способы на практике узнать значение с помощью приборов и расчетных формул
Передвижение положительно заряженных частиц, движущихся в едином направлении, в физике называют силой тока. По своей сути это физическая величина, демонстрирующая заряд, происходящий в определенное время через специальный проводник. Найти силу тока можно несколькими способами. Первый — это расчет величины по выведенным готовым формулам при наличии первоначальных данных. Второй — это использование специальных измерительных приборов.
- Зачем нужна сила тока
- Расчет величины по формулам
- Вычисление значений приборными системами
- Измерение амперметром
Зачем нужна сила тока
Работа любой электротехники напрямую связана с физической величиной заряженных частиц. Знание того, как найти силу тока, позволяет понимать нюансы работы такого оборудования, отдельной цепи либо схемы. Расчет подобного значения у настоящего профессионала не вызовет особых трудностей, а вот у начинающих электриков это может вызвать некоторые проблемы.
Для этого стоит знать определенные расчетные формулы или иметь под рукой специальный измерительный прибор.
По своей сути различают несколько разновидностей тока — это постоянный (содержащийся в аккумуляторных батарейках) и переменный (находящийся в розетке). Именно второй вид отвечает за освещение в помещении, работу электроприборов. Особенность переменного тока заключается в быстрой передаче и трансформации, ярким примером тому может служить работа люминесцентных лампочек (движение токовых частиц при включении).
Расчет величины по формулам
Так как самым распространенным видом тока, использующимся в быту, является переменный, то для его расчета используется известная каждому школьнику формула расчета «Закон Ома». Выглядит она следующим образом — I = U / R (найти ток можно, разделив напряжение на сопротивление), где:
- I — это переменное токовое значение;
- U — это напряжение;
- R — это сопротивление.
Из этой формулы тока можно вывести и другие, не менее полезные вычисления, позволяющие определить другие значения, имея только фактические показатели двух других величин (R = U / I и U = I * R). При расчете рекомендуется использовать основные единицы измерения — амперы, вольты и омы. Данная расчетная формула чаще всего используется для вычисления силы в цепях с активной нагрузкой, например, нагревательных приборах, электрочайниках, светодиодах и т. д.
В других же случаях используется иная вычислительная формула, содержащая в себе мощность и напряжение. Выглядит она следующим образом — I = P / U.
Вычисление значений приборными системами
Помимо формул при отсутствии четких показателей необходимых значений используются специальные приборные системы.
Преимущество такого метода заключается в быстроте и точности получаемых данных, минус — в необходимости покупать требуемые устройства. К основным способам, как определить силу тока, стоит отнести:
- Магнитоэлектрический метод вычисления, отличающийся высокой чувствительностью, точностью показаний, минимальным потреблением электроэнергии. Используется он зачастую для определения значения силы постоянного тока.
- Электромагнитный, основным вычислительным элементом которого становится магнитомодульный датчик, на который из магнитного поля поступает сигнал. Таким способом можно узнать силу постоянного и переменного тока.
- Косвенный, где по старинке используется вольтметр, определяющий показания напряжения на определенном сопротивлении.
Стоит отметить, что подобные методы редко применяются самими электрикам, так как они отнимают много времени. Гораздо проще использовать специальные приборы, а не приборные системы.
Измерение амперметром
Самым простым способом узнать силу тока является измерение показаний амперметром. Особенности его использования заключаются в подключении прибора к разрывам электрической цепи. Для этого выбирается подходящее место, после чего остается дождаться, когда на экране амперметра высветится значение силы тока (заряда), прошедшего через кабельное сечение через определенное время.
Помимо классического прибора используются похожие на них аналоги, предназначенные для того, чтобы быстро найти силу тока малого электричества — это миллиамперметры, микроамперметры, гальванометры. Процедура подключения установки мало чем отличается от обычных измерительных приборов, их нужно зафиксировать на том участке цепи, где требуется узнать значение заряда. Подключение осуществляется несколькими методами — последовательным и параллельным. Условно весь процесс можно разделить на несколько этапов:
- подготовка прибора, из которого выходит провод с двумя кабелями питания;
- выставление необходимого измерительного диапазона на вычислительной установке;
- прикладывание одного щупа к проводу питания прибора;
- подключение второго щупа к любому контакту электропитания;
- подсоединение оставшегося провода ко второму щупу;
- включение измерительного прибора;
- получение величины токовой силы, показанной на измерителе.
При измерении токовой силы нельзя забывать о том, что особую роль в этом деле играет его вид (переменный либо постоянный). Особое внимание следует уделить постоянному типу тока, например, если внутри устройства установлен блок питания, снижающий сетевое напряжение до меньших значений.
В таком случае необходимо измерять токовую силу в той части цепи, где установлен выпрямляющий мост диодов.
Немаловажную роль в измерении играет напряжение, в таком случае измерительные щипы прибора прикладываются не к разрыву цепи, а к параллельным контактам электропитания. Тут также стоит уделить внимание типу напряжения, которое бывает переменным и постоянным.
Как найти мощность — формулы для расчета
Работа электрической цепи определяется многими параметрами, в том числе и мощностью, играющей важную роль наряду с силой тока и напряжением.
Данный показатель служит одной из характеристик электрических устройств и оборудования. Поэтому довольно часто возникает вопрос, как найти электрическую мощность того или иного прибора. Это необходимо для того, чтобы знать его энергопотребление и возможности совершения полезной работы.
Содержание
Понятие мощности электрического тока
Понятие мощности тесно связано с количеством работы, которую может выполнить электрический ток в течение установленного периода времени. Работа тока заключается в преобразовании электричества в другие виды энергии – механическую, кинетическую, тепловую и другие. Следовательно, мощность, по своей сути, представляет собой скорость всех этих превращений.
Показатели – мощность и напряжение встречаются постоянно в повседневной жизни в тех областях, где используются электрические устройства. Все они потребляют определенное количество электротока, поэтому перед началом эксплуатации должны учитываться их потенциальные возможности, параметры и технические характеристики.
Значение мощности используемых приборов требуется для того, чтобы рассчитать сечения кабелей и проводов, номиналов автоматических выключателей и другой защитной аппаратуры. Кроме того, становится возможным заранее подсчитать, за какой срок может быть выполнена та или иная работа.
Для выполнения расчетов используется формула, представляющая собой P = A/t, где А является работой, а t – установленным отрезком времени. Существует два вида мощности – активная и реактивная.
Активная и реактивная мощность
Понятие активной мощности заключается в непосредственном преобразовании электрического тока в механическую, тепловую и другие виды энергии. Этот процесс носит необратимый характер и не может быть выполнен в обратном направлении. Для измерения активной мощности существует специальная единица – ватт (Вт). Формула определяет 1 Вт = 1 вольт х 1 ампер. В быту и на производстве применяются более высокие величины – киловатты и мегаватты.
В отличие от активной, реактивная мощность создается за счет нагрузки, возникающей в емкостных или индуктивных устройствах.
Когда используется переменный ток для определения этого показателя существует формула Q = U x I x sin φ. В этом случае sin φ представляет собой сдвиг фаз, который образует сниженное напряжение и рабочий ток. Сам угол имеет значение в диапазоне 0-90 градусов или от 0 до минус 90 градусов. Для измерения реактивной мощности применяются вольт-амперы.
Индуктивные и емкостные элементы способствуют возвращению электроэнергии обратно в сеть. В результате смещений по параметрам напряжения и тока, в электрической сети могут возникнуть некоторые перегрузки и другие негативные явления. Особенно ярко это проявляется у конденсаторов, отдающих обратно весь накопленный заряд. В такие моменты происходит обратное перемещение напряжения и тока, сдвинутых относительно друг друга.
Энергия емкости и индуктивности, смещенных по фазе относительно собственных характеристик сети как раз и представляет собой реактивную мощность. Она компенсируется за счет обратного эффекта, предотвращая потери в эффективности подачи электроэнергии.
Как вычислить электрическую мощность
Составляя проект любой электрической цепи, сначала надо найти мощность и уже по ее результатам определять значение допустимой нагрузки. Для постоянного тока используется всем известная формула P = U x I, выведенная по закону Ома.
Гораздо сложнее узнать мощность если используется переменный ток. Это связано с потреблением реактивной энергии все используемой аппаратурой. Следовательно, формула, приведенная выше, соответствует полному количеству энергии, потребляемой данным устройством. Ее активная составляющая определяется с помощью cosφ, зная которую можно установить, какова часть активной энергии заключена во всей полной мощности.
Это будет выглядеть следующим образом: Ракт = Робщ х cosφ = U x I x cosφ. Следовательно, полная мощность электроприбора определяется Робщ = Ракт/cosφ. Ее показатели будут всегда выше, нежели у активной мощности.
Примерно такая же схема расчетов используется и для трехфазных сетей, каждая из которых условно состоит из трех однофазных.
Разница между ними заключается в фазном и линейном напряжении. Первое применяется в однофазном варианте и замеряется между фазой и нулем. Линейное напряжение при трех фазах измеряется между каждым линейным проводом.
Таким образом, зная, что Uлин = Uфаз х √3, найдём активную нагрузку, как P = U x I x √3. Мощность агрегата, например, электродвигателя, инженеры нашли в виде формулы P = U x I x √3 x cosφ. Как правило, мощность того или иного устройства известна заранее, а в большинстве случаев требуется вычислить ток. В этом случае сила тока определяется: I = P/(U x √3 x cosφ).
Формула плотности тока — GeeksforGeeks
Электромагнетизм неразрывно связан с плотностью тока или плотностью электрического тока.
Количество электрического тока, протекающего через единицу площади поперечного сечения, определяется как это. Один и тот же ток проходит через все сечения проводника, когда по нему течет постоянный ток. Даже если сечения различны по площади, поток остается одним и тем же. Макроскопическая сущность представляет собой электрический ток. Мы говорим об электрическом токе, протекающем по проводнику, а не о токе, протекающем через одну точку. В электрическом поле плотность тока представляет собой аналогичный микроскопический термин. Формула плотности тока будет рассмотрена в этой статье.
Что такое плотность тока?
Скорость потока заряда через любое поперечное сечение проводника называется плотностью тока.
Поток электронов — это то, чем обычно считается электрический ток. Электроны вытекают из одного конца батареи, через провод и в другой конец батареи, когда два конца батареи соединены металлической проволокой. Если величина и направление тока постоянны, его обычно считают устойчивым.
Плотность тока в проводнике определяется как плотность тока. Буква J используется для его обозначения. Плотность тока и ее измерение особенно важны при изучении электромагнетизма. Единицей плотности тока в СИ является Ампер на квадратный метр поперечного сечения или А/м 2 . Поскольку величина определяет направление потока, это векторная величина. Заряд в единицу времени на единицу площади электрического тока, проходящего через нее. Он также измеряется перпендикулярно направлению потока.
Текущая размерная формула для плотности: [M 0 L -2 T 0 I 1 ].
Формула для плотности тока
Формула для плотности тока выглядит следующим образом:
Дж = I/A
где
- Дж — плотность тока (А/м 2 50 9016 4 900), = ток через проводник (А),
- А = площадь поперечного сечения (м 2 ).
Вывод формулы плотности тока
Дж = dI/dA
где,
dI/dA = изменение тока в зависимости от единицы площади.
Отсюда следует, что
dI = J × dA
или
dI = J × dAcosθ
, когда dA перпендикулярно J, отсюда следует, что θ = 90 o Следовательно, cos ,
DI = J × DA
и
I = JA
, т.е.
J = I/A
Вопросы
Вопрос 1: Что причина постоянной тока.
Ответ:
Поскольку один электрон должен покинуть проводник, чтобы освободить место для другого, плотность тока в проводнике остается постоянной. Количество электронов, протекающих через заряженный проводник, остается постоянным при исследовании поперечного сечения. Плотность площади поперечного сечения, с другой стороны, может меняться, а ток — нет.
Вопрос 2: Определение плотности тока.
Ответ:
Скорость протекания заряда через любое поперечное сечение проводника называется плотностью тока.
Вопрос 3: Какова плотность тока в проводе сечением 23 мм 2 при протекании по нему тока 8 мА?
Ответ:
Дано: A = 23 мм 2 = 0,023 M 2 , I = 8 мА = 0,008 A
С.
= 0,34 А/м 2
Вопрос 4: По медному проводу диаметром 3 мм 2 протекает ток силой 9 мА. Узнайте, какова плотность тока.
Ответ:
Дано: A = 3 мм 2 = 0,003 M 2 , I = 9 мА = 0,009 A
,
J = I / A
= 0,009 / 0,003.
= 3 А/м 2
Вопрос 5: Если ток 42 А протекает через батарею на расстоянии 8 м 2 регион, какова плотность тока?
Ответ:
Дано: A = 8 M 2 , I = 42 A
С тех пор
J = I/A
= 42/8
= 5.
25 A/M 2 Вопрос 6: Если плотность тока 4 А/м 2 и сила тока в проводнике 24 А. Найдите площадь поперечного сечения.
Ответ:
9Дано: J = 4 А/м 2 , I = 24 A
С тех пор,
J = I/A
или
A = I/J
= 24/4
= 6 M 2
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ ПО ЭЛЕКТРОЛИЗУ На этой странице рассказывается, как выполнять рутинные расчеты электролиза. Постоянная Фарадея Постоянная Фарадея — самая важная часть информации в расчетах электролиза. Убедитесь, что вы действительно понимаете следующий бит. Кулоны кулон является мерой количества электричества. Если в течение 1 секунды протекает ток в 1 ампер, то прошел 1 кулон электричества. Это означает, что вы можете вычислить, сколько электричества прошло за заданное время, умножив силу тока в амперах на время в секундах. Если вам дано время в минутах, часах или днях, то вы должен преобразовать это в секунды, прежде чем вы сделаете что-нибудь еще. Например, если в течение часа протекает ток силой 2 ампера, то: Количество кулонов = 2 х 60 х 60 = 7200 (60 минут в каждом часе; 60 секунд в каждой минуте.) Это просто! Фарадей Электричество — это поток электронов. Для расчетов нам нужно знать, как соотнести количество молей электронов, которые текут, с измеренным количеством электричества. Заряд, который несет каждый электрон, равен 1,60 х 10 1 моль электронов содержит постоянную Авогадро, L, электронов — это 6,02 x 10 23 электронов. Это означает, что 1 моль электронов должен нести
Это значение известно как постоянная Фарадея. Вы можете встретить формулу F = Le , где F — постоянная Фарадея, L — постоянная Авогадро, а e — заряд электрона (в пересчете на количество кулонов, которые он несет). Мы только что использовали это, фактически не заявляя об этом — это в основном очевидно! Используемые здесь числа округлены. Расчет просто показывает вам, как это сделать, если вам нужно, но не дает обычно используемого значения. Для экзаменационных целей значение постоянной Фарадея обычно принимается равным 9.0,65 x 10 4 C моль -1 (кулонов на моль). Это еще один номер, который вам вряд ли придется запоминать. Это 96500 кулонов на моль. Итак, 96500 кулонов называется Всякий раз, когда у вас есть уравнение, в котором у вас есть 1 моль электронов, это представлено в электрической цепи 1 фарадеем электричества — другими словами, 96500 кулонами. | |
Примечание: Я уже трижды говорил, что часть информации, скорее всего, будет предоставлена вам на экзамене, но вы должны быть уверены. Проверьте свою программу, чтобы узнать, что содержится в Информационном буклете, который вам, вероятно, дадут. Обычно вы найдете это ближе к концу программы. | |
Использование постоянной Фарадея в расчетах Расчеты электролиза не сложнее, чем любые другие расчеты по уравнению. На самом деле, вы вполне могли пройти их как часть любого курса, который вы проходили до того, как начали проходить уровень A. Мы рассмотрим только четыре примера. Пример 1 Рассчитайте массу серебра, осаждающегося на катоде при электролизе раствора нитрата серебра при силе тока 0,10 ампер в течение 10 минут. F = 9,65 x 10 4 Кл моль -1 (или 96500 Кл моль -1 , если хотите). A r Ag = 108. Первое, что нужно сделать, это подсчитать, сколько кулонов электричества ушло при электролизе. Количество кулонов = ток в амперах x время в секундах Количество кулонов = 0,10 х 10 х 60 = 60 Теперь посмотрим на уравнение реакции на катоде: Как и при любом другом расчете по уравнению, запишите основные биты словами: 1 моль электронов дает 1 моль серебра, Ag. Теперь вставьте цифры. 1 моль электронов равен 1 фарадею. 96500 кулонов дают 108 г серебра. Итак, если 96500 кулонов дают 108 г серебра, все, что вам нужно сделать, это вычислить, какая масса серебра будет произведена 60 кулонами. Масса серебра = 60/96500 x 108 г = 0,067 г | |
Примечание: Если у вас совсем плохо с математикой, и вам не нравятся простые суммы пропорций, подумайте об этом так: Если 96500 кулонов дают 108 г, то 1 кулон дает 108, деленное на 96500 г. 60 кулонов произвели бы в 60 раз больше этого количества. Не имеет ни малейшего значения, как вы это сделаете — для вашей химии важно только то, что вы получите правильный ответ! | |
Пример 2 В этом примере показано, как выполнить расчет, если интересующим вас продуктом является газ. Рассчитайте объем водорода, образовавшегося (измеренный при комнатной температуре и давлении — rtp) при электролизе разбавленной серной кислоты, если вы используете ток 1,0 ампер в течение 15 минут. F = 9,65 x 10 4 Кл -1 моль (или 96500 Кл -1 моль). Молярный объем газа при rtp = 24 дм 3 моль -1 . Начните с подсчета количества кулонов электричества, прошедшего при электролизе. Количество кулонов = ток в амперах x время в секундах Количество кулонов = 1,0 х 15 х 60 = 900 Теперь посмотрим на уравнение реакции на катоде: Запишите основные биты словами: 2 моль электронов дают 1 моль водорода, H 2 . Теперь вставьте числа. Два моля электронов — это 2 фарадея. 2 x 96500 кулонов дают 24 дм 3 H 2 при rtp. Итак, если 2 x 96500 кулонов дают 24 дм 3 H 2 , определите, какой объем водорода получится при 900 кулонах. Объем водорода = 900/(2 х 96500) х 24 дм 3 = 0,11 дм 3 Не цитируйте свой ответ дальше двух знаков после запятой. Ток и молярный объем указаны только с такой степенью точности. | |
Примечание. Если вы не можете уследить за последним битом вычисления: Если 2 x 96500 кулонов дают 24 дм 3 H 2 , то 1 кулон даст 24, деленное на 2 x 96500 дм 3 . Другими словами, вы тренируетесь 24/(2 x 96500), а затем умножить на 900. Это другой порядок, чем тот, который показан в сумме простых пропорций, показанной выше, но ответ остается точно таким же. Кроме того, если вы чувствуете себя более счастливым, вычисляя значение 2 x 96500, прежде чем делать что-либо еще, это то, что вы должны сделать. Пока вы даете правильный ответ, никто не заинтересован в том, как именно вы обрабатываете суммы. | |
Пример 3 В этом примере показано, что делать, если вопрос задан наоборот. Сколько времени потребуется для осаждения 0,635 г меди на катоде при электролизе раствора сульфата меди(II), если использовать ток 0,200 ампер. F = 9,65 x 10 4 Кл -1 моль (или 96500 Кл -1 моль). A r Cu = 63,5. На этот раз вы не можете начать с вычисления количества кулонов, потому что вы не знаете время. Запишите важные части этого слова словами: 2 моля электронов дают 1 моль меди, Cu. Теперь вставьте цифры. 1 моль электронов равен 1 фарадею. 2 х 96500 кулонов дают 63,5 г меди. Вам нужно определить, сколько кулонов дает 0,635 г меди. Количество кулонов = 0,635/63,5 х 2 х 96500 = 1930 | |
Примечание: И еще раз, если вам все еще не нравятся простые суммы пропорций: Если 2 x 96500 кулонов дают 63,5 г меди, то вы получите 1 г меди, если вы разделите 2 x 96500 кулонов на 63,5. 0,635 г получится, если умножить это на 0,635. | |
Что теперь? Вы знаете, сколько кулонов вам нужно, и вы знаете, какой ток был в амперах. У вас есть вся информация, необходимая для расчета времени. Количество кулонов = ток в амперах x время в секундах 1930 = 0,200 х t t = 1930/0,200 = 9650 секунд. Не тратьте время на то, чтобы преобразовать это в минуты или часы (если только экзаменационный вопрос специально не требует этого). Пример 4 Другой пример газа: Рассчитайте объем кислорода, образующегося (измеренный при комнатной температуре и давлении — rtp) при электролизе раствора сульфата натрия, если вы используете ток 0,50 ампер в течение 30 минут. F = 9,65 x 10 4 C моль -1 (или 96500 C моль -1 ). Молярный объем газа при rtp = 24 дм 3 моль -1 . Начните с подсчета количества кулонов электричества, прошедшего при электролизе. Количество кулонов = ток в амперах x время в секундах Количество кулонов = 0,50 х 30 х 60 = 900 Теперь нам нужно посмотреть на уравнение реакции на аноде. Первый выделяет кислород из молекул воды: Альтернативный способ высвобождения кислорода из гидроксид-ионов при ионизации воды: Запишите основные биты в словах. Оба взгляда говорят об одном и том же: .Высвобождение 1 моля кислорода, O 2 , включает 4 моля электронов. Теперь вставьте числа. Четыре моля электронов — это 4 фарадея. 4 х 96500 кулонов дают 24 дм 3 O 2 в rtp. Итак, если 4 x 96500 кулонов дают 24 дм 3 O 2 , определите, какой объем кислорода получится при 900 кулонах. Объем кислорода = 900/(4 х 96500) х 24 дм 3 = 0,056 дм 3 Не цитируйте свой ответ дальше двух знаков после запятой. Ток и молярный объем указаны только с такой степенью точности. | |
Примечание: Я не собираюсь делать это за вас.   | |
Вам также дадут это на экзамене, если вам нужно будет его использовать.
900 кулонов произвели бы в 900 раз больше этого количества.
Как и в любом другом расчете, просто начните с того, о чем вы знаете больше всего. В данном случае это медь, поэтому начнем с уравнения электрода.
К сожалению, есть два взгляда на это, и вы можете столкнуться с любым из них.