Сила тока ампер: Определение стандартных электрических единиц измерения (статья)

Содержание

Что такое сила тока (Ампер). Основные понятия электроники

Величина которой обозначается сила тока называется Ампер.

Поскольку было бы не целесообразно отображать величиной силы тока реальное колличество электронов протекающих через проводник  в данный момент, решено было что 1 Ампер равен заряду в  1 Кулон протекающему через проводник за одну секунду. 

Один Кулон равен  6.240.000.000.000.000.000 электронам.

Конечно объяснять электрические процессы по теории воды очень старомодно, однако до сегодняшнего дня это лучший способ  донести основы электроники до новичков.  На схеме ниже изображена помпа которая нагнетает давление,  два отрезка трубы (обозначены A и С) и задвижка (кран) между ними (обозначена B).

Если давление в помпе неизменно (а в нашем случае давлением является напряжение — Вольтаж),  и задвижка открыта совсем чуть чуть — поток воды (а в нашем случае протекающий ток) будет очень маленьким. 

Если мы откроем задвижку на пол оборота, поток воды (сила тока) увеличиться, но будет все равно не достаточно большим, что то будет препятствовать прохождению воды.

Если же задвижку открыть полностью — поток воды из трубы C будет настолько большим, насколько это возможно.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что поток воды напрямую зависит от  сопротивления задвижки.

Чуть открытая задвижка =  Большому сопротивлению =  Малому потоку воды (сила тока)
Сильно открытая задвижка = Малому сопротивлению = Большому потоку воды (сила тока).
 

Помпа и задвижка — схематическая модель силы тока в полупроводниковых цепях на примере регулирования потока воды


Аналогично тому как мы описывали  напряжение, изобразим силу тока на примере с кранами. На картинке вы видите смесители которые показывают  большую и малую силу тока (аналогично потокам воды). Прямо под кранами изображены  участки трубы или в нашем случае участки проводника — по которым  движутся электроны и их колличество явно указывает на силу тока.  По проводнику с большей силой тока протекает больше электронов чем по проводнику с малой силой тока.

Схема — два крана отображающих большую и малую силу тока. Поток частиц через трубу

обозначение и определение силы тока, как расписать единицу измерения математическим способом

Традиционный символ I происходит от французского словосочетания intensité du courant, что на русском языке означает «сила тока». Эта фраза часто используется в старых текстах. В современной практике её зачастую укорачивают до слова «ток». Обозначение I было впервые использовано самим Андре-Мари Ампером, в честь которого названы единица электрического тока и разработанный им закон.

Великий учёный

Имя André-Marie Ampère увековечено среди имён других 72 учёных на первом этаже Эйфелевой башни. Его вклад в науку заложил фундамент для понимания явлений электромагнетизма. Хоть Андре-Мари был не первым человеком, обнаружившим связь между электричеством и магнетизмом, он впервые попытался теоретически объяснить и продемонстрировать, как в математических выражениях расписывается связь между этими явлениями.

Ампер с помощью устройства собственного изобретения смог измерить ток, а не просто зафиксировать его присутствие.

Учёный родился в Лионе в 1775 году и был современником Французской революции. Будучи сыном коммерсанта и чиновника, он с ранних лет проявлял страсть к математике, а став подростком, читал сложные трактаты Эйлера и Лагранжа. Получил должность профессора математики Парижской политехнической школы в 1809 году, а в 1814 г. был избран членом Академии наук. Хоть Андре-Мари преподавал математику, его интересы распространялись на многие области, в том числе на химию и физику.

Наиболее значимый документ Ампера по теории электричества был опубликован в 1826 году. Теоретические основы, представленные в этом труде, стали фундаментом для дальнейших открытий в области электричества и магнетизма. Получив известность и признание в высокоуважаемых академиях и научных организациях мира, Ампер избегал публичности и чувствовал себя счастливым только в скромной лаборатории в Париже.

Несмотря на достижения и место в обществе, судьба учёного сложилась довольна трагично. В 1793 году его отца гильотинировали за политические убеждения. Это событие стало причиной глубокой депрессии Андре-Мари и едва не свело его с ума. Первая жена рано ушла из жизни после продолжительной болезни, второй брак был неудачным и несчастливым. Сам Ампер умер в 1836 году от воспаления лёгких в Марселе и был похоронен на кладбище Монмартр в Париже.

Электрический ток

Электричеством называют форму энергии, основанной на наличии электрических зарядов в веществе. Вся материя состоит из атомов, а атомы содержат заряженные частицы. Каждый протон в атомном ядре содержит одну единицу положительного электрического заряда, а каждый электрон, вращающийся вокруг ядра, несёт в себе единицу отрицательного. Электрические явления возникают, когда электроны покидают атомы: потеря одного или нескольких из них превращает атом в положительно заряженный ион.

Все явления, происходящие с зарядами, могут быть отнесены к двум основным категориям:

  • статическое электричество;
  • электрический ток.

Первый термин описывает поведение зарядов в состоянии покоя. Подобные явления хорошо иллюстрируют наэлектризованные волосы — они будут отталкиваться друг от друга, поскольку обладают одним зарядом.

Электрический ток имеет отношение к поведению зарядов в движении. Чтобы они перемещались непрерывно, им нужно обеспечить беспрепятственный маршрут. Путь для зарядов называют электрической цепью.

Простейшая электрическая цепь, как правило, состоит из следующих элементов:

  • источника;
  • нагрузки;
  • соединяющих проводников.

Электрическим током называют любое движение носителей электрических зарядов: субатомных частиц (электронов или протонов), ионов (атомов, потерявших или набравших электроны) или квазичастиц (дырок в полупроводниках, которые можно рассматривать в качестве положительно заряженных носителей).

Ток в проводнике представляет собой движение электронов в одном направлении (постоянный) или с периодической сменой направления движения (переменный). В газах и жидкостях он состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных в обратном. Существуют и другие его виды, например, пучки протонов, позитронов или других заряженных мюонов в ускорителях частиц.

В отношении общепринятого направления тока существует некоторое противоречие, основа которого была заложена более двух веков назад. Поскольку в те времена электроны ещё не были обнаружены, учёные предположили, что перемещаемые частицы несли положительный заряд. Традиция обозначать направление тока как направление движения положительных частиц не забыта и сейчас, хоть в проводниках носителями заряда являются электроны.

Единица и определение

Важнейшей характеристикой для описанных явлений является количественное измерение потока заряженных частиц. Этот показатель называют силой тока, его единица измерения — ампер (обозначается A). В численном выражении 1 ампер равен единичному заряду (1 кулону), проходящему через точку в цепи за единицу времени (1 секунду). Таким образом, A можно рассматривать как скорость потока I=Q/T, имеющую такой же смысл для заряда, как и скорость для физических тел.

Широко применяются следующие кратные единицы:

  • 10 −6А — микроампер мкА;
  • 10 −3А — миллиампер мА;
  • 10 3А — килоампер кА.

Эволюция эталона

В знак признания фундаментальных работ великого физика André-Marie Ampère название ампер было принято в качестве электрической единицы измерения на международной конвенции в 1881 году. По международному определению 1883 года 1ампером являлся ток, способный при прохождении раствора нитрата серебра выделить 0,001118000 грамм серебра за секунду. Более поздние замеры показали, что принятый эквивалент составлял 0,99985 A, поэтому способы расписать ампер через явления электролиза со временем перестали удовлетворять из-за растущих требований к точности.

С 1948 года A (amper) был определён в Международной системе единиц как неизменяющийся ток, протекающий в двух параллельных проводниках бесконечной длины и ничтожно малого сечения, помещённых на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме, и производящий между ними силу взаимодействия, равную 2х10 -7 ньютонов на метр длины. Это определение базируется на явлении электромагнетизма, связывая метр, килограмм и электрические единицы магнитной постоянной (1.25663706х10 -6 м кг с -2 А -2)

.

Реализация такого эталона основана на работе сложных электромеханических устройств. Их точность ограничивается десятимиллионными долями, что недостаточно для современных нужд. Эта проблема классического определения ампера привела к новой практической реализации. В соответствии с ней все электрические единицы рассматриваются как производные от электрических квантовых стандартов на основе эффекта Джозефсона и квантового эффекта Холла. Подобная привязка позволяет воспроизводить единицу с точностью до миллиардных долей.

Будущее величины в СИ

В 2005 году Международный комитет мер и весов начал первые приготовления к переопределению единиц СИ с целью привязки их к естественным константам. В соответствии с таким взглядом на эталоны ампер будет определяться подсчётом одиночных частиц с элементарным зарядом e. На основании решения 2014 года пересмотр вступает в силу в 2018 году.

Элегантная реализация нового определения A теоретически возможна с помощью одноэлектронных насосов, производящих электрический ток через синхронизированный контролируемый транспорт одиночных электронов. Некоторые международные исследования в этом направлении уже близки к достижению такой амбициозной цели.

Воздействие на человека

В большинстве случаев электрический ток представляет собой поток электронов. Поскольку ампер является мерой количества заряда, проходящего в секунду, нетрудно будет посчитать количество электронов в перемещённом заряде: 1 Кл = 6,24151·10 18. То есть один ампер равен потоку 6340 квадриллионов частиц в секунду. Это колоссальная цифра, но вряд ли она иллюстративна для сравнительного понимания, когда показатель чего-либо измеряют в амперах. В этом помогут следующие повседневные примеры:

  • 160х10 -19 — один электрон в секунду;
  • 0,7х10 -3 — слуховой аппарат;
  • 5х10 -3 — пучок в кинескопе телевизора;
  • 150х10 -3 — портативный ЖК телевизор;
  • 0,2 — электрический угорь;
  • 0,3 — лампа накаливания;
  • 10 — тостер, чайник;
  • 100 — стартер автомобиля;
  • 30х10 3 — удар молнии;
  • 180х10 3 — дуговая печь для ферросплавов;
  • 5х10 6 — дуга между Юпитером и Ио.

Порог смертельно опасного воздействия на человеческий организм начинается с 18 мА. Ток, превышающий это значение и проходящий через грудную клетку, способен стимулировать мышцы груди таким образом, что их спазмы могут вызвать полную остановку дыхания. Другой опасный эффект при подобном воздействии связан с фибрилляцией желудочков сердца. Основные факторы летальности:

  1. Сила тока. Так как сопротивление между точками входа и выхода — постоянная величина, по закону Ома высокое напряжение делает вероятным высокий ампераж.
  2. Маршрут протекания. Наиболее опасны для сердечной мышцы направления рука-рука и передняя-задняя части грудной клетки.
  3. Индивидуальная чувствительность к воздействию электричества и особенности организма (сопротивление кожи и её влажность, возраст и пол, заболевания, наличие медицинских имплантов).
  4. Продолжительность воздействия.

Большое влияние на тяжесть поражения током оказывает также неспособность отпустить источник. При условии, что пальцы человека держат в руках один из контактов под напряжением, многие взрослые люди не могут отпустить источник при протекающем постоянном токе менее 6 мА. При 22 мА это будет не под силу всем людям. 10 мА для человека, находящегося в воде, достаточно, чтобы вызвать полную потерю контроля над мышцами.

Практические измерения

Подсчёт количества электронов в проводнике с секундомером в руке практически неосуществим, поэтому ток измеряют специальными приборами (амперметрами) или косвенными расчётами. Амперметры устроены таким образом, что они реагируют на магнитное поле, создаваемое измеряемым током. Существуют различные типы подобных измерительных приборов, но все они основаны на одном принципе. Общие правила измерений силы тока можно свести к следующему перечню:

  1. Амперметр всегда включается последовательно к нагрузке, при измерениях ток должен протекать через прибор. Подключение прибора параллельно может привести к протеканию в нём слишком больших токов, что способно вызвать его выход из строя.
  2. Для высокой точности измерений внутреннее сопротивление прибора должно быть настолько низким, насколько это возможно, чтобы не влиять на параметры цепи.
  3. Следует позаботиться о виде тока (AC или DC). В случае с постоянным обязательно обратить внимание на полярность.
  4. Диапазон измерений должен быть настолько большим, насколько это возможно без вреда для точности. Важно, чтобы неизмеряемое значение не оказалась за пределами шкалы.

Возможны случаи, когда контур невозможно разомкнуть для замеров или нужное место в цепи труднодоступно. В таких ситуациях измерение можно выполнить косвенно. Определив падение напряжения на резисторе, можно с помощью закона Ома определить ток. Косвенные измерения удобно производить мультиметром — прибором, объединяющим функции омметра, вольтметра и амперметра.

В ситуациях, когда ток слишком высок для того, чтобы измерить его стандартным прибором, используют шунтирование. Самый дешёвый и простой способ — параллельное присоединение к участку резистора с омметром. Применение для измерений трансформатора тока добавляет важное преимущество, заключающееся в создании гальванической развязки между измерительным прибором и схемой, в которой измеряется ток. Но в этом случае анализ возможен только для переменного тока.

Измерения тока на реальных схемах выполняются в большинстве случаев для двух целей. Основная задача замеров — контроль за питанием. Вторая функция анализа токов заключается в определении неисправностей или превышения допустимого ампеража.

Очень важен выбор правильной технологии снятия показаний, чтобы компоненты контрольного оборудования способны были должным образом работать в пиковых и аварийных режимах. Современное развитие цифровой и компьютерной техники значительно расширило возможности точного измерения и исследования токов косвенными методами, а полупроводниковые технологии недалёкого будущего обещают дозировать электричество с точностью до единичного заряда.

Сила тока в физике — что это такое?

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Электрический ток

По проводам течет электрический ток. Причем он именно «течет», практически как вода. Представим, что вы — счастливый фермер, который решил полить свой огород из шланга. Вы чуть-чуть приоткрыли кран, и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала.

Сила струи очень слабая. Потом вы решили, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете два ведра из двух шлангов. У зеленого напор сильнее, у желтого — слабее. Быстрее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных шлангов тоже разный. Иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Если мы возьмем проводник с током, то будет происходить то же самое: заряженные частицы будут двигаться по проводнику, как и молекулы воды. Если больше заряженных частиц будет двигаться по проводнику, то «напор» тоже увеличится.

  • Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.

Сила тока

Сразу возникает потребность в величине, которой мы будем «напор» электрического тока измерять. Такая, чтобы она зависела от количества частиц, которые протекают по проводнику.

Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой заряд прошел через проводник за единицу времени.

Как обозначается сила тока?

Сила тока обозначается буквой I

Сила тока

I = q/t

I — сила тока [A]

q — заряд [Кл]

t — время [с]

Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана не просто так.

Во-первых, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался изучением электрических явлений. А во-вторых, единица этой величины выбрана на основе явления взаимодействия двух проводников.


Здесь аналогии с водопроводом провести, увы, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются вблизи друг друга (а жаль, было бы забавно).

Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в противоположном направлении (по этим же проводникам) — отталкиваются.


За единицу силы тока 1 А 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 Н.

Задача

Найти силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.

Решение:

Возьмем формулу силы тока

I = q/t

Подставим значения

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА

Чтобы хорошо запомнить теорию, нужно много практики. Классический курс по физике для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — отличная возможность попрактиковаться в решении задач.

Проводники и диэлектрики

Некоторые делят мир на черное и белое, а мы — на проводники и диэлектрики.

  • Проводники — это материалы, которые проводят электрический ток. Самыми лучшими проводниками являются металлы.
  • Диэлектрики — материалы, которые не проводят электрический ток. Изи!

Проводники

Диэлектрики

Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам

Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук

То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не значит, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передавать.

Направление тока

Раньше в учебниках по физике писали так: когда-то давно решили, что ток направлен от плюса к минуса, а потом узнали, что по проводам текут электроны. Но электроны эти — отрицательные, а значит к минусу идти не могут. Но раз уже условились о направлении, поэтому оставим, как есть. Вопрос тогда возникал у всех: почему нельзя поменять направление тока? Но ответ так никто и не получил.

Сейчас пишут немного иначе: положительные частицы текут по проводнику от плюса к минусу, туда и направлен ток. Здесь вопросов ни у кого не возникает.

Так и какая версия верна?

На самом деле, обе. Носители заряда в каждом типе материала разные. В металлах — это электроны, в электролитах — ионы. У каждого типа частиц свои знаки и потребность в том, чтобы бежать к противоположно заряженному полюса источника тока.

Не будем же мы для каждого типа материала выбирать направление тока, чтобы решить задачу! Поэтому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве задач школьного курса направление тока роли не играет, но есть то самое коварное меньшинство, где этот момент будет очень важным. Поэтому запомните — направляем ток от плюса к минусу.



Источник тока

Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.

В качестве источника может выступить, например, гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения. По сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».

Амперметр

Мы знаем, куда ток направлен, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.

Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в котором ток измеряют.


Амперметры бывают очень разными по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные — и это только самые распространенные.

Мы рассмотрим только принцип действия теплового амперметра, потому что для понимания принципа действия других устройств необходимо знать, что такое магнитное поле и катушки.

Тепловой амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум неподвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта тонкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей охватывает неподвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к неподвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).

Под действием тока проволока немного нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.



Физика 8 класс. Сила тока. Единицы силы тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. СИЛА ТОКА

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

Условия существования электрического тока в проводнике:
1. наличие свободных заряженных частиц ( в металлическом проводнике — свободных электронов),
2. наличие электрического поля в проводнике
(электрическое поле в проводнике создается источниками тока.).

Электрический ток имеет направление.
За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

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

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

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 поводников 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 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1м, расположенные на растоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

АНДРЕ-МАРИ АМПЕР
(1775 — 1836)
— французский физик и математик

— ввел такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т. д.;
— предположил, что, вероятно, возникнет новая наука об общих закономерностях процессов управления и предложил назвать ее «кибернетикой»;
— открыл явление механического взаимодействия проводников с током и правило определения направления тока;
— имеет труды во многих областях наук: ботанике, зоологии, химии, математике, кибернетике;

— его именем названа единица измерения силы тока — 1 Ампер.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ПРИРОДЕ.

Мы живем в океане электрических разрядов, создаваемых машинами, станками и людьми. Эти разряды — кратковременные электрические токи не так мощны, и мы их часто не замечаем. Но они все-таки существуют и могут принести немало вреда!

Что такое молния?

В результате движения и трения друг о друга воздушные слои в атмосфере электризуются. В облаках с течением времени скапливаются большие заряды. Они-то и являются причиной молний.
В момент, когда заряд облака станет большим, между его частями, имеющими противоположные по знаку заряды, проскакивает мощная электрическая искра – молния. Молния может образовываться между двумя соседними облаками и между облаком и поверхностью Земли. В этом случае под действием электрического поля отрицательного заряда нижней части облака поверхность Земли под облаком электризуется положительно. В результате молния ударяет в землю.
Природа молнии стала проясняться после исследований, проведенных в XVIII столетии русскими учеными М.В.Ломоносовым и Г.Рихманом и американским ученым Б.Франклином.

НЕУЖЕЛИ ?

Обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз. Между тем в действительности свечение
начинается снизу и только затем распространяется по вертикальному каналу.
Молния – точнее ее видимая фаза, оказывается, бьет снизу вверх!

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!

1. Как уберечься от молнии?
( или устройство громоотвода)
2. Эта загадочная молния!

А ЕСТЬ ЛИ ГРОМООТВОД У ТЕБЯ НА ДАЧЕ?

Одним из первых в мире громоотводов (молниеотводов) водрузил над крестом своего храма сельский священник из Моравии по имени Прокоп Дивиш, крестьянский сын, ученый и изобретатель.
Это было в июне 1754 года.
___

Первый в России молниеотвод появился в 1756 г. над Петропавловским собором в Петербурге.
Он был сооружен после того, как молния дважды ударила в шпиль собора и подожгла его.

Устали? — Отдыхаем!

Что бьёт: напряжение или сила тока? Ответ на вопрос столетия! | Электрика для всех

Все знают, что электрический ток может быть очень неприятен. Как минимум один раз каждый человек испытывал на себе удар, от оголённого провода или сломанной розетки, сводящий мышцы и вызывающий спазм дыхания. Но всё-таки, что нас бьёт и что представляет опасность: напряжение или ток?

Такое разное электричество

Чтобы понять, в чём суть, взгляните на три источника электрического тока ниже.

Я думаю, интуитивно и из личного опыта можно сказать, что ни первый источник, ни третий угрозы для здоровья и жизни не представляют и максимум, на что способны — вызывать неприятные ощущения. И это не смотря на впечатляющие значения тока (у автомобильного аккумулятора) и напряжения (у пьезоэлемента от зажигалки). А вот средний источник, если добраться до его внутренностей, может лишить вас жизни за минуту-две.

Дело тут в том, что наша кожа имеет интересное свойство: она не пропускает электрический ток низкого напряжения, точнее пропускает так мало, что это воспринимается как щекотка или мурашки. Но если напряжение превысит 40 — 60 Вольт (у всех по-разному), произойдёт пробой и ток потечёт почти беспрепятственно. А это уже опасно.

Сила тока

«Хорошо», — скажете вы. «Почему тогда пьезоподжиг, который гарантированно пробивает кожу напряжением 5000 Вольт также не причиняет нам вреда?» А вот тут вступает в игру ток или сила тока, выражаясь научно. Сила тока — это количество электроэнергии, прошедшей через проводник или, например, нашу руку. Для того, чтобы ток нам повредил, сила тока должна быть не меньше 0,03 Ампера (30 миллиампер).

То есть, пьезоподжиг пробивает нашу кожу, но количество тока, которое он впрыскивает так мало, что этот ток действует только на наши нервные окончания, вызывая чувство укола, но нашим тканям и биению сердца он не опасен.

Вывод

Подведём итог. Для того, чтобы электричество нам повредило, нужно соблюдение двух условий:

  • напряжение выше 40 Вольт;
  • источник питания с током выше 0,03 Ампера.

Электричество в проводке квартиры или дома, с напряжением 220 Вольт и силой тока до 16 Ампер очень опасно, потому что не только способно пробить нашу кожу, но и содержит достаточно тока в запасе, чтобы вызывать спазм нашего сердца, с самыми трагичными последствиями.

Надеюсь, теперь стало очевидно, что бьёт и напряжение и сила тока, но только когда они есть одновременно.

Безопасного электричества и будьте осторожны!

Сила тока. Единицы силы тока

вы уже знаете что такое электрический ток вы уже знаете как можно обнаружить электрический ток по его действиям тепловое химическое магнитное световое если вспомнить например тепловое действие какой но опыт проводили у нас была натянута проволока ее концы были закреплены и когда мы пропускали пони электрический ток проволока нагревалась и поэтому прогибалась и вы наверное заметили что я поворачиваю какую-то ручку на источнике тока мог увеличивать этот прогиб уменьшать а в конце мы даже сажали эту провала то есть действие тока может быть больше а может быть меньше то же самое можно сказать о любом действии тока магнитным можно сделать так что вот так катушка будет поднимать десять гвоздей а можно сделать так что она будет борьба только пять гвоздей значит должна существовать какая-то физическая величина описывающие этот электрический ток описывающий электрический ток и чем она больше тем действие тока будет больше и вот сегодня мы с этой физической величиной познакомимся она называется сила тока хотя к механической силе она никакого отношения ними так просто исторически сложилось тема урока сила тока . единицы силы тока . амперметры сила тока единицы силы тока амперметр и домашнее задание на среду на послезавтра конспект у перышки ну два параграфа а именно 37 38 37 38 и полу к шику задачи с номерами 1261 1264 пять задач как обычно и так что же такое сила тока сила тока эта величина которая имеет аналог в описании движение воды вот например что такое электрический ток электрический ток это направленное движение электрических зарядов заряженных частиц электрический ток чем-то похож на движение частиц воды по трубопроводу и вот по трубе может протекать больше воды вода может течь быстрее а может протекать меньше воды и можно например ввести такую величину объем воды которая протекает через трубу за единицу времени измеряться в кубических метрах в секунду у нее кстати есть свое название она называется объемный расход и вот аналогично можно поступить и для описания электрического тока что такое электрический ток направленное движение заряженных частиц нарисуем проводник точнее кусочек этого проводника вот он и вот допустим заряженные частицы движутся электроны если это металл движутся вот так к нам скажите пожалуйста а куда течет электрический ток при этом в противоположную сторону потому что за направление тока мы принимаем направление движения положительно заряженных частиц значит ток течет сюда и вот вот эти заряженные частицы переносящий электрический заряд двигаясь по проводнику пересекают вот эту поверхность она называется поперечное сечение проводника поперечное сечение проводника его кстати не обязательно рисовать на самом конце поперечное сечение можно выделить где угодно вы можете проводник разрезать где угодно вот здесь разрезать вот здесь вот здесь и та поверхность которая получается при разрезе при рассечении называется поперечным сечением и через поперечное сечение проводника за время t проходит какой-то заряд электрически заряженные частицы движутся переносят заряд проходит заряд какой буквы мы обозначаем электрический заряд q проходит зарядку но теперь представьте себе что за в первом случае за одну секунду прошел заряд ну например 1 кулон в другом случае за одну секунду прошел заряд 2 кулона как вы думаете в каком случае действие электрического тока будет больше конечно во втором потому что больший заряд проходит за одно и то же время поэтому физическая величина которую я уже объявил и назвал сила тока получится если мы разделим заряд проходящий через поперечное сечение проводника на время его прохождения или можно сказать так это физическая величина равна заряду протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени сила тока обозначается буквой и от слова им конфеты английского сила тока это определение эта формула объясняет нам что такое сила тока то что здесь написано виде формулы давайте сейчас запишем словами и так силой тока называется физическая величина силой тока называется физическая величина численно равная силой тока называется физическая величина численно равная заряду проходящему через поперечное сечение проводника заряду проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени за единицу времени физическая величина численно равная заряду протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени у любой физической величины есть какие-то единицы измерения сила тока измеряется в единицах которые называются ампер и обозначается буквой а называется ампер в честь французского физика андре мари ампер а который изучал электрические и магнитные лень казалось бы если вас спросят что такое 1 ампер вы можете сказать это сила тока при котором заряд в 1 кулон протекает за одну секунду а скажите пожалуйста а когда мы изучали электрические заряды мы давали определение что такое кулон нет не давали а вот сегодня дадим дело в том что ампер также как килограмм секунда метр является основной единицей международной системы си поэтому для ампера должен существовать какой-то эталон что же такое ампер таком случае для того чтобы задать какую-то силу тока наверно стоит наблюдать за действиями этого тока чем больше сила тока тем ярче проявляются действия электрического тока как вы думаете для создания эталона силы тока эталона ампера какое действие лучше всего использовать тепловое магнитное или химическое как вы думаете магнитное тепловое химическое смотрите допустим мы хотим использовать тепловое действие тока тогда нам нужен очень высококачественный калориметр для того чтобы ни один джоуль теплоты не пропал чтобы мы могли все это измерить нам нужны очень серьезные приборы для измерения температуры это не рационально потому что идеального теплоизолятора наверное не существует даже если у вас есть вакуум в нем теплопередача через излучение возможно химическое действие тока это идеально чистые вещества идеальной чистоты достичь практически невозможной но сейчас уже почти этого достигнули нужно очень тщательно взвешивать эти вещества реакции должны проходить контролируем это тоже очень неудобно а вот с магнитным действием тока лучше всего связать силу ток поэтому как раз 1 ампер определяется через магнитное действие тока я вам показывал как если пропускать ток покатушки она втягивает в себя мид и железные предметы оказывается что магнитное действие тока может проявляться и по другому если у вас есть два проводника по каждому из которых мы будем пропускать ток то если эти токи текут в одну сторону то проводники будут притягиваться друг другу если по двум проводникам пропускать электрические токи в противоположных направлениях то такие два проводника будут отталкиваться друг от друга и вот в определении силы тока в определении 1 ампера как раз входит сила с которой взаимодействуют два проводника причем они должны быть расположены параллельно они должны быть очень длинными будем говорить бесконечно длинными они должны быть в вакууме чтобы вещество никак не влияло на результат этого опыта и они должны быть тонкими и вот что из себя представляет один ампер смотрите это одно из самых сложных определений которые нам встретятся возьмем два бесконечно длинных тонких проводника расположенных в вакууме на расстояние 1 метр друг от друга на расстояние 1 метр друга друга допустим по ним текут токи в противоположных направлениях пусть здесь течет ток 1 ампер и здесь течет в противоположную сторону то кто же в 1 ампер этого легко достигнуть если просто с эти проводники соединить один за другим где-то там очень далеко проводите будут отталкиваться друг от друга возьмем на про водички отрезочек длиной в 1 метр вот отрезок длиной 1 метр на него со стороны 2 провода будут действовать сила причем эта сила будет распределена по всему проводнику на каждый метр проводника будет действовать какая-то своя сила обозначим эту силу f на второй проводник тоже будет действовать такая же сила новое и изображать не будет так вот из токи здесь один ампер расстояние между проводниками 1 метр они расположены в вакууме они бесконечны длинные и параллельные и тонкие тонкие та сила f будет равняться 2 на десять в минус седьмой ньютона на каждый метр длины нарисовали а теперь давайте запишем одно из самых длинных определений в курсе физики 1 ампер cherry 1 ампер и это сила такого неизменного тока 1 ампер терры это сила такого неизменного тока , который протекая по двум тонким бесконечно длинным тонким бесконечно длинным параллельным проводникам расположенным параллельным проводникам расположенным в вакууме на расстояние 1 метр друга друга расположенным в вакууме на расстояние 1 метр друга друга вызывает их взаимодействие с силой вызывает их взаимодействие с силой 2 на десять в минус седьмой ньютона вызывает их взаимодействие силой 2 на 10 минут 7 ньютона на каждый метр длины вызывает и взаимодействие с силой 2 на 10 минус 7 ньютона на каждый метр длины 1 ампер это сила такого неизменного тока который протекая по двум бесконечно длинным тонким параллельным проводникам расположены в вакууме на расстояние 1 метр друга друга вызывает их взаимодействие с силой 2 на 10 минут 7 ньютона на каждый метр длины возникает вопрос а где мы возьмем бесконечно длинные проводники такого же нельзя сделать поэтому для того чтобы задать ампер используют немножечко другие способы используют взаимодействия не длинных бесконечных проводников а катушек и их силу взаимодействия из измеряют с помощью весов которые я вам сейчас покажу на картинке конечно вот сейчас мы посмотрим на эти весы вот это очень серьезный точный прибор вы видите здесь катушки внутри этих катушек есть другие катушки и вот когда мы по ним протекает ток то нарушается равновесие этих весов можно с большой точностью измерить силу взаимодействия катушек и по этой силе определить силу тока то есть это катушка эта система катушек называется таковые весы или ампер весы они используются в качестве средства задания тока в 1 ампер своеобразным эталоном пер теперь когда мы знаем что такое 1 ампер можно сразу ответить на вопрос что такое 1 кулон для этого воспользуемся вот этой формулой выразим отсюда заряд q равняется и умножить на t единица заряда которую мы знаем как кулон теперь у нас выражается через ампер и секунду то есть кулон это ампер умножено на секунду и если вас спросят что такое кулон вы можете ответить cool 1 кулон это заряд протекающей за одну секунду через поперечное сечение проводника с током силой 1 ампер давайте это запишем 1 кулон тире это заряд протекающий через поперечное сечение проводника с током в 1 ампер протекающий через поперечное сечение проводника с током в 1 ампера за одну секунду протекающий через поперечное сечение проводника с током 1 ампер за одну секунду 1 ампер это не очень маленькая и не очень большая сила тока например через электроплитку или через электрокамин протекает ток 5 10 ампер через лампочку вот эту небольшую протекает ток порядка четверти ампера в мобильном телефоне в зависимости от того работает он на передачу или на прием тоже ток порядка там единиц ампер не больше обычно меньше через часы электронные которые у нас висят на стене и они идут наверное больше года от одного маленького гальванического элемента там сила тока гораздо меньше 1 ампера и в таком случае не удобно пользоваться амперам и пользуются всеми единицами которые получается с помощью десятичных префиксов давайте запишем что такое один миллиампер 1 мили ампер мили означает 10 минус 3 10 в минус 3 ампера один микроампер это одна миллионная первые 10 минус 6 ампер а бывают ситуации когда текут токи даже меньше 1 микроампер а это наноампер это редко бывает но бывает наноампер 10 в минус девятой ампера а бывает наоборот ситуации где токи протекают тысячи ампер тогда существует единица 1 кило ампер например в мощных сварочных аппаратах ток может доходить до таких значений 1 кило ампер это 10 в третьей степени ампер приборы для измерения силы тока называются амперметра my бывают амперметры но бывают и миллиамперметр и и микроамперметр и и кило амперметры зависимости от того какого порядка токио не измеряют их немножко по-разному обозначают например вот как обозначается амперметр кружочек обязательно два вывода посередине буква а а вот это что такое как вы думаете это миллиамперметр обратите внимание что буковка тут латинская мы можем еще изобразить и микроамперметр тоже кружочек но посередине стоит греческая буква и и буква а вот микроамперметр можно и кило амперметр показать я понимаю что это не сложно сделать вот кило амперметр как вы думаете как он обозначается буква к наверное латинская раз микро мили обозначается латинской киева амперметр вот так это обозначение приборов давайте теперь посмотрим как они выглядят и заодно поговорим о их характеристиках вот смотрите вот амперметр скажите пожалуйста на какую силу тока рассчитан этот амперметр до верхний предел измерения этого прибора 2 ампера а цена деления нужно взять расстояние между ближайшими делениями посмотреть так и посчитать сколько здесь этих делений вот здесь 10 делений а между оцифрован ими штрихами пол ампера значит в 10 раз меньше чем полом пера пять сотых ампера это сколько миллиампер это 50 миллиампер вот это микро миллиамперметр на какой предел на какой ток он рассчитан до 500 миллиампер а вот микроамперметр он рассчитан на измерение токов до 100 микроампер а вот еще один микроамперметр как вы думаете чем они отличаются смотрите у этого у левого шкала имеет 0 посередине а у правого шкала имеет ноль слева правый прибор предназначен для измерения токов которые текут только в одном направлении а левый позволяет измерять силу тока текущего как в одну сторону так и в другую зависимости от того в какую сторону отклоняется стрелка будет так течь можно сказать в какую сторону течет электрический ток существует и вот такие амперметра это лабораторный довольно дорогой и сложный прибор для высокоточного измерения силы тока обратите внимание на то что у него есть два предела измерения если ручка находится вот в этом положении то максимальный ток который можно измерять этим прибором 1 ампер если ручку перевести в это положение будет максимальный ток 2 ампера и еще интересная особенность этого прибора смотрите шкала зеркальная как вы думаете для чего это сделано что думает саша смотрите если я буду наклонять прибор то стрелка и ее отражение не совпадают но только при определенном расположение объектива или глаза относительно шкалы у нас стрелка и ее отражение совпадут именно этого и нужно добиваться почему давайте разберемся подробнее представьте себе что вот это у вас шкала один тут 023 а это скрипка и вот у вас стрелка стоит вот так если я посмотрю отсюда мне кажется что стрелка стоит против единички если я посмотрю отсюда мне кажется что стрелка стоит против тройки но надо чтобы прибор дал однозначно и показания для этого стрелка должна быть для этого луч зрения должен был перпендикулярен шкале прибора в этом случае изображение с стрелки в зеркале совпадает с самой стрелкой и в таком случае отсутствует искажение которое называется параллакс вот чтобы этого параллакса не было и луч зрения всегда был перпендикулярен шкале и делается зеркальная шкала следующий вопрос вот амперметр он измеряет понятное дело силу тока он измеряет силу тока где подсказываю температуру чего измеряет термометр комната среды себя термометр измеряет температуру своего резервуара амперметра измеряя ток текущей через амперметр а вам нужно чтобы он измерял ток текущей через лампочку через электродвигатель мобильный телефон как сделать чтобы амперметр показывал недуг текущей через себя отток текущей через нагрузку нужно включить его так чтоб те же самые заряды которые проходят через нагрузку потом прошли через амперметр давайте сейчас покажем как правильно включается амперметр для измерения силы тока допустим мы хотим измерить силу тока через лампочку вот источник тока батарейка вот лампочка теперь пожалуйста пока не рисуйте не рисуйте вот лампочка включена ток течет через лампочку ток течет дальше ток течет здесь как включить амперметр чтобы через него шел тот же самый топ артём совершенно верно артем сказал что амперметр включается в разрыв электрической цепи то есть мы должны сейчас разорвать электрическую цепь вот так и сюда включить амперметр или миллиамперметр вот так теперь давайте еще присмотримся к амперметром возьмем к примеру старый добрый знакомы школьный амперметр двух амперный и обратим внимание на то что клеммы этого амперметра подписаны посмотрите здесь стоит знак минус здесь стоит знак + возьмём другой прибор миллиамперметр смотрите здесь тоже подписано стоит знак + и тут с этой стороны знак минус это не случайно дело в том что если неправильно включить амперметр то его стрелка отклоняется не в ту сторону помните амперметр со стрелкой посерединке вот этот не боится включение неправильным образом а здесь у нас стрелка с краю так вот смотрите как правильно включается амперметр вот положительный полюс положительная крема крема помеченная значком плюс должна быть с той стороны с которой находится положительный полюс источника тока а клемма на амперметры обозначенная знаком минус должна быть с той стороны с которой расположен отрицательный полюс и наконец последнее что касается использования амперметров хороший прибор это такой прибор который своим присутствием не изменяет силу тока в электрической цепи то есть от того что я сюда включил амперметр сила тока не должна изменяться она должна быть точно такой же как если бы здесь просто был проводник это значит что по своим электрическим свойствам амперметр мало чем отличается от просто куска провода а теперь вспомним ошибку которую допускали некоторые ребята когда изображали электрические схемы подключали проводник между полюсами источника тока и очень говорил что это я говорю что это очень тяжёлая ситуация это аварийная ситуация это короткое замыкание так вот ни в коем случае нельзя амперметр присоединять непосредственно к выводам источника тока испортится амперметр может случиться еще много неприятностей и так три правила пишем использование правила использования амперметра или правила включения амперметра правила включения амперметра первое первое амперметр включается в разрыв электрической цепи где нужно измерить силу тока амперметр включается в разрыв электрической цепи где нужно измерить силу тока амперметр включается в разрыв электрической цепи где нужно измерить силу тока второе клемма амперметра обозначенная знаком плюс клемма амперметра обозначенной знаком плюса должна быть подключена со стороны положительного полюса источника тока должна быть подключена со стороны положительного полюса источника тока крема обозначенная знаком плюс должна быть подключена со стороны положительного полюса источника тока и третье ни в коем случае ни в коем случае нельзя подключать амперметр ни в коем случае нельзя подключать амперметр непосредственно к выводам или непосредственно к полюсом источника тока ни в коем случае нельзя подключать амперметр непосредственно к полюсом источника тока записали ну а теперь давайте поиграемся по измеряем силу тока протекающего например через лампочку вот вы видите батарейку и лампочку амперметр пока уберем просто включаем лампочку смотрите лампочку я подсоединяю с одной стороны к положительному полюсу источника тока с другой стороны сначала включу ее непосредственно проверим работает ли источник тока и лампочка лампочка горит все хорошо теперь представим себе что у нас электрическая цепь вот такая два провода образуют на самом деле 1 вот мы сейчас собрали такую электрическую цепь ток течет от положительного полюса через лампочку через вот этот провод к отрицательному полюсу амперметр включается в разрыв электрической цепи разорвали электрическую цепь понятное дело лампочка погасла теперь тот провод который обращен к положительному полюсу источника тока плюсик у мы присоединяем к клемме которая обозначена плюсом вот сюда а ту которая обозначена минусом крема автоматически у нас оказывается подключена к отрицательному пользу замыкало электрическую цепь ток пошел скажите пожалуйста чему равна сила тока протекающего через лампочку 270 миллиампер сколько это ампер 027 а ну давайте возьмем другой прибор этаж миллиамперметр а мы с вами возьмем вместо этого амперметр с этой стороны с положительной стороны опять подключаем положительный по и проводнике дующий к положительному полюсу с этой стороны подключаем проводник идущий к отрицательному полюсу какова сила тока 027 ампер все сходится и последний вопрос а как вы думаете что будет если я включу амперметр и миллиамперметр один с одной стороны от источника тока а другой с другой стороны вот это все сдвину сюда а этот прибор подключу с этой стороны что будет значит внимательно смотрим на полярность здесь минус значит этот провод надо подключить со стороны отрицательного полюса вот сюда а этот проводник идущий от положительной клеммы от плюса подключаем к положительному полюсу источника тока и вот мы с вами видим что оба прибора показывают ток причем это ток здесь у нас 0 20 до 260 миллиампер 2 260 миллиампер а здесь 026 ампера заряд ведь никуда не девается заряд как вода по трубе течет через один амперметр а потом через другой амперметра точно также как когда вода течёт по водопроводу если вы несколько счетчиков водомерных поставите один за другим они все покажут один и тот же расход воды все амперметры показывают одно и то же во всех участках цепи за одно и то же время проходит одинаковый заряд он ведь нигде не накапливается сколько пришло вампир метр кулон столько и ушло и последнее ребята ток 1 ампер за секунду проходит заряде ща в 1 кулон а помните мы говорили с вами что один кулон это чудовищно заряд если мы возьмем два заряда по одному кулону расположенных на расстояние 1 метр друг от друга они будут взаимодействовать силой 9 миллиардов ньютонов как же не разносит в клочья эти проводники по которым протекают такие огромные заряды почему это все возможно что думает саша а садись пожалуйста нет заряд как раз движется вы узнаете что он движется ну просто удивительно медленно оказывается если сила тока в проводнике порядка 10 ампер то скорость упорядоченного движения всего лишь доли миллиметров в секунду а вот скорость теплового движения порядка ста километрах секунду нет дело не в этом ребята кроме электронов есть что-то еще в проводнике что именно протоны которые находятся в ядрах ядра заряжены положительно электроны заряжены отрицательно эти заряды друг друга скомпенсировали поэтому в целом проводник нейтрален но просто один из видов этих зарядов способен двигаться и оказывается что может пройти колоссальный заряд без всяких последствий для проводника все на сегодня урок окончен [музыка]

Электричество и магнетизм

Таким образом, скорость  в выражении (4. 7) — это дрейфовая скорость носителей тока в присутствии внешнего электрического поля или любого другого силового поля, обуславливающего направленное (упорядоченное) движение носители заряда. Если в веществе возможно движение зарядов разного знака, то полная плотность тока определяется векторной суммой плотностей потоков заряда каждого знака.

Как уже указывалось, в отсутствие электрического поля движение носителей заряда хаотично и не создает результирующего тока. Если, приложив электрическое поле, сообщить носителям заряда даже малую (по сравнению с их тепловой скоростью) скорость дрейфа, то, из-за наличия в проводниках огромного количества свободных электронов, возникнет значительный ток.

Поскольку дрейфовая скорость носителей тока создается электрическим полем, логично предположить пропорциональность

так что и плотность тока будет пропорциональна вектору напряженности (рис. 4.4)

                              

(4. 9)

Более подробно этот вопрос обсуждается в Дополнении

Входящий в соотношение (4.9) 

Коэффициент пропорциональности   называется проводимостью вещества проводника. 

Проводимость связывает напряженность поля в данной точке с установившейся скоростью «течения» носителей заряда. Поэтому она может зависеть от локальных свойств проводника вблизи этой точки (то есть от строения вещества), но не зависит от формы и размеров проводника в целом. Соотношение (4.9) носит название закона Ома для плотности тока в проводнике (его называют также законом Ома в дифференциальной форме).

Рис. 4.4. Силовые линии электрического поля совпадают с линиями тока 

Чтобы понять порядки величин, оценим дрейфовую скорость носителей заряда в одном из наиболее распространенных материалов — меди. Возьмем для примера силу тока I = 1 А, и пусть площадь поперечного сечения провода составляет
1 мм2 = 10–6 м2. Тогда плотность тока равна j = 106 А/м2. Теперь воспользуемся соотношением (4.7)

Носителями зарядов в меди являются электроны (е = 1.6·10-19 Кл), и нам осталось оценить их концентрацию . В таблице Менделеева медь помещается в первой группе элементов, у нее один валентный электрон, который может быть отдан в зону проводимости. Поэтому число свободных электронов примерно совпадает с числом атомов. Берем из справочника плотность меди — r Cu=8,9·10кг/м3. Молярная масса меди указана в таблице Менделеева — MCu = 63,5·10–3 кг/моль. Отношение 

 

— это число молей в 1 м3. Умножая на число Авогадро Na = 6,02·1023 моль–1, получаем число атомов в единице объема, то есть концентрацию электронов

Теперь получаем искомую оценку дрейфовой скорости электронов

Для сравнения: скорости хаотического теплового движения электронов при 20°С в меди по порядку величины составляют 106 м/с, то есть на одиннадцать порядков величины больше.  

Возьмем произвольную воображаемую замкнутую поверхность S, которую в разных направлениях пересекают движущиеся заряды. Мы видели, что полный ток через поверхность равен

где dq — заряд, пересекающий поверхность за время dt. Обозначим через q ‘ заряд, находящийся внутри поверхности. Его можно выразить через плотность заряда , проинтегрированную по всему объему, ограниченному поверхностью

Из фундаментального закона природы — закона сохранения заряда — следует, что заряд dq, вышедший через поверхность за время dt, уменьшит заряд q ‘ внутри поверхности точно на эту же величину, то есть dq ‘ = –dq  или

Подставляя сюда написанные выше выражения для скоростей изменения заряда внутри поверхности , получаем математическое соотношение, выражающее закон сохранения заряда в интегральной форме

                          

(4. 10)

Напомним, что интегрирования ведутся по произвольной поверхности S и ограниченному ею объему V.

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Избранное Любимый 121

Текущий

Количество воды, вытекающей из бака по шлангу, можно представить как ток. Чем выше давление, тем выше расход, и наоборот. В случае с водой мы бы измерили объем воды, протекающей через шланг за определенный период времени. С электричеством мы измеряем количество заряда, протекающего по цепи за определенный период времени.18 электронов (1 кулон) в секунду проходят через точку цепи. Усилители представлены в уравнениях буквой «I».

Допустим, у нас есть два бака, к каждому из которых подходит шланг снизу. В каждом баке одинаковое количество воды, но шланг одного бака уже, чем шланг другого.

Мы измеряем одинаковое давление на конце любого шланга, но когда вода начнет течь, расход воды в баке с более узким шлангом будет меньше, чем расход воды в баке с более широкий шланг.В электрических терминах ток через более узкий шланг меньше, чем ток через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (зарядку) в баке с более узким шлангом.

Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через бак. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.

Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током.Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга является сопротивлением. Это означает, что нам нужно добавить еще один член в нашу модель:

.
  • Вода = заряд (измеряется в кулонах)
  • Давление = Напряжение (измеряется в вольтах)
  • Расход = ток (измеряется в амперах или для краткости «ампер»)
  • Ширина шланга = сопротивление

Ампер: Введение | НИСТ

 

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

Кредит: Управление энергетики Бонневилля / Министерство энергетики

Ампер (А), основная единица электрического тока в системе СИ, является привычной и незаменимой величиной в повседневной жизни. Он используется для определения потока электроэнергии в фенах (15 ампер для модели мощностью 1800 Вт), удлинителях (обычно от 1 до 20 ампер), бытовых автоматических выключателях (от 15 до 20 ампер для одной линии), дуговой сварке ( до 200 ампер) и более.В повседневной жизни мы сталкиваемся с широким диапазоном тока: эквивалентная 60-ваттная светодиодная лампа потребляет небольшую долю ампера; удар молнии может нести 100 000 ампер и более.

 

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

 

Ампер является международно-признанной единицей с 1908 года, и с течением времени его точность измеряется со все большей точностью, в последнее время до нескольких частей на десять миллионов.

Но определение ампера было в лучшем случае проблематичным. До 2019 года его официальное определение — общая версия эксперимента, проведенного французским ученым Андре-Мари Ампером в 1820-х годах — указывало совершенно гипотетическую ситуацию:

Ампер – это такой постоянный ток, который, если его провести в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением, расположенных на расстоянии 1 метра друг от друга в вакууме, будет создавать между этими проводниками силу, равную 2 x 10 — 7 ньютона 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 аппроксимировать в лаборатории. Столь же неудовлетворительным был тот факт, что усилитель, хотя и являлся электрической величиной, определялся в механических терминах. Ньютон (единица силы СИ, кг•м/с 2 ) был получен из единицы массы СИ: килограмма, хранящегося в Севре, Франция.Значение его массы менялось со временем, что ограничивало точность полученных единиц измерения.

 

Гроза 2013 года в Санта-Фе. Типичные разряды молнии могут нести электрический ток силой 100 000 ампер и более.

Кредит: Ю. Ральченко/NIST

Однако в ноябре 2018 года было утверждено новое определение ампера — наряду с тремя другими основными единицами СИ: килограммом (масса), кельвином (температура) и молем (количество вещества).Начиная с 20 мая 2019 года ампер основан на фундаментальной физической константе: элементарном заряде (e), который представляет собой количество электрического заряда в одном электроне (отрицательном) или протоне (положительном).

Ампер является мерой количества электрического заряда в движении в единицу времени ― то есть электрического тока. Но количество электрического заряда самого , независимо от того, движется оно или нет, выражается в другой единице СИ — кулоне (Кл). Один кулон равен примерно 6.241 x 10 18 электрических заряда ( e ). Один ампер — это ток, при котором заряд в один кулон проходит через данную точку за 1 секунду.

Вот почему средняя молния несет заряд около 5 кулонов, даже если ее сила тока может составлять десятки тысяч ампер. Разница в этих цифрах связана с тем, что удар молнии длится всего несколько десятков миллисекунд (тысячных долей секунды).

 

Одноэлектронный транспортный чип (SET), который можно использовать для подсчета электронов в переопределенном ампер.

Кредит: НИСТ

Определение ампера исключительно с точки зрения элементарного заряда и можно рассматривать как своего рода результат хороших 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 ампера превратились в подсчет прохождения отдельных электронов в устройстве с течением времени.

С другой стороны, и почти невообразимо малы ― примерно одна десятая миллиардной миллиардной части количества заряда в токе в 1 ампер, который проходит мимо данной точки за 1 секунду. Измерение отдельных электронов после определенной точки технически сложно, и главная задача ученых состоит в том, чтобы создать ток отдельных электронов, который можно было бы регулярно измерять и использовать в качестве эталона.

Таким образом, хотя новое определение, наконец, поставило ампер на более рациональную основу, оно ставит перед измерительной наукой новые и серьезные проблемы.

Единица электрического тока «ампер»

Единица измерения электрического тока Ампер (А), названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775 — 1836), является одной из семи традиционных основных единиц Международной системы измерения силы тока. Единицы (СИ).

В историческом развитии СИ с 1948 года ампер определялся силовым действием между двумя проводниками, по которым течет ток. Это «классическое» определение, основанное на электромагнетизме, неявно установило значение магнитной постоянной μ 0 = 4 π . 10 -7 Н . м -1 = 4π . 10 -7 м . кг . с -2 . А -2 . Прямые практические реализации ампера в соответствии с этим определением SI были основаны на сложных электромеханических устройствах, таких как, например, «текущий баланс». Точность таких реализаций ограничивалась несколькими десятимиллионными долями, что недостаточно для требований современной метрологии.


В соответствии с рекомендациями CIPM ( International Comité des Poids et Mesures ), с 1990 года все калибровки электрического напряжения и сопротивления были связаны с электрическими квантовыми стандартами для электрического напряжения, т. е. эффектом Джозефсона, и для электрического сопротивления, т.е. квантовый эффект Холла. Точно фиксированные числовые значения постоянной Джозефсона, связанной с эффектом Джозефсона ( K J-90 = 483 597,9 ГГц/В 90 ) и постоянной фон-Клитцинга, связанной с квантовым эффектом Холла ( R К-90 = 25 812.807 Ом 90 ).


Использование этих «обычных» эталонных значений для констант фон-Клитцинга и Джозефсона имело значительные практические преимущества с точки зрения обслуживания и распространения электрических единиц. Это позволило воспроизвести электрические единицы со значительно улучшенной точностью до одной миллиардной. Однако это также означало, что электрические единицы, полученные из «обычных» единиц V 90 и Ω 90 , больше не соответствовали действующей Международной системе единиц (СИ).


20 мая 2019 года вступила в силу редакция СИ, согласно которой значения СИ для постоянной Джозефсона К Дж = 2 е / ч и для постоянной фон-Клитцинга R K = ч / e 2 с использованием точно определенных значений для элементарного заряда e и постоянной Планка ч . Таким образом, реализация ома и вольта в рамках СИ теперь возможна за счет использования соответствующих квантовых эффектов.Используя соотношение I = U / R или 1 А = 1 В/Ом соответственно (т. е. «закон Ома»), электрический ток или единицу ампера можно проследить до двух электрических квантовых эффектов для вольт и ом косвенно, но в полном соответствии с СИ.


Редакция SI 2019 года в принципе предлагает еще одну возможность прямого определения ампера, которая основана на точном значении элементарного заряда e . При этом используется определение тока I как количества заряда Δ Q , переносимого через проводник в единицу времени Δ t , т.е.е. I = Δ Q / Δ t . Понимая под транспортируемым зарядом число Н носителей заряда с зарядом е (например, электронов), получаем ∙ e f , соответственно, где f — частота электронов, проходящих через поперечное сечение проводника. Это дает возможность прямо и элегантно определить ток или ампер, «подсчитав» количество электронов, проходящих через одно поперечное сечение проводника в секунду.Соответствующая реализация возможна с помощью одноэлектронных насосов, производящих электрические токи за счет синхронизированного, контролируемого переноса одиночных электронов. Эти токи — из-за физических ограничений насосов — в настоящее время все еще очень малы (менее 1 нм = 10 -9 А). Кроме того, одноэлектронный транспорт подвержен ошибкам, вызванным статистическими флуктуациями. Следовательно, необходим контроль одноэлектронного транспорта путем «подсчета» ошибочных событий. Это возможно с помощью одноэлектронных транзисторов.

 

Для дальнейшего чтения:

  • Х. Шерер и Х. В. Шумахер, «Одноэлектронные насосы и метрология квантовых токов в пересмотренном SI», Ann. физ., вып. 531, нет. 5, с. 1800371, 2019.

 

Back to Home AG 2.61

Ток при полной нагрузке в амперах Однофазные двигатели переменного тока — электрические каталожные номера

HP 115 В 200В 208В 230 В
1 /6 4. 4 2,5 2,4 2,2
1 /4 5,8 3,3 3,2 2,9
1 /3 7,2 4.1 4 3,6
1 /2 9.8 5,6 5,4 4,9
3 /4 13,8 7,9 7,6 6,9
1 16 9,2 8,8 8
1 — 1 /2 20 11.5 11 10
2 24 13,8 13,2 12
3 34 19,6 18,7 17
5 56 32. 2 30,8 28
7- 1 /2 80 46 44 40
10 100 57,5 ​​ 55 50

Указанные напряжения являются номинальным напряжением двигателя.
Токи указаны для диапазонов напряжения сети от 110 до 120 и от 220 до 240.

Электрический ток – Гиперучебник по физике

Обсуждение

определений

текущий

Электрический ток определяется как скорость, с которой заряд протекает через поверхность (например, поперечное сечение провода). Несмотря на то, что это относится ко многим разным вещам, слово ток часто используется само по себе вместо более длинного и формального «электрический ток». Прилагательное «электрический» подразумевается контекстом описываемой ситуации. Фраза «ток через тостер» определенно относится к потоку электронов через нагревательный элемент, а не к потоку ломтиков хлеба через прорези.

Как и для всех величин, определяемых как скорость, есть два способа записать определение электрического тока — средний ток для тех, кто заявляет о незнании вычислений…

и мгновенный ток для тех, кто не боится вычислений…

I  =  д  =  дк
т дт

Единицей силы тока является ампер [А], названный в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775–1836).В письменных языках без ударных букв (а именно в английском) стало принято записывать единицу как ампер , а в неформальном общении сокращать слово до ампер . У меня нет проблем ни с одним из этих написаний. Только не используйте заглавную «А» в начале. Ампер относится к физике, а ампер (или ампер, или ампер) относится к единице измерения.

Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время измеряется в секундах, ампер равен кулону в секунду.



А =  С

с

Элементарный заряд точно равен…

e = 1,602176634 × 10 −19  C

Количество элементарных зарядов в кулоне было бы обратным этому числу — повторяющейся десятичной дробью с периодом 778 716 цифр. Я напишу первые 19 цифр, это максимум, что я могу написать (поскольку произвольных долей элементарного заряда не существует).

C ≈ 6 241 509 074 460 762 607 e

А потом я напишу его снова с более разумным количеством цифр, чтобы его было легче читать.

C ≈ 6,2415 × 10 18  e

Ток в один ампер представляет собой передачу примерно 6,2415 × 10 18 элементарных зарядов в секунду. Для тех, кто любит совпадения, это примерно то же самое, что десять микромолей.

плотность тока

Когда я визуализирую течение, я вижу движущиеся предметы.Я вижу, как они движутся в определенном направлении. Я вижу вектор. Я вижу неправильное. Ток не является векторной величиной, несмотря на мою хорошо развитую научную интуицию. Ток является скаляром. И причина в том… потому что это так.

Но подождите, дальше будет еще страннее. Отношение силы тока к площади данной поверхности называется плотностью тока.

Единицей плотности тока является ампер на квадратный метр , которая не имеет специального названия.



А  =  А

м 2 м 2

Несмотря на то, что плотность тока является отношением двух скалярных величин, плотность тока является вектором. И причина в том, что это так.

Ну… на самом деле, это потому, что плотность тока определяется как произведение плотности заряда и скорости для любого места в космосе…

J  = ρ  v

Два уравнения эквивалентны по величине, как показано ниже.

Дж  =  р   v  
 
Дж  =  q   дс  =  с   дк  =  1   I
В дт ЮАР дт А
 
Дж  =  я  
А

Что еще нужно учитывать.

I  =  JA  = ρ v A

Читатели, знакомые с гидромеханикой, могли бы узнать правую часть этого уравнения, если бы она была написана немного по-другому.

I  = ρ Ав

Этот продукт является величиной, которая остается постоянной в уравнении непрерывности массы .

ρ 1 1 A 1 V 1 = ρ 2 A 2 V 2

Точно такое же выражение применимо к электрическому току с символом ρ, меняющим значение в зависимости от контекста.В гидромеханике ρ обозначает плотность массы, а в электрическом токе — плотность заряда.

микроскопическое описание

Ток – это поток заряженных частиц. Это дискретные сущности, а значит, их можно сосчитать.

n  =  N / В

q  =  нкв

В  =  Ad  =  Av t

I  =  д  =  nqAv т
т т

I  =  nqAv

Аналогичное выражение можно записать для плотности тока. Вывод начинается со скалярной формы, но в конечном выражении используются векторы.

J  =  nq v

твердые вещества

проводимость по сравнению с валентными электронами, проводники по сравнению с изоляторами

Дрейфовое движение, наложенное на тепловое движение

Увеличить

Текст моста.

Тепловая скорость электронов в проводе довольно высока и изменяется случайным образом из-за атомных столкновений. Поскольку изменения хаотичны, средняя скорость равна нулю.

Когда проволоку помещают в электрическое поле, свободные электроны равномерно ускоряются в промежутках между столкновениями. Эти периоды ускорения поднимают среднюю скорость выше нуля. (Эффект сильно преувеличен на этой диаграмме.)

тепловая скорость электрона в меди при комнатной температуре (классическое приближение)…

v среднеквадратичное значение  = √ 3(1. 38 × 10 −23 Дж/К)(300 К)
(9,11 × 10 −31 кг)
v среднеквадратичное значение 100 км/с  
 

Ферми-скорость электрона в меди (квантовая величина)…

v ферми  = √ 2 E ферми
м е
v ферми  = √ 2(7.00 эВ)(1,60 × 10 −19 Дж/эВ)
(9,11 × 10 −31 кг)
v ферми 1500 км/с  
 

дрейфовая скорость электрона в 10 м медного провода, подключенного к автомобильному аккумулятору 12 В, при комнатной температуре (среднее время наработки между столкновениями при комнатной температуре τ = 3 × 10 −14 с)…

v дрейф  =  1 v  =  1   а τ = 1   Ф τ = 1   EE τ
2 2 2 м е 2 м е
v дрейф  =  (1. 60 × 10 −19  C)(12 В)(3 × 10  –14  с)
2(10 м)(9,11×10 −31 кг)
v дрейф 3 мм/с  
 

Тепловая скорость на несколько порядков превышает скорость дрейфа в типичной проволоке. Время прохождения круга около часа.

жидкости

ионы, электролиты

газы

ионов, плазма

  • 14:02 — Отключение линии электропередачи на юго-западе Огайо
    4. Стюарт — Атланта 345 кВ
    Эта линия является частью пути передачи из юго-западного Огайо в северный Огайо. Он отключился от системы из-за возгорания кустов под частью линии. Горячие газы от пожара могут ионизировать воздух над линией электропередачи, в результате чего воздух проводит электричество и вызывает короткое замыкание проводников.
    Источник

исторический

Символ I был выбран французским физиком и математиком XIX века Андре-Мари Ампером для обозначения силы тока.

Увеличить
     
Pour exprimer en nombre l’intensité d’un courant quelconque, on convra qu’on ait choisi un autre courant арбитраж для срока сравнения…. Désignant donc par i et i les rapports des intensités des deux courants donnés à l’intensité du courant pris pour unite….   Чтобы выразить интенсивность тока в виде числа, предположим, что для сравнения выбран другой произвольный ток…. Примем i и i для отношений сил двух заданных токов к силе эталонного тока, принятой за единицу….
Андре-Мари Ампер, 1826 г.   Андре-Мари Ампер, 1826 г. (платная ссылка)

Термин «интенсивность» теперь имеет в физике другое значение. Ток — это скорость, с которой заряда протекает через поверхность любого размера — например, клеммы аккумулятора или штыри электрической вилки. Интенсивность — это средняя мощность на единицу площади, передаваемая каким-либо лучистым явлением — например, звуком оживленного шоссе, светом Солнца или частицами брызг, испускаемыми радиоактивным источником.Ток и интенсивность теперь являются разными величинами с разными единицами измерения и разным использованием, поэтому (конечно) они используют одинаковые символы.

текущий интенсивность
I  =  д  

А =  С

т с
I  =  П  

Вт

А м 2

Начало таблицы

  • 12 000 А ток через магниты БАК в ЦЕРН

Ампер: определение и расчет | Учиться.

ком

Измерение

Электролитическая ячейка — это аппарат, используемый для электролиза. Электролитическая ячейка используется для определения ампер. Количество металла, осажденного в электролитической ячейке, прямо пропорционально протекающему через нее току, а также пропорционально времени, в течение которого ток сохраняется.

Используется раствор нитрата серебра (электролит) в воде. Установившийся ток, при котором серебро осаждается со скоростью 0,001118 грамм в секунду (г/с) из этого раствора, принимается за единицу силы тока и называется одним ампером.18 электронов в секунду. 100-ваттная лампочка потребляет примерно 1 ампер, а электрический утюг для одежды мощностью 600 Вт потребляет примерно 5,5 ампер. Ток, необходимый для большинства современных электронных устройств, таких как стереосистемы и телевизоры, обычно составляет менее 1 ампера и составляет не более 2-3 ампер.

На основании этого определения ампера измерение тока производится в стандартизирующей лаборатории с использованием серебряного вольтаметра . Вольтаметр — это прибор, используемый для измерения электрического заряда.Серебряный вольтаметр состоит из платинового тигля, содержащего раствор пятнадцати-двадцати частей нитрата серебра на сто частей дистиллированной воды по весу, вместе с двумя пластинами (анодной и катодной) из чистого серебра, подвешенными в нем. Имеются также определенные спецификации для объема электролита нитрата серебра и плотности тока или поверхностного распределения по поверхностям электродов. Пока движутся электроны, серебро растворяется на аноде и осаждается на катоде.

Схема вольтаметра

Для измерения можно использовать другие типы вольтметров, например, использующие медь (электролит на основе сульфата меди) или цинк (электролит на основе сульфата цинка). Однако эти типы вольтаметров гораздо менее точны и, следовательно, больше подходят для академического использования. Они совершенно непригодны для «официальных» измерений или любой работы, связанной со стандартизацией амперной единицы. 2) = 5 А.

Краткий обзор урока

Ампер — общепринятая на международном уровне единица измерения электрического тока. Он обозначается аббревиатурой «А» и часто упоминается как «усилитель» или «усилитель» людьми, работающими в электротехнической и электронной промышленности. Вольтаметр — это прибор, используемый для измерения электрического заряда и стандартизации единицы измерения ампера. Расчет количества ампер, или силы тока, производится исходя из размера электродных пластин, используемых в вольтаметре, и поверхностной плотности тока.

Словарь и определения

Текущее — это сила, которая движет этими системами и позволяет им выполнять необходимые функции.

Ампер — единица измерения электрического тока, принятая международной комиссией.

— сокращение от ампер.

Электролиз — перенос ионов через воду.

Вольтаметры — это устройства, используемые для измерения электрического заряда.

Плотность — это поверхностное распределение.

Результат обучения

Углубленное изучение урока по амперу может подготовить вас к определению и правильному расчету ампер.

Закон

Ом — Как соотносятся напряжение, ток и сопротивление | Закон Ома

Первое и, возможно, самое важное соотношение между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома. Он был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Математическое исследование гальванической цепи».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается токопроводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно двигаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током , и его часто называют «потоком», точно так же, как течение жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением . Напряжение — это особая мера потенциальной энергии, которая всегда является относительной между двумя точками.

Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение того, сколько потенциальной энергии существует для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без ссылки на две особые точки термин «напряжение» не имеет смысла.

Ток имеет тенденцию двигаться по проводникам с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее назвать сопротивлением .Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего протеканию тока.

Как и напряжение, сопротивление является величиной относительной между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как находящиеся «между» или «поперек» двух точек цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, мы должны уметь описывать их величины таким же образом, как мы могли бы количественно определять массу, температуру, объем, длину или любую другую физическую величину. Для массы мы могли бы использовать единицы «килограмм» или «грамм».

Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. Вот стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

.

 

 

«Символ», указанный для каждой величины, представляет собой стандартную букву алфавита, используемую для представления этой величины в алгебраическом уравнении. Подобные стандартные буквы распространены в физических и инженерных дисциплинах и признаны во всем мире.

«Сокращенное обозначение единицы измерения» для каждой величины представляет собой буквенный символ, используемый в качестве сокращенного обозначения для конкретной единицы измерения. И да, этот странно выглядящий символ «подкова» — это заглавная греческая буква Ω, просто символ иностранного алфавита (извиняюсь перед любыми греческими читателями).

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта и ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя, тогда как «I» для тока кажется немного странным. Считается, что «I» означает «интенсивность» (потока заряда), а другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущая сила». Судя по тому исследованию, которое мне удалось провести, есть некоторые разногласия по поводу значения «я».

Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах буква «E» резервируется для обозначения напряжения на источнике (например, батареи или генератора), а «V» — для обозначения напряжения на чем-либо еще.

Все эти символы обозначаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (называемого «мгновенным» значением). Например, напряжение батареи, стабильное в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «Е», а пик напряжения удара молнии в тот момент, когда она попадает в линию электропередач, скорее всего, будет обозначаться символом со строчной буквой «e» (или строчной «v»), чтобы обозначить это значение как значение в один момент времени.

То же соглашение о строчных буквах применимо и к текущему: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений постоянного тока (DC), будучи стабильными во времени, будут обозначены заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одной из основных единиц электрических измерений, которую часто изучают в начале курсов по электронике, но редко используют позже, является единица измерения кулона , которая является мерой электрического заряда, пропорциональной количеству электронов в несбалансированном состоянии.Один кулон заряда равен 6 250 000 000 000 000 000 электронов.

Обозначение количества электрического заряда — заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов — заглавная буква «С». Так случилось, что единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящего через данную точку цепи за 1 секунду. В этих терминах ток — это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение является мерой потенциальной энергии на единицу заряда , доступной для мотивации протекания тока из одной точки в другую.Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей энергии любого вида является джоуля , что равно количеству работы, выполняемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении).

В имперских единицах это чуть меньше 3/4 фунта силы, приложенной на расстоянии 1 фута. Проще говоря, требуется около 1 джоуля энергии, чтобы поднять груз массой 3/4 фунта на 1 фут от земли или протащить что-то на расстояние 1 фут, используя параллельную тяговую силу 3/4 фунта.В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю потенциальной электрической энергии на 1 кулон заряда (деленный на). Таким образом, 9-вольтовая батарея высвобождает 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, перемещаемого по цепи.

Эти единицы и символы для электрических величин станут очень важными для понимания, когда мы начнем исследовать взаимосвязь между ними в цепях.

 

Уравнение закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что количество электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально приложенному к нему напряжению при любой заданной температуре.Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением:

 

 

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно силе тока (I), умноженной на сопротивление (R). Используя методы алгебры, мы можем преобразовать это уравнение в два варианта, решив для I и R соответственно:

 

 

Анализ простых цепей с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти уравнения могут помочь нам анализировать простые схемы:

 

 

В приведенной выше схеме имеется только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применять закон Ома. Если нам известны значения любых двух из трех величин (напряжение, ток и сопротивление) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы рассчитаем величину тока (I) в цепи при заданных значениях напряжения (E) и сопротивления (R):

 

 

Какова сила тока (I) в этой цепи?

 

 

Во втором примере мы рассчитаем величину сопротивления (R) в цепи при заданных значениях напряжения (E) и тока (I):

 

 

Каково сопротивление (R) лампы?

 

 

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, выдаваемого батареей, при заданных значениях тока (I) и сопротивления (R):

 

 

Какое напряжение обеспечивает батарея?

 

Техника треугольника закона Ома

Закон Ома — очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что серьезный студент должен запомнить его. Для тех, кто еще не освоился с алгеброй, есть хитрость, позволяющая запомнить, как решать любую одну величину, зная две другие.

Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника:

 

 

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто уберите R с картинки и посмотрите, что осталось:

 

 

Если вы знаете E и R и хотите определить I, исключите I и посмотрите, что осталось:

 

 

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, исключите E и посмотрите, что осталось:

 

 

В конце концов, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, вам придется познакомиться с алгеброй, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений.Если вы хорошо разбираетесь в алгебре, все, что вам нужно сделать, это запомнить E=IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

 

ОБЗОР:

  • Напряжение измеряется в вольтах , обозначаемых буквами «E» или «V».

Вам может понравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.