Единица силы тока – измерение в системе СИ

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 112.

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 112.

Упорядоченное, не хаотичное перемещение заряженных частиц под действием силы электрического поля называется электрическим током. Ток возникает в газообразных, жидких и твердых веществах. Сила тока относится к числу базовых физических величин в теории и практике электромагнетизма, поэтому необходимо знать в каких единицах может измеряться сила тока.

Определение силы тока

Силой тока — это физическая величина, равная электрическому заряду q, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

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

где I — сила тока, t — время (в системе СИ единицей времени является секунда).

За единицу измерения силы тока в международной системе единиц СИ принят ампер, получивший свое название в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775-1836 г.

г.), который впервые сформулировал понятие силы тока. Сокращенное обозначение единицы пишется с заглавной буквы А.

Рис. 1. Портрет Андре-Мари Ампера

При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит электрический заряд величиной 1 К (кулон).

$$ [1 A] = { [1 K]\over [1 c] } $$

Протекание электрического тока проявляется различных химических реакциях (в электролитах), в свечении или нагревании вещества, а также в магнитном взаимодействии проводников. Оказалось, что из всех известных проявлений тока только магнитное взаимодействие воспроизводится вместе с электрическим током всегда, при любых условиях, в любых средах и в вакууме.

По этой причине магнитное взаимодействие проводника с током было выбрано в системе СИ для определения силы тока ампера (А).

В системе СИ ампер является одной из семи основных единиц для физических величин, пользуясь которыми можно выразить все остальные единицы. Кроме ампера — это метр (м), килограмм (кг), секунда (с), моль (моль), температура (кельвин, К). 2]} } $$

Определение единицы силы тока

Напомним, что при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока в противоположных направлениях — отталкиваются. Этот эффект обнаружил Ампер и назвал его электромагнитным взаимодействием.

Рис. 2. Схема опыта Ампера для взаимодействия двух параллельных токов

Действующее на сегодняшний день определение единицы силы тока было сформулировано и принято в 1948 г.:

Ампер — сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника 1 метр силу взаимодействия, равную 2*10^-7 Н (ньютона).

Дополнительные единицы

На практике для удобства записи, для очень маленьких или очень больших токов, часто применяют кратные и дольные единицы от основной.

Напомним, что кратными называют единицы намного больше основной, а дольными — намного меньше основной:

• Наноампер — 1 нА = 0,000000001=1,0*10^-9 А;
• Микроампер — 1 мкА = 0,000001 А;
• Миллиампер — 1 мА = 0,001 А;
• Килоампер — 1 кА = 1000 А;
• Мегаампер — 1МА = 1000000 А= 1,0*10⁶ А.

Международное бюро мер и весов (находится в г. Севр, Франция), которое отвечает за обеспечение существования системы СИ, в 2019 г. планирует введение некоторых изменений в определениях основных единиц. Изменения будут внесены в определения кельвина, килограмма, моля и ампера. Эта реформа не повлияет на жизнь большинства людей. Необходимость этого мероприятия вызвана требованиями повышения точности в научных экспериментах и приборостроении. На основании опубликованных документов будут разработаны и утверждены государственные стандарты в странах, использующих систему СИ. На следующем этапе будут внесены корректировки в школьных и вузовских учебниках физики.

Пока действующим является определение ампера, утвержденное в 1948 году.

Рис. 3. Примеры амперметров

Измерение тока в электрических цепях производится с помощью амперметров. Для калибровки шкал этих приборов (стрелочных и цифровых) очень важное значение имеет универсальность и точность самой единицы измерения — ампера.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое сила электрического тока, и как она связана с величиной электрического заряда. Единица измерения силы тока — ампер. Определение единицы измерения силы тока основано на силовом магнитном взаимодействии проводников, по которым течет ток. Дополнительно, когда величины токов много больше или, наоборот, много меньше 1 ампера, допускается использование дольных и кратных единиц: наноампер, микроампер, килоампер, мегаампер и др.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Андрей Журавлёв

  5/5

Оценка доклада

4. 4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 112.

---

А какая ваша оценка?

Билет 20.

Сила тока — физическая величина , равная отношениюколичества заряда , прошедшего за некотороевремя через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени^[1]:

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах, ампер является одной из семи основных единиц СИ.

По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенномунапряжению к участку цепи и обратно пропорциональнасопротивлению 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 А = 1 Кл / с.

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).

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади^[1]. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности её плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S (также см.рисунок).

Иногда речь может идти о скалярной^[2] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле.

В общем случае:

,

где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу поверхности площадью; вектор- специально вводимый вектор элемента поверхности, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную её площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.

Как видим из этого определения, сила тока есть поток вектора плотности тока через некую заданную фиксированную поверхность.

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости и имеют одинаковые заряды(такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их,

или

где — плотность заряда этих носителей.

Направление вектора соответствует направлению вектора скорости, с которой движутсязаряды, создающие ток, если q положительно.

В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.

В сложных системах (с различными типами носителей заряда, например, в плазме или электролитах)

то есть вектор плотности тока есть сумма плотностей тока по всем типам подвижных носителей; где -концентрация частиц каждого типа, — заряд частицы данного типа,- вектор средней скорости частиц этого типа.

Выражение для общего случая может быть записано также через сумму по всем индивидуальным частицам:

Сама формула почти совпадает с формулой, приведенной чуть выше, но теперь индекс суммирования 

i означает не номер типа частицы, а номер каждой индивидуальной частицы, не важно, имеют они одинаковые заряды или разные, при этом концентрации оказываются уже не нужны.

Плотность тока и мощность

Работа, совершаемая электрическим полем над носителями тока, характеризуется, очевидно^[3], плотностью мощности [энергия/(время• объем)]:

где точкой обозначено скалярное произведение.

Чаще всего эта мощность рассеивается в среду в виде тепла, но вообще говоря она связана с полной работой электрического поля и часть ее может переходить в другие виды энергии, например такие, как энергия того или иного вида излучения, механическая работа (особенно — в электродвигателях) и т.д.

Закон Ома

В линейной и изотропной проводящей среде плотность тока связана с напряжённостью электрического поля в данной точке по закону Ома:

где —удельная проводимость среды, — напряжённость электрического поля. Или:

где —удельное сопротивление.

В линейной анизотропной среде имеет место такое же соотношение, однако удельная электропроводность в этом случае вообще говоря должна рассматриваться как тензор, а умножение на нее — как умножение вектора на матрицу.

Формула для работы электрического поля (плотности ее мощности)

вместе с законом Ома принимает для изотропной электропроводности вид:

где и- скаляры, а для анизотропной:

где подразумевается матричное умножение (справа налево) вектора-столбца на матрицу и на вектор-строку, а тензор и тензорпорождают соответствующиеквадратичные формы.

Разность потенциалов между двумя точками стационарного электрического или гравитационного поля измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда или, соответственно, единичной массы из одной точки с большим потенциалом в другую с меньшим потенциалом. Если j₁, j₂ — потенциалы начальной и конечной точек траектории перемещаемого заряда (или массы), то Р. п. u = j₁—j₂; изменение потенциала Dj= j₂—j₁ =—и.

Работа произвольного электрического поля по перемещению +1 заряда из одной точки в другую называемый электрическим напряжением между этими точками; в случае стационарного поля напряжение совпадает с Р. п.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура^[1].

По аналогии с напряжённостью электрического поля вводят понятие напряжённость сторонних сил , под которой понимают векторную физическую величину, равную отношению сторонней силы, действующей на пробный электрический заряд, к величине этого заряда. Тогда в замкнутом контуреЭДС будет равна:

где — элемент контура.

ЭДС так же, как и напряжение, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого́ источника равна нулю.

единиц СИ в Финляндии, электричество

Время еще не загружено

Финское официальное время

Подробнее

Единица электрического тока: ампер (А)

Ампер, символ А, является единицей измерения электрического тока в системе СИ. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 × 10 ⁻¹⁹ при выражении в единицах C, что равно A·s, где секунда определяется через ∆ ν _Cs .

Единица электрического потенциала: вольт (В)

Вольт – это разность потенциалов между двумя точками проводника, по которому течет постоянный ток 1 ампер, когда мощность, рассеиваемая между этими точками, равна 1 ватту.

Единица электрического сопротивления: Ом (Ом)

Ом — это электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в 1 вольт, приложенная к этим точкам, создает в проводнике ток силой 1 ампер, причем проводник не является местом действия какой-либо электродвижущей силы .

Единица емкости: фарад (Ф)

Фарад – это емкость конденсатора, между обкладками которого возникает разность потенциалов в 1 вольт, когда он заряжается количеством электричества в 1 кулон.

Единица электрической индуктивности: генри (Гн)

Генри — это индуктивность замкнутой цепи, в которой создается электродвижущая сила в 1 вольт, когда электрический ток в цепи изменяется равномерно со скоростью 1 ампер в секунду.

Практическая реализация ампер, вольт и ом

На практике ампер A может быть реализован:  

• с использованием закона Ома, отношения единиц измерения A = V/Ω и с использованием практических реализаций производных единиц SI вольта V и ома Ω, основанных на Эффекты Джозефсона и квантовые эффекты Холла соответственно 90 054
• с использованием устройства переноса одиночных электронов (SET) или аналогичного устройства, отношение единиц измерения A = C/s, значение e , данное в определении ампера, и практическая реализация основной единицы SI секунда s;
• , используя соотношение I = C ·d 9013 U /d t , соотношение единиц A = F·V/s и практические реализации производных единиц СИ вольт V и фарад F и секунды базовой единицы СИ s.

На практике вольт может быть получен:

• с использованием эффекта Джозефсона и следующего значения постоянной Джозефсона: К _Дж = 483 597,848 416 984 ГГц В 1516 –516. Это значение рассчитано до 15 значащих цифр.

На практике ом может быть реализован:

• с использованием квантового эффекта Холла в соответствии с Руководством CCEM и следующим значением постоянной фон Клитцинга R _K  = 25 812,807 459 3045 Ом. Это значение рассчитано до 15 значащих цифр.
• путем сравнения неизвестного сопротивления с импедансом известной емкости, определенной, например, с помощью расчетного конденсатора.

Услуги по электрометрологической калибровке

• Постоянное и переменное напряжение и ток,
• сопротивление, емкость, индуктивность,
• радиочастоты и микроволны,
• счетчики электроэнергии,
• Величины высокого напряжения,
• электрические мультиметры, калибраторы и т. п.
• Больше информации в нашей брошюре по калибровке

Приходите и стройте будущее в VTT!

Хотели бы вы участвовать в открытии чего-то нового и поиске решений самых больших глобальных проблем нашего времени? Вы увлечены прикладными исследованиями, наукой и технологиями? Приходите и стройте будущее в VTT!

Зачем сотрудничать с нами

Мы помогаем нашим клиентам строить новый бизнес и находить решения глобальных проблем с помощью науки и техники. Партнерство с нами позволяет вам создавать устойчивые возможности для бизнеса и участвовать в передовых финских и международных инновационных сетях.

Наша стратегия — идти по пути экспоненциальной надежды с научно-обоснованными инновациями.

Цель VTT — объединить людей, бизнес, науку и технологии для решения самых больших мировых проблем, создания устойчивого роста, рабочих мест и благосостояния. Мы создаем системные и технологические прорывы, которые приносят фундаментальные преобразования и обновления в отрасли и общества. Мы всегда стремимся к влиянию вместе с нашими клиентами.

Наша цель — дать экспоненциальную надежду миру, которому необходимо справиться с климатическим кризисом, добиться достаточности ресурсов, стимулировать промышленное обновление, обеспечить безопасность и хорошую жизнь для всех.

Ампер | Лаборатория эталонов измерений

Единица измерения – ампер, А (wae-iahiko)

Единица измерения электрического тока в системе СИ, ампер, названа в честь Андре-Мари Ампера, французского физика и математика, одного из основоположников классического электромагнетизма. .

Имя Ампера впервые было связано с единицей силы тока в 1893 году, но только в 1948 году 9-я ГКМВ официально приняла ампер А в качестве единицы измерения электрического тока. В то время это определялось через силу между двумя бесконечно длинными параллельными проводниками, что было трудно реализовать с высокой точностью на практике.

Два открытия, получившие Нобелевскую премию в 1962 и 1980 годах, предложили более надежный подход. Как и большинство других национальных метрологических институтов, MSL реализует единицы напряжения и сопротивления отдельно, используя различные макроскопические квантовые явления для каждой единицы. Эффект Джозефсона связывает частоту с напряжением, так что могут генерироваться напряжения, измеряемые на уровне миллиардных долей. Что касается сопротивления, то полупроводниковые устройства, разработанные для демонстрации квантового эффекта Холла , работают как резисторы со значениями, измеряемыми на уровне частей на миллиард. В этих квантовых явлениях значения напряжения и сопротивления напрямую связаны с постоянной Планка, h, и зарядом электрона, e. Ампер и все другие величины в электричестве в конечном счете выводятся из этих реализаций напряжения и сопротивления.

В 1990 г. МКМВ рекомендовал общепринятые значения для постоянной Джозефсона, K _J-90  = ч /2 e , и постоянной фон Клитцинга, R _K-90  = ч/е ² . Принятие этих значений позволило достичь высокого уровня международной согласованности значений напряжения и сопротивления, что ранее было невозможно. Эта рекомендация была принята в ожидании более широкого пересмотра SI. В мае 2019 года эта редакция была принята, и ввели новое определение ампера, выраженное только в точных константах:

«Ампер, символ А, является единицей измерения электрического тока в системе СИ. Он определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602 176 634 x 10 ^-19 при выражении в единицах C, что равно A·s, где секунда определяется через ΔV _Cs. (частота цезия)».

В результате этого изменения произошли незначительные сдвиги в значениях констант Джозефсона и фон Клитцинга, но не изменились способы реализации вольта, ома и ампера. Кроме того, магнитная постоянная µ ₀ , также известная как проницаемость вакуума, больше не является точным числом. Вместо этого он должен быть выведен из экспериментальных измерений.

Технические возможности

Мы являемся ведущими экспертами в области электрических измерений в самых разных сферах деятельности. Мы можем порекомендовать наилучшие измерения, чтобы помочь вам принять решение, а также выявить и контролировать источники ошибок в измерительных системах. Предлагается широкий спектр услуг по калибровке, в первую очередь лабораторных эталонов переменного и постоянного тока и напряжения, сопротивления, емкости, индуктивности, мощности и энергии. Мы также предлагаем поддержку предприятиям, производящим измерения энергии в соответствии с Кодексом участия в электроэнергетике.

Исследования

Постоянное совершенствование измерительных возможностей поддерживается рядом исследований. Ведутся работы по транспорту электронов в мезоскопических системах для метрологии и других приложений. Это предвосхищает внедрение новых технологий электрических измерений. Также проводятся исследования:

• Методы независимой калибровки компараторов постоянного тока.