Сила тока – формула нахождения, определение и обозначение

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 260.

Обновлено 19 Июля, 2021

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 260.

Обновлено 19 Июля, 2021

Электричество играет огромную роль в современном мире. Многие бытовые устройства бесполезны, когда отсутствует электроэнергия. При этом любое из них требует ток определенного напряжения и силы, эти значения практически всегда есть на шильдиках устройств. В данной статье мы поговорим о том, что такое сила электрического тока, дадим её определение, приведём формулу силы тока.

Физический смысл силы электрического тока

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. При таком движении заряды совершают полезную работу. Очевидно, что чем быстрее заряды проходят по проводнику, тем совершённая работа будет больше.

Рис. 1. Движение зарядов по проводнику

Однако использование обычной линейной скорости движения в случае электрического тока недостаточно.

Дело в том, что ток — это движение большого числа носителей заряда, и их число может быть различно для одной и той же работы. Необходимо учитывать эту разницу наряду с линейной скоростью движения зарядов.

Поэтому гораздо целесообразнее для характеристики движения зарядов использовать не их линейную скорость, а скорость протекания общего заряда через сечение проводника. Чем больший заряд пройдёт через сечение проводника за единицу времени, тем больше «скорость» электрического тока, тем большую работу он сможет совершить.

Величина, равная отношению заряда, прошедшего по проводнику, ко времени прохождения, называется силой тока (для обозначения используется латинская буква $I$):

$$I={\Delta q \over \Delta t}$$

Из данной формулы можно вывести единицу измерения силы тока. Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, то единица силы тока равна кулону в секунду, или амперу (в честь физика А. Ампера):

$$[I]={Кл \over с}=А$$

Рис. 2. Сила тока.

Постоянный и переменный ток

Поскольку сила тока — это фактически скорость протекания заряда по проводнику, эта величина, как и обычная линейная скорость, может быть мгновенной, изменяющейся или средней. Если величина $\Delta t$ при расчете близка к нулю, то сила тока получается мгновенной. Если эта величина значительно больше нуля, то сила тока получается средней за это время.

Как и обычная линейная скорость, сила тока может расти, уменьшаться и даже становиться отрицательной. Отрицательная сила тока означает, что заряды движутся в противоположную сторону относительно направления, принятого в проводнике за положительное.

Если мгновенное значение силы тока не меняет знак, ток называется постоянным. Если изменение знака силы тока происходит, такой ток называется переменным.

Постоянный ток может быть:

• «строго постоянным» — когда мгновенное значение не меняется;
• изменяющимся — если мгновенное значение изменяется, но не до нуля;
• пульсирующим — если мгновенное значение падает до нуля.

Для переменного тока принято считать, что мгновенные положительные и отрицательные значения силы тока равны, и такой переменный ток называется симметричным. Если мгновенные положительные и отрицательные значения силы тока не равны, то такой ток называется «ассиметричным». Он рассматривается как сумма постоянного и симметричного переменного токов.

Отметим, что поскольку работа электрического тока происходит при любом движении зарядов, независимо от направления, приведённая формула силы тока не годится для нахождения средней силы переменного тока. Если ток переменный, то заряды фактически не движутся по проводнику, а только колеблются с некоторой амплитудой. Получается, что в среднем через сечение проводника заряды не идут, а работа тока при этом все равно происходит. Сила переменного тока вычисляется с помощью специальных формул, учитывающих изменение направление движения зарядов по проводнику.

Рис. 3. Постоянный и переменный ток.

Что мы узнали?

Сила тока — это физическая величина, характеризующая скорость прохождения заряда через сечение проводника. Она равна отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени прохождения. Если мгновенная сила тока не меняется, такой ток называется постоянным. Ток, в котором сила меняет знак, называется переменным.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 260.

---

А какая ваша оценка?

Сила тока. Формула силы тока. Как обозначается единица измерения силы тока?

Электрический ток — это направленный поток отрицательно заряженных частиц. Величину электрического тока определяют по числу электронов, протекающих сквозь проводник с неким поперечным сечением за определенную единицу времени.

Однако в полной мере охарактеризовать ток только движением электронов невозможно. Он также имеет другие параметры. Действительно, объем электричества, равного одному кулону способно проходить через металлический проводник в течение одной секунды или другого промежутка времени.

Если принять во внимание временной промежуток как характеристику, то можно увидеть, что интенсивность потоков в разных случаях будет не одинаковой. Тот объем, который можно пропустить сквозь проводник за секунду именуют силой тока. В качестве обозначения используют Ампер, как международную единицу измерения.

Содержание статьи

• 1 Общее описание силы тока
• 2 Способы измерения силы тока
• 3 Отличие напряжения от силы тока
• 4 Заключение

Общее описание силы тока

Сила тока является объемом электрических зарядов, проходящих сквозь поперечные профили проводников в интервале времени, равному одной секунде. Как уже было выше сказано, что за единиц силы тока принимают Ампер, которая и принадлежит к Международной СИ, используемой во всех странах мира.

Один ампер равен силе изменения потока электричества при прохождении по параллельным, парным линейным проводникам бесконечной длины, имеют ничтожно малую площадь кругового сечения. Эти материалы находятся в вакууме друг от друга на расстоянии одного метра. Он вызывает силу взаимного влияние равную 2*10-7. Единица исчисления силы тока Ампер соответствует одному кулону, пройденному за одну секунду через поперечный профиль материала проводника.

В математическом исчислении характеристика выглядит как 1 А = 1 кулон/1 секунда. Величина показателя относительно большая, поэтому для бытовых электроприборов и микросхем применяют дополнительные единицы: 1 мА и 1 мкА, которые равны одной тысячной и одной миллионной части ампера.

Если известна величина электрозаряда, прошедшего сквозь проводник с нужным сечением за требуемый промежуток времени, то параметр можно выразить следующей формулой: l=q/t.

В замкнутой сети без ответвлений за одну секунду времени проходит одинаковое количество электронов в любом участке проводника. Поскольку заряды не могут накапливаться исключительно в одном участке электрической цепи, то его интенсивность не зависит от толщины и сечения кабеля.

Для более сложных цепей с ответвлениями такое утверждение также остается истинным. Но такое определение действует только для отдельных участков схемы, которые следует рассматривать как элементарная сеть.

Способы измерения силы тока

Для того чтобы узнать силу тока на требуемом участке цепи, одних теоретических вычислений не достаточно. Да, можно использовать формулы и узнать величину, но она будет приблизительной. Поскольку приборостроение, электроника и электрика — науки точные и не терпят погрешностей, был изобретен индукционный, а позднее электронный прибор, который способен показывать точные величины.

Амперметр предназначен для измерений силы тока на отдельных участках электрической цепи. Но значения, равные 1 Амперу и более можно увидеть только в силовых установках и сетях. Для снятия показаний с них используют специальные понижающие трансформаторы. Из курсов физики многие знают от чего зависит интенсивность действий электрического тока. Инициатором движения электронов является магнитное поле. От его силы зависит и мощность потока.

Ток подается на основные катушки, в которых создается индукция. С ее помощью во второстепенной катушке генерируется электричество меньшей величины. Показатель зависит от числа витков обмоток. Они прямо пропорциональны. Поэтому даже на крупных предприятиях, где напряжение достигает нескольких тысяч вольт применяют микроамперметры или миллиамперметры. Это связано, прежде всего, с безопасностью обслуживающего персонала.

Довольно часто в обиходе можно услышать термин мультиметр. Его отличие от амперметра заключается в возможности измерять несколько характеристик одновременно, тогда как амперметр является узкоспециализированным прибором.

Включают устройство в разрыв электрической цепи. При таком способе замеров, ток протекает через измеритель к потребителю. Следовательно, соединять прибор нужно до или после элемента нагрузки, так как в простой схеме без ответвлений он будет всегда одинаковым.

Существует ошибочное убеждение, что ток до потребителя и после не одинаковый, так как часть электричества тратится на компонента. Такое утверждение ошибочно, поскольку в ток представляет собой электромагнитный процесс, выполняемый в теле металлического проводника. Результатом становится упорядоченное движение электронов вдоль всей длины проводника. Но саму энергию переносят не электроны, а магнитное поле, которое окружает тело проводника.

Важно!

Через любой поперечный профиль металла простых электрических цепей проходит одинаковое количество электрического заряда. Сколько электронов вышло из положительного полюса источника питания, столько заходит в отрицательный полюс, пройдя через элемент нагрузки. В ходе движения электроны не могут расходоваться, как другие частицы материала. Они составляют единое целое с проводником и их количество всегда одинаковое.

Отличие напряжения от силы тока

Электричество, как и любая другая материя, имеет собственные характеристики, используемые для определения эффективности работы и контроля заданных параметров.

В физике существуют такие понятия как «напряжение» и «сила тока». Они описывают одно и тоже явление, но сами по себе как показатели они отличаются друг от друга.

Такие различия заключены в принципе действия электричества. Под силой тока понимают объем потока электронов, способных пройти на расстояние одного метра за установленный интервал времени. Напряжение наоборот выражено в количестве потенциальной энергии. Оба понятия тесно связаны между собой. К внешним факторам влияния на них относят:

• материал, из которого изготовлен проводник;
• температура;
• магнитное поле;
• условия окружающей среды.

Отличия также заключаются в способах получения этих параметров. Когда на заряды проводника воздействует внешнее магнитное поле, формируется напряжение, которое генерирует поток между точками цепи. Так же специалисты выделяют отличия в энергопотреблении, называемым мощностью. Если напряжение характеризует параметры потенциальной энергии, то ток — кинетической.

Заключение

Сила тока является одним из важных параметров, характеризующих электричество. Он показывает, какой объем электрического заряда проходит через поперечный профиль металлического проводника. Данная характеристика широко применяется в электронике и энергетике.

Объяснение урока: Магнитное поле, создаваемое током в прямом проводе

В этом объяснении мы узнаем, как рассчитать магнитное поле, создаваемое током в прямом проводе.

Мы знаем, что движущийся заряд или ток создает магнитное поле. Длинный прямой отрезок провода, по которому течет ток. 𝐼 показано на диаграмме ниже. Поскольку в проводе присутствует ток, магнитное поле производится вокруг провода и состоит из замкнутых концентрических кругов, как показано серыми петлями на диаграмме.

Силу результирующего магнитного поля 𝐵 можно найти на любом расстоянии 𝑑 от провода, используя приведенное ниже уравнение.

Напряженность магнитного поля, вызванного током в прямом проводе

Напряженность магнитного поля, 𝐵, на некотором расстоянии 𝑑 от прямого провода с током 𝐼 можно найти с помощью уравнения 𝐵=𝜇𝐼2𝜋𝑑, где 𝜇 — константа, известная как «проницаемость свободного пространства», и имеет значение 𝜇=4𝜋×10⋅/TmA.

Следует отметить, что расстояние 𝑑 необходимо измерять перпендикулярно проводу. Перпендикуляр измерение расстояния показано на диаграмме ниже.

Напряженность поля 𝐵 уменьшается по мере удаления от провода 𝑑, увеличивается. Это показано на приведенной ниже диаграмме, на которой показан вид по длине прямого токоведущего провода. провод. Следует отметить, что точка в центре провода указывает на то, что ток направлен наружу и перпендикулярно — экрану.

Области, где линии поля расположены ближе друг к другу, указывают, где поле сильнее. Хотя только некоторые линии поля показаны выше, поле технически присутствует даже на бесконечно большом расстоянии от провода. Тем не менее, сила поле пренебрежимо мало очень далеко. Это потому, что расстояние 𝑑 появляется в знаменателе уравнения для напряженности магнитного поля; таким образом, 𝐵 и 𝑑 обратно пропорциональны друг к другу, а напряженность магнитного поля стремится к 0, когда 𝑑 стремится к бесконечности. Эта пропорциональность показано на графике ниже.

Давайте попрактикуемся в использовании уравнения для магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током.

Пример 1: Расчет магнитного поля, создаваемого током в прямом проводе

По длинному прямому кабелю на промышленной электростанции протекает постоянный ток 100 А. Рассчитайте напряженность результирующего магнитного поля на перпендикулярном расстоянии 0,06 м от этого кабеля. Использовать 4𝜋×10 Т⋅м/А для значения 𝜇. Дайте ответ в экспоненциальном представлении с точностью до двух знаков после запятой.

Ответ

Для начала вспомним уравнение для определения напряженности магнитного поля на расстоянии 𝑑 от прямого провода с током 𝐼, 𝐵=𝜇𝐼2𝜋𝑑.

Поскольку нам были даны значения для 𝜇, 𝐼 и 𝑑, мы готовы подставить их и решить для силы магнитного поля, 𝐵. Таким образом, у нас есть 𝐵=4𝜋×10⋅/()2𝜋(0,06).TmAAm

Мы можем упростить математику, сократив некоторые термины и единицы измерения. Мы отменим единицы метров, потому что м появляется в числителе и знаменателе. В числитель входят как 1/A и А, так что ампер тоже компенсируется. Это оставляет нам только единицу напряженности магнитного поля, тесла. Далее мы можем отменить 2𝜋 от числителя и знаменателя, поэтому имеем 𝐵=2×10(100)0,06=3,333×10,TT

Округлив до двух знаков после запятой, ответ будет 3,33×10 T.

Помимо использования точных значений для расчета напряженности поля, мы можем использовать уравнение магнитного поля, чтобы исследовать некоторые другие концептуальные свойства.

Пример 2. Определение пропорциональности магнитного поля, обусловленного током в прямом проводе

По длинному прямому проводу течет постоянный ток, который создает напряженное магнитное поле 𝐵 тесла на перпендикулярном расстоянии 𝑑см от проволоки. Предполагая система не меняется, какова связь между 𝐵 и силой напряженности магнитного поля 𝐵 на перпендикулярном расстоянии 2𝑑 см от провода? Предположим 𝐵 и 𝐵 намного больше, чем напряженность магнитного поля Земли.

1. 𝐵 = 14𝐵
2. 𝐵 = 12𝐵
3. 𝐵 = 𝐵
4. 𝐵 = 2𝐵
5. 𝐵 = 4𝐵

Ответ

. определить напряженность магнитного поля на некотором расстоянии от прямой провод с током, 𝐵=𝜇𝐼2𝜋𝑑.

Здесь у нас есть два измерения напряженности поля, 𝐵 и 𝐵, измеренные на расстояниях которые мы будем называть 𝑑 и 𝑑 соответственно. Нам говорят, что все остальные свойства системы постоянны, поэтому величина 𝜇𝐼2𝜋 эквивалентна в обоих случаях. Мы можем разработать соотношение, чтобы связать эти значения: 𝐵𝐵=𝑑𝑑.

Сравнивая измеренные расстояния от провода, мы знаем, что 𝑑 вдвое больше, чем 𝑑, поэтому 𝑑=2𝑑.

Подставляя это в уравнение выше, мы имеем 𝐵𝐵=2𝑑𝑑.

Теперь мы можем сократить члены 𝑑 в правой части уравнения: 𝐵𝐵=2.

Теперь, находя 𝐵, 𝐵=12𝐵.

Таким образом, напряженность магнитного поля 𝐵 измеряется на удвоенном расстоянии от провода как 𝐵 и имеет половину силы 𝐵. Следовательно, вариант Б правильный.

Пример 3. Расчет силы тока в прямом проводе с учетом магнитного поля. Напряженность поля

По прямому проводу в электрической цепи протекает постоянный ток 𝐼 A. Результирующее магнитное поле при перпендикулярное расстояние 18 мм от этого провода измерено как 1,2 × 10 T. Рассчитайте 𝐼 с точностью до ампера. Использовать 4𝜋×10 Т⋅м/А для значения 𝜇.

Ответ

Здесь нам дано значение магнитного поля, создаваемого током в прямом проводе, и мы сказали найти значение тока. Начнем с того, что вспомним уравнение для напряженности магнитного поля за счет прямого токоведущего провода, 𝐵=𝜇𝐼2𝜋𝑑.

Чтобы найти ток 𝐼, мы умножим обе части уравнения на 2𝜋𝑑𝜇. Таким образом, у нас есть 𝐼=2𝜋𝑑𝐵𝜇.

Прежде чем мы продолжим, мы конвертируем наше значение расстояния в метры, так как оно дано нам в миллиметры. Мы знаем это 𝑑=18=0,018мм.

Теперь, подставив все наши значения, мы имеем 𝐼=2𝜋(0,018)1,2×104𝜋×10⋅/=10,8.mTTmAA

Округляя до ближайшего ампера, получаем, что сила тока в проводе равна 11 А.

До сих пор мы интересовались только величиной или силой магнитного поля, возникающего из-за тока в проводе. Однако, мы должны помнить, что магнитное поле является векторной величиной, поскольку оно определяется как величиной, так и направлением. Мы будем используйте правило правой руки, чтобы определить направление магнитного поля, как описано ниже.

Правило: Правило правой руки для магнитного поля, обусловленного током в прямом проводе

Чтобы определить направление магнитного поля, обусловленного прямым проводником с током, выполните следующие действия:

1. Правой рукой направьте большой палец в направлении течения.
2. «Возьмите» проволоку, скручивая пальцы вокруг ее воображаемой оси. Направление, в котором сгибаются пальцы в соответствует направлению магнитного поля.

На приведенной ниже схеме показано, как правой рукой обматывать проволоку вокруг оси. Обратите внимание, как большой палец указывает на направление тока и что пальцы загибаются в том же направлении, что и магнитное поле.

В следующем примере мы попрактикуемся в использовании правила правой руки.

Пример 4: Использование правила правой руки для магнитного поля, обусловленного током в прямом проводе

По длинному прямому проводу течет постоянный ток 𝐼, который индуцирует магнитное поле 𝐵. Силовые линии магнитного поля 𝐵 показаны на диаграмме. Судя по схеме, укажите направление условного тока в проводе.

Ответ

Вспомните, что движущиеся заряды создают магнитное поле и что мы можем определить направление тока в проводе, используя правило правой руки. Для этого правой рукой «схватите» провод, большим пальцем указывая в направлении тока. Затем согните пальцы в кулак, и направление, в котором сгибаются пальцы, указывает направление движения. результирующее магнитное поле.

Чтобы проверить, идет ли ток снизу вверх, мы направляем большой палец вверх и сгибаем пальцы. В этом случае, как если смотреть сверху (как на диаграмме), магнитное поле будет направлено против часовой стрелки. Это противоречит тому, что показано на диаграмме, поэтому мы знаем, что ток не движется снизу вверх.

Мы можем убедиться, что ток действительно движется сверху вниз, сделав правой рукой большой палец вниз. Как и на диаграмме, если смотреть сверху, пальцы (и, следовательно, магнитное поле) закручиваются по часовой стрелке.

Следовательно, ток в проводе движется сверху вниз.

Итак, мы увидели, как определить величину и направление магнитного поля, вызванного током в прямом проводе. Давайте закончим резюмированием нескольких важных понятий.

Основные моменты

• Длинный прямой провод с током создает магнитное поле, состоящее из концентрических замкнутых кругов, и напряженность поля определяется выражением 𝐵=𝜇𝐼2𝜋𝑑.
• Сила магнитного поля 𝐵 обратно пропорциональна расстоянию от провод, 𝑑. Таким образом, напряженность поля падает до нуля, когда 𝑑 становится очень большим.
• Мы можем определить направление магнитного поля, используя правило правой руки: направьте большой палец в направлении тока и согнуть пальцы, как будто хватаясь за провод. Направление, в котором сгибаются пальцы, соответствует направление магнитного поля.

Формула напряженности магнитного поля

— GeeksforGeeks

Просмотр обсуждения

Улучшить статью

Сохранить статью

• Последнее обновление: 31 мая 2022 г.

Прочитать

Обсудить

Просмотреть обсуждение

Улучшить статью

Сохранить статью

Доля MMF, необходимая для достижения определенной плотности потока в конкретном веществе на каждой длине l этого вещества, называется силой магнитного поля. Некоторые специалисты также называют ее плотностью магнитного потока. Магнитный поток также представляет собой общее количество силовых линий, проходящих через определенное место. Кроме того, при удалении от прямого амперного провода или прямой линии, соединяющей два электромагнита, на которых намагниченность постоянна, плотность потока уменьшается.

Напряженность магнитного поля — это физическое число, которое является одним из наиболее фундаментальных измерений напряженности магнитного поля. Ампер на квадратный метр является единицей напряженности магнитного поля.

Формула

, где,

• мкм ₀ Обозначает проницаемость свободного пространства,
• I Denots
. число витков на единицу длины соленоида, формула имеет вид:

B = μ ₀ NI

Где,

• μ ₀ Обозначает проницаемость константа свободного пространства,
• N — число поворотов на единицу длины
• .
• н.

Проблемы с образцами

Задача 1. Найдите MFS длиной 2 м соленоида длиной 2000 года, несущих ток 1600 A.

Решение:

B = μ = μ = .0166 nI

n = 2000/2

= 1000 м ^-1

Теперь B = (4π x 10 ^-7 Тл м/А)(1000 м ^{-1 _А)}

= 2,01 Тл

Задача 2. Влияет ли размер петли на ЭДС?

Решение:

Поскольку ЭДС = −dϕ/dt, где ϕ=B x A.

Здесь A относится к площади, т. е. к размеру данной петли. Таким образом, на создаваемую ЭДС влияет размер данной петли.

Задача 3. Найдите MFS 5 -метрового соленоида длиной 800 петлей, несущих ток 1700 A.

Решение:

B = μ ₀ NI

N = 800/5

3 3

3 3

3 3

3

3 0 0003 0 NI

n = 800/5

3

3

3

3 0 NI

N = 800/5

3

3

3

0 NI

.

= 160 м ^-1

Теперь B = (4π x 10 ^-7 Тл м/А)(160 м ^-1 )(1700 А)

= 0,314 Тл

25 Задача Найдите МДС соленоида длиной 12 м из 700 витков, по которому течет ток 600 А.

Решение:

B = μ ₀ Ni

n = 700/12

= 58,33 M ^-1

Теперь B = (4π X 10 ^–7 77.