От каких величин зависит сила тока на участке электрической цепи. Исследовательская работа учеников в 8-м классе

При изучении электрических явлений в 8 классе, переходя от темы “Электризация тел” к теме “Постоянный электрический ток”, необходимо продолжать сообщать исторические сведения о развитии науки в этой области. Из предыдущих уроков ученики уже знают, что первую электрическую машину в 1650 г построил немецкий ученый Отто Герике [7].

На уроке “Источники электрического тока”, рассказываю, что прообразом электростатической машины, является электрофор Александро Вольтf [9]. Электростатическую машину изобрел Уимшерстон в 1870 г [7].

В 1790 г Луиджи Гальвани (1737 – 1798 г), известный итальянский физиолог, исследуя препарированную мышцу лягушачьей лапки, заметил, что она сокращается, если к ней прикоснуться одновременно двумя предметами, сделанными из разных металлов. Почему так происходит, объяснил другой замечательный итальянский ученый – Александро Вольта (1745 – 1827 г).

Он доказал, что две пластинки из разнородных металлов в растворе соли (в данном случае его роль играла кровь) рождают электричество. [8], [9].

В 1799 г Вольта создал первый искусственный источник электрического тока. Он представлял собой медные и цинковые кружки с суконными прокладками между ними. Прокладки были пропитаны слабым раствором кислоты. Свое изобретение Вольта назвал в честь Л. Гальвани – гальваническим элементом. Чтобы получить более или менее приличную электрическую мощность, элементы приходилось последовательно соединять в батареи (их именовали “вольтовыми столбами”). В дальнейшем гальванические элементы Вольта были усовершенствованы, и появились всем знакомые батарейки. Сам Вольта не знал ничего о химических превращениях, которые вызывает его столб в жидкости. Велика его заслуга в том, что он создал первый в мире источник постоянного электрического тока и обратил внимание на условие существования тока, и что цепь должна быть замкнута.

[7].

Немецкий физик Томас Зеебек (1770-1831) в 1821 г открыл явление термоэлектричества (в паре “медь – висмут”), построил термопару.

(Данный рассказ, конечно же, сопровождаю показом опытов по учебнику [4] и проводим фронтальный эксперимент [2]: цинковый и угольный электроды опускаем в стакан с раствором соли, к зажимам через ключ подсоединяем лампу, наблюдаем её свечение).

На уроке “Действие электрического тока” также использую исторические сведения об изучении химического действия – 1800 г англичане Никольсон и Карлейль разложили воду с помощью электрического тока на водород и кислород; тепловое и световое действие изучал Василий Владимирович Петров; магнитное действие обнаружил Эрстед в 1819 г. [5]. При возможности проводим фронтальный эксперимент по наблюдению действий электрического тока [2]. Демонстрационный эксперимент по учебнику [4] обязателен.

На уроке знакомства с амперметром, рассказываю, что Вольта для оценки силы тока использовал свой собственный язык, т. к. при возникновении тока на языке появлялся кислый привкус, а чем больше ток, тем сильнее вкусовые ощущения, а немецкий ученый Георг Ом в 1826 г. определил силу тока по действию тока на магнитную стрелку, подвешенную на нити над проволокой, идущей от источника тока [1], [6], об этом подробнее будет рассказано на следующем уроке.

После урока, на котором объясняю понятие электрического напряжения, знакомлю с вольтметром; провожу уроки в такой последовательности:

а) “Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления”. Лабораторная работа “Измерение напряжения на различных участках цепи”

б) “От чего зависит сопротивление проводников”.

Рассказ ученика. Годы жизни Георга Симона Ома — 1787—1854. Отец Ома, слесарь в Эрлангене, сумел передать своим детям трудовые традиции фамилии Омов, потомственных вестфальских кузнецов. Барельеф на постаменте памятника Ому в Мюнхене символически изображает вручение отцом своему сыну орудий своей наследственной профессии. Насколько понимал отец Ома роль образования, видно из того знаменательного факта, что он счел необходимым изучить высшую математику, чтобы следить за учением своих сыновей: старшего, Мартина — впоследствии известного математика — и младшего, Георга — физика, установившего основной закон электрического тока.

Георг Ом окончил университет в родном городе и стал учителем математики. Начиная свою трудовую деятельность, жил в большой бедности и переезжал из одного города в другой, пока наконец не обосновался в иезуитской коллегии в Кельне в качестве учителя математики и физики. За девять лет учительства в Кельне произошло превращение Ома из математика в физика. Здесь проведены им многочисленные эксперименты, здесь сложились его основные воззрения на закономерности электрического тока.

С 1825 г. Ом начинает заниматься исследованиями гальванизма. Георг Ом, начавший свои работы в 1825 г., был в очень сложных условиях. Всего четверть века назад был открыт источник постоянного тока – “вольтов столб”, только что в качестве источника начала использоваться термопара. Что такое электрический ток, еще никто сказать не мог, считалось просто, что это нечто, порождаемое источником. Неизвестную причину тока называли электродвижущей силой. Не существовало чётких понятий “сила тока” и “сопротивление” — их в расплывчатой форме ввел сам Ом. Не было хороших приборов, оценивающих силу тока.

Я рассказываю ребятам о собственноручно изготовленным им вольтовом столбе и гальваноскопе, проецируя кодограмму.

Зачитываю из работы Г. Ома “Определение закона проводимости контактного электричества металлами…”: “Я брал куски цилиндрической проволоки произвольной длины из различных материалов и помещал их поочередно в цепь.

Когда я ставил эти опыты, я повторял каждый из них несколько раз в измененных условиях и получал постоянно те же результаты с очень небольшими отклонениями”. Так Ом выяснил, как различные проводники влияют на силу тока в цепи. Попробуем и мы определить, как размеры проводников влияют на ток в цепи.

Проводим фронтальную лабораторную работу [2] стр. 95, в которой ребята сравнивают длины проводов спиралей сопротивлением 1 и 2 Ом, подсчитав число их витков, полагая, что обе спирали изготовлены из одного и того же материала; предполагают, какая спираль обладает большим сопротивлением. Затем собирают электрическую цепь из источника тока, ключа, лампочки и поочередно включают в цепь то одну, то другую спираль. Делают вывод: т.к. накал лампочки больше, когда подключена спираль с меньшим числом витков, то она обладает меньшим сопротивлением, из этого следует, сопротивление спирали зависит от её длины: чем меньше длина, тем меньше сопротивление.

Затем ученики сравнивают длины проводов, из которых сделаны спирали сопротивлением 2 и 4 Ома. Оценивают сечение проводов. Предполагают, какой провод обладает большим сопротивлением, включают его в электрическую цепь с лампочкой и по яркости свечения лампочки делают вывод, что чем меньше сечение, тем больше сопротивление.

в) “Знакомство с устройством реостата и потенциометра, их применение”. Из предыдущего урока следует, что, создав прибор, которым можно менять длину провода, включаемого в цепь, можно будет изменять силу тока в цепи, изучаем устройство реостата.

Знакомство с потенциометром. Так как в нашей школе с обычным старым лабораторным оборудованием, имеется и радиоэлектронный набор Головина П. П., то дальнейшие работы мы проводим, используя этот набор.

Рассказываю, что переменные сопротивления (резисторы), могут иметь три вывода, один из которых связан с подвижным контактом, скользящим по поверхности проводящего слоя. Сопротивление между любым крайним выводом переменного резистора и подвижным контактом зависит от положения движка. Схематическое изображение:

Ученики проводят работу 6-3-1 [3], стр. 43,

а затем 6-3-2 [3],

и выясняют, что при любом положении движка резистора соблюдается равенство: напряжение участка 1-3 равно сумме напряжений участка 1-2 и участка 2-3. Ранее на уроках они выяснили, что чем больше сопротивление участка, тем больше напряжение на нем. Следовательно, потенциометром можно регулировать напряжение.

г) “Закон Ома для участка цепи” (2 урока).

1 урок. “Зависимость силы тока от напряжения”. (Исследовательская работа учеников)

Рассказ о новой установке Ома (кодограмма) “Рис. 5” Ом стал применять установку с термоэлементом.

Он составил термоэлемент из согнутых под прямыми углами висмутовой и медной полосок, концы которых скреплялись винтами. Один конец термоэлемента окружался кипящей водой, другой обкладывался тающим льдом. От полюсов шли проволоки, опускавшиеся в чашечки с ртутью. Цепь замыкалась проволоками разной длины, присоединявшимися к тем же чашечкам. Сила тока определялась действием тока на магнитную стрелку, подвешенную на нити над проволокой, идущей от термоэлемента. Закручивая нить в сторону, противоположную отклоняющему действию тока, удавалось вернуть её в первоначальное положение, в плоскость магнитного меридиана. [6]. Выводы, которые сделал Ом из своих опытов, мы узнаем позже, когда вы проделаете аналогичные опыты, используя современное оборудование. Какие основные элементы были в установке Ома и соответственно нужны будут нам для эксперимента? Из беседы выясняем: термоэлемент заменим на источник тока на 4,5 В. Ом изменял напряжение, создавал различные разности температур на концах термоэлемента, мы воспользуемся потенциометром. Ом силу тока определял по закручиванию нити, мы воспользуемся миллиамперметром. Половина класса будет использовать проводник Х₁(10 Ом), остальные проводник Х₃ (30 Ом). Собираем электрическую цепь по схеме,

чертим таблицу,

проводим измерения, меняя напряжение. Кто первый выполнил, идет к доске строить график зависимости силы тока от напряжения.

Из графиков делаем вывод:

1) Во сколько раз увеличивают напряжение, во столько раз увеличивается сила тока;

2) наклон графиков разный.

Вычислите отношение напряжения к силе тока для каждого опыта. Выясняется, что в первом случае оно постоянно и равно 10, а во втором – постоянно и равно 30. Эта постоянная величина характеризует свойство проводника, раз она не изменяется в опытах. Вместо Х₂ в электрической цепи, схема которой на “рис. 4”, подсоединим лампочку. В какой цепи она ярче горит, где Х₁ или Х₃? – где Х₁. Там где лампа горит ярче, сопротивление меньше (ученики это уже знают), значит Х₁ и Х₃ – сопротивление данных проводников.

Из урока делаем вывод: 1. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке. 2. Отношение напряжения на участке цепи к силе тока есть величина постоянная для этого участка и определяет его сопротивление. “Рис. 9”. Решаем качественные, количественные и графические задачи.

Задача. Проверим соотношение а)

на опыте. На демонстрационным столе собрана электрическая цепь, состоящая из демонстрационных амперметра и вольтметра, источника тока ВС-6, ключа, потенциометра, магазина сопротивлений на 10 Ом.

1) Из каких приборов она состоит и для какой цели каждый из них служит?

2) Как проверить при помощи этой электрической цепи, что соотношение а) верно?

Будем при R = const (например R = 2 Ом), менять U (значение определяем по шкале вольтметра). Прогнозируем, как будет меняться сила тока при увеличении напряжения в 1,5; 2; 3 раза. Предположения сверяем с показаниями амперметра, шкала которого в начале каждого опыта закрыта. Еще раз убеждаемся, что а). Каждый раз проверяем, действительно ли отношение напряжения к силе тока остается постоянной и в нашем опыте равно 2 м. Решаем задачи № 1277, № 1268 [10].

2 урок. “Зависимость силы тока от сопротивления” (Исследовательская работа учеников)

Выясняем с учениками, что теперь необходимо напряжение оставлять неизменным, чтобы вывести зависимость силы тока от сопротивления. Собираем электрическую цепь по схеме “Рис. 6”, чертим таблицу.

Половина класса потенциометром поддерживает напряжение 3 В, остальные – 2 В. Ученики, первыми выполнявшие экспериментальную работу, на доске чертят зависимость силы тока от сопротивление.

Из графиков по результатам опыта делаем вывод: сила тока уменьшается с увеличением сопротивления. Зависимость полученная на графиках называется обратно пропорциональной. Делаем вывод: Сила тока в участке цепи обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Учитывая формулы “рис. 9” приходим к выводу “рис. 12”: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Это и есть тот закон, который установил экспериментально, а затем вывел теоретически Георг Ом в 1827 г, а следом за ним и мы с вами.

 “Да будут святы те,
кто в творческом пылу,
исследуя весь мир,
открыли в нем законы”.

Э. Верхарн.

Решение качественных, количественных и графических задач.

Задача № 1. Проверим соотношение “рис. 12.а” на опыте. На демонстрационном столе собрана электрическая цепь (состоит из тех же приборов, что на предыдущем уроке). При помощи какого прибора можно поддерживать напряжение на вольтметре постоянным? (Потенциометра, который подключаем параллельно источнику и делит напряжение) Будем поддерживать U = 2 B, менять сопротивление участка и прогнозировать, как при этом будет меняться сила тока. Предположения сверяем с показаниями амперметра, ещё раз убеждаемся, что “рис. 12.а”. Решаем задачи № 1275, №1278, №1281, № 1283. [10]

Список литературы.

1. Блудов М. И. Беседы по физике. Москва. “Просвещение”, 1973 г.

2. Буров В. А., … Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6-7 классах средней школы. Москва, “Просвещение”, 1981 г.

3. Головин. П. П. Учимся радиоэлектронике. Ульяновск. РИЦ “Реклама” 1999 г.

4. Перышкин А. В. Физика 8. Москва. “Дрофа”. 2000 г.

5. Спасский Б. И.. История физики. Москва. “Высшая школа”. 1977 г.

6. Хрестоматия по физике. Москва “Просвещение”. 1982 г.

7. Шабловский В. Занимательная физика. Серия “Нескучный учебник”. Тригон. Санкт-Петербург, 1997 г.

8. Энциклопедия для детей Аванта +. Техника Том 14. “Издательский центр “Аванта+”, 1999 г.

9. Энциклопедия для детей Аванта +. Физика Том 16. “Издательский центр “Аванта+”, 2001 г.

10. Лукашин В. И., Иванова Е. В. “Сборник задач по физике 7 – 9”. Москва. Просвещение 2001 г.

Зависимость силы тока от напряжения | 8 класс

Содержание

В прошлых уроках мы установили зависимость степени проявления действий тока от силы тока. Например, чем больше была сила тока в цепи, тем сильнее проявлялось тепловое действие. Это было наглядно продемонстрировано в опытах с нагреванием медной или никелевой проволоки (рисунок 1).

Рисунок 1. Увеличение теплового действия тока с повышением силы тока в цепи

А от чего зависит тогда сила тока? Из формулы $I = \frac{q}{t}$ можно сказать, что сила тока зависит от заряда и времени его прохождения через поперечное сечение проводника. То есть это характеристика упорядоченного движения заряженных частиц  в электрическом поле.

Значит, чем сильнее действие электрического поля, тем больше и сила тока.

А какая величина характеризует это электрическое поле? Напряжение! Значит, мы можем предположить, что сила тока и напряжение как-то связаны между собой.

На данном уроке мы установим опытным путем эту зависимость и рассмотрим ее график.

Установление зависимости силы тока от напряжения на опыте

Проведем опыт. Соберем электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, амперметра, спирали из никелевой проволоки и вольтметра (рисунок 2).

Спираль из никелевой проволоки будет являться своеобразным проводником, отличающимся от других проводов. Вольтметр мы подсоединяем к ней параллельно.

Рисунок 2. Опыт для демонстрации зависимости силы тока от напряжения

Схема этой электрической цепи представлена на рисунке 3. Прямоугольником мы обозначили спираль из проволоки.

Рисунок 3. Схема электрической цепи

Замыкаем нашу цепь. Фиксируем показания амперметра и вольтметра.

Теперь добавим в нашу цепь еще один источник тока. Он будет идентичен первому (рисунок 4).

Рисунок 4. Добавление в цепь еще одного источника тока

Схема такой цепи будет выглядеть, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электрической цепи с двумя источниками тока

Замкнем цепь. Снова зафиксируем показания приборов.

Что мы увидим, если сравним их с первыми показаниями?

Напряжение на спирали увеличилось в два раза. Сила тока тоже увеличилась в два раза.

Если мы добавим третий источник тока в цепь, то увидим увеличение силы тока и напряжения уже не в два, а в три раза. Добавим четвертый источник тока — увидим увеличение обоих показаний в четыре раза и т.д.

{"questions":[{"content":"Если в электрической цепи, которую мы рассмотрели выше, у нас будет пять источников тока, то[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["сила тока увеличится в 5 раз","напряжение увеличится в 5 раз","сила тока уменьшится в 5 раз","напряжение уменьшится в 5 раз","сила тока увеличится в 2,5 раза"],"answer":[0,1]}}}]}

Зависимость силы тока от напряжения

Как же зависит сила тока в проводнике от напряжения на концах проводника?

Опыт показал нам, что во сколько раз увеличивается напряжение на концах одного и того же проводника, во столько же раз увеличивается и сила тока в нем.

Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение на концах проводника и сила тока в нем[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["прямо пропорциональны друг другу","обратно пропорциональны друг другу","не зависят друг от друга"],"answer":[0]}}}]}

График зависимости силы тока от напряжения

Какой вид имеет график зависимости силы тока от напряжения?

Пример такого графика показан на рисунке 6. Это график прямой пропорциональности. Прямая, описывающая его, проходит через начало координат. По горизонтальной оси у нас отложены значения напряжения, а по вертикальной — силы тока.

Рисунок 6. График зависимости силы тока от напряжения

Какую зависимость между величинами он отражает?

Такой график отражает прямо пропорциональную зависимость между этими двумя величинами: силой тока и напряжением. То есть, во сколько раз мы увеличим напряжение на концах проводника, во столько же раз увеличится сила тока в нем.

{"questions":[{"content":"Если напряжение на концах проводника уменьшится в 3 раза, то сила тока в нем[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["уменьшится в 3 раза","увеличится в 3 раза","не изменится","уменьшится в 1,5 раза"],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Упражнение №1

При напряжении на концах участка цепи, равном $2 \space В$, сила тока в проводнике $0.4 \space А$. Каким должно быть напряжение, чтобы в том же проводнике сила тока была $0.8 \space А$?

Дано:
$U_1 = 2 \space В$
$I_1 = 0.4 \space А$
$I_2 = 0.8 \space А$

$U_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Мы знаем, что напряжение и сила тока прямо пропорциональны друг другу. Значит, во сколько раз увеличилась сила тока, во столько же раз увеличится и напряжение.

Посмотрим, во сколько раз увеличилась сила тока:
$\frac{I_2}{I_1} = \frac{0.8 \space А}{0.4 \space А} = 2$.

Получается, что сила тока увеличилась в 2 раза. Значит, напряжение тоже увеличится в два раза:
$U_2 = 2 \cdot U_1 = 2 \cdot 2 \space В = 4 \space В$.

Ответ: $U_2 = 4 \space В$.

Упражнение №2

При напряжении на концах проводника $2 \space В$ сила тока в проводнике $0.5 \space А$. Какой будет сила тока в проводнике, если напряжение на его концах увеличится до $4 \space В$; если напряжение на его концах уменьшится до $1 \space В$?

Дано:
$U_1 = 2 \space В$
$I_1 = 0.5 \space А$
$U_2 = 4 \space В$
$U_3 = 1 \space В$

$I_2 — ?$
$I_3 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сила тока и напряжение прямо пропорциональны друг другу. Во сколько раз увеличится напряжение, во столько раз увеличится и сила тока. И наоборот, во сколько раз уменьшится напряжение, во столько же раз уменьшится и сила тока.

В первом случае:
$\frac{U_2}{U_1} = \frac{4 \space В}{2 \space В} = 2$.

Напряжение увеличилось в 2 раза, значит, и сила тока увеличится в 2 раза:
$I_2 = 2 \cdot I_1 = 2 \cdot 0.5 \space А = 1 \space А$.

Во втором случае напряжение уменьшилось. Учтем это при вычислениях:
$\frac{U_1}{U_3} = \frac{2 \space В}{1 \space В} = 2$.

Напряжение уменьшилось в 2 раза. Значит, сила тока тоже уменьшится в два раза:
$I_3 = \frac{I_1}{2} = \frac{0.5 \space А}{2} = 0.25 \space А$.

Ответ: $I_2 = 1 \space А$, $I_3 = 0.25 \space А$.

Всегда ли в источнике электричества заканчиваются электроны?

Категория: Физика      Опубликовано: 17 марта 2016 г.

Изображение общественного достояния, источник: НОАА.

Ответ на этот вопрос зависит от ситуации. Мы можем грубо разделить все электрические системы на две категории: системы статического электричества и электрические цепи. Обратите внимание, что все электрические эффекты на самом деле являются частью единого набора физических законов. Таким образом, эта классификация является в конечном счете произвольной и чрезмерно упрощенной. Однако этой классификации достаточно для нашей текущей цели понимания электрического тока.

Система статического электричества предполагает протекание электрического тока в результате накопления где-либо электрического заряда. Такая система не предполагает замкнутой электрической цепи. Примеры этого типа системы включают молнию и искры, которые вы получаете, когда третесь ногами о ковер. Электроны естественным образом отталкиваются друг от друга. Когда много электронов скапливается в одном месте, они могут сталкиваться друг с другом так сильно, что часть электронов сразу отбрасывается от объекта. В конечном итоге они выталкиваются через воздух, воду или что-либо, что окружает объект. Мы называем совокупность движущихся электронов электрическим током, поэтому накопление заряда может вызвать ток. Электроны просто утекают из кучи и в конечном итоге прикрепляются к атомам в окружающей среде. Таким образом, у нас может быть электрический ток, даже если у нас нет полной электрической цепи. В воздухе электрический ток принимает форму темного разряда, коронного разряда или искр (в зависимости от того, является ли ток слабым, средней силы или сильным соответственно). Обратите внимание, что название «статическое электричество» — неудачное название, поскольку электрический заряд не всегда стационарен в системах такого типа. Более точными названиями были бы «внесхемное электричество» или «электричество накопления заряда».

Поскольку накопление заряда является причиной электрического тока в системах статического электричества, ток перестанет течь, как только накопление исчезнет. По мере того, как электроны утекают из кучи, куча становится меньше. В конце концов, куча избыточных электронов исчезает (электроны, необходимые для поддержания нейтральности молекул, все еще остаются, но они мало что делают). В буквальном смысле электричество перестает течь, потому что в источнике заканчиваются лишние электроны. Вот почему молнии и искры между статически заряженными носками быстро исчезают. Дело не в том, что электроны разрушаются. Скорее, они просачиваются в отдаленные точки, пока их не останется.

В противоположность этому, в системах электроснабжения цепей электрический ток протекает по замкнутому контуру. Этот ток является результатом работы зарядового насоса где-то в петле. Этот насос также называется источником напряжения и может иметь форму батареи, солнечной батареи, генератора или шнура от электросети. Насос создает разность потенциалов вдоль цепи, которая перемещает заряды, подобные электронам, по цепи. Насос может либо постоянно качать электроны в одном направлении, что приводит к постоянному току (DC), либо периодически отключать направление, в котором он качает электроны, что приводит к переменному току (AC). Для простоты остановимся на постоянном токе.

По мере того, как электроны проходят через цепь, они стекают вниз по кривой потенциальной энергии, создаваемой напряжением. Как только они достигают насоса в конце цепи, низкоэнергетические электроны снова разгоняются до высокой потенциальной энергии, чтобы они могли снова начать течь по цепи. Ситуация немного напоминает искусственный водопад на заднем дворе. Вода стекает по водопаду в бассейн из-за естественного притяжения, точно так же, как электроны текут по цепи из-за притяжения приложенного напряжения. Затем водяной насос нагнетает воду в бассейне обратно в состояние с высокой энергией в верхней части водопада, точно так же, как батарея возвращает электроны обратно в состояние с более высокой энергией в начале цепи. Затем цикл повторяется.

Поскольку накачивание заряда является причиной возникновения электрического тока в электрической цепи, ток никогда не перестанет течь, пока насос остается включенным и цепь остается непрерывной. Цепи не создают, не разрушают, не расходуют и не теряют электроны. Они просто носят электроны по кругу. По этой причине электрические схемы не могут исчерпать электроны. Энергия, передаваемая по цепи, не является результатом присутствия электронов в цепи. Электроны всегда существуют в цепи как часть атомов и молекул, составляющих цепь. Электрическая энергия, которая поставляется, является результатом электронов перемещает по цепи. Выключите насос (т.е. отсоедините аккумулятор), и электроны перестанут двигаться по цепи. Но электроны никуда не делись. Они все еще существуют как естественная часть материалов в цепи.

Как я уже говорил, деление систем на статические и схемные несколько условно и упрощенно. Реальные электрические системы содержат комбинацию обоих эффектов. Например, цепь часто содержит конденсатор. В то время как схема в целом действует как электрическая система цепи, конденсатор действует больше как система статического электричества. В результате в конденсаторе действительно могут закончиться электроны. Как только одна сторона конденсатора истощится от электронов, электрический ток перестанет течь через конденсатор. В этот момент часть цепи, содержащая конденсатор, переключается с действия электрической системы цепи на систему статического электричества. Это происходит в том смысле, что ток теперь останавливается из-за нехватки электронов, а не из-за отсутствия электронной помпы или отсутствия полной цепи.

Темы: заряд, ток, электричество, электрон, статическое электричество

Что такое ампер? | Circuit Playground — A для Ampere

Что такое ампер?

Сохранить Подписаться

Пожалуйста, войдите, чтобы подписаться на это руководство.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

ампер (символ единицы СИ: A; символ размера СИ: I), часто сокращаемый до Ампер , является единицей измерения электрического тока в СИ (символ количества: I , i ) и является одной из семи основных единиц СИ. . Он назван в честь Андре-Мари Ампера (1775–1836), французского математика и физика, которого считают отцом электродинамики.

На практике ампер — это мера количества электрического заряда, проходящего через точку электрической цепи в единицу времени с 6,241 × 1018 электронов, или один кулон в секунду, составляющий один ампер.

Практическое определение может привести к путанице с определением кулона (т. е. 1 ампер-секунда), но с практической точки зрения это означает, что меры постоянного тока (например, номинальный поток заряда в секунду через простую цепь ) будет определяться в амперах (например, «цепь 20 мА»), а поток заряда через цепь в течение определенного периода времени будет определяться в кулонах (например, «цепь переменного тока, которая течет в общей сложности 10 кулонов). более 5 секунд»). Таким образом, ампер можно рассматривать как скорость потока, то есть количество (заряженных) частиц, проходящих в единицу времени, а кулоны просто как количество частиц.

Из: Википедия « Ампер»


Определение

Закон силы Ампера гласит, что существует сила притяжения или отталкивания между двумя параллельными проводами, по которым течет электрический ток. Эта сила используется в формальном определении ампера, в котором говорится, что это «постоянный ток, который будет создавать силу притяжения 2 × 10–7 ньютонов на метр длины между двумя прямыми параллельными проводниками бесконечной длины и ничтожно малой окружностью». поперечное сечение, расположенное на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме».

Единица заряда в СИ, кулон, «это количество электричества, переносимого за 1 секунду током в 1 ампер». секунд:

В общем случае заряд Q определяется установившимся током I , протекающим за время t как Q = It .

История

Первоначально ампер определялся как одна десятая электромагнитной единицы силы тока в системе СГС (теперь известной как абампер), величина тока, создающая силу в две дин на сантиметр длины между двумя проводами, находящимися на расстоянии одного сантиметра друг от друга. Размер единицы был выбран таким образом, чтобы производные от нее единицы в системе MKSA имели удобный размер.

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

Реализация

Стандартный ампер наиболее точно определяется с помощью баланса ватт, но на практике он поддерживается с помощью закона Ома из единиц электродвижущей силы и сопротивления, вольта и ома, поскольку последние два могут быть связаны с физическими явлениями, которые относительно легко воспроизвести переход Джозефсона и квантовый эффект Холла соответственно.

В настоящее время методы определения реализации ампера имеют относительную погрешность примерно в несколько частей на 107 и включают реализации ватт, ом и вольт.

Предлагаемое будущее определение

Основная статья: Новые определения СИ

Вместо определения силы между двумя проводниками с током было предложено определять ампер с точки зрения скорости потока элементарных зарядов. Поскольку кулон примерно равен 6,2415093×1018 элементарных зарядов (например, электронов), один ампер приблизительно эквивалентен 6,2415093×1018 элементарных зарядов, проходящих через границу за одну секунду, или обратному значению элементарных зарядов в кулонах. Предлагаемое изменение будет определять 1 А как ток в направлении потока определенного количества элементарных зарядов в секунду. В 2005 году Международный комитет мер и весов (CIPM) согласился изучить предложенное изменение. Ожидается, что новое определение будет официально предложено на 25-й Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) в 2014 г.

Повседневные примеры

Основная статья: Порядки величины (ток)

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

Портативные гаджеты
• Слуховой аппарат (обычно 1 мВт при 1,4 В): 0,7 мА

Автомобили – 12 В постоянного тока

Типичный автомобиль оснащен аккумуляторной батареей на 12 В. Различные аксессуары, питающиеся от аккумулятора, могут включать:

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

Внутреннее питание в Северной Америке — 120 В переменного тока

Большинство бытовых поставщиков электроэнергии в США, Канаде и Мексике работают при напряжении 120 В.

Бытовые автоматические выключатели обычно обеспечивают максимальный ток 15 А или 20 А для заданного набора розеток.

• Портативный телевизор 22 дюйма/56 сантиметров (35 Вт): 290 мА
• Вольфрамовая лампа (60–100 Вт): 500–830 мА
• Тостер, чайник (2 кВт): 16,6 А
• Погружной нагреватель (4,6 кВт): 38,3 А

Внутреннее электроснабжение Европы – 230 В переменного тока

Большинство бытовых источников питания в Европе работают при напряжении 230 В, поэтому ток, потребляемый конкретным европейским устройством (в Европе), будет меньше, чем у эквивалентного североамериканского устройства.