Что такое сила тока — пояснения и формулы
Движение заряженных частиц в проводнике в электротехнике называется электрическим током. Электроток не характеризуется только прошедшим через проводник значением количества электрической энергии, так как за 60 минут через него может пройти электричество равное 1 Кулону, но и такое же количество электричества можно пропустить через проводник за одну секунду.
Что такое сила тока
Когда рассматривается количество электричества, протекающее через проводник за разные интервалы времени, понятно, что за меньший промежуток времени ток течет интенсивней, поэтому в характеристику электротока вводится еще одно определение — это сила тока, которая характеризуется протекающим в проводнике током за секунду времени. Единицей измерения величины силы проходящего тока в электротехнике принят ампер.
Иными словами, сила электрического тока в проводнике — это количество электричества, которое прошло через его сечение за секунду времени, маркировка литерой I. Силу тока измеряют в амперах — это единица измерения, которая равняется силе неизменяющегося тока, проходящего по бесконечным параллельным проводам с наименьшим круговым сечением, удаленным друг от друга на 100 см и расположенным в вакууме, который вызывает взаимодействие на метре длины проводника силой = 2*10 минус 7 степени Ньютона на каждые 100 см длины.
Специалисты часто определяют величину проходящего тока, на Украине (сила струму) она равна 1 амперу, когда через сечение проводника проходит каждую секунду 1 кулон электричества.
Формула определения силы тока:
В электротехнике можно увидеть частое применение других величин в определении значения силы проходящего тока: 1 миллиампер, который равен единица/ Ампер, 10 в минус третьей степени Ампер, один микроампер — это десять в минус шестой степени Ампер.
Зная количество электричества, прошедшее через проводник за определенный промежуток времени, можно вычислить силу тока (как говорят на Украине — силу струму) по формуле:
Формула силы токаКогда электрическая цепь замкнута и не имеет ответвлений, тогда в каждом месте ее поперечного сечения протекает за секунду одинаковое количество электричества. Теоретически это объясняется невозможностью накапливания электрических зарядов в каком либо месте цепи, по этой причине сила тока везде одинакова.
Правило постоянства электрического тока в замкнутой цепиДанное правило справедливо и в сложных цепях, когда есть ответвления, но относится к некоторым участкам сложной цепи, которые можно рассматривать в виде простой электроцепи.
Как измеряется сила тока
Амперметр
ОсновыСреди людей бытует мнение, что когда измеряется сила тока в проводнике до нагрузки (потребителя), то значение будет выше, чем после нее. Это ошибочное мнение, основанное на том, что якобы какое-то значение силы будет расходоваться на то, чтобы привести потребитель в действие. Электроток в проводнике — это процесс электромагнитный, в котором участвуют заряженные электроны, они направленно двигаются, но энергию передают не электроны, а электромагнитное поле, которое окружает проводник.
Количество электронов, вышедших из начала цепи, будет равно количеству электронов и после потребителя в конце цепи, они не могут быть израсходованы.
Измерение силы токаКакие проводники бывают? Специалисты дают определение понятию «проводник» — это материал, в котором частицы, имеющие заряд, могут перемещаться свободно. Такие свойства на практике имеют почти все металлы, кислота и солевой раствор. А материал или вещество, в котором движение заряженных частиц затруднено или вообще невозможно, называются изоляторами (диэлектриками). Часто встречающиеся материалы-диэлектрики — это кварц или эбонит, искусственный изолятор.
Вывод
На практике современное оборудование работает с большими величинами тока, до сотни, а то и тысячи ампер, а также и с малыми значениями. Примером в повседневной жизни величины тока в разных приборах может быть электрическая плита, где она достигает значения в 5 А, а простая лампа накаливания может иметь величину 0,4 А, в фотоэлементе величина проходящего тока измеряется в микроамперах. В линиях городского общественного транспорта (троллейбус, трамвай) значение проходящего тока достигает 1000 А.
Похожие статьи:Сила тока — это… Что такое Сила тока?
Силой тока называется физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.
Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах.
По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи :
— где e — заряд электрона, n — концентрация частиц, S — площадь поперечного сечения проводника, — средняя скорость упорядоченного движения электронов.
Единица измерения в СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.
Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).
Литература
- Б. М. Ярославский, Справочник по физике — М.,»Наука»
См. также
Мощь и сила электричества: Что такое закон Ома
Итак, электрический ток начинает движение по цепи под действием напряжения. Но, оказывается, электроны не могут двигаться по электрической цепи беспрепятственно: они сталкиваются между собой и с атомами, то есть, встречают на своём пути сопротивление. Из-за этих ударов и столкновений часть энергии движущихся электронов превращается в тепло (так же, как превращается в тепло часть энергии молота, ударившего по наковальне).
Напряжение и сопротивление — это важные характеристики электрической цепи, с которыми необходимо считаться. Напряжение цепи, создаваемое источником тока, даёт толчок (скорость) электронам, заставляя двигаться их в определённом направлении, а сопротивление цепи забирает у движущихся электронов энергию и превращает её в другие виды энергии. Таким образом, человеку важен не электрический ток как таковой, а энергия его движущихся заряженных частиц.
Знаете ли вы, почему соединительные провода (кабели, шнуры) в электрических цепях делают чаще всего из меди? Потому что этот металл слабо «сопротивляется» электрическому току, и электроны легко передвигаются по нему от источника к потребителю.
Если же провода сделать, например, из стали, у которой сопротивление в 7 раз больше, чем у меди, то такие провода, «сопротивляясь» движущимся электронам, будут отбирать у них энергию, сильно нагреваться, и могут даже расплавиться.
Стоит отметить, что сопротивление провода (проводника) зависит не только от вещества, из которого он сделан. Экспериментально установлено, что сопротивление провода растёт при увеличении длины и уменьшении его диаметра — чем длиннее и тоньше проводник, тем труднее электронам двигаться по нему. Именно поэтому нить накаливания в лампочке делают не только тонкой, но и длинной за счёт того, что ей придают спиралевидную форму.
Сопротивление обозначается буквой R и рассчитывается по формуле:
Физический смысл
Электрическое сопротивление характеризует способность проводника противодействовать электрическому току.
09-б. Сила электрического тока
§ 09-б. Сила электрического тока
В § 8-и мы рассмотрели опыт с лампочкй и двумя спиралями. Мы отметили, что под изменением силы тока будем понимать изменение потока электронов внутри проводника. Это относилось к твёрдым металлическим проводникам. Напомним: в газообразных и жидких проводниках, например, в расплавленных или растворённых веществах электроток создаётся как электронами, так и ионами (см. § 8-й).
Важно: все движущиеся заряженные частицы являются носителями (переносчиками) электрического заряда. Следовательно, под силой тока более верно понимать не общее количество самых разнообразных заряженных частиц (электронов и/или ионов), переносящих разные заряды за выбранное время наблюдения, а общий заряд, переносимый через проводник за единицу времени. В виде формулы это выглядит так:
Формула для вычисления силы электрического тока через заряд и время его протекания.
| I = | q | I – сила электрического тока в проводнике, А | |||
| t |
Итак, сила тока – физическая величина, показывающая заряд, проходящий через проводник за единицу времени.
Для измерения силы тока используют прибор амперметр (см. рисунок). Его всегда включают последовательно с тем участком цепи, в котором нужно измерить силу тока. Единица силы тока – 1 ампер (1 А). Её устанавливают, измеряя силу взаимодействия (притяжения или отталкивания) проводников с током. В качестве пояснения посмотрите на рисунок с полосками фольги на странице, открывающей эту тему.
За 1 ампер принимают силу такого тока, который при прохождении по двум параллельным прямым проводникам бесконечной длины и малого диаметра, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает на каждый 1 м длины силу взаимодействия 0,0000002 H.
Познакомимся теперь с законами распределения сил токов в цепях с различными соединениями проводников. Проведём опыты.
На схемах а-б-в лампа и реостат соединены последовательно. Сначала амперметр включён между реостатом и лампой (схема а), и сила тока обозначена символом Iобщ. Затем амперметр помещён слева от реостата (схема б), и сила тока обозначена символом I1. После амперметр помещён слева от лампы (схема в), и сила тока обозначена символом I2.
Многократные измерения в этом и во всех других аналогичных опытах показывают, что во всех участках цепи с последовательным соединением проводников силы токов равны друг другу (то есть одинаковы):
Сила тока между последовательно соединёнными потребителями равна силам токов в проводах, подводящих энергию к потребителям.
| Iобщ = I1 = I2 = … |
На схемах г-д-е две лампы соединены параллельно. Сначала амперметр расположен в неразветвлённой части цепи (схема г), и сила тока обозначена символом Iобщ. Затем амперметр помещён слева от первой лампы (схема д), и сила тока обозначена I1. После амперметр помещён слева от второй лампы (схема е), и сила тока обозначена I2.
Многократные измерения показывают, что сила тока в неразветвлённой части цепи с параллельным соединением проводников (общая сила тока) равна сумме сил токов во всех параллельных ветвях этой цепи:
Сила тока в проводах, подводящих энергию источника к параллельному соединению, равна сумме сил токов, идущих в каждом из потребителей.
| Iобщ = I1 + I2 + … |
Чтобы произвести расчеты, необходимо разрешить элементы ActiveX!
Источник
Не можешь написать работу сам?
Доверь её нашим специалистам
от 100 р.стоимость заказа
2 часамин. срок
Узнать стоимость
3.2.1 Сила тока. Постоянный ток
Видеоурок 1: Электрический ток. Сила тока
Видеоурок 2: Электродвигатель постоянного тока
Лекция: Сила тока. Постоянный ток
Электрический токНи один современный человек не может обойтись без использования электрического тока. Данное понятие характеризует упорядоченное движение зарядов, благодаря чему происходит их перенос из одной области пространства в другую. Такое упорядоченное движение может происходить во многих веществах — будь-то твердые тела, жидкости, газы или даже вакуум.
Например, если мы возьмем аккумулятор, полюса соединим проводниками, то начнется движение зарядов от плюса к минусу. Это является примером тока в металлических телах.
А теперь давайте представим соль, растворенную в воде. В эту воду опускаем два электрода, подключенных к электричеству. В результате прохождения тока к одному электроду будут стремиться положительные ионы раствора, а к другому — отрицательные ионы. Это является примером тока в электролитах.
Примером тока в газовой среде является молния. В результате создания двух мощных полей происходит пробой диэлектрической среды. Это, в свою очередь, влечет за собой появление искры.
А давайте теперь рассмотрим иной пример: возьмем большое заряженное тело и начнем передвигать его в пространстве. Исходя из определения электрического тока, имеется и заряд, и его направленное движение. Это значит, что намеренное перемещение объемного заряда также является током. Он называется конвекционным.
А теперь давайте рассмотрим проводник, который нагревают. Что с ним происходит? Электроны начинают двигаться. И чем выше температура проводника, тем быстрее они двигаются. Но давайте ответим, какое это движение? Хаотическое! Основной отличительной чертой тока от любого другого движения является то, что все заряды должны двигаться направленно. Поэтому движение заряженных частиц, вызванное увеличением температуры, нельзя назвать током.
Также стоит отметить, что при любом перемещении нейтрально заряженного тела, такое движение также нельзя назвать током, поскольку не происходит перемещение заряда в пространстве.
Направление движения частицВсе это время мы говорили о заряженных частицах, не уточняя, какой знак они имеют. Следует отметить, что все положительные частицы двигаются от положительного полюса к отрицательному. Отрицательные же частицы наоборот. Однако положительные и отрицательные частицы имеются далеко не во всех веществах. Они есть, например, в электролитах, газах и других веществах.
Однако, во всем мире, за направление тока принимают то направление, в котором двигаются положительные частицы. То есть принято считать, что ток двигается от положительного полюса к отрицательному. Данное правило противоречит движение тока в металлах, поскольку в этих веществах заряд несут именно электроны, а двигаться они должны от плюса к минусу. Данное направление исторически выбрано А. Ампером в начале 19 века.
Действия токаТок используют для самых разнообразных целей. Однако существует несколько основных видов действия электрического тока.
1. Тепловое. Как нам известно, все тела, которые двигаются, обладают кинетической энергией. А чем больше данная энергия, тем больше температура тела. В данном случае движение заряженных частиц приводит к нагреванию проводника. Именно благодаря такому свойству тока мы используем утюг, фен, нагревательные печи и многие другие приборы.
2. Магнитное. Во время прохождения электрического тока вокруг тела начинает появляться магнитное поле. Это заметил Ампер, проводивший опыты с током рядом с компасом. Во время прохождения тока стрелка компаса начинала двигаться. Именно на основе данного свойства изготавливают электромагниты.
3. Химическое. В то время, когда ток проходит через произвольный электролит, происходит разделение его на положительные и отрицательные ионы. Этот принцип лежит в основе покрытия некоторых деталей или украшений медью, серебром или другими элементами.
Постоянный токВ школьной программе используется понятие постоянного тока. Если за некоторые одинаковые промежутки времени через одинаковое сечение проводника прошло определенное равное значение тока, то такой ток называется постоянным.
Физическая величина, что характеризует величину заряда, прошедшего за определенное время называют силой тока.
Сила тока измеряется в Амперах (А)
Еще одна ФВ, что характеризует ток, — это его плотность.
Плотность показывает насколько много зарядов прошло через некоторое сечение за единицу времени.
Скорость движения зарядовЕсли мы включим свет в какой-либо комнате, то нам покажется, что он загорится моментально. Однако на самом деле это не так. Между тем, как вы включили выключатель, и тем, когда заряды дойдут до лампочки, проходит некоторое время. Ток передвигается со скоростью равной скорости света, то есть 3*108 м/с.
