегося заряда быстро меняется.

По соглашению термин «ток» (также называемый обычным током) определяется как заряды, перемещающиеся от положительного вывода к отрицательному. Также существует термин «поток электронов», который используется для определения зарядов, движущихся от отрицательного вывода к положительному.Обратите внимание, что это противоположности. Обычный ток более популярен, хотя можно использовать любой термин, если это делается последовательно, чтобы избежать путаницы. Популярный веб-комикс о том, как определяются положительные и отрицательные заряды, можно найти на сайте XKCD.

Всякий раз, когда ток проходит через компонент или цепь, часть энергии теряется на нагрев. Некоторые специальные приложения, например тостеры, используют это тепло. Часто это тепло является неэффективностью системы, например, при передаче электроэнергии.Избыточное тепло может быть настоящей неприятностью в некоторых приложениях, таких как настольные компьютеры, которые имеют тенденцию к перегреву и которым требуются вентиляторы, которые циркулируют воздух, чтобы поддерживать их охлаждение.

Переключатели используются для отключения (или включения) тока почти мгновенно, как только заряду некуда идти (помните, ток перемещается только тогда, когда есть полная цепь), ток прекращается. Если начинает течь слишком большой ток, специальный переключатель действует как мера безопасности для автоматического отключения тока. Эти меры аварийной безопасности включают предохранители и автоматические выключатели.

Ток и магнитные поля

Электрический ток порождает магнитные поля, что было обнаружено Гансом Эрстедом в 1819 году и вскоре расширено Андре-Мари Ампером, ^[1] Жан-Батист Био и Феликс Савар, которые сформировали первые законы электромагнетизма.