§ 52. единицы работы электрического тока, применяемые на практике

«Сила тока. Напряжение»

Сила тока

Характеристикой тока в цепи служит величина, называемая силой тока (I).  Сила тока – физическая величина, характеризующая скорость прохождения заряда через проводник и равная отношению заряда q, прошедшeгo через пoперeчное сечение проводника за промежуток времени t, к этому промежутку времени: I = q/t. Единица измерения силы тока – 1 ампер (1 А).

Определение единицы силы тока основано на магнитном действии тока, в частности на взаимодействии параллельных проводников, по которым идёт электрический ток. Такие проводники притягиваются, если ток по ним идёт в одном направлении, и отталкиваются, если направление тока в них противоположное.

За единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2*10-7Н. Эта единица и называется ампером (1 А).

Зная формулу силы тока, можно получить единицу электрического заряда: 1 Кл = 1А * 1с.

Амперметр

Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называется амперметром. Его работа основана на магнитном действии тока. Основные части амперметра магнит и катушка. При прохождении по катушке электрического тока она в результате взаимодействия с магнитом, поворачивается и поворачивает соединённую с ней стрелку. Чем больше сила тока, проходящего через катушку, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки. Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить, и потому он имеет малое внутреннее сопротивление, которое практически не влияет на сопротивление цепи и на силу тока в цепи.

У клемм амперметра стоят знаки «+» и «—», при включении амперметра в цепь клемма со знаком «+» присоединяется к положительному пoлюсу источника тока, а клемма со знаком «—» к отрицательному пoлюсу истoчникa тока.

Напряжение

Источник тока создаёт электрическое поле, которое приводит в движение электрические заряды. Характеристикой источника тока служит величина, называемая напряжением. Чем оно больше, тем сильнее созданное им поле. Напряжение характеризует работу, которую совершает электрическое поле по перемещению электрического заряда.

Напряжение (U) — это физическая величина, равную отношению работы (А) электрического поля по перемещению электрического заряда к заряду (q): U = A/q.

Возможно другое определение понятия напряжения. Если числитель и знаменатель в формуле напряжения умножить на время движения заряда (t), то получим: U = At/qt. В числителе этой дроби стоит мощность тока (Р), а в знаменателе — сила тока (I). Получается формула: U = Р/I, т.е. напряжение — это физическая величина, равная отношению мощности электрического тока к силе тока в цепи.

Единица напряжения: = 1 Дж/1 Кл = 1 В (один вольт).

Вольтметр

Напряжение измеряют вольтметром. Он имеет такое же устройство, что и амперметр и такой же принцип действия, но он подключается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором хотят. Внутреннее сопротивление вольтметра достаточно большое, соответственно проходящий через него ток мал по сравнению с током в цепи.

У клемм вольтметра стоят знаки «+» и «—», при включении вольтметра в цепь клeмма со знаком «+» присоединяется к положительному полюсу источника тока, а клеммa со знаком «—» к отрицательному полюсу источника тока.

Формулы и определения.

1. Все проводники, используемые в электрических цепях, имеют условные обозначения для изображения на схемах и могут образовывать последовательные, параллельные и смешанные соединения.

2. Мощность тока – физическая величинa, хаpактеpизующая скорость превращения электрической энергии в другие её виды. Единица для измерения – 1 ватт (1 Вт). Измерительный прибор – ваттметр.

3. Сила тока – физическaя вeличина, характеpизующaя скоpость прохождения заряда через проводник и равная отношению заряда, пpoшедшего через попеpeчное сечение проводника, ко времени перемещения. Единица – 1 ампер (1 А). Измерительный прибор – амперметр (подключают последовательно).

4. Электрическое напряжение – физическaя вeличина, характеризующая электрическое поле, создающее ток, и равная отношению мощности тока к его силе. Единица – 1 вольт (1 В). Измерительный прибор – вольтметр (подключают параллельно)

5. Работа тока – физичeская величинa, хаpактеpизующая количество электроэнергии, превратившейся в другие виды энергии. Единица – 1 джоуль (1 Дж). Измерительный прибор – электрический счётчик, использующий единицу 1 киловатт-час (1 кВт·ч).

Конспект урока «Сила тока. Напряжение».

Следующая тема: «Электрическое сопротивление».

Что такое мощность электрического тока

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона.

Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения.Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная.

В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии.Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля.

В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла).Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере.Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем.

Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть.

Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно.Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении. Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

Давайте разберемся, что измеряется в джоулях

Физика — наука естественного направления

Наверное, именно поэтому ей уделяется большое внимание в школьном курсе. Часто ученики сталкиваются с вопросом о том, что измеряется в джоулях

Это вполне ожидаемо, так как разные разделы физики могут включать в себя эту величину. Однако если попробовать немного разобраться в теме, то сразу станет все на свои места. Где же вы можете встретить то, что измеряется в джоулях? Ответ не прост, но понятен.

Все начинается с простой формулы A=F*S. На подобную зависимость контрольная работа может попасться уже после первого месяца знакомства с физикой. Если сразу понять, что к чему, то можно начать вполне успешное знакомство с наукой. F — сумма всех действующих сил, приложенных к телу, которая повлияла на изменение положения тела. Она измеряется в ньютонах. Суждение о том, что сила измеряется в джоулях, неверно. S — путь, которое прошло тело. В единицах СИ оно обозначено метрами. Таким образом, 1 Дж = 1 Н * 1 м. То есть фактически мы нашли работу с физической точки зрения

И совершенно неважно, кем и при каких обстоятельствах она была совершена

Далее, как правило, в восьмом классе изучаются тепловые процессы. Здесь вводится много новых понятий. Основная формула: Q=cm(t1-t2). Здесь опять возникает вопрос о том, что измеряется в джоулях в данной зависимости. И, кстати, заметим, что возникла какая-то непонятная переменная c. На самом деле это удельная теплоемкость вещества. Стоит отметить, что это, как правило, величина постоянная, измеренная уже давно. Ее размерность: Дж/(Кг*Градусов Цельсия). Отсюда легко заметить, что стоит перемножить эту величину на массу и на некоторую температуру, то получатся джоули. То есть буква Q. Она-то и измеряется в них. Стоит сказать, что на самом деле тепло — энергия. Например, в двигателях внутреннего сгорания сначала выделяется Q, которая затем с некоторым КПД переходит в A=F*S. На этом, в принципе, могут быть основаны некоторые олимпиадные задачи для 7-8 класса.

Еще одним большим разделом, который следует рассмотреть для того, чтобы узнать, что измеряется в джоулях, является «Электричество». Конечно, в более глобальных рамках называется он несколько иначе, но для школьной трактовки подойдет и такое обозначение. Многие знают, на каком принципе основаны лампы накаливания. Откуда же появляется тепловая энергия? Да, электрический ток совершает некоторую работу, которую можно рассчитать по формуле A=I*I*T*t. Здесь t — время, I — сила тока, R — сопротивление. Здесь работа также измеряется в джоулях.

Нельзя не сказать о механике, в которой рассматриваемая величина имеет немалое применение. Часто в школьных задачах имеет смысл Закон сохранения энергии. Так вот эта энергия как раз и измеряется в Джоулях. Основной смысл формулировки закона заключается в том, что тело имеет какую-то энергию при движении, тепловых процессах и других физических процессах. И если, например, деревянный брусок скользит по поверхности и останавливается, то это не значит, что он теряет энергию. Просто она уходит на работу силы трения.

Таким образом, вы узнали, что измеряется в джоулях. Как видно, эта характеристика используется во многих совершенно различных разделах физики. Однако если понять суть, то станет намного легче.

Вычисление мощности

Формула мощности электрического тока и принцип расчета будут отличаться при рассмотрении цепей постоянного и переменного токов. Постоянный ток используется в бортовой сети автомобилей, портативных устройствах, питающем напряжении троллейбусов. Переменный — применяется в электрической проводке зданий, мощных электродвигателях и генераторах.

При постоянном напряжении

Чтобы предположить значение тока, нужно знать мощность используемых потребителей электроэнергии. Расчет тока по мощности производится из этой величины по формуле:

I = P / U,

где I — сила тока, U — напряжение в сети, P — суммарная мощность, которую будут потреблять подключенные устройства.

Для примера можно посчитать ток питания электродвигателя троллейбуса 150 кВт. В троллейбусной сети используется постоянное напряжение 600 В. Соответственно, при вычислении тока через указанную формулу, получается значение, равное 250 ампер. Для таких больших значений в троллейбусной сети используются специальные провода.

Существует специальные таблицы, позволяющие по известному току сразу найти сечение медного или алюминиевого проводника. Это же значение можно вычислить в калькуляторе онлайн. Необходимо ввести используемый материал, ток или мощность потребителя — и сервис рассчитает оптимальное сечение. В стандартных проводках зданий используются сечения 1,5 квадратных миллиметра для сетей освещения и 2,5 кв. мм. для розеток.

При переменном напряжении

Для питания электрических сетей домашних и офисных зданий используется переменное напряжение. Его применение обосновано несколькими причинами:

  1. Меньшие затраты при передаче по ЛЭП;
  2. Простое создание повышающих и понижающих напряжение устройств;
  3. Отсутствие полярности.

Мощность переменного тока сильно зависит от параметров питаемой нагрузки. Поэтому формула электрической мощности в переменных сетях приобретает вид:

P = U ⋅ I ⋅ cosφ,

где cosφ определяет характер нагрузки.

В таких цепях это активная мощность, то есть превращающаяся при работе в другие виды энергии: электромагнитную и тепловую.

Для активного сопротивления, то есть обычных резисторов, cosφ = 1. Чем больше реактивная составляющая в цепи, то есть больше элементов имеют емкостное или индуктивное сопротивление, тем меньше будет cosφ. Коэффициент cosφ для большинства электроприборов имеет значение 0,95, исключение составляют только сварочные аппараты и электродвигатели, имеющие высокую индуктивную нагрузку.

Существует и реактивная мощность. Она определяет энергию, подаваемую с источника питания в реактивные элементы, а затем возвращаемая этими элементами обратно. Формула мощности тока для реактивных цепей имеет вид:

P = U ⋅ I ⋅ sinφ.

Здесь sinφ характеризует вклад в полную мощность индуктивных и конденсаторных элементов. Измеряется реактивная мощность в таких единицах, как вар (вольт-ампер реактивный).

В промышленных электросетях распространены трехфазные системы. Их преимущества важны для индустрии:

  • Более экономная передача электричества на дальние расстояния;
  • Уменьшение затрат при создании электродвигателей 3-х фазной системы;
  • Равномерность механической нагрузки на электрогенератор.

Особенностью трехфазных систем электрического тока является то, что напряжение в этих системах используется повышенное, равное 380 В. При распределенной по трем ветвям нагрузке это приводит к уменьшению рабочего тока по отношению к однофазной системе, в которой рабочим напряжением принято 220 В. Формула для расчета мощности в трехфазной цепи будет иметь следующий вид:

P = 1,73 ⋅ I ⋅ U ⋅ cosφ.

Повышающий коэффициент 1,73 здесь связан с распределённой нагрузкой и меньшим влиянием реактивной составляющей в таких системах.

Рассчитать значение переменного тока, зная потребляемую мощность, легко по указанным формулам. Например, для однофазной сети:

I = P /(U ⋅ cosφ).

Основные электрические величины

Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.

Величина Единица измерения в СИ Название электрической величины
q Кл — кулон заряд
R Ом – ом сопротивление
U В – вольт напряжение
I А – ампер Сила тока (электрический ток)
C Ф – фарад Емкость
L Гн — генри Индуктивность
sigma См — сименс Удельная электрическая проводимость
e0 8,85418781762039*10 -12 Ф/м Электрическая постоянная
φ В – вольт Потенциал точки электрического поля
P Вт – ватт Мощность активная
Q Вар – вольт-ампер-реактивный Мощность реактивная
S Ва – вольт-ампер Мощность полная
f Гц — герц Частота

Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.

Десятичный множитель Произношение Обозначение (русское/международное)
10 -30 куэкто q
10 -27 ронто r
10 -24 иокто и/y
10 -21 зепто з/z
10 -18 атто a
10 -15 фемто ф/f
10 -12 пико п/p
10 -9 нано н/n
10 -6 микро мк/μ
10 -3 милли м/m
10 -2 санти c
10 -1 деци д/d
10 1 дека да/da
10 2 гекто г/h
10 3 кило к/k
10 6 мега M
10 9 гига Г/G
10 12 тера T
10 15 пета П/P
10 18 экза Э/E
10 21 зета З/Z
10 24 йотта И/Y
10 27 ронна R
10 30 куэкка Q

Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.

Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c

В практике встречаются

Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).

1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.

В практике встречаются

Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.

1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.

Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:

R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.

Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.

Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.

Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.

Емкость измеряется в фарадах (1Ф).

1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.

В практике встречаются

Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.

Индуктивность измеряется в генри.

1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.

В практике встречаются

Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.

Электропроводность измеряется в сименсах.

Источник

Закон Ома для замкнутой цепи

Замкнутая (полная) электрическая цепь состоит из источника тока и сопротивления.

Источник тока имеет ЭДС (

) и сопротивление (r), которое называютвнутренним . ЭДС (электродвижущая сила ) — работа сторонних сил по перемещению положительного заряда по замкнутой цепи (физический смысл аналогичен напряжению, потенциалу). Полное сопротивление цепи — R+r.

1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

, где величина —падение напряжения внутри источника тока.

2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называется коротким замыканием.

Первая величина: работа тока

Сначала требуется договориться об обозначениях. Потому что в них могут быть различия.

Обозначение Название величины Единицы измерения в СИ
I сила тока А
U электрическое напряжение В
t время с
А (в англоязычных источниках W) работа электрического тока Дж
Р мощность Вт
Q количество выделяющейся теплоты Дж
R электрическое сопротивление Ом
q заряд, который переносится током Кл

Каждый источник тока создает электрическое поле, которое заставляет двигаться свободные электроны. То есть возникает ток. В этот момент говорят, что электрическое поле совершает работу. Именно ее принято называть работой тока.

Электрическое поле, создаваемое источником тока, характеризуется напряжением. Оно влияет на то, какая работа электрического тока совершается при перемещении единичного заряда. Поэтому вводится формула для напряжения:

U = А/q.

Из нее легко вывести формулу работы:

А = U * q.

Теперь стоит вспомнить равенство, которое вводится для силы тока. Она равна отношению перемещаемого заряда ко времени его движения:

I = q/t.

Отсюда q = I * t. Заменив букву q в формуле для работы последним выражением, получаем такую формулу:

А = U * I * t.

Это общий вид равенства, по которому может быть вычислена работа электрического тока. Формула несколько изменится, если применить закон Ома. По нему напряжение равно произведению силы тока на сопротивление. Тогда верным будет такое равенство:

А = I2 * R * t.

Можно заменить не напряжение, а силу тока. Оно равно частному U и R. Тогда формула работы станет выглядеть так:

А = (U2 * t)/R.

Как определить силу тока. Как узнать, вычислить какой ток в схеме, цепи.

Тема: по какой формуле можно найти силу тока, как правильно измерить ток.

Известно, что электрический ток заряженных частиц лежит в основе работы всей электротехники. Знание его величины дает понимание о режиме работы той или иной цепи, схемы. Если для специалиста электрика, электронщика не составит особого труда определить силу тока, то для новичка это может оказаться проблемой. В этой теме давайте с вами рассмотрим, какими именно способами можно узнать, вычислить, найти электрический ток используя как непосредственные измерения так и формулы. Основными электрическими величинами являются напряжение, ток, сопротивление, мощность. Пожалуй главной формулой электрика является формула закона Ома. Она имеет вид I=U/R (ток равен напряжение деленное на сопротивление). Данную формулу приходится использовать повсеместно. Из нее можно вывести две другие: R=U/I и U=I*R. Зная любые две величины всегда можно вычислить третью. Напомню, что при использовании формул нужно пользоваться основными единицами измерения. Для тока это амперы, для напряжения это вольты и для сопротивления это омы.

К примеру, вам нужно быстро определить силу тока, которую потребляем электрочайник. Напряжение нам известно, это 220 вольт. Берем в руки мультиметр, электронный тестер, меряем сопротивление в омах. Далее мы просто напряжение перемножаем на это сопротивление. В итоге мы получаем искомую силу тока в амперах. Хочу уточнить, что данная форума работает только для цепей с активной нагрузкой (обычные нагреватели, лампы накаливания, светодиоды и т.д.). Для реактивной нагрузки формула имеет иной вид, где уже используется такие величины как индуктивность, емкость, частота.

Силу тока можно определить и по другой формуле, которая в себе содержит напряжение и мощность. Она имеет вид: I=P/U (сила тока равна электрическая мощность деленная на напряжение). То есть, 1 ампер равен 1 ватт деленный на 1 вольт. Две других формулы, выходящие из этой, имеют такой вид: P=U*I и U=P/I. Если вам известны любые две величины из тока, напряжения и мощности, всегда можно вычислить третью.

Помимо формул силу тока можно определить и практическим путем, через обычное измерение тестером, мультиметром. Для новичков сообщаю, что силу тока нужно измерять в разрыв электрической цепи. То есть, к примеру, у нас схема, прибор, с него выходит кабель с двумя проводами питания. Берем измеритель, выставляем на нем нужный диапазон измерения. Далее, один щуп измерителя мы прикладываем к одному из проводов питания устройства, а другой щуп измерителя к одному из контактов самого электропитания. Ну, и оставшийся провод, идущий от устройства мы также подсоединяем ко второму контакту питания. После включения самого устройства на измерителе появится величина тока, которую он потребляет при своей работе.

При измерении силы тока нужно помнить, что имеет значение какой вид тока течет по цепи (переменный или постоянный). Допустим, на большинство электротехники подается переменное напряжение, следовательно и измерять на входе ток нужно переменного типа. Внутри устройств обычно стоят блоки питания, которые снижают сетевое напряжение до меньших величин и делают его постоянным. Значит ту часть электрической цепи, что стоит после выпрямляющего диодного моста (делающая из переменного тока постоянный) уже нужно измерять как постоянный ток. Если вы попытаетесь измерить силу тока не своего типа, то и показания вы получите неверные.

Напряжение измеряют по другому. Измерительные щупы уже прикладываются не в разрыв цепи, как это делается у тока, а параллельно контактам питания. И в этом случае тип напряжения имеет значение (переменное или постоянное). Так что будьте внимательны, когда выставляете тип тока (напряжения) и их предел на тестере.

P.S. Именно сила тока в электротехнике делает всю работу, что мы воспринимаем как свет, тепло, звук, движение и т.д. Для облегчения понимания, что такое ток, а что такое напряжение можно привести аналогию с обычной водой. Так вот давление в воды в водопроводе будет соответствовать примерно электрическому напряжению, а движение самой воды это будет ток.

ФИЗИКА

§ 37. Сила тока. Единицы силы тока

Действия электрического тока, которые были описаны в § 35, могут проявляться в разной степени — сильнее или слабее. Опыты показывают, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, проходящего по цепи в 1 с.

Когда свободная заряженная частица — электрон в металле или ион в растворе кислот, солей или щелочей — движется по электрической цепи, то вместе с ней происходит и перемещение заряда. Чем больше частиц переместится от одного полюса источника тока к другому или просто от одного конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд q, перенесённый частицами.

Ампер Андре Мари (1775-1836)
Французский физик и математик, создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Ввёл в физику понятие «электрический ток».

Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 с, определяет силу тока в цепи. Значит, сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t, т. е.

I = q/t

где I — сила тока.

На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. Ознакомимся сначала с этим явлением на опыте.

На рисунке 60 изображены два гибких прямых проводника, расположенных параллельно друг другу. Оба проводника подсоединены к источнику тока. При замыкании цепи по проводникам протекает ток, вследствие чего они взаимодействуют — притягиваются или отталкиваются, в зависимости от направления токов в них.

Рис. 60. Взаимодействие проводников с током

Силу взаимодействия проводников с током можно измерить

Эта сила, как показывают расчёты и опыты, зависит от длины проводников, расстояния между ними, среды, в которой находятся проводники, и, что самое важное для нас, от силы тока в проводниках. Если одинаковы все условия, кроме силы токов, то, чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой они взаимодействуют между собой

Представим теперь себе, что взяты очень тонкие и очень длинные параллельные проводники. Расстояние между ними 1 м, и находятся они в вакууме. Сила тока в них одинакова.

За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2 • 10-7 Н (0,0000002 Н).

Эту единицу силы тока называют ампером (А). Так она названа в честь французского учёного Андре Ампера.

Применяют также дольные и кратные единицы силы тока: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (кА).

1мА = 0,001 А;

1 мкА = 0,000001 А;

1кА=1000А.

Чтобы представить себе, что такое ампер, приведём примеры: сила тока в спирали лампы карманного фонаря 0,25 А = 250 мА. В осветительных лампах, используемых в наших квартирах, сила тока составляет от 7 до 400 мА (в зависимости от мощности лампы).

Через единицу силы тока — 1 А определяется единица электрического заряда — 1 Кл, о которой было сказано в § 28.

Так как I = q/t, то q = It. Полагая I = 1 А, t = 1 с, получим единицу электрического заряда — 1 Кл.

1 кулон = 1 ампер • 1 секунду,

или

1Кл = 1А • 1с = 1А • с.

За единицу электрического заряда принимают электрический заряд, проходящий сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1 Аза время 1 с.

Из формулы q = It следует, что электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, зависит от силы тока и времени его прохождения. Например, в осветительной лампе, в которой сила тока равна 400 мА, сквозь поперечное сечение спирали за 1 мин проходит электрический заряд, равный 24 Кл.

Электрический заряд имеет также другое название — количество электричества.

Сила тока в различных потребителях электроэнергии

Вопросы

  1. От чего зависит интенсивность действий электрического тока?
  2. Какой величиной определяется сила тока в электрической цепи?
  3. Как выражается сила тока через электрический заряд и время?
  4. Что принимают за единицу силы тока? Как называется эта единица?
  5. Какие дольные и кратные амперу единицы силы тока вы знаете?
  6. Как выражается электрический заряд (количество электричества) через силу тока в проводнике и время его прохождения?

Упражнение 24

  1. Выразите в амперах силу тока, равную 2000 мА; 100 мА; 55 мА; 3 кА.
  2. Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение её спирали за 10 мин?
  3. Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3 А. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали за 5 мин?

Приборы для измерения силы тока и электрического напряжения

Чтобы рассчитать работу, выполненную электротоком за тот или иной временной интервал, пользователь должен располагать приборами, предназначенными для замеров величин, произведение которых составляет искомую. Токовую силу принято замерять амперметром, напряжение на концах участка цепи – вольтметром. Оба обозначенных прибора выпускаются в разных вариантах исполнения: как в виде простых моделей для применения на школьных уроках физики, так и высокоточных образцов с цифровым дисплеем. На электросхеме по стандартам амперметр обозначается буквой А (символизирующей ампер – единицу измерения), взятой в кружок, а вольтметр – обведенной аналогичным образом латинской литерой V (вольт). Вместо кружка возможно использование изображения прибора с соответствующей буквой либо простых латинских литер, обозначающих соответствующие величины (U и I).


Амперметр, с помощью которого измеряют токовую силу, является одним из приборов, необходимых для вычисления работы электротока за определенный период времени в домашних или лабораторных условиях

Чтобы узнать, какую работу производит электрический ток за определенный промежуток времени, пользователь должен иметь два прибора, а также секундомер или его аналог (данная опция есть в большинстве мобильных телефонов, даже во многих кнопочных моделях). Измерительные приборы подсоединяются в цепь, засекается нужное время, и затем фиксируются показания амперметра и вольтметра. После этого остается перемножить три величины между собой. Вместо двух отдельных приборов можно воспользоваться цифровым мультиметром. В этом случае измерения придется проводить последовательно, каждый раз перенастраивая прибор на замер той или иной величины и записывая получающийся показатель. Измерив одну из величин, прибор нужно обязательно отсоединить от цепи, затем перевести в другой режим и подсоединить снова.


Чтобы найти работу, нужно замерить показания подсоединенных к цепи вольтметра и амперметра

Работа электрического тока – важная величина для оценки затрат электроэнергии для личного или корпоративного использования. Именно она фиксируется в показаниях счетчиков электричества, устанавливаемых в щиток или на дин-рейку. Трансформацию электротока из одной формы в другую, произошедшую в цепи за заданный временной интервал, можно оценить, проведя измерения силы тока и напряжения и перемножив три компонента произведения.