+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Единицы измерений сил электрических токов, мощности и напряжения

Как становится известно любому школьнику, начинающему знакомиться с физикой, каждое физическое «количество» обязательно связано с его единицей. В области электричества ампер, вольт и ватт настолько распространены, что каждый, кто сменил лампочку или предохранитель, знаком с этими названиями. Это относится к подавляющему большинству людей, независимо от их образования.

Электрический ток

Что такое ампер

Сила тока определятся количественным показателем заряда, прошедшего по сечению провода в единичный отрезок времени. Так как I = q/t, то единица силы тока будет Кл/с (заряд измеряется в кулонах, а время в секундах).

Все электрические процессы можно описать формулами, а расчеты по этим выражениям должны производиться в определенных единицах. За единицу измерения электрического тока, кроме расчетной – Кл/с, приняли ампер.

Ампер – это базовая единица СИ, единственная из электрических, полученная из результатов эксперимента. Определение единицы измерения силы тока происходит из исследования магнетизма. Электрические токи в проводах приводят к возникновению магнитных полей (закон Био-Савара). Магнитные поля характеризуются действием магнитных сил (закон Ампера).

Официальное определение ампера в системе СИ выглядит так: если постоянный ток силой в 1 А поддерживается в двух параллельных проводниках бесконечной длины и пренебрежимо малого поперечного сечения, размещенных на дистанции 1 м в вакууме, то созданная между ними сила равна 2 х 10 (в минус седьмой степени) Н на метр длины.

Определение единицы силы тока

Диапазон тока в разных условиях сильно варьируется, на много порядков, поэтому удобно использовать кратные величины:

  • 1 мкА (микроампер) равен 0,000001 А;
  • 1 мА (миллиампер) равен 0,0001 А;
  • 1кА (килоампер) равен 1000 А.

Другие электрические единицы связаны с ампером и между собой. Так, например, единица напряжения вольт (В) – это Вт/А, где Вт – единица мощности, а единичная величина сопротивления Ом – это В/А.

Измерение напряженности электрического поля производят в В/м.

Повседневные примеры использования силы тока:

  • устройство для слухового аппарата – 0,7 мА;
  • 56-дюймовый телевизор с плазменной технологией – 250/290 мА;
  • небольшая духовка или тостер – 120 мА;
  • лампа накаливания – 500/830 мА;
  • фен – 15 мА.

История

В 80-е годы 19-го века фактическое значение ампера было определено и электролитическим методом – путем определения веса металла, который он способен осаждать из раствора за определенное время. Количество осажденного металла пропорционально всему количеству проходящего электричества.

Интересно. Результаты, полученные разными исследованиями, находились в тесном соответствии, вывод состоял в следующем: ампер представлен тем количеством тока, которое способно осаждать 4,025 грамма серебра в час или 0,001118 грамм в секунду.

Единица силы тока ампер названа в честь французского физика и математика Андре-Мари Ампера. Он провел много экспериментов, связанных с ранней наукой об электричестве. Учитывая эту новаторскую работу, многие считают его отцом электродинамики. В знак признания большого вклада Ампера в создание фундаментальных основ современной электротехники название «ампер» было установлено как стандартная единица измерения силы тока на международной конференции электриков в 1881 году.

В 2011 г. принято решение о пересмотре определения отдельных единиц, в частности ампера. Предполагается, что он будет привязан к заряду электрона, который составляет 1, 602176565 х 10 (в минус 19 степени) Кл. Тогда и 1 Кл равен 6,241509343 х 10 (в 18 степени) заряда электрона.

Другие системы единиц

В альтернативных системах, не получивших широкого распространения, присутствуют другие единицы измерения тока:

  1. Система СГСМ (электромагнитная). Один абампер, или био, определяется, исходя из измерения силы в динах, а длины – в сантиметрах. Физический смысл абампера идентичный. 1 абампер = 10 ампер;
  2. Система СГСЭ (электростатическая). Взаимосвязь между ампером и статампером: 1 А = 2997924536,843 статА.

Эти единичные величины часто используются в теоретической физике.

Амперметр

Для практического измерения силы тока применяются амперметры, которые существуют аналоговые и цифровые, для измерения постоянного и переменного тока, больших и малых величин. Их шкала проградуирована в амперах (мА, кА). Подключение в электроцепь выполняется последовательно.

Миллиамперметр

С помощью количественной единицы тока можно просчитать любую цепь, определить параметры электрических аппаратов и приборов и выбрать их для использования.

Видео

Оцените статью:

Почему сила тока обозначается буквой i. Единица измерения силы тока

С самого рождения и в течение всей жизни человека окружают электрические приборы. К ним относятся: бытовая техника, освещение наших жилищ и улиц, средства мобильной связи, даже современные автомобили переходят на электроэнергию. Все эти приборы потребляют электрический ток, одни берут его из электросетей, другие черпают от батарей и аккумуляторов, третьи от альтернативных источников энергии («ветряки», солнечные батареи и прочее). А многие ли из людей знают, какова единица измерения и что такое электрический ток? В данной статье мы ответим на эти вопросы.

Начнем, пожалуй, с основных понятий. называют направленное упорядоченное движение в проводнике заряженных частиц. Рассмотрим условия существования тока:

  • наличие свободных электронов в металлическом проводнике;
  • наличие электрического поля (такое поле создается благодаря источнику тока).

Теперь перейдем к рассмотрению такого понятия, как единица измерения силы тока. Эта скалярная величина обозначается латинской литерой I. Определение единицы силы тока осуществляется отношением заряда q, проходящего через поперечное сечение металлического проводника, к отрезку времени t, за которое электрический ток прошел через проводник.

Соответственно формула имеет следующий вид: I = q/ t. Единица измерения силы тока показывает, какой заряд пройдет через поперечное за единицу времени.

Все довольно элементарно. Теперь разберем, какие существуют общепринятые единицы измерения силы тока. Для этого достаточно заглянуть в международную систему единиц (СИ). Из нее следует, что единица измерения силы тока — Ампер. Эта единица получила свое название в честь французского физика-математика Андре-Мари Ампера (1775-1836). Он ввел такие термины, как электродинамика, электростатика, соленоиды, ЭДС, гальванометр, электрический и другие. Ученый А. М. Ампер предугадал возникновение такой науки, как «кибернетика», он стал первооткрывателем механического взаимодействия проводников с электрическим током, ввел правило определения

Теперь попробуем разобрать это понятие с точки зрения элементарной физики. Для этого необходимо осветить свойства прохождения электрического тока по двум параллельным проводникам. Если заряженные частицы движутся по двум проводам в одном направлении, то такие проводники начнут притягиваться, а если частицы будут двигаться в разных направлениях, то проводники будут стремиться оттолкнуться друг от друга.

За единицу силы тока в один ампер принято считать такую силу, благодаря которой два параллельных провода длиной в один метр, разнесенных на расстояние одного метра, начнут взаимодействовать с силой 0,0000002Н.

Подведя итог, скажем, что знание о таком понятии, как сила тока, поможет определить количество потребляемой энергии электрическими приборами. Благодаря этому легко рассчитать нагрузку проводки в вашем доме и, соответственно, обезопасить свое жилье от пожара или повреждения электрооборудования, которое часто возникает при неправильном распределении бытовых электрических приборов.

На этой страничке кратко излагаются основные величины и меры тока. По мере необходимости, страничка будет пополняться новыми величинами и формулами.

Сила тока – количественная мера электрического тока, протекающего через поперечное сечение проводника. Чем толще проводник, тем больший ток может по нему течь. Измеряется сила тока прибором, который называется Амперметр. Единица измерения — Ампер (А). Сила тока обозначается буквой – I .
Следует добавить, что постоянный и переменный ток низкой частоты, течёт через всё сечение проводника. Высокочастотный переменный ток течёт только по поверхности проводника – скин-слою. Чем выше частота тока, тем тоньше

скин-слой проводника, по которому течёт высокочастотный ток. Это касается любых высокочастотных элементов — проводников, катушек индуктивности, волноводов. Поэтому, для уменьшения активного сопротивления проводника высокочастотному току, выбирают проводник с большим диаметром, кроме того, его серебрят (как известно, серебро имеет очень малое удельное сопротивление).

Напряжение (падение напряжения) – количественная мера разности потенциалов (электрической энергии) между двумя точками электрической цепи. Напряжение источника тока – разность потенциалов на выводах источника тока. Измеряется напряжение вольтметром. Единица измерения — Вольт (В). Напряжение обозначается буквой – U , напряжение источника питания (синоним — электродвижущая сила) может обозначаться буквой – Е .

Мощность электрического тока – количественная мера тока, характеризующая его энергетические свойства. Определяется основными параметрами – силой тока и напряжением. Измеряется мощность электрического тока прибором, который называется Ваттметр. Единица измерения — Ватт (Вт). Мощность электрического тока обозначается буквой – Р . Мощность определяется зависимостью:

http://pandia.ru/text/78/385/images/image002_212.gif» alt=»Зависимость»>

где U – падение напряжения на элементе электрической цепи, I – ток, протекающий через элемент цепи.

Поглощаемая мощность элемента электрической цепи – значение мощности падающей на элементе цепи, которую элемент может поглотить (выдержать) без изменения его номинальных параметров (выхода из строя). Поглощающая мощность резисторов обозначается в его названии (например: двух ваттный резистор — ОМЛТ-2, десяти ваттный проволочный резистор – ПЭВ-10). При расчёте принципиальных схем, значение необходимой поглощаемой мощности элемента цепи рассчитывается по формулам:

http://pandia. ru/text/78/385/images/image003_161.gif» alt=»Зависимость поглощаемой мощности от протекающего тока и сопротивления элемента цепи»> ,

Для надёжной работы, определённое по формулам значение мощности элемента умножается на коэффициент 0,8 , учитывающий то, что должен быть обеспечен запас по мощности.

Проводимость элемента цепи – способность элемента цепи проводить электрический ток. Единица измерения проводимости – сименс (См). Обозначается проводимость буквой — σ . Проводимость — величина обратная сопротивлению, и связана с ним формулой:

http://pandia.ru/text/78/385/images/image006_105.gif» alt=»Связь частот»>

Период электрического тока – величина обратная частоте, показывающая, в течение, какого времени электрический ток совершает одно циклическое колебание. Измеряется период, как правило, с помощью осциллографа. Единица измерения периода — секунда (с). Период колебания электрического тока обозначается буквой – Т . Период связан с частотой электрического тока выражением:

http://pandia. ru/text/78/385/images/image008_83.gif» alt=»Связь»>

Электрическая ёмкость – количественная мера, характеризующая способность накапливать энергию электрического тока в виде электрического заряда на обкладках конденсатора. Обозначается электрическая ёмкость буквой – С . Единица измерения электрической ёмкости — Фарада (Ф).

Магнитная индуктивность – количественная мера, характеризующая способность накапливать энергию электрического тока в магнитном поле катушки индуктивности (дросселя). Обозначается магнитная индуктивность буквой – L . Единица измерения индуктивности — Генри (Гн).

Реактивное сопротивление конденсатора (ёмкости) – значение внутреннего сопротивления конденсатора переменному гармоническому току на определённой его частоте. Реактивное сопротивление конденсатора обозначается — Х С и определяется по формуле:

http://pandia.ru/text/78/385/images/image010_70.gif» alt=»Реактивное»>

Резонансная частота колебательного контура – частота гармонического переменного тока, на которой колебательный контур имеет выраженную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Резонансная частота колебательного контура определяется по формуле:

http://pandia.ru/text/78/385/images/image012_54.gif» alt=»Резонансная частота»>

Добротность колебательного контура — характеристика, определяющая ширину АЧХ резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в контуре больше, чем потери энергии за один период колебаний. Добротность учитывает наличие активного сопротивления нагрузки. Добротность обозначается буквой – Q .
Для последовательного колебательного контура в RLC цепях, в котором все три элемента включены последовательно, добротность вычисляется:

http://pandia.ru/text/78/385/images/image014_51.gif» alt=»Добротность»>

Сила тока

Сила тока – это такая физическая величина, которая показывает скорость прохождения заряда q через S поперечное сечение проводника за одну секунду t.

Сила тока – пожалуй, одна из самых основополагающих характеристик электрического тока. Она обозначает заглавной буквой I латинского алфавита и равняется Δq разделить на Δt, где Δt – это время, в течение которого через сечение проводника протекает заряд Δq.

По сути, сила тока измеряется в кулонах Кл разделенных на секунды с в системе единиц СИ, но для Кл/с было введено специальное название – ампер, в честь соответствующего ученого, которого также завали Ампером. И так размерность в системе СИ для силы тока – это амперы, то есть ток измеряется в амперах и обозначается как — 1А.

Что же физически иллюстрирует это понятие? Упрощенно электрический ток можно рассматривать как течение воды по трубе, то есть протекание электрических зарядов по проводу можно сопоставить с протекание воды по трубе. Так вот, по сути, скорость этой «воды», а именно скорость зарядов в проводе, она и будет прямым образом связана с силой тока. И чем быстрее «вода» течет по «трубе», а именно чем быстрее вместе все носители заряда двигаются по поводу, тем сила тока будет больше.

Как вы думаете, большая ли это сила тока в 1 ампер? Да, это большая сила тока, но на практике можно встретить различные силы тока: и миллиамперы, и микроамперы, и амперы, и килоамперы, и все они довольно разные.

Измерение силы тока

В былые времена первые ученые-физики могли обнаружить ток только с помощью личных ощущений, а то и вовсе пропуская его через себя, так как в то время измерительных приборов просто не существовало.

В современном мире имеются разные виды измерительных приборов. Для измерения силы тока используют такой прибор, как амперметр.

Амперметры бывают абсолютной разных конструкций. Для школьных нужд, в целях демонстрационных опытов, чаще всего используют амперметр, который изображен на рисунке.



Что понимают под силой тока?

Давайте взглянем на рисунок 21б, где обозначено поперечное сечение проводника, через которое, как вы уже знаете, проходят заряженные частицы, если в проводнике есть в наличии электрический ток. Для металлического проводника такими частицами выступают свободные электроны, которые, двигаясь по проводнику, переносят какой-то заряд. А далее, как уже вы знаете из формулы, чем быстрее электроны двигаются и чем их больше, тем больший заряд будет перенесен ими за одно и то же время.


Давайте рассмотрит на примере. Если за время t = 5 c носителями тока через поперечное сечение проводника переносится заряд в q = 20 Кл, то сила тока I = q / t = 20 / 5 = 4 A. Заряд, который будет перенесен за 1 с, в данной ситуации будет в 5 раз меньший, т.е. при t = 1 c, q = 4 Кл, а сила тока – 4 А.

А вы знаете, что кроме того, что Андрэ-Мари Ампер ввел в физику понятие «электрический ток», он так же в 1830 году ввел такой научный оборот, как «кибернетика», а в механике именно ему принадлежит термин «кинематика».

Андрэ-Мари Ампер был очень разноплановым и разносторонне развитым ученым, некоторые его исследования касались таких смежных с физикой наук, как химия, ботаника и даже философия! И именно А.М.Ампер изобрел такие важные и полезные для людей устройства, как электромагнитный телеграф и коммутатор.

Вопросы для самопроверки

1. Так что же такое «сила тока»? Какой буквой латинского алфавита она обозначается?
2. Какая формула для нахождения силы тока?
3. В каких единица системы СИ измеряется силы тока? А как она обозначается? В честь какого ученого она названа?
4. Прибором для измерения силы тока является …. А как он обозначается на схемах?
5. Если мы знаем силу тока и время, за которое он проходит через поперечное сечение, то с помощью какой формулы можно найти электрический заряд?

Электрические измерения. Схема измерения величин напряжения, силы тока, сопротивления.

Измерение таких параметров как напряжение, сила тока, сопротивление для систем сигнализации не отличается от методов измерения перечисленных величин в других электрических цепях. Для дальнейшего рассмотрения темы нам понадобятся:

  • схема измерения,
  • закон Ома,
  • минимальные навыки пользования мультиметром (тестером).

Несколько небольших уточнений:

  • рассматриваемые методы измерений применимы к цепям, не содержащим емкостей и индуктивностей,
  • измерения электрических величин напряжения, тока, сопротивления производятся для участка цепи, имеющего активное сопротивление, поэтому приемлимы как для постоянного напряжения (тока) так и для переменного,
  • сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем. Вопросы влияния сопротивления соединений на значения параметров электрических цепей рассмотрены на странице «питание сигнализации, видеонаблюдения».
  • участки цепи, обозначенные на схемах как резистор (R), можете рассматривать как отдельный элемент или совокупность элементов электрической цепи, имеющих общее сопротивление R.

Измерение напряжения.

Это измерение производится путем подключения вольтметра (мультиметра в режиме «измерение электрического напряжения») параллельно измеряемому участку (схема на рис.1). Следует отметить, что измерение между точками 1-5 даст значение напряжения на всей цепи, остальные случаи — для соответствующих участков.

Эту схему мы еще используем, рассматривая вопросы измерения силы электрического тока и сопротивления при помощи вольтметра.

Измерение силы тока.

Используется амперметр или мультиметр (тестер) в режиме «измерение тока», подключаемые последовательно измеряемой цепи. Значение силы электрического тока измеряется для всей цепи (схема — рис.2).

Измерение сопротивления.

Наиболее трудоемкий процесс. Во первых, при непосредственном подключении тестера (мультиметра) (схема рис.3) напряжение и ток в цепи должны отсутствовать, во вторых, (схема рис.4) другие элементы (участки) цепи будут оказывать влияние на результат, поэтому их придется отключить, чтобы схема измерения соответствовала рисунку 3.

Выход, однако, есть. Его рассмотрим ниже.

Косвенные измерения электрических величин.

Для этого самое время вспомнить закон Ома. Формула, а также ее производные, которые нам понадобятся выглядят следующим образом:

I=U/R (формула 1),

U=I*R (формула 2),

R=U/I (формула 3), где

I — электрический ток
U — напряжение
R — сопротивление.

Единицы измерения (размерность) указанных величин соответственно:

А — ампер,
В — вольт,
Ом — ом.

На практике (для слаботочных цепей) они не всегда удобны, поэтому можно использовать:

мА — милиампер (1000 мА=1А),
В — вольт,
кОм — килоом. (1000 Ом=1кОм).

Внимание! Одновременно используйте единицы измерения из одного ряда. Если Вы подставляете в формулу закона Ома значения силы тока в мА, то сопротивление получите в кОм и никак иначе.

Как можно видеть из приведенных выше формул, зная значения двух величин, можно вычислить третью. Рассмотрим практическое применение закона Ома при проведении измерений электрических величин. Из схемы измерения напряжения видно, что оно не требует нарушения электрической цепи, поэтому осуществляется наиболее просто. Измерение силы тока в последовательной цепи можно произвести один раз поскольку он будет одинаков во всех участках. Однако, следует быть внимательным, ибо, если схема цепи имеет вид, приведенный на рисунке слева, то суммарный ток распределится по участкам цепи, согласно закона Кирхгофа: I=I1+I2+In.

Завершая тему, продемонстрирую как на практике выглядит применение закона Ома при проведении электрических измерений.

Возьмем схему на рисунке 1. Предположим, что в результате измерений мы получили следующие значения:

Общая сила тока для цепи- I=0,5 A,
Напряжения U1=10 B, U2=5 B.

Тогда значения сопротивлений будут:

R1=U1/I=10/0,5=20 Ом
R2=U2/I=5/0,5=10 Ом.

Как видите, все просто.

© 2010-2021 г.г.. Все права защищены.
Материалы, представленные на сайте, имеют ознакомительно-информационный характер и не могут использоваться в качестве руководящих документов

Сила тока. Измерение силы тока

На прошлом уроке мы с вами говорили о действиях, которые способен оказывать электрический ток, протекая в различных средах. Познакомившись с тремя действиями тока, уместно задать себе вопрос: от чего зависит эффективность каждого из действий, то есть от чего зависит количество теплоты, выделяемой в нити накала электролампы, масса выделенной в опыте меди, подъёмная сила изготовленного электромагнита?

Эффективность этих действий будет зависеть от нескольких причин. Электрический ток, как вы знаете, — это направленное движение заряженных частиц. Поэтому чем больше электрический заряд, перенесённый частицами через поперечное сечение проводника за какое-то определённое время, тем интенсивнее будет действие тока.

Здесь можно провести аналогию: эффективность действия воды на водяной мельнице или гидроэлектростанции, конечно же, определяется массой ежесекундно протекающей в таком устройстве воды. Поэтому важнейшей характеристикой электрического тока является величина, называемая силой тока.

Сила тока — это физическая величина, численно равная электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Обозначают силу тока буквой I.

Пусть q — заряд, протекающий через сечение проводника за некоторый отрезок времени t. Тогда очевидно, что для нахождения ежесекундно протекающего заряда мы должны разделить весь заряд на значение промежутка времени, что и приводит нас к формуле силы тока:

Единицу силы тока не вводят через какие-либо формулы, а просто выбирают по договорённости, как это было уже сделано с единицами массы, времени и длины.

Здесь вы можете сказать, что подобная договорённость лишена логики: брать в качестве основной величины не единицу заряда, которая рассматривается значительно раньше, а единицу силы тока, то есть величину, которая получается путём логической операции с электрическим зарядом.

Вы абсолютно правы! Но все дело в том, что для всех основных единиц нужно создать эталоны, то есть устройства, позволяющие собрать и сохранить без потерь сведения о выбранной единице. Так вот, для единицы силы тока можно с гораздо большей точностью выбрать и сохранить эталон, чем для единицы электрического заряда, чем и объясняется такая «нелогичность» в выборе основной единицы.

В 1948 г. на Генеральной конференции по мерам и весам решили, что в основе определения единицы силы тока должно лежать явление взаимодействия двух проводников с током. Это явление можно пронаблюдать на опыте. Если по двум параллельным проводникам пропустить ток, то, в зависимости от направления тока, проводники либо притянутся, либо оттолкнутся.

При этом сила притяжения или отталкивания между проводниками прямо пропорциональна силе тока в них, то есть чем больше сила тока, тем сильнее взаимодействуют проводники.

Но чтобы ввести точный эталон, необходимо соблюдать очень жёсткие условия опыта. Проводники должны быть тонкими и бесконечно длинными, при этом они должны находиться в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга.

Поэтому, за единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой бесконечно длинные параллельные проводники, находящиеся на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме, на каждом метре своей длины взаимодействуют с силой 2 ∙ 10−7 Н.

Эту единицу силы тока называют ампером. Названа она так в честь французского физика А. Ампера, и является основной единицей силы тока в СИ.

1 А — это очень большое значение силы тока. Поэтому в науке, технике и на практике часто используют кратные и дольные единицы силы тока:

Познакомившись с единицей силы тока, мы можем дать и строгое определение единицы электрического заряда (количества электричества). Зная формулу для расчёта силы тока, можно записать: q = It. Учитывая, что единицей силы тока является ампер, а единицей времени — секунда, получим, что 1 Кл — это заряд, протекающий за 1 с через поперечное сечение проводника с током силой 1 А.

Ещё одна очень важная особенность силы тока заключается в следующем: сила тока во всех участках проводника, по которому протекает электрический ток, одинакова. Всё дело в том, что, когда в проводнике протекает ток, заряд нигде ни в какой его части не скапливается. Так, если в начале проводника, например, металлической проволочки, сила тока равна 1 А, то и в любом поперечном сечении проводника, и в конце его она тоже обязательно 1 А.

 Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называют амперметром.

Амперметр и по своему принципу действия, и по устройству похож на гальванометр. Его работа основана на магнитном действии тока.

Чем больше сила тока, проходящего по катушке, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки прибора. Поскольку с помощью амперметра измеряют силу тока, то он устроен так, чтобы включение его в цепь практически не влияло на силу тока в цепи.

Чтобы отличить амперметр от гальванометра, на его шкале ставят букву «А». На схемах амперметр изображают кружком с буквой «А» в центре:

Будьте внимательны при работе с амперметрами, так как каждый из них рассчитан на некоторую максимальную силу тока. Иначе прибор может попросту сгореть.

Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить. Иными словами, чтобы контролировать значение силы тока, протекающего в интересующей нас части цепи, мы должны обязательно сделать разрыв цепи и включить в разрыв амперметр, чтобы весь заряд, протекающий в этой части цепи, проходил через прибор.

Обратите внимание и на то, что у каждой клеммы прибора стоит свой знак: или «плюс», или «минус». Это значит, что клемму со знаком «плюс» надо обязательно соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком «минус» — с отрицательным.

Если цепь состоит из нескольких последовательно соединённых проводников или приборов (это такое соединение, при котором начало одного проводника соединяется с концом другого), то амперметр будет показывать во всех точках цепи одно и то же значение силы тока.

Пример решения задачи.

Задача. По графику зависимости перенесённого заряда от времени найдите силу тока в проводнике. Какое количество электронов проходит через сечение проводника за 5 с?

Элеком37, Электрический ток. Сила тока. Сопротивление.

Электрический ток. Сила тока. Сопротивление.

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Средняя сила тока находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I1 до значения I2, то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R0 – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

Формула напряжения тока. Найти электрическое напряжение, разность потенциалов.

Как известно у электрического напряжения должна быть своя мера, которая изначально соответствует той величине, что рассчитана для питания того или иного электротехнического устройства. Превышение или снижение величины этого напряжения питания негативно влияет на электрическую технику, вплоть до полного выхода ее из строя. А что такое напряжение? Это разность электрических потенциалов. То есть, если для простоты понимания его сравнить с водой, то это примерно будет соответствовать давлению. По научному электрическое напряжение — это физическая величина, показывающая, какую работу совершает на данном участке ток при перемещении по этому участку единичного заряда.

Наиболее распространенной формулой напряжения тока является та, в которой имеются три основные электрические величины, а именно это само напряжение, ток и сопротивление. Ну, а формула эта известна под названием закона Ома (нахождение электрического напряжения, разности потенциалов).

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Напомню, в электротехнике для различных физических величин существуют свои единицы измерения. Единицей измерения напряжения является «Вольт» (в честь ученого Алессандро Вольта, который открыл это явление). Единица измерения силы тока — «Ампер», и сопротивления — «Ом». В итоге мы имеем — электрическое напряжение в 1 вольт будет равно 1 ампер умноженный на 1 ом.

Помимо этого второй наиболее используемой формулой напряжения тока является та, в которой это самое напряжение можно найти зная электрическую мощность и силу тока.

Звучит эта формула следующим образом — электрическое напряжение равно отношению мощности к силе тока (чтобы найти напряжение нужно мощность разделить на ток). Сама же мощность находится путем перемножения тока на напряжение. Ну, и чтобы найти силу тока нужно мощность разделить на напряжение. Все предельно просто. Единицей измерения электрической мощности является «Ватт». Следовательно 1 вольт будет равен 1 ватт деленный на 1 ампер.

Ну, а теперь приведу более научную формулу электрического напряжения, которая содержит в себе «работу» и «заряды».

В этой формуле показывается отношение совершаемой работы по перемещению электрического заряда. На практике же данная формула вам вряд ли понадобится. Наиболее встречаемой будет та, которая содержит в себе ток, сопротивление и мощность (то есть первые две формулы). Но, хочу предупредить, что она будет верна лишь для случая применения активных сопротивлений. То есть, когда расчеты производятся для электрической цепи, у которой имеется сопротивления в виде обычных резисторов, нагревателей (со спиралью нихрома), лампочек накаливания и так далее, то приведенная формула будет работать. В случае использования реактивного сопротивления (наличии в цепи индуктивности или емкости) нужна будет другая формула напряжения тока, которая учитывает также частоту напряжения, индуктивность, емкость.

P.S. Формула закона Ома является фундаментальной, и именно по ней всегда можно найти одну неизвестную величину из двух известных (ток, напряжение, сопротивление). На практике закон ома будет применяться очень часто, так что его просто необходимо знать наизусть каждому электрику и электронику.

Определение сила тока в физике

: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

СИЛА ТОКА является количественной характеристикой электрического тока- это физическая величина, равная количеству электричества, протекающего через сечение проводника за единицу времени. Измеряется в амперах.

Для электропроводки в квартире сила тока играет огромную роль, потому что исходя из максимально возможного значения для отдельной линии, идущей от электрощита зависит сечение проводника и величина максимального тока автоматического выключателя, защищающего электрический кабель от повреждений в случае возникновения .

Поэтому, если не правильно выбрано сечение и автоматический выключатель- его будет просто выбивать, а заменить его на более мощный просто не получится.

Например, самые распространенные провода и кабеля в электропроводке сечением 1.5 квадратных миллиметра- из меди или 2.5- из алюминия. Они рассчитаны на максимальный ток 16 Ампер или подключение мощности не более 3 с половиной киловатт. Если Вы подключите мощные электропотребители превышающие эти пределы, то просто заменить автомат на 25 А нельзя- не выдержит электропроводка и придется от щита перекладывать медный кабель сечением 2. 5 кв. мм, который рассчитан на максимальный ток 25 А.

Единицы измерения мощности электрического тока.

Кроме Амперов, Мы часто сталкиваемся с понятием мощности электрического тока. Эта величина показывает работу тока, совершенную в единицу времени.

Мощность равняется отношению совершенной работы ко времени, в течение которого она была совершена. Мощность измеряется в Ваттах и обозначается буквой Р. Высчитывается по формуле P = А х B, т. е. для того что бы узнать мощность- необходимо величину напряжения электросети умножить на потребляемый ток, подключенными к ней электроприборами, бытовой техникой, освещением и т. д.

На электропотребителях часто на табличках или в паспорте только указывается потребляемая мощность, зная которую легко можно высчитать ток. Например, потребляемая мощность телевизором 110 Ватт. Что бы узнать величину потребляемого тока- делим мощность на напряжение 220 Вольт и получаем 0. 5 А.
Но учтите, что это максимальная величина, в реальности она может быть меньше т. к. телевизор на низкой яркости и при других условиях будет меньше расходовать электроэнергии.

Приборы для измерения электрического тока.

Для того что бы узнать реальный расход электроэнергии с учетом работы в разных режимах для электроприборов, бытовой техники и т. п. — нам понадобятся электроизмерительные приборы:

  1. Амперметр — хорошо всем знакомый с практических уроков физики в школе (рисунок 1). Но в быту и профессионалами они не используются из-за непрактичности.
  2. Мультиметр — это электронное устройство выполняет многоразличных замеров, в том числе и силы тока (рисунок 2). Очень широко распространен, как среди электриков так и в быту. Как с его помощью измерять силу тока Я уже рассказывал .
  3. Тестер — то же самое практически, что и мультиметр, но без использования электронники со стрелкой, которая указывает величину измерения по делениям на экране. Сегодня редко можно встретить, но они широко использовались в советское время.
  4. Измерительные клещи электрика (рисунок 3), именно ими Я пользуюсь в своей работе, потому что они не требуют разрыва проводника для измерения, нет необходимости лезть под напряжение и отключать нагрузку. Ими измерять одно удовольствие- быстро и легко.

Как правильно измерять силу тока.

Для того что бы измерить силу для потребителей , необходимо один зажим от амперметра, тестера или мультиметра присоединить к плюсовой клемме аккумулятора или проводу от блока питания или трансформатора, а второй зажим- к проводу идущему к потребителю и после включения режима измерения постоянного тока с запасом по верхнему максимальному пределу- делать замеры.

Будьте аккуратны при размыкании работающей цепи возникает дуга, величина которой возрастает вместе с силой тока.

Для того что бы измерить ток для потребителей подключаемых напрямую в розетку или к электрическому кабелю от домашней электросети, измерительное устройство переводится в режим измерения переменного тока с запасом по верхнему пределу. Далее тестер или мультиметр включаются в разрыв фазного провода. Что такое фаза читаем в .

Все работы необходимо проводить только после снятия напряжения.

После того как все готово, включаем и проверяем силу тока. Только следите, что бы Вы не касались оголенных контактов или проводов.

Согласитесь, что выше описанные методы очень не удобны и да же опасны!

Я уже давно в своей профессиональной деятельности электрика пользуюсь для измерения силы тока токоизмерительными клещами (на картинке справа). Они не редко идут в одном корпусе с мультиметром.

Мерить ими просто- включаем и переводим в режим измерения переменного тока, затем разводим находящиеся сверху усы и пропускаем во внутрь фазный провод, после этого следим что бы они плотно прилегли к друг другу и производим измерения.

Как видите- быстро, просто и можно измерять силу тока под напряжением данным способом, только будьте аккуратны не закоротите в электрощите случайно соседние провода.

Только помните, что для правильного замера- нужно делать обхват только одного фазного провода, а если обхватить цельный кабель, в котором вместе идут фаза и ноль- измерения провести будет не возможно!

Похожие материалы:

Электрическим током называют направленное движение заряженных частиц в определённом направлении по проводнику.

Ток в проводнике

Для того чтобы ток возник в проводнике, необходимо, чтобы в какой-то среде были свободные электрические заряды. Двигаться эти заряды заставляет некая сила F, равная величине заряда q, умноженной на напряжённость поля Е.

Направление движения положительных зарядов принимают за направление тока.

Электрическое поле существует, если разность потенциалов между любыми двумя точками проводника, находящегося в этом поле, не равна нулю.

Однако, в таком поле направленное движение электрических зарядов приведёт к тому, что потенциалы на концах проводника станут одинаковыми. Движение зарядов прекратится. Следовательно, исчезнет и электрическое поле. Чтобы поддержать существование электрического поля, необходимо устройство, которое называют источником тока. Источником тока могут быть батареи, аккумуляторы, электрогенераторы, солнечные батареи.

Постоянный и переменный ток

Постоянный ток

Постоянным называют ток, направление и величина которого не меняются с течением времени. График постоянного тока относительно оси времени представляет собой прямую линию.

Электрическое поле, с помощью которого создаётся постоянный ток в проводнике, называют стационарным.

Простейший источник постоянного тока – химический элемент (аккумулятор или гальванический элемент). Направление тока в таком источнике самопроизвольно меняться не может.

Переменный ток

Переменным называется ток, величина и направление которого, в отличие от постоянного тока, с течением времени меняются по определённой закономерности. Причём, эти изменения повторяются через определённые периоды времени.

Если построить график переменного тока, то мы увидим, что он имеет форму синусоиды.

Временной промежуток, в течение которого происходит полный цикл изменения тока, называется периодом . А число полных периодов в 1 секунду, называют частотой переменного тока . Максимальное значение тока во время полного периода называется амплитудным значением тока . Значение тока в любой выбранный момент времени называют мгновенным значением тока .

Источниками переменного тока являются генераторы переменного тока.

Для освещения и промышленных целей переменный ток вырабатывают мощными генераторами, которые приводятся в движение двигателями внутреннего сгорания, паровыми или водяными турбинами.

Сила тока

Силой тока называют величину, равную заряду, который протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени.

В международной системе единиц (СИ) сила тока измеряется в амперах.

Для участка цепи сила тока по закону Ампера прямо пропорциональна напряжению U, приложенному к участку цепи, и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка R.

Эта формула справедлива для постоянного тока.

Силу тока измеряют с помощью специального прибора – амперметра.

Напряжение в сети переменного тока изменяется по гармоническому закону

U = U m cos ωt

Переменный электрический ток в проводнике возникает под действием переменного электрического поля. Частота и фаза колебаний переменного тока совпадают с частотой и фазой колебаний напряжения.

Мгновенное значение силы переменного тока выражается формулой

i = I m cos ωt

где i – мгновенное значение силы тока

I m — амплитудное значение силы тока

ω – угловая частота

ω = 2πf

f – частота переменного тока

Амплитудное значение силы тока равно I m = U m /R

Действующим значением силы переменного тока называется такое его значение, при котором средняя мощность в проводнике в цепи переменного тока равна мощности в этом же проводнике в цепи постоянного тока.

I Д = 1,44 I m

Практически всё электрооборудование промышленных предприятий, бытовые приборы питаются от сетей переменного тока.

Начиная с этого урока, мы начинаем повторение полученных нами знаний в восьмом классе об электрическом токе, а также углубим эти знания.

Определение. Электрический ток — направленное упорядоченное движение заряженных частиц.

Упомянутые частицы могут быть совершенно разными: электронами, ионами (как положительными, так и отрицательными). Даже обычное макротело (например, шарик), которому придан некоторый заряд и некоторая скорость, своим движением производит ток. Важно также понимать, что то самое упорядоченное движение не обязано распространяться на все частицы. Каждая частица может двигаться хаотически, однако в целом вся масса этих частиц смещается в определенном направлении, и именно это смещение обуславливает наличие тока (рис. 1):

Рис. 1. Модель движения заряженных частиц (наличие хаотических скоростей каждой отдельной частицы и общая скорость смещения всех частиц одновременно (скорость, определяющая ток))

Для простоты мы будем изучать так называемый постоянный ток , то есть тот ток, при котором заряженные частицы не меняют ни модуля скорости, ни ее направления.

Ток имеет три основных действия (свойства):


Главной физической величиной, характеризующей ток, является сила тока.

Определение. Сила тока — физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени, за который этот заряд прошел. Обозначение: . Единица измерения: А — ампер (в честь французского физика Андре-Мари Ампера, рис. 2)

Иначе говоря, сила тока определяет скорость прохождения зарядов сквозь проводник.

Рис. 2. Андре-Мари Ампер ()

Прибором для измерения силы тока является амперметр (рис. 3). Это электрический прибор, который необходимо подключить в цепь последовательно тому участку, силу тока на котором необходимо измерить.

Рис. 3. Внешний вид амперметра ()

Рис. 4. Обозначение амперметра на электрической схеме

Рассмотрим случай протекания постоянного тока в цилиндрическом проводнике (рис. 5) и выведем формулу определяющую скорость упорядоченного движения электронов (а именно они движутся в металлах).

Рис. 5. Схема протекания тока в проводнике

Запишем определение силы тока:

За время поперечное сечение успели пересечь все те электроны, находящиеся в пространстве проводника, ограниченном длиной (расстояние, которое прошли электроны за время ). Поэтому можно посчитать как:

Здесь: — заряд одного электрона; — концентрация электронов в проводнике.

Подставив это равенство в определение силы тока:

и учтя, что

Получаем формулу:

То есть сила тока и скорость движения электронов — прямо пропорциональные величины.

Для определения концентрации электронов необходимо применить формулы из курса молекулярной физики. Если сделать предположение, что на каждый атом вещества проводника приходится один электрон, то тогда справедливо:

Зная, что

Подставив

То есть при нашем допущении концентрация свободных электронов зависит только от материала проводника (плотности и молярной массы).

Для оценки порядка искомой скорости направленного движения электронов рассмотрим ток в 1 А, текущий по медному проводнику сечением 1 . Согласно формулам:

То есть, как можно убедиться, скорость движения электронов чрезвычайно мала. Быстрота же срабатывания всех электрических приборов, в частности, ламп, обусловлена тем, что двигаться начинают все электроны по всему объёму проводника практически одновременно.

На следующем уроке мы рассмотрим условия, наличие которых обязательно для существования тока.

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) — М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. — М.: Илекса, 2005.
  3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. — М.: 2010.
  1. Physics.ru ().
  2. Mugo.narod.ru ().
  3. Электрический ток. Сила и плотность тока ().

Домашнее задание

  1. Стр. 101: № 775. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. — М.: Дрофа, 2013. ()
  2. Движутся ли заряженные частицы в проводнике, по которому не течет ток?
  3. Какие действия тока можно наблюдать, пропуская ток через морскую воду?
  4. При какой силе тока за 4 с сквозь поперечное сечение проводника проходит 32 Кл?
  5. *Возможен ли электрический ток в отсутствии электрического поля?

Что такое электрический ток? Определение, единица, формула и примеры

Электрический ток — это поток заряженных частиц. В большинстве схем эти заряженные частицы являются свободными электронами.

Хотя для каждого иона меди существует свободный электрон, на рисунке 1 показан только один из этих свободных электронов, чтобы мы могли проследить его движение через решетку.

На рисунке 1 (а) этот свободный электрон беспорядочно перемещается от атома к атому. Случайное движение всех свободных электронов в проводнике усредняется, поэтому нет чистого потока электронов в любом направлении.

На рисунке 1 (b) показан тот же проводник, когда он включен в электрическую цепь, которая передает энергию свободным электронам. Этот внешний источник энергии накладывает чистый дрейф электронов вправо на беспорядочное движение свободных электронов.

Рисунок 1 Движение свободного электрона в медном проводнике

Батарея на Рисунке 2 добавляет электроны к левому концу проводника и, в то же время, удаляет такое же количество электронов с правого конца дирижера.

Батарея использует химическую энергию для поддержания избытка электронов (чистый отрицательный заряд) на отрицательной клемме и нехватки электронов (чистый положительный заряд) на ее положительной клемме.

Свободные электроны в проводнике отталкиваются отрицательным зарядом на отрицательной клемме батареи и притягиваются положительным зарядом на положительной клемме батареи. Поскольку эти электроны могут свободно перемещаться от атома к атому в решетке ионов меди, результатом является чистый дрейф электронов слева направо в проводнике.

Рисунок 2 Движение свободных электронов за счет энергии от батареи

Чтобы определить чистое движение свободных электронов в электрическом проводнике, мы можем рассмотреть воображаемую плоскость, пересекающую проводник под прямым углом к ​​его длине.

Рисунок 3 (a) показывает проводник без внешнего источника энергии, приложенного к нему. В любой момент времени количество электронов, пересекающих плоскость в одном направлении, равно количеству электронов, пересекающих в противоположном направлении.Нет чистого дрейфа электронов и, следовательно, нет электрического тока.

На рисунке 3 (b) внешний источник энергии заставляет большее количество электронов пересекать воображаемую плоскость слева направо, чем справа налево. Следовательно, , теперь есть чистый дрейф электронов вправо. Этот чистый дрейф носителей заряда представляет собой электрический ток.

Рисунок 3 Чистое движение электронов в проводнике

Определение электрического тока

Электрический ток — это чистый поток носителей заряда через заданную точку в электрической цепи в заданный период времени.

В электрической цепи ток от источника энергии к нагрузке равен току от нагрузки обратно к источнику энергии.

Кулон

Поскольку каждый электрон обладает одинаковым элементарным количеством заряда, мы можем выразить суммарный дрейф электронов через воображаемую плоскость на рисунке 3 через число электронов или общий заряд, которым обладает это число. электронов.

Практическая единица для выражения количества электрического заряда должна представлять заряд, переносимый многими миллиардами электронов.

Кулон (символ C) — это единица измерения количества электрического заряда в системе СИ. Кулон — это количество электрического заряда, переносимого 6,24 × 10 18 электронов.

Буквенный символ количества электрического заряда — Q, а буква e представляет заряд одного электрона.

Пример электрического тока 1

Сколько заряда несет 2,40 × 10 19 свободных электронов?

Решение

\ [Q = \ frac {2.{e} / {} _ {C}} = 3.85C \]

Формула и единица измерения электрического тока

Электрический ток измеряется в единицах скорости потока заряда. Единица измерения электрического тока в системе СИ, ампер, названа в честь французского пионера электрофизики Андре Мари Ампера (1775–1836).

Единица: Ампер (символ A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ.

Один ампер равен одному кулону заряда в секунду:

1 А = 1 Кл / с.

Буквенное обозначение электрического тока — I.

Формула: Соотношение между током и зарядом:

\ [I = \ frac {Q} {t} \]

Где I — ток в амперах, Q — заряд в кулонах, а t — время в секунд.

Электрический ток Пример 2

Найдите ток в электронагревателе, когда заряд 75 C проходит через нагреватель за полминуты.

Решение

\ [\ begin {align} & \ begin {matrix} I = \ frac {Q} {t} = & \ frac {75C} {30s} = & 2.{C} / {} _ {s} & 2.5A \\\ end {matrix} \\ & \ begin {matrix} \ uparrow & {} & \ begin {matrix} {} & \ uparrow & \ begin {matrix} {} & {} & \ uparrow & \ begin {matrix} {} & {} & \ uparrow \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \\ & \ begin {matrix} step1 & step2 & {} & \ begin {matrix} step3 & {} & step4 & {} \\\ end {matrix} \\\ end {matrix} \\ \ end {align} \]

При использовании калькулятора мы обычно просто вводим данные, чтобы получить числовой ответ за один шаг.Однако часто бывает полезен системный подход, особенно для более сложных расчетов. Вот последовательность шагов для решения Примера 2.

Шаг 1

Обратите внимание, что в задаче указаны две части информации и запрашивается одна. {- 5}} s = 80 мс \]

Обычный ток и поток электронов

Носителями заряда в металлических проводниках являются свободные электроны которые текут от отрицательной клеммы источника напряжения к положительной клемме.Однако электрический ток также может быть результатом потока положительных и отрицательных ионов.

Для вычисления алгебраической суммы токов на стыке в цепи нам необходимо определить направление тока таким образом, чтобы это можно было применить ко всем типам носителей заряда.

Поскольку большинство проводников схемы металлические, было бы логично определить направление тока в терминах потока электронов. Однако экспериментаторы установили соглашение о направлении тока задолго до открытия электрона.

Поскольку Майкл Фарадей (1791–1867) показал, что металлы переходят от положительного вывода к отрицательному в электролитических ячейках, направление обычного тока было принято от положительного к отрицательному. Положительные носители заряда движутся в направлении, противоположном отрицательным носителям заряда, таким как свободные электроны и отрицательные ионы.

Следовательно, законы и расчеты для электрических цепей были основаны на токе, протекающем от положительной клеммы источника, через цепь и обратно к отрицательной клемме.

Итак, мы должны помнить, что обычный ток — это просто математическое соглашение для описания тока и что электроны текут в противоположном направлении.

На схемах в этом тексте показано направление условного тока.

Базовые единицы простых электрических цепей, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (от 23 октября 2019 г.)

Основные элементы простой электрической цепи — это ампер, вольт и ом.

Простая схема обычно состоит из источника напряжения, металлических проводов, проводящих электрический ток, и одного или нескольких резисторов, препятствующих прохождению тока. Ток может быть постоянным (DC) или переменным (AC), и не должно быть дополнительных устройств, влияющих на ток.

Единица измерения электрического тока — ампер — является основной единицей международного стандарта (СИ). Единицы измерения напряжения и сопротивления являются производными от ампера и других стандартных единиц.К сожалению, международный комитет ученых сделал определения более сложными, чем они должны быть.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Какое определение для ампер?
  • Что за вольт?
  • Что такое единица измерения сопротивления?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц



Ампер

Ампер ( A ) — основная единица измерения электрического тока в системе СИ.Его можно определить как количество электрического заряда или количество электронов, которые проходят точку в цепи за одну секунду. Один ампер равен 6,241 * 10 18 электронов, проходящих точку в секунду или один кулон в секунду. (Кулон ( C ) — это единица измерения электрического заряда в системе СИ.)

Официальное определение ампера в системе СИ несколько странно:

«Ампер — это тот постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии 1 метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 * 10 — 7 ньютона на метр длины.«

Примечание : Я считаю, что требование наличия проводника бесконечной длины и «незначительного» поперечного сечения непрактично и не входит в стандартное определение. Кроме того, существуют неустановленные последствия отношения силы между двумя проводами и током, которые следует выразить.

Поскольку A является базовой единицей СИ, она не выражается в других единицах.

Вольт

Вольт ( В, ) — производная единица измерения электрического потенциала или электродвижущей силы в системе СИ, которая заставляет электроны двигаться.Поскольку источник электричества создает энергию, вольт можно определить как разность потенциалов между двумя точками в электрической цепи, которая будет передавать один джоуль ( Дж ) энергии на один кулон ( C ) заряда, который проходит через него.

V = J / C

Напряжение также можно указать как электрический потенциал вдоль провода, когда электрический ток в один ампер рассеивает один ватт ( Вт, ) мощности ( Вт = Дж / с ).

V = W / A

Вольт может быть указан в основных единицах СИ как 1 В = 1 кг · м 2 с −3 A −1 (один килограмм-метр в квадрате в секунду в кубе на ампер).

Принимая во внимание официальное определение ампера в системе СИ, вольт также равен разности потенциалов между двумя параллельными бесконечными плоскостями, расположенными на расстоянии 1 метра друг от друга, которые создают электрическое поле в 1 ньютон на кулон.

Ом

Ом ( Ом, ) — это единица электрического сопротивления в цепи.Он определяется как сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в 1 вольт ( В, ), приложенная к этим точкам, создает в проводнике ток в 1,0 ампер ( А, ), при условии, что проводник не источник какой-либо электродвижущей силы, например, в батарее.

Ом = В / А

Обратите внимание на , что это также уравнение закона Ома.

Указание сопротивления в основных единицах СИ:

Ом = кг · м 2 с −3 A −2

Электрическое сопротивление также зависит от поперечного сечения провода, а также от его температуры.

Сводка

Ампер ( A ) — это основная единица СИ, состоящая из количества электрического заряда или количества электронов, которые проходят точку в электрической цепи за одну секунду. Вольт ( В, ) — это электрический потенциал, заставляющий электроны двигаться по проводу. Это джоуль энергии на кулон заряда. Ом ( Ом, ) — это единица электрического сопротивления, равная 1 вольту, деленному на 1 ампер.


Excel в том, чем вы занимаетесь


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Единица электрического тока (ампер) — Национальный институт стандартов и технологий (NIST)

ампер — Википедия

Кулоновская сила — Wolfram Science World

Кулон — Википедия

Напряжение — HyperPhysics

Разность электрических потенциалов — Кабинет физики

Вольт — Википедия

Ом — Википедия

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Научитесь электричеству и электронике Стэна Гибилиско; Макгроу-Хилл; (2001) 34 доллара.95 — Руководство для профессионалов, любителей и техников, желающих изучить цепи переменного и постоянного тока


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
electric_basic_units.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Основные элементы электрических цепей

Что сейчас? — Определение от WhatIs.com

От

См. Также напряжение, сопротивление и закон Ома.

Ток — это поток носителей электрического заряда, обычно электронов или электронно-дефицитных атомов. Обычным обозначением тока является заглавная буква I. Стандартной единицей измерения является ампер, обозначаемый буквой A. Один ампер тока представляет один кулон электрического заряда (6,24 x 10 18 носителей заряда), проходящего мимо определенной точки за одну секунду. . Физики считают, что ток течет от относительно положительных точек к относительно отрицательным точкам; это называется обычным током или током Франклина.Электроны, наиболее распространенные носители заряда, заряжены отрицательно. Они перетекают от относительно отрицательных точек к относительно положительным.

Электрический ток может быть постоянным или переменным. Постоянный ток (DC) течет в одном и том же направлении во все моменты времени, хотя мгновенная величина тока может варьироваться. В переменном токе (AC) поток носителей заряда периодически меняет направление на противоположное. Количество полных циклов переменного тока в секунду — это частота, которая измеряется в герцах.Примером чистого постоянного тока является ток, производимый электрохимической ячейкой. Выход выпрямителя источника питания до фильтрации является примером пульсирующего постоянного тока. Выход из розеток общего пользования — переменный ток.

Ток на единицу площади поперечного сечения известен как плотность тока . Он выражается в амперах на квадратный метр, в амперах на квадратный сантиметр или в амперах на квадратный миллиметр. Плотность тока также можно выразить в амперах на круговой мил. Как правило, чем больше ток в проводнике, тем выше плотность тока.Однако в некоторых ситуациях плотность тока варьируется в разных частях электрического проводника. Классическим примером является так называемый скин-эффект , при котором плотность тока высока около внешней поверхности проводника и низкая — около центра. Этот эффект возникает при переменном токе на высоких частотах. Другой пример — ток внутри активного электронного компонента, такого как полевой транзистор (FET).

Электрический ток всегда создает магнитное поле.Чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Пульсирующий постоянный ток или переменный ток обычно создает электромагнитное поле. Это принцип, по которому происходит распространение беспроводного сигнала.

Последний раз обновлялся в августе 2007 г.

Что такое электрический ток? — Определение, единицы и типы — Видео и стенограмма урока

Постоянный и переменный ток

Сегодня широко используются два разных типа тока.Это постоянный ток, сокращенно DC, и переменный ток, сокращенно AC. В постоянного тока электроны текут в одном направлении. Батареи создают постоянный ток, потому что электроны всегда текут с «отрицательной» стороны на «положительную».

В постоянном токе электроны движутся в одном направлении.

Переменный ток , сокращенно AC, толкает электроны вперед и назад, изменяя направление потока несколько раз в секунду.В Соединенных Штатах ток меняет направление со скоростью 60 герц, или 60 раз за одну секунду. Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии для вашего дома, предназначены для выработки переменного тока. Вы, вероятно, никогда не замечали, что свет в вашем доме на самом деле мерцает при изменении направления тока, потому что это происходит слишком быстро, чтобы наши глаза могли его обнаружить.

Итак, зачем нам два типа тока и какой из них лучше? Что ж, это хороший вопрос, и тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, должен сказать вам, что они оба служат определенной цели.Еще в 19 веке считалось, что для эффективной передачи энергии на большие расстояния между электростанцией и домом ее необходимо передавать при очень высоком напряжении. Проблема заключалась в том, что подавать в дом действительно высокое напряжение было чрезвычайно опасно для людей, живущих в нем.

Решением этой проблемы было снижение напряжения прямо за пределами дома, прежде чем отправлять его внутрь. С технологией, существовавшей в то время, было намного легче снизить напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток выиграл как предпочтительный тип тока.По сей день мы все еще используем переменный ток для передачи электроэнергии на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.

Итак, зачем нам вообще DC? Что ж, в первую очередь, важно понимать, что в настоящее время у нас нет никакого способа хранить электрическую энергию. «Но постойте!» — скажете вы. «А что насчет батарей? Разве они не хранят электрическую энергию? На самом деле, батареи преобразуют электрическую энергию и хранят ее в виде химической энергии. Как мы упоминали ранее, батареи создают только постоянный ток и, в свою очередь, могут заряжаться только постоянным током.Это означает, что переменный ток необходимо сначала преобразовать в постоянный, прежде чем его можно будет использовать с батареей. Пока не будет изобретена батарея переменного тока, постоянный ток всегда будет необходим.

За последние несколько десятилетий постоянный ток стал более важным из-за широкого использования электроники. Все наши высокотехнологичные игрушки, такие как компьютеры и сотовые телефоны, содержат детали, которые работают только от постоянного тока. Это означает, что даже если многие из наших гаджетов подключаются к розетке переменного тока, мощность внутри устройства преобразуется в постоянный ток, прежде чем оно будет использовано.

Единицы тока

Единицы измерения тока — ампер , но это слово часто сокращают до «ампер». Вероятно, самое обычное место, где можно увидеть что-то с номинальным током, — это коробка автоматического выключателя в вашем доме. Цифры на переключателях показывают, сколько ампер тока может пройти через прерыватель, прежде чем он отключится для защиты проводов. Это подводит нас к важному моменту. Ток измеряется количеством электрического заряда, который проходит через заданную точку, такую ​​как автоматический выключатель, за период времени в одну секунду.Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, истинная единица измерения тока — кулоны в секунду. Но разве не проще сказать «амперы»? К счастью для нас, один ампер определяется как один кулон в секунду, так что технически это одно и то же.

Итоги урока

Подведем итоги тому, что мы узнали. Проводники содержат много свободных электронов, которые обычно перемещаются от атома к атому в случайных направлениях. Когда к проводнику прикладывается напряжение, все свободные электроны текут в одном направлении, которое называется током.В то время как электрическая энергия передается через проводник почти со скоростью света, отдельные электроны движутся гораздо медленнее.

Существует два вида электрического тока: постоянный и переменный. В постоянном токе, сокращенно DC, электроны движутся в одном направлении. Этот тип тока создается, когда электроны движутся по цепи, чтобы перейти от «отрицательного» конца к «положительному» концу батареи. Постоянный ток имеет важные применения в хранении энергии и для питания многих наших электронных устройств.

В переменном токе, сокращенно AC, электроны меняют направление несколько раз в секунду. Этот тип тока создается генераторами на электростанции, потому что он лучше всего подходит для передачи электроэнергии на большие расстояния. Наконец, единицей измерения тока является ампер, который определяется как один кулон заряда, проходящий через заданную точку за одну секунду.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

  • Обобщать, как электроны движутся в токе
  • Различие между переменным и постоянным током
  • Определите текущую единицу

Определение электрического тока

Электрический ток — это мера количества электрического заряда, переносимого за единицу времени.Он представляет собой поток электронов через проводящий материал, например металлическую проволоку. Измеряется в амперах.

Единицы и обозначения для электрического тока

Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер, равный 1 кулону в секунду. Ток — это величина, то есть это одно и то же число независимо от направления потока, без положительного или отрицательного числа. Однако при анализе цепей важно направление тока.

Условное обозначение тока — I , которое происходит от французской фразы интенсивность куранта , что означает сила тока .Сила тока часто обозначается просто как , ток .

Символ I использовал Андре-Мари Ампер, в честь которого названа единица измерения электрического тока. Он использовал символ I при формулировке закона силы Ампера в 1820 году. Обозначение перешло из Франции в Великобританию, где оно стало стандартом, хотя по крайней мере один журнал не изменился с C на I до 1896 года.

Закон Ома, регулирующий электрический ток

Закон Ома гласит, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками.Вводя константу пропорциональности, сопротивление, приходим к обычному математическому уравнению, описывающему эту взаимосвязь:

I = V / R

В этом соотношении I — это ток через проводник в единицах ампер, V — разность потенциалов, измеренная на проводе в единицах вольт, и R — сопротивление проводника в единицах Ом. . Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом отношении является постоянным и не зависит от тока.Закон Ома используется в электротехнике для решения схем.

Аббревиатуры AC и DC часто используются для обозначения просто переменного и постоянного , когда они изменяют ток или напряжение . Это два основных типа электрического тока.

Постоянный ток

Постоянный ток (DC) — это однонаправленный поток электрического заряда. Электрический заряд течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока.Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока , был гальваническим током.

Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа динамо-типа. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках.

переменного тока

В переменном токе (AC, также AC) движение электрического заряда периодически меняет направление.В постоянном токе электрический заряд идет только в одном направлении.

Переменный ток — это форма подачи электроэнергии на предприятия и жилые дома. Обычная форма волны в силовой цепи переменного тока — синусоидальная волна. В некоторых приложениях используются сигналы различной формы, например треугольные или прямоугольные.

Аудио- и радиосигналы, передаваемые по электрическим проводам, также являются примерами переменного тока. Важной целью в этих приложениях является восстановление информации, закодированной (или модулированной ) в сигнал переменного тока.

Текущие определения единиц СИ

Ознакомьтесь с семью константами, определяющими СИ. Следующие семь определений базовых единиц СИ основаны на брошюре BIPM SI (9-е издание).

Определения основных единиц СИ


Единица длины метр Метр (символ m) — это единица измерения длины в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения скорости света в вакууме c равным 299 792 458 при выражении в единицах m s -1 , где секунда определяется в терминах Δ ν Cs .

Единица массы килограмм Килограмм (символ кг) — это единица массы в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Планка h равным 6,626070 15 × 10 -34 при выражении в единицах Дж с, что равно кг · м 2 с -1 , где счетчик и секунда определены в терминах c и Δν Cs .

Единица времени второй Второй символ s — это единица измерения времени в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения частоты цезия Δ ν Cs , невозмущенной частоты сверхтонкого перехода основного состояния атома цезия 133, равной 9 192 631 770 при выражении в единицах Гц, т.е. равно s -1 .

Единица
электрический ток
ампер Ампер (символ A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 x 10 -19 при выражении в единицах C, которые равны A s, где секунда определяется в единицах Δ ν Cs .

Единица
термодинамический
температура
кельвин Кельвин, символ K, является единицей измерения термодинамической температуры в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Больцмана k равным 1,380 649 x 10 -23 при выражении в единицах JK -1 , что равно кг · м 2 с -2 K -1 , где килограмм, метр и секунда определены в терминах h , c и Δ ν Cs .

Единица
сумма
вещество
моль

Моль (символ моль) — это единица измерения количества вещества в системе СИ.Один моль содержит ровно 6,022 140 76 x 10 23 элементарных сущностей. Это число представляет собой фиксированное числовое значение постоянной Авогадро, N A , выраженное в единицах моль -1 , и называется числом Авогадро. Количество вещества, символ n , в системе является мерой количества определенных элементарных объектов. Элементарным объектом может быть атом, молекула, ион, электрон, любая другая частица или определенная группа частиц.


Единица
светящийся
интенсивность
кандела Кандела (символ cd) — это единица измерения силы света в системе СИ в заданном направлении.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения световой отдачи монохроматического излучения с частотой 540 x 10 12 Гц, K кд равным 683 при выражении в единицах лм Вт -1 , т.е. равно cd sr W -1 или cd sr кг -1 m -2 s 3 , где килограмм, метр и секунда определены в терминах h , c и Δ ν Cs .

Перейти к единицам СИ Справочная информация или Базовые единицы СИ

Онлайн: Март 1998- Последнее обновление: Июнь 2019

Электричество, электрический ток и цепь, класс десять, наука NCERT


Электрический ток и цепь

Электрический ток: Поток электрического заряда известен как электрический ток.Электрический ток передается за счет движения электронов по проводнику.

По соглашению, электрический ток течет в направлении, противоположном движению электронов.

Электрическая цепь: Электрическая цепь — это непрерывный и замкнутый путь электрического тока.

Выражение электрического тока: Электрический ток обозначается буквой «I». Электрический ток выражается скоростью протекания электрических зарядов. Скорость потока означает количество заряда, протекающего через определенную область в единицу времени.

Рис. Обычный поток электрического заряда

Если чистый электрический заряд (Q) протекает через поперечное сечение проводника за время t, то;

`текст (Электрический ток) (I) = (текст (Чистый заряд) (Q)) / (текст (Время) (t))`

Или, `I = Q / t`

Где, I — электрический ток, Q — чистый заряд, а t — время в секундах.

Единица СИ электрического заряда и тока:

Единица измерения электрического заряда в СИ — кулон (Кл). -6` A

Амперметр: Аппарат для измерения электрического тока в цепи.



Пример 1. Найдите количество электрического заряда, протекающего по цепи, если электрический прибор потребляет электрический ток силой 5 А в течение 5 минут.

Решение: Учитывая, электрический ток (I) = 5 A

Время (t) = 5 минут `= 5 xx 60 = 300` с

Электрический заряд (Q) =?

Мы знаем; `I = Q / t`

Или, `Q = I xx t`

Или, `Q = 5 A xx 300 s = 1500 C`

Пример 2: Если в течение 1 часа через нить накала лампы пропускается ток силой 2 ампера, найдите количество электрического заряда, протекающего через цепь.

Решение: Учитывая, электрический ток (I) = 2 A

Время (t) = 1 час `= 1 xx 60 xx 60 с = 3600 с`

Электрический заряд (Q) =?

Мы знаем, что `Q = I xx t`

Следовательно, `Q = 2 A xx 3600 s = 7200 C`


Пример 3: За сколько времени пройдет 6000 кулонов электрического заряда, если электрический ток силой 10 А будет протекать через электродвигатель?

Решение: Учитывая, электрический заряд (Q) = 6000 C

Электрический ток (I) = 10 А

Время (t) =?

Мы знаем; `I = Q / t`

Или, `t = Q / I`

Или, `t = (6000 C) / (10 A) = 600 с`

Или, `t = 10` мин.

Пример 4: Если электрический заряд 900 C протекает через электрическую лампочку в течение получаса, найдите электрический ток, потребляемый нитью накала.

Решение: Учитывая, электрический заряд (Q) = 900 C

Время (t) = Полчаса = 30 м `= 30 xx 60 = 1800 с`

Электрический ток (I) =?

Мы знаем; `I = Q / t`

Или, `I = (900 C) / (1800 с) = 0,5 A`

Пример 5: Если электрический заряд 15000 C протекает через электрический утюг в течение 5 минут, найдите электрический ток, потребляемый нитью электрического утюга.

Решение: Учитывая, электрический заряд (Q) = 1500 C

Время (t) = 5 м `= 5 xx 60 = 300 с`

Электрический ток (I) =?

Мы знаем; `I = Q / t`

Или, `I = (1500 C) / (300 s) = 5 A`


.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *