Ампер — это… Что такое Ампер?

Ампе́р (обозначение: А) — единица измерения силы электрического тока в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. В амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов (устаревшее наименование — ампер-виток)^[1].

Определение

Современное определение ампера было предложено Международным комитетом мер и весов в 1946 году и принято IX Генеральной конференцией по мерам и весам в 1948 году^[2][3].

• Ампер есть сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10⁻⁷ньютона.

Иллюстрация к определению ампера.

Из определения ампера следует, что магнитная постоянная равна Гн/ м или, что то же самое, Н/А²

точно. Это утверждение становится понятным, если учесть, что сила взаимодействия двух расположенных на расстоянии друг от друга параллельных проводников единичной длины, по которым текут токи и , выражается соотношением:

Магнитодвижущая сила 1 ампер (ампер-виток) — это такая магнитодвижущая сила, которую создает замкнутый контур, по которому протекает ток, равный 1 амперу.

История и перспективы

Единица измерения, принятая на 1-м Международном конгрессе электриков^[4] (1881 г., Париж), названа в честь французского физика Андре Ампера. Она была первоначально определёна как одна десятая единицы тока системы СГСМ (эта единица, известная в настоящее время как абампер или био, определяла ток, создающий силу в 2 дины на сантиметр длины между двумя тонкими проводниками на расстоянии в 1 см).

В 2011 г. XXIV Генеральная конференция по мерам и весам приняла резолюцию^[5], в которой предложено в будущей ревизии Международной системы единиц (СИ) продолжить переопределение основных единиц таким образом, чтобы они были основаны не на созданных человеком артефактах, а на фундаментальных физических постоянных или свойствах атомов.

В частности, предполагается, что СИ станет системой единиц, в которой элементарный электрический заряд e равен 1,602 17X·10⁻¹⁹ Кл точно^[6]. Результатом этого явится отмена ныне действующего определения ампера и принятие нового. Величина ампера будет установлена в соответствии с новым точным значением элементарного электрического заряда, выраженным в c ^.А.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 А	декаампер	даА	daA	10−1 А	дециампер	дА	dA
102 А	гектоампер	гА	hA	10−2 А	сантиампер	сА	cA
103 А	килоампер	кА	kA	10−3 А	миллиампер	мА	mA
106 А	мегаампер	МА	MA	10−6 А	микроампер	мкА	µA
109 А	гигаампер	ГА	GA	10−9 А	наноампер	нА	nA
1012 А	тераампер	ТА	TA	10−12 А	пикоампер	пА	pA
1015 А	петаампер	ПА	PA	10−15 А	фемтоампер	фА	fA
1018 А	эксаампер	ЭА	EA	10−18 А	аттоампер	аА	aA
1021 А	зеттаампер	ЗА	ZA	10−21 А	зептоампер	зА	zA
1024 А	йоттаампер	ИА	YA	10−24 А	йоктоампер	иА	yA
применять не рекомендуется

Связь с другими единицами СИ

Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону.

Если конденсатор ёмкостью в 1 фарад заряжать током 1 ампер, то напряжение на обкладках будет возрастать на 1 вольт каждую секунду.

См. также

Примечания

Литература

• Краткий словарь физических терминов / Сост. А. И. Болсун, рец. М. А. Ельяшевич. — Мн.: Вышэйшая школа, 1979. — С. 23-24. — 416 с. — 30 000 экз.

миллиампер [мА] в ампер [А] • Конвертер электрического тока • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Общие сведения

И. К. Айвазовский. Чесменский бой

Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства. Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях — электричество само по себе является самой удобной формой энергии.

Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества — флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты — минными заграждениями.

Корабельная радиостанция. 1910 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством. В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику — это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.

Радиостанция компании Гудзонова залива. Около 1937 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света — модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод — для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений. А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.

Электронная вакуумная лампа, ок. 1921 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации — моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.

Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.

Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников — достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.

Радиопередатчик из Дрюммонвилля, Квебек, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал — Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.

Телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.

Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века. Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.

Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов — электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.

Джеймс Клерк Максвелл. Скульптура Александра Штоддарта. Фото Ад Мескенс. Wikimedia Commons.

Историческая справка

С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов. Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.

Портрет Хендрика Антона Лоренца (1916 г.) кисти Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925)

Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.

Жан-Батист Био (1774–1862)

Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму. Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.

Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.

Электрический ток. Определения

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:

I = q / t где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, I — ток в амперах

Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:

I = U/R где U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах, I — ток в амперах

Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах — наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).

Размерность тока в системе СИ определяется как

[А] = [Кл] / [сек]

Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений

Алюминий — прекрасный проводник и поэтому широко используется для изготовления электрических кабелей

Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках

При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока — элементарных зарядов — характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту — обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.

Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур — более 1 000 000 K.

Эти высоковольтные воздушные коммутаторы содержат две основные детали: рубильник и изолятор, который устанавливаются в разрыв провода

С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.

В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов. С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов — проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.

Трансформатор с магнитопроводом из пластин. На краях хорошо видны Ш-образные и замыкающие пластины из трансформаторной стали

Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники — материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.

Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.

Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.

Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.

Хромированная пластмассовая душевая головка

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы — соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.

Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор, установленный в автомобиле Honda 2012 г.

Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.

Электрический ток в газах

Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов. Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.

Отвертка-пробник с неоновой лампой, показывающая наличие напряжения 220 В

Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.

Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией. Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.

Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет. При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.

Тихий разряд. Вольт-амперная характеристика.

Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда — тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.

Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики). Он называется электрическим пробоем газа.

Электронная лампа-вспышка с наполненной ксеноном трубкой (обведена красным прямоугольником)

Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма. Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном — металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.

Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.

Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда — идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.

Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.

Электрический ток в вакууме

Электронная лампа в радиопередающей станции. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.

Такие передающие телевизионные камеры использовались в восьмидесятых годах прошлого века. Канадский музей науки и техники, Оттава

Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.

Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.

Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.

Современный видеопроектор

Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.

При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы — иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения. Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.

Сканирующий электронный микроскоп SU3500 в Университете Торонто, факультет технологии материалов

В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.

Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением — полупроводниках.

Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека. Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.

Лампа бегущей волны (ЛБВ) диапазона С. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.

Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.

Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация — магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.

Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.

Электрический ток в биологии и медицине

Учебная операционная в Научно-исследовательском институте им. Ли Кашина, Торонто, Канада. Используемые при обучении роботизированные пациенты-манекены умеют моргать, дышать, кричать, демонстрировать симптомы болезней и кровотечения

Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.

При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана — внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.

Объемное представление нервных путей, соединяющих различные области мозга. Изображение получено с помощью диффузионной тензорной визуализации (ДТВ) — неинвазивного метода исследований мозга.

Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.

Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи. Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

Функциональная магнитно-резонансная томография или фМРТ — неинвазивная методика нейровизуализации, позволяющая измерять активность мозга по изменениям в токе крови в кровеносных сосудах

В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.

Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.

К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.

Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.

Автоматический дефибриллятор для обучения лиц, не являющихся медработниками

Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.

У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.

Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.

Характеристики электрического тока, его генерация и применение

Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.

Токамак-де-Варен — токамак-реактор в г. Варен, пров. Квебек в 1981 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря. Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.

Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств — от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.

Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.

Коллектор в мотор-генераторе, ок. 1904 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.

Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.

Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.

Объектив лазера в приводе компакт-диска

В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.

Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.

Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты. А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.

Стрелочный мультиметр со снятой верхней крышкой

Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.

Измерение силы электрического тока

Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия — это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.

По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы. Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.

Подвижная рамка с катушкой, стрелкой и пружинами, используемая в гальванометре показанного выше мультиметра. Некоторые до сих пор предпочитают пользоваться стрелочными приборами, конструкция которых с конца 19-го века остается практически неизменной

Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов — резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока — он может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:

• мгновенное,
• амплитудное,
• среднее,
• среднеквадратичное (действующее).

Мгновенное значение тока I _i — это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.

Амплитудное (пиковое) значение тока I_m — это наибольшее мгновенное значение тока за период.

Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.

Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.

Среднее значение (постоянная составляющая) тока — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.

Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.

Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.

Измерение тока с помощью осциллографа

Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).

Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:

Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта R_s=100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта R_s. Значение сопротивления шунта выбирается из условия R_s <<R. При проведении опытов учтём то обстоятельство, что рабочая частота осциллографа значительно выше рабочей частоты мультиметра.

Опыт 1

Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала — около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор R_s определяется по закону Ома:

I_RMS = U_RMS/R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен

I_P-P = U_P-P/R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить I_RMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).

Опыт 2

Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:

I_RMS = U_RMS/R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).

Опыт 3

Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.

Опыт 4

Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе R_s=100 Ом.

Техника безопасности при измерении тока и напряжения

Самодельный пьедестал-стойка с полнофункциональным телесуфлёром и мониторами для домашней видеостудии

• Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
• Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков ( при напряжении свыше 1000 В).
• Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
• При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
• Пользоваться исправным измерительным инструментом.
• В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
• Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
• Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

что измеряют в этой величине, чему она равна

В амперах замеряют силу неизменяющегося электрического тока, который проходит по двум прямым параллельным проводникам. Они расположены в вакуумном пространстве на расстоянии в 1 метре друг от друга, ток вызывает на участках проводников определённую силу взаимодействия. Единицей измерения ампер называют магнитодвижущую силу, создающую замкнутый контур, в котором течёт поток электричества. Величина входит в семь основных единиц СИ.

Исторические сведения

Ампер — это единица измерения, которую приняли в Париже на первом Международном конгрессе электриков в 1881 году. Своё название величина получила в честь известного учёного-физика Андре Ампера. В то время существовала единица, которая служила определением электричества в две дины между двумя проводниками. Они расположены на расстоянии 1 см друг от друга. Сегодня эту величину называют био- или абампер.

Генеральная конференция по весам и мерам в 2011 году приняла решение, согласно которому основные показатели измерения будут переопределены. Теперь в Международной системе единиц часто используемые величины должны быть основаны на свойствах атомов или физических постоянных, а не на рукотворных артефактах.

Характеристика силы тока

В формальном определении Международного комитета мер и весов ампер — это сила постоянного электричества, протекающего по тонким длинным проводникам. Они должны находиться в вакууме с расстоянием в один метр.

Ток вызывает между проводниками взаимодействие, сила которого равна произведению числа 2 и 10 в минус седьмой степени для каждого метрового участка.

Создать подобные условия в реальности невозможно, ведь у проводников есть определённая длина, а также сечение. Поэтому величину взаимодействия находят с помощью использования катушек, на которые накрутили множество витков проволоки. Этим способом пользовались для вычисления эталона единицы на весах электрического тока. Чтобы определить, чему равен 1 ампер, замеряли момент сил, который действовал на катушку с направленными электронами, помещённую в магнитном поле.

В Российской Федерации с 1992 года эталон ампера определяют с помощью закона Ома, косвенным путём. При таком расчёте в два раза уменьшается погрешность. Силу тока ещё представляют в качестве скорости изменения заряда.

То есть 1 ампер равен такой силе электричества, при которой за секунду через проводящий элемент проходит определённое его количество — один кулон.

Силу тока можно найти благодаря формуле: отношение электрического заряда ко времени. Обозначения используемых величин:

• I — показатель электричества;
• q — заряд;
• t — период.

Закон Ампера

Французский учёный Ампер не только поспособствовал появлению названия единицы измерения, но и установил определённый физический закон. Он определяет силу воздействия магнитного однородного поля на проводник, который в нём размещён.

Её величина зависит от длины проводящего ток элемента в прямой пропорциональности. Также она зависит от силы движения направленных электронов, протекающей в проводнике, вектора магнитной индукции и синуса угла между направлением первого и вторым показателем.

Физик смог установить условия взаимодействия проводников с электрическим током. Их притяжение или отталкивание обуславливается именно направленным движением электронов. Можно более точно сформулировать ответ на вопрос о том, чему равен ампер. Это сила электричества, при которой параллельные метровые проводники в вакууме взаимодействуют.

Её могут охарактеризовать несколько процессов:

• в обогревателе проходит электричество до 10 А;
• канал молнии обладает силой в 500 кА;
• электрофорез — 0,8 мА, причём 1 мА = 0, 001 А;
• включённая лампа на 100 ватт — 0, 5 А.

На каждом участке цепи показатель тока одинаковый, так как в замкнутом контуре в любом месте через сечение проводника каждую секунду протекает одно и то же количество электронов. Величина показателя не зависит от толщины проводящего элемента, ведь заряды не могут накапливаться на одном участке.

Если интересует то, чему равен ампер будет в будущем, то ответ был дан на последнем собрании Генеральной конференции. Величина, как и раньше, будет определять силу тока, но при этом должна зависеть от нового определения электрического заряда.

Кроме того, что измеряется в амперах, нужно знать связь величины с другими единицами СИ. Напряжение на обкладках возрастает ежесекундно на один вольт в том случае, если электричеством в один ампер заряжается конденсатор ёмкостью в 1 фарад. При силе тока в проводнике, равной 1 А, за каждую секунду в его поперечном сечении проходит электрический заряд в один кулон. Дополнительно эта величина используется для измерения разности магнитных потенциалов и магнитодвижущей силы.

Как можно измерить емкость аккумулятора и перевести фарады в ампер-часы

Как можно измерить емкость аккумулятора и перевести фарады в ампер-часы

Аккумулятор — устройство для накопления энергии с целью её последующего использования.

В чем и почему измеряется емкость аккумуляторов

Заряд Q, как количество электричества, измеряется к кулонах (Кл), электроемкость конденсаторов C — в фарадах, микрофарадах (мкф), а вот емкость аккумуляторов измеряется почему-то не в фарадах, а в ампер-часах (миллиампер-часах).

Что бы это значило? Один ампер — это кулон за одну секунду, мы знаем из курса физики, что если через проводник за 1 секунду проходит электрический заряд равный 1 кулону, то по проводнику течет ток в 1 ампер.

И что тогда такое ампер-час? Ампер-часом (Ач) считается емкость аккумулятора, при которой по приведенному току в 1 ампер, аккумулятор разрядится за 1 час до минимально допустимого напряжения.

Например для литий-ионного аккумулятора типоразмера 18650, емкостью 3400 мАч, это означает, что аккумулятор при токе в 340мА сможет отдать свой заряд за 10 часов, а автомобильный аккумулятор емкостью 55 Ач разрядится от примерно от 12,8 до 10,8 вольт за 2 часа при разрядном токе в 27,5 А.

Как вы наверняка знаете, аккумуляторы нельзя разряжать до нуля, и в реальности каждому типу аккумуляторов свойственно минимально разрешенное напряжение, до которого допускается разряжать аккумулятор без вреда.

Например, автомобильный свинцовый аккумулятор нельзя разряжать ниже чем до 10,5 вольт, а литиевый аккумулятор можно разряжать не ниже чем 2,75 вольта. Если эти допуски нарушать, то ресурс аккумулятора будет истощен значительно быстрее, чем могло бы быть с соблюдением рекомендаций относительно минимального напряжения.

Таким образом, емкость аккумулятора оценивают исходя из регламентированных норм для различных типов аккумуляторов: автомобильные аккумуляторы тестируют на 20 часовом цикле разряда, а литиевые — на 5 часовом. Полностью заряженный аккумулятор разряжают заранее выбранным током I до минимально допустимого напряжения разряда, измеряя при этом время разряда Т. В конце эксперимента, перемножив ток и измеренное время, — получают значение реальной емкости аккумулятора в ампер-часах. Q = IT.

Простейший способ экспериментальной оценки емкости аккумулятора известного типа

Итак, для измерения емкости аккумулятора простейшим но кропотливым способом, не прибегая к применению специальных приборов, его полностью заряженный можно разрядить через резистор известного приемлемого номинала.

Например, допустимое безвредное напряжение полного разряда литиевого элемента типоразмера 18650 равно 2,75 вольт, а напряжение полного его заряда принимается равным 3,75 вольт. Помните, что такие аккумуляторы заряжают напряжением не более 4,35 вольт в специальных зарядных устройствах!

Допустим, полностью заряженный аккумулятор имеется. Выберем средний ток разряда в 325 мА, возьмем резистор номиналом 10 Ом, мощностью 2 Вт — с запасом. Измерим стартовое напряжение на клеммах аккумулятора, допустим оно получилось ровно 3,75 вольт, и присоединим к клеммам резистор, одновременно засекая время на часах. Далее будем следить за вольтметром — через сколько часов напряжение снизится до уровня 2,75 вольт.

К примеру, через 10 часов 27 минут напряжение на аккумуляторе стало 2,75 вольт, причем на старте он было 3,75 вольт, и это при разряде через резистор в 10 Ом. Итак, емкость уже можно с хорошей точностью оценить: стартовый ток 3,75/10 = 375 мА, финишный ток 2,75/10 = 275 мА, средний ток (375+275)/2 = 325 мА. Значит, в течение 10,45 часов аккумулятор отдавал средний ток в 0,325 А, следовательно емкость равна Q = 10,45*0,325 = 3400 мА-ч. Это хотя и грубый, но надежный способ оценки емкости аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор

Для измерения емкости автомобильного аккумулятора удобно применить обычную лампу накаливания от фары на 60 ватт. Средний ток в 5 ампер она обеспечит. К полностью заряженному аккумулятору (до примерно 12,5-12,8 вольт) подключают лампу и вольтметр, одновременно засекая время. Когда напряжение снизится до 10,8 вольт — отключите лампу и зафиксируйте прошедшее время. Например, если прошло 9 часов, то реальная емкость данного автомобильного аккумулятора Q = 9*5 = 45 Ач.

Перевести фарады в ампер-часы

Аккумулятор, в отличие от конденсатора, имеет очень большой участок нелинейности на разрядной кривой. Но все же некоторые любители экспериментов пробуют, и у них это успешно получается, в некоторых применениях заменять аккумулятор суперконденсаторами.

1 ампер-час — это 3600 кулон. Пусть, мы хотим получить батарею конденсаторов, эквивалентную по разрядной характеристике, хотя и на коротком участке, аккумуляторной батарее номиналом 12 вольт, емкостью 55 ампер-часов. 55 ампер в течение часа — это 55*3600 кулон.

Примем изменение напряжения от 13 до 11 вольт, тогда поскольку Q = С(U1-U2), то С = 55*3600/2 = 99000 Ф. Почти 100 килофарад эквивалентная электроемкость автомобильного аккумулятора, если бы его разрядная характеристика была такой же, как у конденсатора.

В интернете есть видео, где шестью суперконеднсаторами по 3000 Ф, на 2,7 В каждый, соединенными последовательно заменяют стартерную батарею автомобиля. Получается 500 Ф примерно на 16 В.

Давайте прикинем, какой ток и в течение какого времени сможет дать такая сборка. Пусть рабочий диапазон принят снова от 13 до 11 вольт. В течение какого времени можно рассчитывать на ток в 200 А (с запасом)? I = С(U1-U2)/t, тогда t = C(U1-U2)/I = 500*2/200 = 5 секунд. Достаточно чтобы завести двигатель.

Ранее ЭлектроВести писали, что компания Gocycle представила электровелосипед-трансформер GX, который имеет съемную батарею и складывается в считанные секунды. Это делает его особенно подходящим, например, для поездок на работу с последующим размещением двухколёсного друга в углу офиса, где он не займет много места.

По материалам: electrik.info.

Сила тока. Амперметр — урок. Физика, 8 класс.

В процессе своего движения вдоль проводника заряженные частицы (в металлах это электроны) переносят некоторый заряд. Чем больше заряженных частиц, чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесён за одно и то же время. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи.

Сила тока \((I)\) — скалярная величина, равная отношению заряда (\(q\)), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени (\(t\)), в течение которого шёл ток.

I=qt, где \(I\) — сила тока, \(q\) — заряд, \(t\) — время.

 

Единица измерения силы тока в системе СИ — \([I] = 1 A\) (ампер).

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током:

при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях — отталкиваются.

 

За единицу силы тока \(1 A\) принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной \(1\) м, расположенные на расстоянии \(1\) м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой \(0,0000002\)\(H\).

Единица силы тока называется ампером (\(A\)) в честь французского учёного А.М. Ампера.

 

Андре-Мари Ампер (1775 — 1836)

 

А.М. Ампер ввёл такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т.д.

Ампер — довольно большая сила тока. Например, в электрической сети квартиры через включённую \(100\) Вт лампочку накаливания проходит ток с силой, приблизительно равной \(0,5A\). Ток в электрическом обогревателе может достигать \(10A\), а для работы карманного микрокалькулятора достаточно \(0,001A\).

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например, миллиампер (мА) и микроампер (мкА):
\(1 мA = 0,001 A\), \(1 мкA = 0,000001 A\), \(1 кA =1000 A\).
То есть \(1 A = 1000 мA\), \(1 A = 1000000 мкA\), \(1 A = 0,001 кA\).

Если электроны перемещаются в одном направлении, т.е. — от одного полюса источника тока к другому, то такой ток называют постоянным.

Переменным называется ток, сила и направление которого периодически изменяются.

В бытовых электросетях используют переменный ток напряжением \(220\) В и частотой \(50\) Гц. Это означает, что ток за \(1\) секунду \(50\) раз движется в одном направлении и \(50\) раз — в другом. У многих приборов имеется блок питания, который преобразует переменный ток в постоянный (у телевизора, компьютера и т.д.).

 

Силу тока измеряют амперметром. В электрической цепи он обозначается так:

 

Обрати внимание!

Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить. Амперметр нельзя подсоединять к источнику тока, если в цепь не подключён потребитель!

Измеряемая сила тока не должна превышать максимально допустимую силу тока для измерения амперметром. Поэтому существуют различные амперметры.

 

Микроамперметр	Миллиамперметр
Амперметр	Килоамперметр

 

Обрати внимание!

Различают амперметры для измерения силы постоянного тока и силы переменного тока.

Их можно различить по обозначениям: 

• «~» означает, что амперметр предназначен для измерения силы переменного тока;
• «—» означает, что амперметр предназначен для измерения силы постоянного тока.

Можно обратить внимание на клеммы прибора. Если указана полярность («\(+\)» и «\(-\)»), то это прибор для измерения постоянного тока.

Иногда используют буквы \(AC/DC\). В переводе с английского \(AC\) (alternating current) — переменный ток, а \(DC\) (direct current) — постоянный ток.
 

Для измерения силы постоянного тока	Для измерения силы переменного тока

 

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр. Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

 

 

Обрати внимание!

Включая амперметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность (см. рисунок): провод, который идёт от положительного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «+»; провод, который идёт от отрицательного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «-».

Если полярность на источнике тока не указана, следует помнить, что длинная линия соответствует плюсу, а короткая — минусу.

 

В цепь переменного тока включается амперметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

 

Обрати внимание!

В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова.

Это видно из опыта, изображённого на рисунке.

 

 

Обрати внимание!

Безопасным для организма человека можно считать переменный ток силой не выше \(0,05 A\), ток силой более \(0,05 — 0,1 A\) опасен и может вызвать смертельный исход.

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://class-fizika.narod.ru/8_28.htm
http://school.xvatit.com/index.php?title=%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D0%B0_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B0
http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=217&Itemid=72

http://kamenskih3.narod.ru/untitled74.htm

 

Что измеряется в амперах — единица измерения силы тока

Электротехнические системы используют разные величины в процессе проведения анализа на работоспособность, проектировщики оперируют различными параметрами: вольты, ватты, амперы, другие электрические величины. Когда проводится анализ, важно соблюдать соотношения между этими величинами, чтобы понять, какая нагрузка будет происходить на механическое устройство.

Если взять бытовую сеть, то напряжение в ней — величина постоянная, но устройство может иметь разную мощность, соответственно, и разный ток. Соотношения этих величин можно рассматривать в единой системе единиц (СИ).

Почему ампер?

В амперах измеряется величина силы тока, получившая свое название от Анри М. Ампера, физика из Франции, который жил в конце XVIII – начале XIX века и посвятил свою деятельность пониманию электромагнитных явлений. Важным открытием при изучении магнитных полей, создаваемых током, было то, что сила магнитного поля зависит не от напряжения, а от силы тока. Именно это стало основанием для научного сообщества в определении силы тока, и по этой причине величина, измеряющая силу тока, получила название ампер. Кроме этого ученый интересовался и дал определение другим разделам физики, таким как кибернетика и кинематика. Также его заслуги есть в изучении ботаники и философии.

Анри М. Ампер

Смысл определения этой величины в том, что теоретически в пространстве размещаются параллельно по отношению друг к другу два провода. Они имеют минимально возможное сечение и расстояние друг от друга 1 метр. При пуске по каждому из них тока в 1 ампер взаимодействие между проводами будет равняться силе 2*10 в минус 7 степени Ньютона. Через каждый провод будет проходить определенное количество электронов, это 6,2415092*10 в 18-й степени.

Для того чтобы понять, сколько ампер в других единицах измерения электрической цепи, существуют связанные соотношения ампера и вольта, ампера и ватта, ампера и ома. Когда к проводу, имеющему сопротивление 1 Ом, прилагается напряжение в 1 вольт, то через него будет протекать ток, имеющий силу 1 ампер, а также на проводе в качестве тепла выделяется мощность, равная 1 ватту. Электрические величины применяются во всех странах мира одинаково по значению.

Соотношения электрических единиц в системе (СИ)

Сколько ватт в ампере

Сколько ампер в 1 ватте — вопрос для специалистов несложный, но для полного понимания, о чем идет речь надо вернуться к определениям: мощность, напряжение, сила тока. Эти величины не существуют друг без друга и имеют тесное взаимодействие. Каждый специалист подтвердит, что электрический ток зависит от электрического поля, иными словами, значение силы тока имеет прямую зависимость от значения электрического поля. Первое определение силы тока дали прохождением через провод электронов за единицу времени (секунду), но заряд электронов — величина, с которой на практике работать неудобно, по этой причине для измерения силы тока принят заряд, равный 1 кулону, это 6,25*10 в 18 степени электронов. Для определения зависимости электротока от электрического поля надо уметь правильно определить величину электрического поля:

Напряженность электрчиеского поля

Как найти силу поля

Электрическое поле имеет неоднородное значение на разных местах провода, по этой причине специалисты определяют его не числом сложных измерений, а такой величиной, как работа, которую делает поле, перемещая заряд в 1 кулон из одного конца провода в другой. Напряжение — работа, проведенная электрическим полем. Часто напряжение называют разностью потенциалов на концах провода (+) и (-).

Величина напряжения — это 1 вольт. Отсюда специалисты делают вывод, что электроток — это две взаимосвязанные величины: сила тока, ампер, и напряжение, иными словами, значение поля, когда создается электроток. Прямая зависимость силы тока от напряжения.

Мощность

Напряжение (U) — это работа поля, в котором создается электрический ток (I). Сила тока определяется количеством проходящих зарядов (К) через проведенное мысленно сечение провода за 1 секунду. Иными словами, выражение I*U является величиной, которая характеризует полную работу за 1 секунду времени. Другими словами, это выражение и есть мощность электротока, которая измеряется в ваттах, т.е. ватт = ампер*вольт:

Мощность электрчиеского тока

Для чего нужно уметь делать перевод электрических единиц

Очень часто, используя бытовую технику, хозяйка может увидеть маркировку на розетке «220В 6А» или другую похожую и не понять, что это может серьезно повредить электрическую сеть в доме, так как такая маркировка указывает на максимальную величину мощности нагрузки, которую можно подключить в розетку.

Ампер в ватт

Для того чтобы найти, сколько единиц мощности (ватт) можно подключить в имеющуюся розетку, достаточно умножить значения напряжения на величину тока. В нашем случае 220 умножаем на 6 = 1320 Вт — величина мощности, максимальная для данной розетки. Когда мы подключаем в нее бытовую технику, надо смотреть на ее мощность. Тепловой обогреватель (масляный радиатор) в нашем случае можем включать только при половинном значении его мощности.

Перевод амперов в ватты

Для выбора защиты для домашнего оборудования (автомат) надо уметь делать обратный перевод из величины мощности оборудования, включенного одновременно в сеть, в амперы. Для защиты бойлера мощностью 2,5 кВт (= 2500 ватт) в однофазной сети 220 вольт надо сделать следующее: мощность/напряжение = 11,36 А. Для защиты оборудования нам будет достаточно купить и установить автомат с разрывом цепи на 16 ампер.

Вывод

В однофазной сети перевод электрических единиц из одной величины в другую довольно простой, необходимо правильно делать перевод: 1 киловатт = 1000 ватт. Если цепь имеет три фазы, расчеты немного будут отличаться: мощность = корень из 3 * ток * напряжение

Зная мощность оборудования и величину напряжения сети, каждый может вычислить силу тока. Зная значения напряжения и силу допустимого тока, можно рассчитать максимальную мощность для включения электрического оборудования в розетку. В трехфазной сети применяется коэффициент 1,73 или же корень из 3, для расчета силы тока и значений мощности.

Похожие статьи:

Сила тока | Самое простое объяснение, формула, единица измерения

Сила тока с точки зрения гидравлики

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как “сила тока“. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать.  Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород

Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг  – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.

А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет  в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод – это шланг. Тонкий провод – это тонкий в диаметре шланг, толстый провод – это толстый в диаметре шланг, можно сказать – труба. Молекулы воды – это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Сила тока – это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, “разрезал” его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

 

где

I – собственно сила тока, Амперы

N – количество электронов

t – период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды

Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

где

Δq  – это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt – тот самый промежуток времени, секунды

I – сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10^-19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅10¹⁸ электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.

Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅10¹⁸ электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока  – это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам,  Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову – это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу – это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум – это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе – это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет “протащить” через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его “порвет”, то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

плавкий предохранитель

Как только сила тока через тонкий проводок  предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.

сгоревший плавкий предохранитель

Поэтому, силовые кабели,  через которые “бегут” сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

закон Ома

 

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм² . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

задача на силу тока в проводнике

Решение:

 

Как измерить силу тока?

Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы – амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который  может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.

Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.

Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое “сила тока”.

ампер: Введение | NIST

Кредит: Энергетическое управление Бонневилля / Министерство энергетики

Первые 10 миль линии электропередачи МакНэри — Джон Дэй, шоссе 14, штат Вашингтон. Линии электропередачи обычно имеют высокое напряжение, до 750 000 вольт, но относительно низкие токи, до 1000 ампер.

Ампер (А), основная единица измерения электрического тока в системе СИ, является привычной и незаменимой величиной в повседневной жизни.Он используется для определения потока электричества в фенах (15 ампер для модели на 1800 ватт), удлинителях (обычно от 1 до 20 ампер), домашних автоматических выключателях (от 15 до 20 ампер для одной линии), дуговой сварке ( примерно до 200 ампер) и более. В повседневной жизни мы испытываем ток в широком диапазоне: светодиодная лампа, эквивалентная 60 Вт, потребляет небольшую долю ампер; молния может выдерживать 100 000 ампер и более.

468-пиксельный криогенный светодиодный картограф для сверхпроводящих детекторов фотонов. Светодиоды очень энергоэффективны; токи для маленького светодиода могут составлять всего несколько тысячных ампер.

Ампер является всемирно признанной единицей измерения с 1908 года и со временем измеряется с все более высокой точностью, в последнее время до нескольких частей на десять миллионов.

Но определить ампер в лучшем случае было проблематично. До 2019 года его официальное определение — общая версия эксперимента, проведенного французским ученым Андре-Мари Ампером в 1820-х годах — определяло полностью гипотетическую ситуацию:

Ампер — это тот постоянный ток, который, если он поддерживается в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещен на расстоянии 1 метра в вакууме, создает между этими проводниками силу, равную 2 x 10 ^{— 7} ньютон на метр длины.

Поскольку бесконечно длинные провода и вакуумные камеры, как правило, были недоступны, ампер не мог быть физически реализован в соответствии с его собственным определением, хотя его можно было со значительными трудностями приблизительно определить в лаборатории. Столь же неудовлетворительным было то, что усилитель, хотя и имел электрическую величину, определялся в механических терминах. Ньютон (единица силы в системе СИ, кг • м / с ² ) был получен из единицы массы системы СИ: килограмма, хранящегося в Севре, Франция.Его значение массы со временем менялось, что ограничивало точность производных единиц.

Кредит: Ю. Ральченко / NIST

Гроза в Санта-Фе в 2013 году. Обычные молнии могут переносить электрический ток 100 000 ампер и более.

В ноябре 2018 года, однако, было одобрено новое определение ампера — наряду с тремя другими базовыми единицами СИ: килограммом (массой), кельвином (температурой) и молями (количеством вещества).Начиная с 20 мая 2019 года, ампер основан на фундаментальной физической константе: элементарном заряде (е), который представляет собой количество электрического заряда в отдельном электроне (отрицательный) или протон (положительный).

Ампер является мерой количества электрического заряда , движущегося в единицу времени , то есть электрического тока. Но количество электрического заряда по самому , независимо от того, движется он или нет, выражается другой единицей СИ, кулоном (Кл). Один кулон равен примерно 6.241 x 10 ¹⁸ электрических зарядов ( e ). Один ампер — это ток, при котором один кулон заряда проходит через заданную точку за 1 секунду.

Вот почему средняя молния несет около 5 кулонов заряда, даже если ее ток может составлять десятки тысяч ампер. Разница в этих числах возникает из-за того, что удар молнии длится всего несколько десятков миллисекунд (тысячных долей секунды).

Кредит: NIST

Микросхема одноэлектронного транспорта (SET), которая может использоваться для подсчета электронов в переопределенном амперах.

Определение ампера исключительно с точки зрения элементарного заряда e можно рассматривать как своего рода результат хороших новостей и плохих новостей. С одной стороны, он четко определяет усилитель в терминах только одного инварианта природы, которому было присвоено точное фиксированное значение во время переопределения. После этого прямые измерения ампер превратились в подсчет прохождения отдельных электронов в устройстве во времени.

С другой стороны, e почти невообразимо мал — примерно одна десятая миллиардной миллиардной величины заряда в токе в 1 ампер, который проходит через заданную точку за 1 секунду.Измерение отдельных электронов, прошедших определенную точку, является технически сложной задачей, и основной задачей ученых является получение тока отдельных электронов, который можно регулярно измерять и использовать в качестве эталона.

Итак, хотя новое определение, наконец, поставило ампер на более рациональную основу, оно ставит новые и серьезные проблемы для науки об измерениях.

ампер | Единицы измерения Wiki

На этой странице используется контент из англоязычной Википедии . Оригинальная статья была в Ampere. Список авторов можно увидеть в страницах истории . Как и в случае с Вики-сайтом единиц измерения, текст Википедии доступен по лицензии Creative Commons, см. Wikia: Licensing.

ампер (символ: A) — это базовая единица измерения электрического тока в системе СИ, равная одному кулону в секунду. Он назван в честь Андре-Мари Ампера, одного из главных первооткрывателей электромагнетизма.

Ампер — это 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 ^-7 ньютон. на метр длины.

Поскольку это базовый блок, определение ампера не привязано к какой-либо другой электрической единице. Определение ампера эквивалентно установлению значения проницаемости вакуума на мкм ₀ = 4π × 10 ^-7 Гн / м. До 1948 г. использовался так называемый «международный ампер», определяемый как скорость электролитического осаждения серебра. Старший блок равен 0,999 85 А.

Ампер наиболее точно определяется с помощью баланса ампер, но на практике поддерживается с помощью закона Ома из единиц напряжения и сопротивления, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими явлениями, которые относительно легко воспроизводят джозефсоновский переход и квантовый эффект Холла соответственно.

Единица электрического заряда, кулон, определяется в амперах: один кулон — это количество электрического заряда (ранее количество электричества), переносимого током в один ампер, протекающим в течение одной секунды. Таким образом, ток (электричество) — это скорость, с которой заряд протекает через провод или поверхность. Один ампер тока (I) равен потоку одного кулона заряда (Q) в секунду времени (t):

Так как кулон примерно равен 6.24 × 10 ¹⁸ элементарных зарядов, один ампер эквивалентен 6,24 × 10 ¹⁸ элементарных зарядов, таких как электроны, движущихся по поверхности за одну секунду. Точнее, используя определения СИ для обычных значений постоянной Джозефсона и констант фон Клитцинга, ампер можно определить как точно 6,241 509 629 152 65x 10 ¹⁸ элементарных зарядов в секунду. Это чистая ерунда и кто, черт возьми, такой это?

Основные определения — Ампер | Определенный электрический

Ампер (обозначение: A) — это единица измерения электрического тока в системе СИ и одна из семи основных единиц системы СИ.Он назван в честь Андре-Мари Ампера (1775–1836), французского математика и физика, которого считают отцом электродинамики. На практике его название часто сокращают до amp.

На практике ампер — это мера количества электрического заряда, проходящего через точку за единицу времени. Примерно 6,241 × 1018 электронов, проходящих через данную точку каждую секунду, составляет один ампер.

Определение

Закон силы Ампера гласит, что существует сила притяжения между двумя параллельными проводами, по которым проходит электрический ток. Эта сила используется в формальном определении ампера, которое гласит, что это «постоянный ток, который создает силу притяжения 2 × 10–7 ньютонов на метр длины между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины и пренебрежимо малым круговым крестом. раздел, расположенный на расстоянии одного метра в вакууме ».

История

Изначально ампер был определен как одна десятая электромагнитной единицы тока системы CGS (теперь известной как абампер), величина тока, которая создает силу в два дина на сантиметр длины между двумя проводами на расстоянии одного сантиметра друг от друга.Размер блока был выбран таким, чтобы производные от него блоки в системе MKSA имели удобный размер.

«Международный ампер» был ранней реализацией ампера, определяемого как ток, который выделяет 0,001118000 граммов серебра в секунду из раствора нитрата серебра. Позже более точные измерения показали, что этот ток составляет 0,99985 А.

Реализация

Ампер наиболее точно определяется с помощью ваттного баланса, но на практике поддерживается с помощью закона Ома из единиц электродвижущей силы и сопротивления, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими явлениями, которые относительно легко подобрать. воспроизводят джозефсоновский переход и квантовый эффект Холла соответственно.

В настоящее время методы определения реализации ампера имеют относительную погрешность, составляющую приблизительно несколько частей из 107, и включают в себя реализацию ватта, ома и вольта.

Предлагаемое определение будущего

Вместо определения силы между двумя токоведущими проводами было предложено определять ампер в терминах скорости потока элементарных зарядов. Поскольку кулон примерно равен 6,24150948 × 1018 элементарных зарядов, один ампер примерно эквивалентен 6.24150948 × 1018 элементарных зарядов, таких как электроны, пересекают границу за одну секунду. Предлагаемое изменение будет определять 1 А как ток в направлении потока определенного количества элементарных зарядов в секунду. В 2005 году Международный комитет мер и весов (CIPM) согласился изучить предложенное изменение и, в зависимости от результатов экспериментов в течение следующих нескольких лет, официально предложить изменение на 24-й Генеральной конференции по весам и мерам (CGPM). ) в 2011.

Позвоните в Defined Electric по телефону 505-269-9861 или напишите по электронной почте одному из наших квалифицированных электриков в Альбукерке сегодня, чтобы получить бесплатную смету для вашего следующего электрического проекта.

Определение ампер по Merriam-Webster

am · pere | \ Am-ˌpir также -ˌper \

1 : практическая единица измерения электрического тока метр-килограмм-секунда, которая эквивалентна потоку в один кулон в секунду или установившемуся току, создаваемому одним вольт, приложенным к сопротивлению в один ом.

2 : — базовая единица электрического тока в Международной системе единиц, которая определяется установкой фиксированного числового значения элементарного заряда равным 1.602176634 x 10 ^-19 ампер-секунд Am · père | \ äⁿ-ˈper \

Андре-Мари 1775–1836 французский физик

Что такое ампер? | Блог словаря Macmillan

Определение

Ампер, используемый для измерения электроэнергии

Происхождение и использование

Термин ампер происходит от французского слова «ampère», мера электричества, означающего «ток, который вольт может передать через сопротивление в один ом». Слово происходит от имени французского физика, открывшего этот принцип в 1881 году: Андре-Мари Ампер. Распространенная сокращенная форма слова « ампер, » — «усилитель» восходит к 1886 году.

Примеры

Ампер — это физический принцип, который используется для измерения силы электрического тока. Сегодня это измерение используется как учеными, так и технологами во многих различных областях, но впервые он был открыт французским физиком в конце 19 века.

Андре-Мари Ампер родился в Лионе, Франция, в 1775 году в богатой семье на пике того, что историки называют французским Просвещением. Это был период познания и любопытства по поводу мира, который привел ко многим значительным изменениям в политике, искусстве и философии. Отец Ампера был преуспевающим торговцем и ярым сторонником нетрадиционного образования. Это означало, что юный Ампер мог свободно исследовать мир вокруг себя, в основном обучаясь на основе обширной коллекции интеллектуальных и академических книг своего отца.

Ампер начал свою карьеру в 1799 году в качестве учителя математики и работал в нескольких школах и университетах по всей Франции, в конце концов заняв престижную должность в экспериментальной физике в Коллеж де Франс в 1824 году. Именно в те годы Ампер завершил новаторское исследование, которое станет основой его наследия и приведет к провозглашению в 1881 году международной конвенции, устанавливающей ампер в качестве стандартной единицы измерения электричества.

Синонимы

amp
Полное определение см. В словаре Macmillan.

ампер (A) | Американский институт солнечной энергии

Ампер — единица измерения электрического тока; поток электронов. Один ампер — это 1 кулон, проходящий за одну секунду. Один ампер вырабатывается электрической силой в 1 вольт, действующей через сопротивление в 1 Ом. Иногда его обозначают сокращенно I для обозначения интенсивности.

Ампер эквивалентен одному кулону (примерно 6.241 × 10 ¹⁸ раз больше элементарного заряда) в секунду. ^[6] Амперы используются для выражения расхода электрического заряда. Для любой точки, в которой присутствует ток, если количество заряженных частиц, проходящих через нее — или заряд частиц, проходящих через нее — увеличивается, амперы тока в этой точке пропорционально увеличиваются.

Ампер не следует путать с кулоном (также называемым «ампер-секунда») или ампер-часом (A⋅h). Ампер — это единица измерения тока, количество заряда, проходящего в единицу времени, а кулон — это единица заряда.Когда используются единицы СИ, постоянный, мгновенный и средний ток выражаются в амперах (например, «зарядный ток составляет 1,2 А»), а заряд, накопленный или прошедший через цепь за период времени, выражается в кулонах (как в «Заряд АКБ 30000 Кл»). Отношение ампера (Кл / с) к кулону такое же, как у ватта (Дж / с) к джоулям

Определение [править]

ампер

Иллюстрация определения единицы ампер

Закон силы Ампера ^{[7] [8]} гласит, что существует сила притяжения или отталкивания между двумя параллельными проводами, по которым проходит электрический ток. Эта сила используется в формальном определении ампера, которое гласит, что ампер — это постоянный ток, который будет создавать силу притяжения 2 × 10 ⁻⁷ ньютонов на метр длины между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины и ничтожно малое круглое поперечное сечение, помещенное на расстоянии одного метра в вакууме. ^{[2] [9]}

Единица заряда в системе СИ, кулон, «это количество электричества, переносимого за 1 секунду током в 1 ампер». ^[10] И наоборот, ток в один ампер — это один кулон заряда, проходящий через заданную точку в секунду:

{displaystyle {rm {1 A = 1 {tfrac {C} {s}}.}}}

Как правило, заряд Q определяется установившимся током I , протекающим в течение времени t как Q = It .

История [править]

Изначально ампер был определен как одна десятая единицы электрического тока в системе единиц сантиметр – грамм – секунда; эта единица, теперь известная как abampere, была определена как величина тока, которая создает силу в два дина на сантиметр длины между двумя проводами на расстоянии одного сантиметра друг от друга. ^[11] Размер блока был выбран таким образом, чтобы производные от него блоки в системе MKSA имели удобный размер.

«Международный ампер» был ранним воплощением ампера, определяемого как ток, который выделяет 0,001118000 граммов серебра в секунду из раствора нитрата серебра. ^[12] Позже более точные измерения показали, что этот ток составляет 0,99985 А.

Реализация [править]

Стандартный ампер наиболее точно определяется с помощью ваттного баланса, но на практике он поддерживается с помощью закона Ома из единиц электродвижущей силы и сопротивления, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими явлениями, которые относительно легко для воспроизведения джозефсоновского перехода и квантового эффекта Холла соответственно. ^[13]

В настоящее время методы определения силы тока имеют относительную погрешность, составляющую приблизительно несколько частей в 10 ⁷ , и включают в себя реализацию ватта, ома и вольта. ^[13]

Предлагаемое будущее определение [править]

Вместо определения силы между двумя токоведущими проводами было предложено определять ампер в терминах скорости потока элементарных зарядов. ^[8] Так как кулон примерно равен 6.2415093 × 10 ¹⁸ элементарных зарядов (например, электронов), один ампер приблизительно эквивалентен 6,2415093 × 10 ¹⁸ элементарных зарядам, движущимся за границу за одну секунду, или обратной величине элементарных зарядов в кулонах. ^[14] Предлагаемое изменение будет определять 1 А как ток в направлении потока определенного количества элементарных зарядов в секунду. В 2005 году Международный комитет мер и весов (CIPM) согласился изучить предложенное изменение.Новое определение обсуждалось на 25-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) в 2014 г., но пока не было принято.

Примеры на каждый день [править]

Ток, потребляемый типичными системами распределения энергии с постоянным напряжением, обычно определяется мощностью (ватт), потребляемой системой, и рабочим напряжением. По этой причине приведенные ниже примеры сгруппированы по уровню напряжения.

Портативные устройства [править]

• Слуховой аппарат (обычно 1 мВт при 1.4 В): 0,7 мА

Транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания — 12 В постоянного тока [редактировать]

Типичный автомобиль имеет аккумулятор на 12 В. Различные аксессуары, которые питаются от аккумулятора, могут включать:

• Подсветка приборной панели (обычно 2 Вт): 166 мА.
• Фары (обычно 60 Вт): по 5 А каждая.
• Стартер (обычно 1–2 кВт): 80–160 A

Внутренние поставки в Северной Америке — 120 В переменного тока [редактировать]

Большинство внутренних поставщиков электроэнергии в Канаде, Мексике и США работают от 120 В.

Бытовые автоматические выключатели обычно обеспечивают максимальный ток 15 или 20 А на данный набор розеток.

• Портативный телевизор с диагональю 22 дюйма / 56 см (35 Вт): 290 мА
• Вольфрамовая лампа (60–100 Вт): 500–830 мА
• Тостер, чайник (1,5 кВт): 12,5 А
• Фен (1,8 кВт): 15 A

Внутренние источники питания для Европы и Содружества — 230–240 В переменного тока [править]

Большинство отечественных источников питания в Европе работают от 230 В, а большинство отечественных источников питания Содружества — от 240 В. При том же количестве мощности (в ваттах) ток, потребляемый конкретным устройством в Европе или Содружестве (в Европе или стране Содружества), будет меньше, чем для аналогичного устройства в Северной Америке. ^{[Примечание 1]} Стандартные автоматические выключатели на 16 А.

Сила тока, потребляемого некоторыми типовыми приборами, составляет:

• Портативный телевизор с диагональю 22 дюйма / 56 см (35 Вт): 145–150 мА
• Вольфрамовая лампа (60–100 Вт): 240–450 мА
• Компактная люминесцентная лампа (11–30 Вт): 56–112 мА
• Тостер, чайник (2 кВт): 9 A
• Погружной нагреватель (4. «Значение», Physics , США: NIST .

Ампер (А) Преобразование единиц электрического тока

Ампер — это единица измерения электрического тока. Используйте один из приведенных ниже калькуляторов преобразования, чтобы преобразовать в другую единицу измерения, или прочтите, чтобы узнать больше об амперах.

Калькулятор преобразования ампер

Выберите единицу измерения электрического тока, в которую нужно преобразовать.

Единицы СИ

Единицы измерения сантиметр – грамм – секунда

Другие единицы

Связанные калькуляторы

Определение и использование ампер

Ампер, обычно называемый «ампер», представляет собой постоянный электрический ток, равный расходу одного кулона в секунду.

Раньше ампер определялся как постоянный ток, который при пропускании через два прямых и параллельных проводника, расположенных на расстоянии одного метра друг от друга, создаст силу, равную 0,0000002 ньютона на метр длины.

В 2019 году ампер был переопределен как электрический ток, соответствующий потоку элементарных зарядов 1 / (1,602 176 634 × 10 ^-19 ) в секунду. ^[1]

Ампер — это основная единица СИ для электрического тока в метрической системе.Иногда ампер также называют усилителем. Амперы можно обозначить как A ; например 1 ампер можно записать как 1 А.

Закон Ома гласит, что ток между двумя точками на проводнике пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Используя закон Ома, можно выразить ток в амперах как выражение, используя сопротивление и напряжение.

I _A = V _V R _Ом

Ток в амперах равен разности потенциалов в вольтах, деленной на сопротивление в омах.

Предпосылки и происхождение

Ампер назван в честь французского физика Андре-Мари Ампера в честь его работ в области электромагнетизма и электродинамики. Первоначально ампер был определен как одна десятая ампера, но с тех пор его определение несколько раз менялось.

.