Формула электрического тока. По какой формуле можно рассчитать силу тока. Закон Ома.

Электрический ток, это именно та сила, которая течет во всей электротехники заставляя ее работать. Но сводить все к простому течению электротока по электрическим цепям в схемах неразумно, должна быть какая-то мера, определенная величина этой силы тока. Ведь если в электрической схеме пойдет слишком большой ток по проводникам, которые на него не рассчитаны, то просто эта схема выгорит. Из школьных уроков мы помним, что существуют так называемые формулы, которые и позволяют вычислять конкретные неизвестные величины имея при этом известные.

Вот самая базовая, наиболее используемая формула тока, по которой и вычисляется эта самая сила тока. В ней всего лишь три электрических величины (базовые электрические величины) — ток, напряжение и сопротивление.

 

Итак, сила тока на схемах обычно обозначается большой английской буквой «I». Единицей измерения тока является «Ампер». Формула тока звучит следующим образом — электрический ток равен отношению напряжения (разности потенциалов) к сопротивлению. То есть, чтобы найти силу тока нам нужно просто напряжение разделить на сопротивление. Единицей измерения электрического напряжения является «Вольт», а сопротивления «Ом». Следовательно, известные вольты делим на известные омы и получаем ранее неизвестные амперы.

Эта же формула еще называется законом Ома. Она помогает найти из двух известных величин третью, которая неизвестна. Чтобы найти напряжение, то нужно силу тока перемножить на сопротивление, а для нахождения сопротивления нужно будет напряжение разделить на силу тока. Все достаточно просто. Данная формула тока подходит и для постоянного тока и для переменного, но именно с активным сопротивлением. То есть, по ней можно рассчитать те электрические цепи (участки цепей в схемах), которые содержать сопротивления в виде обычных нагревателей, резисторов, лампочек (не имеющих индуктивную и емкостную составляющую). Индуктивностью обладают все катушки, а емкостью обладают все конденсаторы (они уже имеют реактивное сопротивление и рассчитываются по другой формуле).

Если говорить о формуле тока, которая ближе к научной сфере, то она уже будет иметь вид немного другой. Электрический ток изначально выражается как отношение количества электрических зарядов ко времени их прохождения через проводник.

 

Электрический ток это упорядоченное движение электрических зарядов (в твердых телах это электроны, а в жидких и газообразных телах это ионы). Так вот ток, это непосредственное движение этих зарядов и, естественно, что он определяется их количеством и временем течения. Электрические заряды измеряются в «Кулонах», ну а время в «секундах». Следовательно, чтобы узнать силу электрического тока нужно количество зарядов разделить на время их прохождения. То есть, кулоны делим на секунды и получаем амперы.

Повторюсь, что на практике при измерении и вычислении силы тока пользуются именно формулой закона Ома, поскольку приходится использовать при расчетах напряжение и сопротивление. Именно они повсеместно будут встречаться в электрических схемах той или иной электротехники. Никаких кулонов (количества зарядов) вы при своей работе электриком не увидите!

Ну, и поскольку выше я затронул тему реактивного сопротивления, то пожалуй приведу формулу для нахождения силы тока именно для цепей, содержащих индуктивное и емкостное сопротивление.

 

По данной формуле можно найти силу тока, которая будет течь в электрической цепи с переменным, синусоидальным напряжением и содержащая реактивное сопротивление в виде катушки (индуктивности) или конденсатора (емкости). Думаю вы заметили, что в приведенной формуле изменился лишь тип сопротивления. Сама же основа — это все та же формула закона Ома, что была приведена в самом начале. Просто тут для нахождения индуктивного и емкостного сопротивления уже используются такие величины как частота, емкость и индуктивность, ну и еще «ПИ», которое равно 3,14.

P.S. Формулу электрического тока вы просто обязаны знать наизусть (если вы конечно электрик или электронщик). Формула закона Ома будет вам полезна очень много раз. Как только нужно найти силу тока, напряжение или сопротивление (зная любые две величины из трех) вы быстро и без проблем сразу подставляете числа в эту формулу и вычислите неизвестные электрические величины.

Работа электрического тока

Изучая применение электрического тока, нужно уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то или иное действие тока. Например, подъём лифта, нагревание чайника и тому подобное. Поэтому выведем формулу для подсчёта работы тока.

В предыдущем параграфе мы узнали формулу:P = I · U

Однако из 7-го класса мы знаем другую формулу для мощности:N = A / t

В левых частях этих равенств стоят разные символы, но они обозначают одну и ту же физическую величину – мощность. Следовательно, правые части формул можно приравнять:   I · U = A / t .   Выразим работу:

A  =  I · U · t

A – работа электрического тока, Дж I – сила электрического тока, А U – электрическое напряжение, В t – время наблюдения, с

По этой формуле вычисляется работа тока или, что то же самое, израсходованная электроэнергия. Поясним, что выделенные нами термины – синонимы.

В момент замыкания цепи электрическое поле источника энергии приводит в движение заряженные частицы в проводнике (электроны и/или ионы), и их энергия возрастает. Сумма энергий всех частиц тела является внутренней энергией тела (см. § 7-д), значит, внутренняя энергия проводника в момент возникновения в нём тока возрастает. Согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия может расходоваться на теплопередачу или совершение работы (см. § 6-з). Но, расходуясь, она постоянно пополняется от источника энергии.

Вспомним, что прохождение тока по проводнику всегда сопровождается действиями тока (см. § 8-з). При этом обязательно происходит превращение электроэнергии в другие виды энергии. Например, внутреннюю (утюг или чайник), механическую (пылесос или вентилятор) и так далее. Поэтому под выражением «ток совершает работу» мы будем понимать превращение электроэнергии в другие виды энергии. В таком смысле работа тока и израсходованная электроэнергия – выражения-синонимы.

Для измерения потреблённой электроэнергии служат специальные измерительные приборы – счётчики электроэнергии.

Для учёта электроэнергии вместо джоуля используется более крупная единица – киловатт-час (обозначение: 1 кВт·ч). Например, счётчик на рисунке показывает значение 254,7 кВт·ч. Это может означать, что за всё время учёта потребитель мощностью 254,7 кВт работал 1 час или что потребитель мощностью 2547 Вт работал 100 часов (и так далее, соблюдая пропорцию).

Найдём связь киловатт-часа с более привычной нам единицей для измерения работы – джоулем.

1 кВт · ч = 1000 Вт · 60 мин =
= 1000 Дж/с · 3600 с = 3 600 000 (Дж/с)·с =
= 3 600 000 Дж = 3,6 МДж

Итак, 1 кВт·ч = 3,6 МДж.

Примечание. Формула для работы тока A = I·U·t поможет выяснить физический смысл электрического напряжения. Выразим его:

	U  =	A		Следовательно,	1 В  =  1	Дж
		I·t				А·с

Отсюда видно, что 1 вольт – это такое напряжение, при котором ток силой 1 ампер способен за 1 секунду производить 1 джоуль работы. Другими словами, электрическое напряжение показывает работу, которую ежесекундно совершают силы электрического поля для поддержания в цепи тока силой 1 ампер.

Кроме того, из формулы  I = q / t  (см. § 9-б)  следует:  q = I · t.  Тогда:

	U  =	A		Следовательно,	1 В  =  1	Дж
		q				Кл

Исходя из этой формулы, 1 вольт может рассматриваться и как такое напряжение, при котором работа сил электрического поля при перемещении заряда в 1 Кл будет равна 1 Дж. Обобщённо мы скажем: электрическое напряжение является одной из характеристик электрического поля, перемещающего заряды по проводнику.

общая характеристика, формула, практическое значение

Рассчитывается мощность прибора? А может быть, последнюю можно измерить? И как применить полученные знания при решении задач?

Такие вопросы возникают у многих восьмиклассников при изучении темы «Электричество». Ответить на них достаточно просто. Да и запоминать формулы долго не придется. Потому что они очень похожи друг на друга или используют уже изученные раньше.

Первая величина: работа тока

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

Каждый 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:

Из нее легко вывести формулу работы:

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

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

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 = I 2 * R * t.

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

А = (U 2 * t)/R.

Вторая величина: мощность тока

Общая формула для нее такая же, как в механике. То есть определяется как работа, совершенная за единицу времени.

Отсюда видно, что работа и мощность электрического тока взаимосвязаны. Чтобы получить более конкретное равенство, потребуется заменить числитель, воспользовавшись общей формулой для работы. Тогда становится понятно, как определить мощность, зная силу тока и напряжение цепи.

К тому же мощность может быть измерена. Для этой цели существует специальный прибор, который называется ваттметром.

Закон Джоуля-Ленца

Явление нагрева проводника было обнаружено французским ученым А. Фуркуа. Произошло это еще в 1880 году. 41 год спустя оно было описано английским физиком Дж. П. Джоулем и через год подтверждено на опыте русским физиком Э.Х. Ленцем. Именно по фамилиям двух последних ученых стали называть обнаруженную закономерность.

В ней связаны две величины: количество теплоты и работа электрического тока. Закон Джоуля-Ленца утверждает, что вся работа в неподвижном проводнике идет на его нагревание. То есть проводник с током выделяет количество теплоты, равное произведению его сопротивления, времени и квадрата силы тока. Формула выглядит так же, как одна из тех, которые приведены для работы:

Q = I 2 * R * t.

Задача на определение работы

Условие . Сопротивление лампочки карманного фонарика равно 14 Ом. Напряжение, которое дает батарейка, составляет 3,5 В. Чему будет равна работа тока, если фонарик работал 2 минуты?

Решение. Поскольку известны напряжение, сопротивление и время, то необходимо воспользоваться такой формулой: А = (U 2 * t)/R. Только сначала потребуется перевести время в единицы СИ, то есть секунды. Таким образом, в формулу нужно подставлять не 2 минуты, а 120 секунд.

Простые расчеты приводят к такому значению работы тока: 105 Дж.

Ответ. Работа равна 105 Дж.

Задача на определение мощности

Условие . Необходимо определить, чему равны работа и мощность электрического тока в обмотке электродвигателя. Известно, что сила тока в нем имеет значение 90 А при напряжении 450 В. Включенным электродвигатель остается на протяжении одного часа.

После подстановки значений и выполнения простых арифметических действий получается такое значение для работы: 145800000 Дж. Записать его в ответе удобнее в более крупных единицах. Например, мегаджоулях. Для этого результат нужно разделить на миллион. Работа оказывается равной 145,8 МДж.

Теперь нужно вычислить мощность электродвигателя. Расчеты будут выполняться по формуле: Р = U * I. После умножения получится число: 40500 Вт. Для того чтобы записать его в киловаттах, потребуется разделить результат на тысячу.

Ответ. А = 145,8 МДж, Р = 40,5 кВт.

Задача на вычисление напряжения

Условие. Электроплитка включена в сеть в течение 20 минут. Каково напряжение в сети, если при силе тока в 4 А работа оказывается равной 480 кДж?

Решение. Поскольку известны работа и сила тока, нужно использовать такую формулу: А = U * I * t. Здесь напряжение — неизвестный множитель. Его необходимо вычислить, как частное произведения и известного множителя, то есть: U = А /(I * t).

До проведения расчетов нужно перевести величины в единицы СИ. А именно, работу в Джоули и время в секунды. Это будут 480000 Дж и 1200 с. Теперь осталось все сосчитать.

Ответ. Напряжение равно 100 В.

У каждого из нас дома есть счетчик, по показаниям которого мы ежемесячно платим за электричество. Мы оплачиваем какое-то количество киловатт-часов. Что же такое эти киловатт-часы? За что конкретно мы платим? Разберемся:)

Мы используем электричество с определенными целями. Электрический ток выполняет какую-то работу, вследствие этого и функционируют наши электроприборы. Что же такое – работа электрического тока? Известно, что работа тока по перемещению электрического заряда на некотором отрезке цепи равна численно напряжению на этом участке. Если же заряд будет отличаться, например, в большую сторону, то и работа, соответственно, будет совершена большая.

Работа тока на участке цепи: формула

Итак, мы приходим к тому, что работа тока равна произведению напряжения на участке электрической цепи на величину заряда. Заряд же, как известно, можно найти произведением силы тока на время прохождения тока. Итак, получаем формулу для определения работы тока:

A=Uq , q=It , получаем A=UIt ;

где A — работа, U- напряжение, I — сила тока, q — заряд, t — время.

Измеряется работа тока в джоулях (1 Дж). 1 Дж = 1 В * 1 А * 1 с. То есть, чтобы измерить работу, которую совершил ток, нам нужны три прибора: амперметр , вольтметр и часы. Счетчики электроэнергии, которые стоят в квартирах, как бы сочетают в себе все эти вышеперечисленные приборы в одном. Они измеряют работу, совершенную током. Работа тока в нашей квартире – это энергия, которую он израсходовал на всех включенных в сеть квартиры приборах. Это и есть то, за что мы платим. Однако, мы платим не за джоули, а за киловатт-часы. Откуда возникают эти единицы?

Мощность электрического тока

Чтобы разобраться с этим вопросом, надо рассмотреть еще одно понятие — мощность электрического тока. Мощность тока – это работа тока, совершенная в единицу времени. То есть, мощность можно найти, разделив работу на время. А работа, как мы уже знаем – это произведение силы тока на напряжение и на время. Таким образом, время сократится, и мы получим произведение силы тока на напряжение. Для мощности тока формула будет иметь следующий вид:

P=A/t , A=UIt , получаем P=UIt/t , то есть P=UI ;

где P — мощность тока. Мощность измеряется в ваттах (1 Вт). Применяют кратные величины – киловатты, мегаватты.

Работа и мощность электрического тока связаны теснейшим образом. Фактически, работа – это мощность тока в каждый момент времени, взятая за определенный промежуток времени. Именно поэтому счетчики в квартирах измеряют работу тока не в джоулях, а в киловатт-часах. Просто величина мощности в 1 ватт – это очень небольшая мощность, и если бы мы платили за ватты-в-секунду, мы бы оплачивали десятки и сотни тысяч таких единиц. Для упрощения расчетов и приняли единицу «киловатт-час».

Способность тела производить работу называется энергией тела . Таким образом, мерой количества энергии является работа. Энергия тела тем больше, чем большую работу может произвести это тело при своем движении. Энергия не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Например, в генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию, а в двигателе – электрическая в механическую. Однако не вся энергия является полезной, т.е. часть ее расходуется на преодоление внутреннего сопротивления источника и проводов.

Работа электрического тока численно равна произведению напряжения, силы тока в цепи и времени его прохождения. Единица измерения – Джоуль.

Для измерения работы или энергии электрического тока используется электроизмерительный прибор − счетчик электрической энергии.

Электрическая энергия помимо джоулей измеряется в ватт-часах или киловатт-часах :

1 Вт·ч = 3 600 Дж, 1 кВт·ч = 1 000 Вт·ч.

Мощность электрического тока – это работа, производимая (или потребляемая) в единицу времени. Единица измерения – Ватт.

Для измерения мощности электрического тока используется электроизмерительный прибор − ваттметр.

Кратными единицами измерения мощности являются киловатт или мегаватт:

1 кВт = 1 000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

В табл. 1 приведена мощность ряда устройств.

Таблица 1

Название устройства	Мощность устройства, кВт
Лампа карманного фонаря
Холодильник домашний
Лампы осветительные (бытовые)
Электрический утюг
Стиральная машина
Электрическая плита	0,6; 0,8; 1; 1,25
Электропылесос
Лампы в звездах башен Кремля
Двигатель электровоза ВЛ10
Электродвигатель прокатного стана
Гидрогенератор Братской ГЭС
Турбогенератор	50 000 − 1 200 000

Соотношения между мощностью, током, напряжением и сопротивлением приведены на рис. 1.

P U

I R

R·I

Рис. 1

Скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике в электрическую называется мощностью источника :

где W и – электрическая энергия источника.

Скорость, с которой электрическая энергия преобразуется в приемнике в другие виды энергии, в частности в тепловую, называется мощностью приемника :

Мощность, определяющая непроизвольный расход энергии, например, на тепловые потери в источнике или в проводниках, называют мощностью потерь:

По закону сохранения энергии мощность источника равна сумме мощностей потребителей и потерь:

Это выражение представляет собой баланс мощностей .

Эффективность передачи энергии от источника к приемнику характеризует коэффициент полезного действия (КПД) источника:

где Р 1 или Р ист – мощность, отдаваемая источником энергии во внешнюю цепь;

Р 2 – мощность, получаемая извне или потребляемая мощность;

∆P или Р 0 (Р вн ) – мощность, расходуемая на преодоление потерь в источник или приемнике энергии.

Электрический ток представляет собой направленное движение электрически заряженных частиц. При столкновении движущихся частиц с молекулами и ионами вещества кинетическая энергия движущихся частиц передается ионам и молекулам, вследствие чего происходит нагревание проводника. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в тепловую.

В 1844 г. русским академиком Э.Х. Ленцем и английским ученым Джоулем одновременно и независимо друг от друга был открыт закон, описывающий тепловое действие тока.

Закон Джоуля-Ленца : при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое проводником, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекает по проводнику:

где Q – количество теплоты, Дж, I – сила тока, А; R – сопротивление проводника, Ом; t – время, в течение которого электрический ток протекал по проводнику, с.

Закон Джоуля-Ленца используют при расчетах тепловых режимов источников электроэнергии, линий электропередачи, потребителей и других элементов электрической цепи. Преобразование электроэнергии в тепловую имеет очень большое практическое значение. Вместе с тем тепловое действие во многих случаях оказывается вредным (рис. 2).

Работа тока

Работу электрического поля по перемещению свободных зарядов в проводнике называют работой тока. При перемещении заряда q вдоль проводника поле совершает работу A = qU (см. § 53), где U – разность потенциалов на концах проводника. Поскольку q = It, работу тока можно записать в виде

Закон Джоуля-Ленца

Рассмотрим практически важный случай, когда основным действием тока является тепловое действие. В таком случае согласно закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся в проводнике, равно работе тока: Q = A. Поэтому

1. Докажите, что количество теплоты Q, выделившееся в проводнике с током, выражается также формулами

Q = I 2 Rt, (2)
Q = (U 2 /R)t. (3)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (1) и законом Ома для участка цепи.

Мы вывели формулы (1) – (3), используя закон сохранения энергии, но исторически соотношение Q = I 2 Rt независимо друг от друга установили на опыте российский ученый Эмилий Христианович Ленц и английский ученый Дж. Джоуль за несколько лет до открытия закона сохранения энергии.
Закон Джоуля – Ленца: количество теплоты, выделившееся за время t в проводнике сопротивлением R, сила тока в котором равна I, выражается формулой

Применение закона Джоуля – Ленца к последовательно и параллельно соединенным проводникам

Выясним, в каких случаях для сравнения количества теплоты, выделившейся в проводниках, удобнее пользоваться формулой (2), а в каких случаях – формулой (3).

Формулу Q = I 2 Rt удобно применять, когда сила тока в проводниках одинакова, то есть когда они соединены последовательно (рис. 58.1).

Из этой формулы видно, что при последовательном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого больше. При этом

Q 1 /Q 2 = R 1 /R 2 .

Формулу Q = (U 2 /R)t удобно применять, когда напряжение на концах проводников одинаково, то есть когда они соединены параллельно (рис. 58.2).

Из этой формулы видно, что при параллельном соединении проводников большее количество теплоты выделяется в проводнике, сопротивление которого меньше. При этом

Q 1 /Q 2 = R 2 /R 1 .

2. При последовательном соединении в первом проводнике выделилось в 3 раза большее количество теплоты, чем во втором. В каком проводнике выделится большее количество теплоты при их параллельном соединении? Во сколько раз большее?

3. Имеются два проводника сопротивлением R 1 = 1 Ом и R 2 = 2 Ом. Их подключают к источнику напряжения 6 В. Какое количество теплоты выделится за 10 с, если:
а) подключить только первый проводник?
б) подключить только второй проводник?
в) подключить оба проводника последовательно?
г) подключить оба проводника параллельно?
д) чему равно отношение значений количества теплоты Q1/Q2, если проводники включены последовательно? Параллельно?

Поставим опыт
Будем включать в сеть две лампы накаливания с разными сопротивлениями нити накала параллельно и последовательно (рис. 58.3, а, б). Мы увидим, что при параллельном соединении ламп ярче светит одна лампа, а при последовательном – другая.

4. У какой из ламп (1 или 2) сопротивление больше? Поясните ваш ответ.

5. Объясните, почему при последовательном соединении накал нити каждой лампы меньше, чем накал этой же лампы при параллельном соединении.

6. Почему при включении лампы в осветительную сеть нить накала раскаляется добела, а последовательно соединенные в нею соединительные провода почти не нагреваются?

2. Мощность тока

Мощностью тока P называют отношение работы тока A к промежутку времени t, в течение которого эта работа совершена:

Единица мощности – ватт (Вт). Мощность тока равна Вт, если совершаемая током за 1 с работа равна 1 Дж. Часто используют производные единицы, например киловатт (кВт).

7. Докажите, что мощность тока можно выразить формулами

P = IU, (5)
P = I 2 R, (6)
P = U 2 /R. (7)

Подсказка. Воспользуйтесь формулой (4) и законом Ома для участка цепи.

8. Какой из формул (5) – (7) удобнее пользоваться при сравнении мощности тока:
а) в последовательно соединенных проводниках?
б) в параллельно соединенных проводниках?

9. Имеются проводники сопротивлением R 1 и R 2 . Объясните, почему при последовательном соединении этих проводников

P 1 /P 2 = R 1 /R 2 ,

а при параллельном

P 1 /P 2 = R 2 /R 1 .

10. Сопротивление первого резистора 100 Ом, а второго – 400 Ом. В каком резисторе мощность тока будет больше и во сколько раз больше, если включить их в цепь с заданным напряжением:
а) последовательно?
б) параллельно?
в) Чему будет равна мощность тока в каждом резисторе при параллельном соединении, если напряжение в цепи 200 В?
г) Чему при том же напряжении цепи равна суммарная мощность тока в двух резисторах, если они соединены: последовательно? параллельно?

Мощностью электроприбора называют мощность тока в этом приборе. Так, мощность электрочайника – примерно 2 кВт.

Обычно мощность прибора указывают на самом приборе.

Ниже приведены примерные значения мощности некоторых приборов.
Лампа карманного фонарика: около 1 Вт
Лампы осветительные энергосберегающие: 9-20 Вт
Лампы накаливания осветительные: 25-150 Вт
Электронагреватель: 200-1000 Вт
Электрочайник: до 2000 Вт

Все электроприборы в квартире включаются параллельно, поэтому напряжение на них одинакова.

11. В сеть напряжением 220 В включен электрочайник мощностью 2 кВт.
а) Чему равно сопротивление нагревательного элемента в рабочем режиме (когда чайник включен)?
б) Чему равна при этом сила тока?

12. На цоколе первой лампы написано «40 Вт», а на цоколе второй – «100 Вт». Это – значения мощности ламп в рабочем режиме (при раскаленной нити накала).
а) Чему равно сопротивление нити накала каждой лампы в рабочем режиме, если напряжение в цепи 220 В?
б) Какая из ламп будет светить ярче, если соединить эти лампы последовательно и подключить к той же сети? Будет ли эта лампа светить так же ярко, как и при параллельном подключении?

13. В электронагревателе имеются два нагревательных элемента сопротивлением R 1 и R 2 , причем R 1 > R 2 . Используя переключатель, элементы нагревателя можно включать в сеть по отдельности, а также последовательно или параллельно. Напряжение в сети равно U.
а) При каком включении элементов мощность нагревателя будет максимальной? Чему она при этом будет равна?
б) При каком включении элементов мощность нагревателя будет минимальной (но не равной нулю)? Чему она при этом будет равна?
в) Чему равно отношение R 1 /R 2 , если максимальная мощность в 4,5 раза больше минимальной?

Дополнительные вопросы и задания

14. На рисунке 58.4 изображена электрическая схема участка цепи, состоящего из четырех одинаковых резисторов. Напряжение на всем участке цепи постоянно. Примите, что зависимостью сопротивления резистора от температуры можно пренебречь.

а) На каком резисторе напряжение самое большое? самое маленькое?
б) В каком резисторе сила тока самая большая? самая маленькая?
в) В каком резисторе выделяется самое большое количество теплоты? самое маленькое количество теплоты?
г) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если резистор 1 замкнуть накоротко (то есть заменить проводником с очень малым сопротивлением)?
д) Как изменится количество теплоты, выделяемое в каждом из резисторов 2, 3, 4, если отсоединить провод от резистора 1 (то есть заменить этот резистор проводником с очень большим сопротивлением)?

Частота электрического тока: определение, формула, характеристики

Переменный ток имеет ряд важных характеристик, влияющих на его физические свойства. Одним из таких параметров является частота переменного тока. Если говорить с точки зрения физики, то частота – это некая величина, обратная периоду колебания тока. Если проще – то это количество полных циклов изменения ЭДС, произошедших за одну секунду.

Известно, что переменный ток заставляет электроны двигаться в проводнике сначала в одну сторону, потом — в обратную. Полный путь «туда-обратно» они совершают за некий промежуток времени, называемый периодом переменного тока. частота же является количеством таких колебаний за 1 секунду.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

В качестве единицы измерения частоты во всем мире принят 1 Гц (в честь немецкого ученого Г.Герца), который соответствует 1 периоду колебания за 1 секунду.

В республиках бывшего СССР стандартной считается частота тока в 50 Гц.

Это значит, что синусоида тока движется в течение 1 секунды 50 раз в одном направлении, и 50 — в обратном, 100 раз проходя чрез нулевое значение. Получается, что обычная лама накаливания, включенная в сеть с такой частотой, будет затухать и вспыхивать примерно 100 раз за секунду, однако мы этого не замечаем в силу особенностей своего зрения.

Для измерения частоты переменного тока применяют приборы, называемые частотомерами. Частотомеры используют несколько основных способов измерения, а именно:

 

Метод дискретного счета;

Метод перезаряда конденсатора;

Резонансный метод измерения частот.

Метод сравнения частот; в качестве:

Метод дискретного счета основывается на подсчете импульсов необходимой частоты за конкретный промежуток времени. Его наиболее часто используют цифровые частотомеры, и именно благодаря этому простому методу можно получить довольно точные данные.

Более подробно о частоте переменного тока Вы можете узнать из видео:

Метод перезаряда конденсатора тоже не несет в себе сложных вычислений. В этом случае среднее значение силы тока перезаряда пропорционально соотносится с частотой, и измеряется при помощи магнитоэлектрического амперметра. Шкала прибора, в таком случае, градуируется в Герцах.

Погрешность подобных частотомеров находится в пределах 2%, и поэтому такие измерения вполне пригодны для бытового использования.

Резонансный способ измерения базируется на электрическом резонансе, возникающем в контуре с подстраиваемыми элементами. Частота, которую необходимо измерить, определяется по специальной шкале самого механизма подстройки.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Такой метод дает очень низкую погрешность, однако применяется только для частот больше 50 кГц.

Метод сравнения частот применяется в осциллографах, и основан на смешении эталонной частоты с измеряемой. При этом возникают биения определенной частоты. Когда же частота этих биений достигает нуля, то измеряемая частота становится равной эталонной. Далее, по полученной на экране фигуре с применением формул можно рассчитать искомую частоту электрического тока.

Ещё одно интересное видео о частоте переменного тока:

Основные расчетные электротехнические формулы

Электрическое сопротивление материала определяется по формулам:

Электрическое сопротивление, Ом, материала

R = U/I, где U — напряжение, В; I — сила тока, А.

Удельное электрическое сопротивление, Ом·м,

ρ=Rs/l. S – сечение проводника, м² ; l – длина проводника, м.

Под удельным электрическим сопротивлением материала понимают сопротивление проводника длиной 1 м и сечением 1 м² при 20°С.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется проводимостью:

v=1/ρ.

Если вместо сечения проводника S задан его диаметр D, то сечение, м², находят по формуле

S= πD²/4, где π =3,14.

Сопротивление материала зависит от температуры. Если материал нагрет до температуры t°С, то его сопротивление, Ом, при этой температуре равно:

Rt= R0[1 + α (t – t0)],

где R0 – сопротивление при начальной температуре t0°С, Ом; α – температурный коэффициент.

Далее приводятся значения α для различных материалов.

Медь, алюминий, вольфрам	0,004
Сталь	0,006
Латунь	0,002

Сопротивление нескольких проводников зависит от способа их соединения. Например, при параллельном соединении сопротивление трех проводников определяется по формуле:

Rоб=R1*R2*R3/(R1R2+R2R3+R3R1)

При последовательном соединении:

Rоб=R1+R2+R3.

Постоянный ток

Постоянный ток применяют для питания устройств связи, транзисторных приборов, стартеров автомобилей, электрокар, а также, для зарядки аккумуляторов.

В качестве источников постоянного тока используют гальванические элементы, солнечные батареи, термоэлектрогенераторы, генераторы постоянного тока.

При параллельном соединении нескольких проводников с током с равными напряжениями:

Iоб = I1+I2+…+In Uоб=U1=U2=…=Un

При последовательном соединении: Iоб = Imin; – где Imin, ток наименьшего по мощности источника тока (генератора, аккумуляторной батареи).

Uоб = U1+U2+…+Un

Основные параметры цепей однофазного переменного тока

Однофазный переменный ток промышленной частоты имеет 50 периодов колебаний в секунду, или 50 Гц. Его применяют для питания небольших вентиляторов, электробытовых приборов, электроинструмента, при электросварке и для питания большинства осветительных приборов.

Частота переменного тока, Гц:

f= 1/T = np/60, где п — частота вращения генератора, мин ^-1; р – число пар полюсов генератора.

Мощность однофазного переменного тока:

активная, Вт, Ра = IUcosφ;

реактивная, вар, Q = IUsinφ;

кажущаяся, В А, S = IU =√ (P ²α+Q ²)

Если в цепь переменного однофазного тока включено только активное сопротивление (например, нагревательные элементы или электрические лампы), то значение силы тока и мощности в каждый момент времени определяют по закону Ома:

I=U/R; Рa = IU = I²R=U²/R.

Коэффициент мощности в цепи с индуктивной нагрузкой

Cosφ= Рa/IU= Рa/S.

Основные параметры цепей трехфазного переменного тока

Трехфазный переменный ток используют для питания большинства промышленных электроприемников. Частота трехфазного переменного тока 50 Гц.

В трехфазных системах обмотки генератора и электроприемника соединяют по схемам «звезда» или «треугольник». При соединении в звезду концы всех трех обмоток генератора (или электроприемника) объединяют в общую точку, называемую нулевой или нейтралью (рис. 5а).

При соединении в треугольник начало первой обмотки соединяют с концом второй, начало второй обмотки — с концом третьей и начало третьей — с концом первой обмотки (рис. 5б).

Если от генератора отходят только три провода, то такая система называется трехфазной трехпроводной; если от него отходит еще и четвертый нулевой провод, то систему называют трехфазной четырехпроводной.

Трехфазные трехпроводные сети используют для питания трехфазных силовых потребителей, а четырехпроводные сети – для питания преимущественно осветительных и бытовых нагрузок.

В трехфазных системах различают фазные и линейные токи и напряжения. При соединении фаз звездой линейный I и фазный Iφ токи равны:

а напряжение U =√3Uφ

При соединении треугольником

I =√3Iφ

а напряжение U = Uφ.

Мощность переменного трехфазного тока:

генератора:

• активная, Вт, Рг =√3IUcosφ ,
• реактивная, вар, Q=√3IUsinφ
• полная, ВА, S = √3IU.

где φ – угол сдвига фаз между фазным напряжением генератора и током в той же фазе приемника, который равен току в линии при соединении обмоток генератора звездой.

приемника:

• активная, Вт, Рп =3UφIcosφп=√3 IUcosφп ,
• реактивная, вар, Q=√3 UφIsinφп=√3 UIsinφ
• полная, ВА, S = √3UI.

где φ – угол сдвига фаз между фазным напряжением приемника и током в той же фазе приемника, который равен току линейному только при соединении звездой.

Подсчет количества теплоты, выделяемой при протекании электрического тока по проводнику.

Количество теплоты, Дж, выделяемой электрическим током в проводнике,

Q=I²Rt где t — время, с.

При определении теплового действия электрического тока учитывают, что 1 кВт·ч выделяет 864 ккал (3617 кДж).

Если у Вас остались вопросы – обращайтесь к нам, в авторизованный сервисный центр “Эл Ко-сервис” Мы всегда рады помочь Вам в решении возникших у Вас проблем.

Инженерно-технический отдел авторизованного сервисного центра “Эл Ко-сервис”

формула, работа источника тока, мощность тока

Сегодня электрический ток имеет большую область применения. Связано это с тем, что он переносит с собой энергию, которую можно превратить в любую форму.

Что такое работа тока

При хаотичном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле будет совершать работу, которую решили назвать работой тока. Определение работы тока следующее: это работа электрического поля по переносу зарядов внутри проводника.

Важно! Помимо электрических сил, на проводник действуют еще и магнитные, которые также могут совершать работу. Однако в обычных условиях она будет очень мала.

Движение зарядов в проводнике

Мощность

Абсолютно каждый электрический прибор рассчитан на поглощение энергии за единицу времени. Поэтому на практике большее значение имеет такое понятие, как мощность. Мощность — это скалярная физическая величина, в общем виде равная скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы.

Единицы измерения

Любая физическая величина, которая может быть превращена в энергию, будет измеряться в Джоулях (Дж). 1 Джоуль равен работе при перемещении точки, к которой приложена сила, равная 1 Ньютону, умноженному на Путь в 1 метр. Получается, что 1 Дж = 1 Н · 1 м.

Единица измерения мощности — это Ватт (Вт). Он равен работе 1 Дж, совершенной за единицу времени в 1 с. Таким образом, 1 Вт = 1 Дж : 1 с

Единица измерения мощности

Формула вычисления

В 1841 году английский ученый Джеймс Джоуль сформулировал закон для нахождения количественной меры теплового воздействия электрического тока. В 1842 году этот же закон был также открыт русским физиком Эмилием Ленцем. Из-за этого он получил двойное название закона Джоуля-Ленца. В общем виде закон записывается следующим образом: Q = I² • R • t.

Он имеет достаточно обобщенный характер, так как не имеет зависимости от природных сил, генерирующих ток. Сегодня этот закон активно применяется в быту. Например, для определения степени нагрева вольфрамовой нити, используемой в лампочках.

Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяемое током. Но, тем не менее, это поможет узнать, по каким формулам вычисляется работа электрического поля. Всё потому, что она впоследствии проявляется в виде нагревания проводника. Это говорит о том, что работа тока равна теплоте нагревания проводника (A=Q). Работа эл тока, формула: А= I² • R • t. Это не единственная формула для нахождения работы. Если использовать закон Ома для участка цепи (I=U:R), то можно вывести еще две формулы: А=I•U•t или A=U²:R.

Портреты Джоуля и Ленца

Общая формула для того, чтобы вычислять мощность, заключается в ее прямой пропорциональности работе и обратной зависимости от времени (P=A:t). Если говорить о мощности в электрическом поле, то исходя из предыдущих формул, можно составить целых три: Р= I² • R; Р=I•U; Р=U²:R.

Закон Ома для участка цепи

Приборы для измерения тока

Электроизмерительные приборы — это особый вид устройств, которые используются для измерения многих электрических величин. К ним относятся:

• Амперметр переменного тока;
• Вольтметр переменного тока;
• Омметр;
• Мультиметр;
• Частометр;
• Электрические счетчики.

Амперметр

Чтобы определить силу тока в электрической цепи, необходимо применить амперметр. Данный прибор включается в цепь последовательным образом и из-за пренебрежимо малого внутреннего сопротивления не оказывает влияния на ее состояние. Шкала амперметра проградуирована в амперах.

В классическом приборе через электромагнитную катушку проходит измеряемый ток, который образует магнитное поле, заставляющее отклоняться магнитную стрелку. Угол отклонения прямо пропорционален измеряемому току.

Классический амперметр

Электродинамический амперметр имеет более сложный принцип работы. В нем находятся две катушки: одна подвижная, другая стоит на месте. Между собой они могут быть соединены последовательно или параллельно. При прохождении тока через катушки их магнитные поля начинают взаимодействовать, что в результате заставляет подвижную катушку с закрепленной на ней стрелкой отклониться на некоторый угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

Вольтметр

Для определения величины напряжения (разности потенциалов) на участке цепи используют вольтметр. Подключаться прибор должен параллельно цепи и обладать высоким внутренним сопротивлением. Тогда лишь сотые доли силы тока попадут в прибор.

Школьный вольтметр

Принцип работы заключается в том, что внутри вольтметра установлена катушка и последовательно подключенный резистор с сопротивлением не менее 1кОм, на котором проградуирована шкала вольтов. Самое интересное, что на самом деле резистор регистрирует силу тока. Однако деления подобраны таким образом, что показания соответствуют значению напряжения.

Омметр

Данный прибор используют для определения электрически активного сопротивления. Принцип действия состоит в изменении измеряемого сопротивления в напрямую зависящее от него напряжение благодаря операционному усилителю. Нужный объект должен быть подключен к цепи обратной связи или к усилителю.

Если омметр электронный, то он будет работать по принципу измерения силы тока, протекающего через необходимое сопротивление при постоянной разности потенциалов. Все элементы соединяют последовательно. В этом случае сила тока будет иметь следующую зависимость: I = U/(r0 + rx), где U — ЭДС источника, r0 — сопротивление амперметра, rx — искомое сопротивление. Согласно этой зависимости и определяют сопротивление.

Электронный омметр

Мультиметр

Приведенные в пример приборы сегодня используют лишь в школах на уроках физики. Для профессиональных задач были придуманы мультиметры. Самое обычное устройство включает в себя одновременно функции амперметра, вольтметра и омметра. Прибор бывает как легко переносимым, так и огромным стационарным с большим количеством возможностей. Название «мультиметр» в первый раз было применено именно к цифровому измерителю. Аналоговые приборы чаще называют «авометр», «тестер» или просто «Цешка».

Универсальный мультиметр

Работа тока — сложная, но очень важная тема в электродинамике. Не зная ее, не получится решить даже простейших задач. Даже электрики используют формулы по нахождению работы для проведения необходимых подсчетов.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Код и классификация направлений подготовки	Код группы образовательной программы	Наименование групп образовательных программ	Количество мест
8D01 Педагогические науки
8D011 Педагогика и психология	D001	Педагогика и психология	45
8D012 Педагогика дошкольного воспитания и обучения	D002	Дошкольное обучение и воспитание	5
8D013 Подготовка педагогов без предметной специализации	D003	Подготовка педагогов без предметной специализации	22
8D014 Подготовка педагогов с предметной специализацией общего развития	D005	Подготовка педагогов физической культуры	7
8D015 Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам	D010	Подготовка педагогов математики	30
	D011	Подготовка педагогов физики (казахский, русский, английский языки)	23
	D012	Подготовка педагогов информатики (казахский, русский, английский языки)	35
	D013	Подготовка педагогов химии (казахский, русский, английский языки)	22
	D014	Подготовка педагогов биологии (казахский, русский, английский языки)	18
	D015	Подготовка педагогов географии	18
8D016 Подготовка педагогов по гуманитарным предметам	D016	Подготовка педагогов истории	17
8D017 Подготовка педагогов по языкам и литературе	D017	Подготовка педагогов казахского языка и литературы	37
	D018	Подготовка педагогов русского языка и литературы	24
	D019	Подготовка педагогов иностранного языка	37
8D018 Подготовка специалистов по социальной педагогике и самопознанию	D020	Подготовка кадров по социальной педагогике и самопознанию	10
8D019 Cпециальная педагогика	D021	Cпециальная педагогика	20
		Всего	370
8D02 Искусство и гуманитарные науки
8D022 Гуманитарные науки	D050	Философия и этика	20
	D051	Религия и теология	11
	D052	Исламоведение	6
	D053	История и археология	33
	D054	Тюркология	7
	D055	Востоковедение	10
8D023 Языки и литература	D056	Переводческое дело, синхронный перевод	16
	D057	Лингвистика	15
	D058	Литература	26
	D059	Иностранная филология	19
	D060	Филология	42
		Всего	205
8D03 Социальные науки, журналистика и информация
8D031 Социальные науки	D061	Социология	20
	D062	Культурология	12
	D063	Политология и конфликтология	25
	D064	Международные отношения	13
	D065	Регионоведение	16
	D066	Психология	17
8D032 Журналистика и информация	D067	Журналистика и репортерское дело	12
	D069	Библиотечное дело, обработка информации и архивное дело	3
		Всего	118
8D04 Бизнес, управление и право
8D041 Бизнес и управление	D070	Экономика	39
	D071	Государственное и местное управление	28
	D072	Менеджмент и управление	12
	D073	Аудит и налогообложение	8
	D074	Финансы, банковское и страховое дело	21
	D075	Маркетинг и реклама	7
8D042 Право	D078	Право	30
		Всего	145
8D05 Естественные науки, математика и статистика
8D051 Биологические и смежные науки	D080	Биология	40
	D081	Генетика	4
	D082	Биотехнология	19
	D083	Геоботаника	10
8D052 Окружающая среда	D084	География	10
	D085	Гидрология	8
	D086	Метеорология	5
	D087	Технология охраны окружающей среды	15
	D088	Гидрогеология и инженерная геология	7
8D053 Физические и химические науки	D089	Химия	50
	D090	Физика	70
8D054 Математика и статистика	D092	Математика и статистика	50
	D093	Механика	4
		Всего	292
8D06 Информационно-коммуникационные технологии
8D061 Информационно-коммуникационные технологии	D094	Информационные технологии	80
8D062 Телекоммуникации	D096	Коммуникации и коммуникационные технологии	14
8D063 Информационная безопасность	D095	Информационная безопасность	26
		Всего	120
8D07 Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли
8D071 Инженерия и инженерное дело	D097	Химическая инженерия и процессы	46
	D098	Теплоэнергетика	22
	D099	Энергетика и электротехника	28
	D100	Автоматизация и управление	32
	D101	Материаловедение и технология новых материалов	10
	D102	Робототехника и мехатроника	13
	D103	Механика и металлообработка	35
	D104	Транспорт, транспортная техника и технологии	18
	D105	Авиационная техника и технологии	3
	D107	Космическая инженерия	6
	D108	Наноматериалы и нанотехнологии	21
	D109	Нефтяная и рудная геофизика	6
8D072 Производственные и обрабатывающие отрасли	D111	Производство продуктов питания	20
	D114	Текстиль: одежда, обувь и кожаные изделия	9
	D115	Нефтяная инженерия	15
	D116	Горная инженерия	19
	D117	Металлургическая инженерия	20
	D119	Технология фармацевтического производства	13
	D121	Геология	24
8D073 Архитектура и строительство	D122	Архитектура	15
	D123	Геодезия	16
	D124	Строительство	12
	D125	Производство строительных материалов, изделий и конструкций	13
	D128	Землеустройство	14
8D074 Водное хозяйство	D129	Гидротехническое строительство	5
8D075 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)	D130	Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям)	11
		Всего	446
8D08 Сельское хозяйство и биоресурсы
8D081 Агрономия	D131	Растениеводство	22
8D082 Животноводство	D132	Животноводство	12
8D083 Лесное хозяйство	D133	Лесное хозяйство	6
8D084 Рыбное хозяйство	D134	Рыбное хозяйство	4
8D087 Агроинженерия	D135	Энергообеспечение сельского хозяйства	5
	D136	Автотранспортные средства	3
8D086 Водные ресурсы и водопользование	D137	Водные ресурсы и водопользования	11
		Всего	63
8D09 Ветеринария
8D091 Ветеринария	D138	Ветеринария	21
		Всего	21
8D11 Услуги
8D111 Сфера обслуживания	D143	Туризм	11
8D112 Гигиена и охрана труда на производстве	D146	Санитарно-профилактические мероприятия	5
8D113 Транспортные услуги	D147	Транспортные услуги	5
	D148	Логистика (по отраслям)	4
8D114 Социальное обеспечение	D142	Социальная работа	10
		Всего	35
		Итого	1815
		АОО «Назарбаев Университет»	65
		Стипендиальная программа на обучение иностранных граждан, в том числе лиц казахской национальности, не являющихся гражданами Республики Казахстан	10
		Всего	1890

Ток, электричество и условный ток

Современное электричество — это движущиеся заряженные частицы. Если вы позволите заряду, который накапливается в статическом электричестве, течь, вы получите ток.

Ток — это скорость потока заряда; — это количество заряда, протекающего через проводник в секунду.

Уравнение для расчета тока:

Где:

I = ток (амперы, А)

Q = заряд, протекающий через точку в контуре (кулоны, Кл)

t = время, необходимое для прохождения заряда (секунды, с)

Таким образом, ток в 1 ампер равен 1 кулону заряда, проходящего через точку каждую секунду.

Точно так же кулон — это то же самое, что и ампер-секунда!

( Примечание: , если вы построите график зависимости тока от времени, площадь под графиком будет равна перемещенному заряду.)

Ну, сначала вам нужно иметь проводник, чтобы он протекал через него, а затем вам нужно притягивать или отталкивать заряженные частицы, чтобы заставить их двигаться. Величина вашего притяжения или отталкивания измеряется в вольтах и ​​называется напряжением или разностью потенциалов (стр.d. для краткости).

Эти заряженные частицы заставляют их двигаться, поэтому напряжение является мерой количества энергии, выделяемой на один кулон заряда.

1 вольт = 1 джоуль на кулон.

Уравнение для расчета напряжения:

Где:

Вт = количество энергии (джоуль, Дж)

В = напряжение (вольт, В)

Q = заряд (кулон, Кл)

Когда заряженные частицы обтекают контур, они не расходуются; это энергия, которую переносят заряженные частицы, которая уменьшается при движении по цепи.

(бегуны, бегающие по беговой дорожке длиной 400 м, бегают полностью, но при беге теряют энергию).

Таким образом, ток не расходуется — если у вас остается 12 ампер на выходе из батареи, в цепи будет 12 ампер и 12 ампер возвращаются в батарею.

Напряжение изменяется при перемещении заряда по цепи. Потенциальная энергия, передаваемая заряду, в контуре превращается в тепловую энергию. Электрон может покинуть батарею с напряжением 6 В, но вернется к батарее с напряжением 0 В.Это дает изменение потенциала на 6 В, отсюда и слова «разность потенциалов».

Существует два основных типа схем, о которых вам нужно знать, и у каждой из них есть два правила, упрощающих вычисления:

Последовательные цепи:

В последовательной цепи …

• ток одинаковый по всей цепи.
• напряжение делится между компонентами в цепи.

Параллельные цепи:

В параллельной цепи …

• ток разделяется и проходит по каждой петле.
• напряжение в каждом контуре одинаковое.

Первоначально ученые полагали, что в цепях текут положительно заряженные частицы, и поэтому цепи всегда помечены током, протекающим от положительного к отрицательному выводу ячейки в цепи.Мы называем этот ток обычным током. На самом деле электроны текут в противоположном направлении!

Нажмите на кнопки ниже, чтобы увидеть это в действии:

Обычный ток — это поток положительных частиц. Все ссылки на ток в диаграммах и в вопросах на уровне A относятся к условному току, если в вопросе специально не указано иное.

Для измерения тока используется амперметр . Он включен последовательно в цепь для измерения количества заряда, протекающего через него в секунду. (Вы можете сравнить это с турникетом, подсчитывающим людей на стадионе.)

Для измерения напряжения используем вольтметр. Он размещается параллельно для сравнения потенциала в двух разных точках по обе стороны от компонента. Затем он может измерить разность потенциалов или напряжение на компоненте.

Электрический ток: что это такое? (Формула, единицы измерения и переменный ток по сравнению с постоянным)

Что такое электрический ток?

Электрический ток определяется как поток заряженных частиц, таких как электроны или ионы, движущихся через электрический проводник или пространство.Это скорость прохождения электрического заряда через проводящую среду во времени. Электрический ток выражается математически (например, в формулах) с помощью символа «I» или «i». Единица измерения тока — ампер или ампер. Это представлено как A.

Математически скорость потока заряда относительно времени может быть выражена как

Другими словами, поток заряженных частиц, текущий через электрический проводник или пространство, известен как электрический ток. .Движущиеся заряженные частицы называются носителями заряда, которыми могут быть электроны, дырки, ионы и т. Д.

Протекание тока зависит от проводящей среды. Например:

• В проводнике ток происходит за счет электронов.
• В полупроводниках протекание тока происходит за счет электронов или дырок.
• В электролите протекание тока обусловлено ионами, а
• В плазме — ионизированным газом протекание тока обусловлено ионами и электронами.

Когда между двумя точками в проводящей среде применяется разность электрических потенциалов, электрический ток начинает течь от более высокого потенциала к более низкому.Чем выше напряжение или разность потенциалов, тем больше тока проходит между двумя точками.

Если две точки в цепи имеют одинаковый потенциал, ток не может течь. Величина тока зависит от напряжения или разности потенциалов между двумя точками. Следовательно, мы можем сказать, что ток — это эффект напряжения.

Электрический ток может создавать электромагнитные поля, которые используются в индукторах, трансформаторах, генераторах, двигателях. В электрических проводниках ток вызывает резистивный нагрев или джоулева нагрев, который дает свет в лампе накаливания.

Изменяющийся во времени электрический ток создает электромагнитные волны, которые используются в телекоммуникациях для передачи данных.

Переменный ток и постоянный ток

В зависимости от потока заряда электрический ток подразделяется на два типа: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC).

Переменный ток

Поток электрического заряда в периодически обратном направлении известен как переменный ток (AC). Переменный ток также называют «переменным током». Хотя технически это означает дважды одно и то же: «AC Current Current».

Переменный ток периодически меняет направление.

Переменный ток начинается с нуля, повышается до максимума, уменьшается до нуля, затем меняется на противоположное и достигает максимума в противоположном направлении, затем снова возвращается к исходному значению и повторяет этот цикл бесконечно.

Форма волны переменного тока может быть синусоидальной, треугольной, квадратной или пилообразной и т. Д.

Конкретная форма волны не имеет значения, если она является повторяющейся формой волны.

Тем не менее, в большинстве электрических цепей типичная форма волны переменного тока является синусоидальной. Типичный синусоидальный сигнал, который вы можете увидеть как переменный ток, показан на изображении ниже.

Генератор переменного тока может генерировать переменный ток. Генератор — это особый тип электрического генератора, предназначенный для генерации переменного тока.

Электроэнергия переменного тока широко используется в промышленных и жилых помещениях.

Постоянный ток

Поток электрического заряда только в одном направлении известен как постоянный ток (DC).Постоянный ток также называют «постоянным током». Хотя технически это означает дважды одно и то же: «Постоянный ток».

Поскольку постоянный ток течет только в одном направлении; следовательно, его также называют однонаправленным током. Форма волны постоянного тока показана на изображении ниже.

Постоянный ток может генерироваться батареями, солнечными элементами, топливными элементами, термопарами, электрическими генераторами коммутаторного типа и т. Д. Переменный ток можно преобразовать в постоянный ток с помощью выпрямителя.

Электроэнергия постоянного тока обычно используется в низковольтных устройствах.Большинству электронных схем требуется источник питания постоянного тока.

В каких единицах измерения измеряется электрический ток (в единицах тока)?

В системе СИ единица измерения тока — ампер или ампер. Это обозначается как A. Ampere, или amp — основная единица измерения электрического тока в системе СИ. Единица измерения ампер названа в честь великого физика Эндрю Мари Ампера.

В системе СИ 1 ампер — это поток электрического заряда между двумя точками со скоростью один кулон в секунду. Таким образом,

Следовательно, ток также измеряется в кулонах в секунду или C / S.

Формула электрического тока

Основные формулы для тока:

1. Связь между током, напряжением и сопротивлением (закон Ома)
2. Связь между током, мощностью и напряжением
3. Связь между током, мощностью и сопротивлением

Эти отношения показаны на изображении ниже.

Треугольник формулы тока

Формула тока 1 (закон Ома)

В соответствии с законом Ома,

Таким образом,

Пример

Как показано на схеме ниже, напряжение питания, приложенное к сопротивлению.Определите ток, протекающий через резистор.

Решение:

Заданные данные:

Согласно закону Ома,

Таким образом, используя уравнение, мы получаем, что ток, протекающий через резистор, равен.

Формула тока 2 (мощность и напряжение)

Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока.

Таким образом, мы получаем, что ток равен мощности, разделенной на напряжение. Математически

Где означает амперы или амперы (единицы измерения электрического тока).

Пример

Как показано на схеме ниже, к лампе прикладывается напряжение питания. Определите ток, потребляемый лампой.

Решение:

Данные данные:

Согласно формуле,

Таким образом, мы получаем, что ток, потребляемый лампой, с помощью уравнения равен.

Формула тока 3 (мощность и сопротивление, омические потери, резистивный нагрев)

Мы знаем, что,

Теперь подставим в приведенное выше уравнение, мы получим,

Таким образом, ток является квадратным корнем из отношения мощностей. и сопротивление.Математически:

Пример

Как показано на схеме ниже, определите ток, потребляемый лампой.

Решение:

Данные данные:

Согласно формуле,

Таким образом, используя уравнение, мы получаем ток, потребляемый лампой.

Размеры тока

Размеры тока, выраженные в массе (M), длине (L), времени (T) и амперах (A), выражаются выражением.

Ток (I) — это кулон в секунду.Таким образом,

Обычный ток против потока электронов

Существует небольшое заблуждение относительно обычного потока тока и потока электронов. Давайте попробуем понять разницу между ними.

Частицы, переносящие электрический заряд по проводникам, являются подвижными или свободными электронами. Направление электрического поля в цепи, по определению, является законом проталкивания положительных тестовых зарядов. Таким образом, эти частицы с отрицательным зарядом, то есть электроны, текут в направлении, противоположном электрическому полю.

Согласно теории электронов, когда напряжение или разность потенциалов приложены к проводнику, заряженные частицы проходят через цепь, которая составляет электрический ток.

Эти заряженные частицы текут от более высокого потенциала к более низкому потенциалу, то есть от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи через внешнюю цепь.

Но в металлическом проводнике положительно заряженные частицы удерживаются в фиксированном положении, а отрицательно заряженные частицы, т.е.е., электроны могут двигаться свободно. В полупроводниках поток заряженных частиц может быть положительным или отрицательным.

Поток положительных и отрицательных носителей заряда в противоположном направлении имеет такое же влияние в электрической цепи. Поскольку протекание тока связано либо с положительными, либо с отрицательными зарядами, либо с обоими, требуется соглашение о направлении тока, которое не зависит от типов носителей заряда.

Направление обычного тока считается направлением, в котором текут носители положительного заряда, т.е.е., от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Следовательно, отрицательные носители заряда, то есть электроны, текут в направлении, противоположном обычному току, то есть от более низкого потенциала к более высокому. Следовательно, обычный ток и поток электронов идут в противоположных направлениях, как показано на изображении ниже.

Направление обычного тока и потока электронов

So—

• Обычный ток: Поток положительных носителей заряда от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи известен как обычный ток.
• Электронный поток: Электронный поток называется электронным током. Поток отрицательных носителей заряда, то есть электронов, от отрицательного вывода к положительному выводу батареи известен как поток электронов. Электронный поток противоположен обычному току.

Направление обычного тока и потока электронов показано на изображении ниже.

Обычный поток тока и поток электронов

Зависимость тока конвекции от потока проводимости

Ток конвекции

Под конвекционным током понимается протекание тока через изолирующую среду, такую ​​как жидкость, газ или вакуум.

Конвекционный ток не требует протекания проводников; следовательно, он не удовлетворяет закону Ома. Примером конвекционного тока является вакуумная трубка, в которой электроны, испускаемые катодом, проходят к аноду в вакууме.

Ток проводимости

Ток, протекающий через любой проводник, известен как ток проводимости. Ток проводимости требует, чтобы проводник протекал; следовательно, он удовлетворяет закону Ома.

Ток смещения

Считайте, что резистор и конденсатор подключены параллельно источнику напряжения V, как показано на рисунке ниже.Природа протекания тока через конденсатор отличается от протекания тока через резистор.

Напряжение или разность потенциалов на резисторе создает непрерывный поток тока, который задается уравнением:

Этот ток называется «током проводимости».

Теперь ток протекает через конденсатор только тогда, когда напряжение на конденсаторе изменится, что дается уравнением:

Этот ток называется «током смещения».”

Физически ток смещения не является током, поскольку нет потока физической величины, такого как поток зарядов.

Как измерить ток

В электрических и электронных схемах измерение тока является важным параметром, который необходимо измерять.

Прибор может измерять электрический ток, называемый амперметром. Для измерения тока амперметр необходимо подключить последовательно к цепи, ток которой должен измеряться.

Измерение тока через резистор с помощью амперметра показано на рисунке ниже.

Измерение тока амперметром

Электрический ток также можно измерить с помощью гальванометра. Гальванометр показывает направление и величину электрического тока.

Ток можно измерить, обнаружив магнитное поле, связанное с током, без разрыва цепи. Существуют различные инструменты, позволяющие измерять ток без разрыва цепи.

• Преобразователи с датчиком тока на эффекте Холла
• Трансформатор тока (CT) (только измерение переменного тока)
• Клещи
• Шунтирующие резисторы
• Магниторезистивные датчики поля

Общие вопросы о токе

Давайте изучим некоторые общие вопросы, связанные с электрическим током.

Что использует электромагнит для измерения электрического тока?

Гальванометр — это измерительный прибор, в котором для измерения электрического тока используется электромагнит.

Гальванометр — абсолютный прибор; он измеряет электрический ток по тангенсу угла отклонения.

Гальванометр может измерять электрический ток напрямую, но для этого необходимо разорвать цепь; поэтому иногда это неудобно.

Как электрический ток создает магнитную силу?

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, будет действовать сила, поскольку ток — это не что иное, как поток зарядов.

Рассмотрим проводник с током, по которому течет ток, как показано на рисунке (а) ниже. Согласно правилу правой руки Флеминга; этот ток создаст магнитное поле по часовой стрелке.

Магнитная сила, создаваемая электрическим током

Магнитное поле проводника создает магнитное поле над проводником и будит его внизу.

Линии поля подобны натянутым резинкам; следовательно, он будет толкать проводник вниз, т.е.е. сила направлена ​​вниз, как показано на рисунке (b).

В этом примере говорится, что проводник с током в магнитном поле испытывает силу. Следующее уравнение определяет величину магнитной силы, действующей на проводник с током.

Для протекания электрического тока необходимо наличие

Для протекания электрического тока необходимо:

• Разность потенциалов, существующая между двумя точками. Если две точки в цепи имеют одинаковый потенциал, ток не может течь.
• Источник напряжения или источника тока, такой как батарея или элемент, который заставляет свободные электроны, составляющие электрический ток.
• Проводник или провод, несущий электрические заряды.
• Цепь должна быть замкнута или замкнута. Если цепи разомкнуты, ток не может течь.

Это условия, которые необходимы для протекания электрического тока. На изображении ниже показан ток, протекающий по замкнутой цепи.

Ток, протекающий в замкнутой цепи

, который лучше всего описывает разницу между электрическим током и статическим электричеством

Основное различие между электрическим током и статическим электричеством состоит в том, что электроны или заряды проходят через проводник в электрическом токе.

В то время как при статическом электричестве заряды покоятся и накапливаются на поверхности вещества.

Электрический ток возникает из-за потока электронов, в то время как статическое электричество возникает из-за отрицательных зарядов от одного объекта к другому.

Электрический ток генерируется только в проводнике, тогда как статическое электричество генерируется как в проводнике, так и в изоляторе.

Как электрический ток влияет на магнитный полюс?

Мы знаем, что при протекании электрического тока, т.е.Т. е. электрический заряд находится в движении, он создает магнитное поле. Если держать магнит в магнитном поле, на него действует сила.

Для электрических зарядов, т. Е. Электрический ток, как магнитные полюса, притягивает, а противоположные магнитные полюса отталкиваются. Итак, мы можем сказать, что электрический ток воздействует на магнитный полюс через магнитное поле.

Какой прибор используется для измерения электрического тока

Прибор может измерять электрический ток, называемый амперметром. Амперметр должен подключаться последовательно к цепи, ток которой должен измеряться.

Другие различные инструменты также используются для измерения электрического тока.

• Датчики тока на эффекте Холла
• Трансформатор тока (CT) (только измерение переменного тока)
• Клещи
• Шунтирующие резисторы
• Магниторезистивные датчики поля

Схема — Схемы — Физика 106

Электрические цепи — Определение терминов Электрический ток I равен скорости протекания тока. Для постоянного тока I = q / t. Для переменного тока I = dq / dt. На рис. 1 выше электрон движется в проводнике с эквивалент постоянной скорости дрейфа v d в постоянное электрическое поле E. В действительности электрон испытывает серия ускорений в электрическом поле после столкновений с ядром и внутренними электронами атомов, составляющих материал.Пусть n = количество электронов на объем, e заряд на электроне, A площадь поперечного сечения проводника, а L его длина = v d t, где t — время, за которое электрон переместится на длину проводника. Тогда чистый заряд в движении q = neAv d t а ток I = q / t = neAv d . Пример задачи в 106 Набор задач для схем : 1. Сопротивления Сопротивление R проводника прямо пропорционально его длине L, обратно пропорциональной его поперечному сечению. площадь A, и зависит от сопротивления материала ρ. R = ρL / A. Закон Ома. Разность потенциалов V ab через сопротивление R от a до b с током I от a до b определяется законом Ома, эмпирическим законом, В ab = ИК. Комбинации резисторов Последовательные резисторы Ток I одинаков в каждом резисторе Разность потенциалов на всех резисторах равна сумме индивидуальных разностей потенциалов: V ab = V ac + V cd + V дБ R экв = V ab / I = V ac / I + V cd / I + V db / I = R 1 + R 2 + R 3 (рис.2а ниже) Параллельные резисторы Разность потенциалов V ab через каждый из резисторов одинаковый. Полный ток I равен сумме токов в каждом из резисторов: I = I 1 + я 2 + я 3 I / V ab = I 1 / V ab + I 2 / V ab + I 3 / V ab 1 / R экв. = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 (рис.2b ниже) Примеры задач в 106 Набор задач для цепей : 2, 3, 7. Мощность Мощность = P = (U a — U b ) / t = q (V a — V b ) / t = (q / t) (V a — V b ) = IV ab Приведенное выше утверждение всегда верно. Если элемент цепи между a и b является омическим резистор, для которого В ab = IR, тогда P = I (V ab ) может можно записать как P = I (IR) = I 2 R или P = (I) V ab можно записать как P = (V ab / R) V ab = (V ab ) 2 / R. Пример задачи в 106 Набор задач для схем : 4. Электродвижущая сила ε Электродвижущая сила ε = энергия / заряд = U / q или q ε = U и мощность = P = U / t = (q / t) ε = I ε. Для схемы, показанной на рис. 3 выше, r — внутреннее сопротивление. батареи. Для этой схемы: Входная мощность = Выходная мощность Химическая энергия в электрическую мощность = электрическая мощность в тепло I ε = I 2 R + I 2 r (Уравнение 1) Из уравнения.1, I = ε / (R + r) ε — Ir = IR = V ab Напряжение на клеммах батареи В ab = ε-Ir Примеры проблем в 106 Проблема Набор для схем : 5, 8. Правила Кирхгофа Правило соединения.Сумма токов, входящих в любой переход равна сумме токов, выходящих из этого перехода. Этот это просто заявление о сохранении заряда. Петлевое правило. Сумма потенциальных различий по каждому элемент вокруг любого замкнутого контура равен нулю. Это просто заявление о сохранении энергии. Если перейти от минуса к плюсу батареи, химическая энергия превращается в электрическую энергию и вы набираете энергию, значит, знак плюс.Если перейти с плюсовой стороны батареи на минус знак, знак отрицательный. Если обойти петлю в том же направлении, что и ток, электрический энергия преобразуется в тепло, и вы теряете энергию так что этот IR отрицательный. Если обойти петлю напротив в направлении течения, вы идете от более низкий потенциал в более высокий потенциал, поэтому этот IR является положительным. Общий комментарий. Как только вы выберете направления течений, и обходя петлю по часовой стрелке или против часовой стрелки, оставайся с этим. Вы можете изменить направление движения вокруг цикла для второго цикла, но не меняйте направления токов. Пример задачи в 106 Набор задач для цепей: 9. RC-схемы Разность потенциалов на омическом резисторе = IR и на конденсаторе = q / C Когда переключатель S поднят для положения зарядки Используя правило петли, мы находим ε = ИК + q / C. Поскольку I = dq / dt, мы можем записать это как ε = dq / dt R + q / C (Уравнение 2) Арифметика дает нам (dq / dt) RC = — (q — εC) (Уравнение 3) Разделение переменных: дк / (q — εC) = -1 / RC dt (Уравнение 4) Объединение обеих сторон: или ln [(q- εC) / — εC} = -t / RC (Уравнение 5) Взяв антилогарифм обеих частей уравнения.5: (q- εC) / — εC = e -t / RC q — εC = — εC (e -t / RC ) или наконец q (t) = εC (1 — e -t / RC ) (Уравнение 6) Разность потенциалов на конденсаторе для зарядки конденсатор V CB иногда называют В С = q / C = ε (1 — e -t / RC ). (Уравнение 7) Ток I = dq / dt = ε / R ( e -t / RC ) (Уравнение 8) Разность потенциалов на резисторе для зарядки конденсатор V ac иногда называют В R = IR = ε ( e -t / RC ) (Уравнение 9) Для рисунков 4 (вверху) и 5 ​​(внизу) я выбрал ε = 1.0 В, R = 10 6 Ом = 10 6 В / А и C = 5 x 10 -6 Ф = 5 x 10 -6 С / В. Постоянная времени = RC = 10 6 V / A x 5 x 10 -6 C / V = ​​5 C / A = 5 Кл / (Кл / с) = 5 с. Для накопления заряда V C (t) = ε (1 — e -t / RC ). Когда t = RC = 5 с, В C (RC) = 1,0 В (1 — e -RC / RC ) = 1.0 V (1 — e -1 ) = 1,0 В (0,632) = 0,632 В, как показано ниже. Для накопления заряда V R (t) = εe -t / RC . Когда t = RC = 5 с, В C (RC) = 1,0 В (e -RC / RC ) = 1,0 V (e -1 ) = 1,0 В (0,368) = 0,368 В, как показано выше. При опускании переключателя батарея больше не разряжается. в цепи и конденсатор разряжается. V ab = 0 = IR + q / C = dq / dt R + q / C (Уравнение 10) Изменение формулы: dq / q = -dt / RC Теперь пределы взяты из максимального заряда Q = εC до q, когда t изменяется от 0 до t. Конденсатор разряжается а я в противоположном направлении. ln q / εC = — t / RC или q (t) = Qe -t / RC = εCe -t / RC (Уравнение 11) I (t) = dq / dt = — (εC / RC) e -t / RC = — (ε / R) e -t / RC V cb = V C = q / C = εe -t / RC и V ac = IR = — εe -t / RC Ссылаясь на Рис.5b ниже, Для распада заряда V C (t) = ε e -t / RC . Когда t = RC = 5 с, В C (RC) = 1,0 В (e -RC / RC ) = 1,0 В ( e -1 ) = 1,0 В (0,368) = 0,368 В. Для распада заряда, В R (t) = — εe -t / RC . Когда t = RC = 5 с, В R (RC) = -1,0 В (e -RC / RC ) = -1,0 V (e -1 ) = -1.0 В (0,368) = -0,368 В. Пример задачи в 106 Набор задач для схем : 10.

Уравнения Максвелла: плотность электрического тока

Плотность электрического тока

Плотность электрического тока обозначается векторным символом ( Дж ). Электрический ток измеряется в амперах (что соответствует заряду в секунду [Кл / с]).2], потому что ток течет в одном направлении, и площадь измеряется перпендикулярно / перпендикулярно / перпендикулярно этому. Это показано на рисунке 1:

Рисунок 1. Электрический ток I (вверху) — это общий расход заряда в секунду. Плотность тока J (внизу) ток в указанном поперечном сечении.

Полный электрический ток ( I ) может быть связан с плотностью тока ( J ) суммируя (или интегрируя) плотность тока по области, где течет заряд:

		[Уравнение 1]

В качестве простого примера предположим, что плотность тока однородна (равная плотность). по сечению провода радиусом r = 10 см.Предположим, что общий ток составляет I = 3 А. Какова плотность тока?

		[Уравнение 2]

Обратите внимание, что плотность тока часто непостоянна, поэтому взвешенное суммирование (уравнение [1]) необходим.

Наконец, предположим, что среда (материал) имеет электрическую проводимость, заданную на (который измеряется в Сименс / метр, которое является противоположным (обратным) сопротивлением на длину). Тогда плотность электрического тока можно связать с Электрическое поле по уравнению [3]:

		[Уравнение 3]

Вы можете не узнать уравнение [3], но на самом деле оно известно — это закон Ома.Вы, вероятно, знаете из электрических цепей, что V = IR, который связывает напряжение, ток и сопротивление. В уравнении [3] E-поле аналогично напряжению, плотность тока аналогична току, а проводимость — это величина, обратная сопротивлению. Вот где действует закон Ома для цепей. происходит от.

Уравнение [3] утверждает, что в материале с ненулевой проводимостью E-поле будет производить электрический ток.

---

Уравнения Максвелла

Эта страница о плотности электрического тока (J) защищена авторским правом.Авторские права принадлежат Maxwells-Equations.com, 2012.

Электрический ток: формула, определение, решенные примеры

Проверить определение, формулы и решенные примеры на основе электрического тока. Это одна из важнейших тем физики.

Создано: 2 июля 2021 г. 17:37 IST

Электрический ток: формула, определение, решенные примеры и многое другое

Проверить определение, формулы и решенные примеры на основе электрического тока.Это одна из важнейших тем физики. Вопросы по этой теме часто задают на различных школьных и конкурсных экзаменах. Студенты, изучающие физику в качестве одного из предметов, должны иметь четкое представление об электрическом токе и других связанных темах. Здесь мы предоставили определение, формулу и несколько простых решаемых примеров.

Скорость убегания: формула, определение, вопросы и многое другое

Определение электрического тока:

Электрический ток — это скорость протекания заряда в проводнике.Единица измерения электрического тока в системе СИ — Ампер. Это скалярная величина.

Формула электрического тока:

I = V / R

Где,

I — ток (в амперах)

В — напряжение или разность потенциалов (в вольтах)

R — сопротивление (в Ом)

Эта формула также является интерпретацией закона Ома.

Закон Ома:

Представьте проводник, по которому протекает ток I , и пусть В будет разностью потенциалов между концами проводника.

Тогда закон Ома гласит, что

В ∝ I

или, В = R I

Где коэффициент пропорциональности R известен как сопротивление проводника.Единицей измерения сопротивления в системе СИ является ом, который обозначается символом Ω. Сопротивление R зависит не только от материала проводника, но и от его размеров.

Вопрос по формуле электрического тока:

Вопрос : Напряжение и сопротивление цепи составляют 20 В и 2 Ом соответственно. Какое значение тока в цепи?

Ответ : Здесь

R = 2 Ом

В = 20 В

As, В = I R

или I = V / R = 20/2 = 10 ампер.

Вопрос: Ток 2 ампера течет по проводнику с сопротивлением 2 Ом. Рассчитать разность потенциалов на проводнике?

Ответ: Здесь

I = 2 ампера

R = 2 Ом

Теперь, V = I R или V = 2 x 2 = 4 В.

Также проверьте:

Ускорение: формулы, определения, единицы СИ, вопросы и многое другое

रोमांचक गेम्स खेलें और जीतें एक लाख रुपए तक कैश

Основные электротехнические формулы и уравнения

Основные формулы для напряжения, тока, мощности и сопротивления в цепях переменного и постоянного тока

Ниже приведены электротехнические формулы и уравнения для основных величин i.е. ток , напряжение , мощность , сопротивление и полное сопротивление в цепях постоянного и переменного тока (однофазные и трехфазные).

Формулы электрического тока

Формулы электрического тока в цепи постоянного тока

Формулы электрического тока в однофазной цепи переменного тока

• I = P / (В x Cosθ)
• I = (В / Z)

Формулы электрического тока в трехфазной цепи переменного тока

Формулы напряжения или электрического потенциала

Формула электрического потенциала или напряжения в цепях постоянного тока

• В = I x R
• В = P / I
• В = √ (P x R)

Формулы напряжения или электрического потенциала в однофазных цепях переменного тока

• В = P / (I x Cosθ)
• В = I x Z

Напряжение Формулы для трехфазных цепей переменного тока

Формулы для электрической мощности

Формулы мощности в цепях постоянного тока

• P = V x I
• P = I 9 0650 2 x R
• P = V ² / R

Формулы мощности в однофазных цепях переменного тока

• P = V x I Cosθ
• P = I ² x R Cosθ
• P = (V ² / R) Cosθ

Формулы мощности в трехфазных цепях переменного тока

• P = √3 x V _L x I _L Cosθ
• P = 3 x V _P x I _P Cosθ

Формулы электрического сопротивления

Формулы электрического сопротивления и импеданса в цепях постоянного тока

Формулы электрического сопротивления и импеданса в цепях переменного тока

В цепях переменного тока, емкостная или индуктивная нагрузка Сопротивление = Импеданс i.е., R = Z

• Z ² = R ² + X ² … В случае сопротивления и реактивного сопротивления
• Z = √ (R ² + X _L ² )… В случае индуктивной нагрузки
• Z = √ (R ² + X _C ² )… В случае емкостной нагрузки
• Z = √ (R ² + (X _L — X _C) ) ² … В случае как индуктивных, так и емкостных нагрузок

Импеданс — это сопротивление цепей переменного тока i.е. резистивная, захватывающая и индуктивная цепи (уже упоминалось выше). Где «Z» — импеданс в омах, «R» — сопротивление в омах, а «X» — реактивные сопротивления в омах.

Полезно знать:

• I = ток в амперах (A)
• V = напряжение в вольтах (В)
• P = мощность в ваттах (Вт)
• R = сопротивление в Ом (Ом)
• Z = импеданс = сопротивление цепей переменного тока в омах
• Cosθ = коэффициент мощности = разность фаз между напряжением и током в цепях переменного тока
• В _PH = фазное напряжение
• В _L = линейное напряжение

Также,

X _L = Индуктивное сопротивление

X _L = 2π f L… Где L = Индуктивность в Генри

А;

X _C = Емкостное реактивное сопротивление

X _C = 1 / 2π f C… Где C = емкость в фарадах.

Кроме того, ω = 2π f

[/ box]

В следующей таблице показаны уравнения и формулы тока, напряжения, мощности и сопротивления для цепей постоянного тока и 1-Φ и 3-Φ переменного тока.

Количество	Постоянный ток	Однофазный переменный ток	Трехфазный переменный ток
Ток (I)	) I = (V / Z)
Напряжение (В)	V = I x R V = P / I V = √ (P x R)	V = P / (I x Cosθ) V = I / Z	V L = √3 V PH или V L = √3 E PH V L = V PH
Мощность (P)		P = V x I x Cosθ P = I 2 x R 9010 Cosθ 90 = (V 2 / R) x Cosθ	P = √3 V L I L 90 496 CosФ P = 3 В Ph I Ph CosФ
Сопротивление (R)		Z = √ (R 2 + X ) L 9049 Z = √ (R 2 + X C 2 ) Z = √ (R 2 + (X L — X C ) 2

9

Формулы других дополнительных электрических величин

Электропроводность:

G = 1 / R

Это обратная величина (т.е.е. обратная) сопротивления. Единица проводимости — Симен или Мхо и представлена ​​символом «G» или «℧».

Емкость:

C = Q / V

Где «C» — емкость в фарадах, «Q» — заряд в кулонах, а «V» — напряжение в вольтах. Единица измерения емкости — фарад «Ф» или микрофарад «мкФ».

Индуктивность:

В _L = -L (di / dt)

Где «L» — индуктивность в Генри, «V _L » — мгновенное напряжение на катушке индуктивности в вольтах, а « di / dt »- скорость изменения тока в Амперах в секунду.Единицей измерения индуктивности «L» является «H» Генри. Он также известен как закон Ома для индуктивности.

Заряд:

Q = C x V

Где Q — заряд в кулонах, C — емкость в фарадах, а V — напряжение в вольтах.

Частота:

f = 1 / T

Период времени

T = 1/ f

Где « f » — частота в герцах (Гц), а «T» — это периоды времени в секундах.

Похожие сообщения:

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

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

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

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

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

Рисунок 1 Движение свободного электрона в медном проводнике

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

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

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

Рисунок 2 Движение свободных электронов за счет энергии от батареи

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

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

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

Рисунок 3 Чистое движение электронов в проводнике

Определение электрического тока

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

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

Кулон

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

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

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

Буквенным обозначением количества электрического заряда является Q, а буквой e — заряд одного электрона.

Пример электрического тока 1

Сколько заряда несет 2,40 × 10 ¹⁹ свободный электрон?

Решение

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

Формула и единица измерения электрического тока

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

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

Один ампер равен одному кулону заряда в секунду:

1 А = 1 Кл / с.

Буквенное обозначение электрического тока — I.

Формула: Соотношение между током и зарядом:

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

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

Пример электрического тока 2

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

Решение

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

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

Шаг 1

Обратите внимание, что в задаче указываются две части информации и запрашивается одна. Чтобы выразить эту информацию в форме уравнения, напишите символ неизвестной величины слева от знака равенства, а символы данных данных в их правильном соотношении справа от знака равенства.

Шаг 2

Подставьте указанные данные в уравнение, убедившись, что включены степени 10 или префиксы единиц, чтобы сохранить правильную величину.

Шаг 3

Выполните численное вычисление.

Step 4

Калькулятор отображает величину ответа в корневых единицах. Выразите ответ в соответствующих единицах измерения, при необходимости используя префиксы единиц измерения.

Пример электрического тока 3

Сколько времени потребуется 4,0 мкКл электрического заряда, чтобы пройти через предохранитель, если ток равен 50 А?

Решение

Так как,

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

\ [t = \ frac {Q} {I} = \ frac {4mC} {50 {} ^ {C} / {} _ {s}} = 8 \ times {{10} ^ {- 5}} s = 80 мс \]

Обычный ток и поток электронов

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

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

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

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

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