В каких единицах измеряется сила тока: В чем измеряется сила тока: единица измерения, формула — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

5 па T2=300k V3=6л U2=0 Q1=0

14.1 Зависимость координаты прямолинейно движущегося тела от времени: x = xо + At2 – Bt 3 , где хо, А и В – постоянные. Определить и дать график зав … исимости скорости и ускорения от времени; определить перемещение тела через 3 с, если скорость становится наибольшей и равной 3 м/с через 2 с после начала движения. 14.2. Какую минимальную скорость должен иметь велосипедист в верхней точке «мертвой петли» радиусом 4 м, чтобы не оторваться от дорожки? 14.3. Ракета, масса которой вместе с зарядом 250 г, взлетает вертикально вверх и достигает высоты 150 м. Определить скорость истечения газов из ракеты, считая, что сгорание заряда происходит мгновенно. Масса заряда 50 г. 14.4. На барабан радиусом 20 см, момент инерции которого равен 0,1 кгм 2 , намотан шнур, к которому привязан груз массой 0,5 кг. До начала вращения барабана высота груза над полом равна 1 м. Через какое время груз опустится до пола? Трением пренебречь. 14.5. Шар и цилиндр одинаковых масс и радиусов катятся с одинаковой скоростью по горизонтальной плоскости, а потом вкатываются наверх по наклонной плоскости.2,якщо на ньому підвісити вантаж масою 2 кг?Модуль Юнга для сталі дорівнює 200ГПа

Содержание

Тест по физике Законы электрического тока 8 класс

Тест по физике Законы электрического тока для учащихся 8 класса с ответами. Тест состоит из 4 вариантов в каждом по 20 заданий.

1 вариант

1. В каких единицах измеряют силу тока?

1) В кулонах (Кл)
2) В амперах (А)
3) В омах (Ом)
4) В вольтах (В)

2. Известно, что через поперечное сечение проводника, включенного в цепь на 2 мин, прошел заряд, равный 36 Кл. Какова была сила тока в этом проводнике?

1) 0,3 А
2) 18 А
3) 36 А

4) 72 А

3. По какой формуле определяют электрическое напряжение?

1) v = s/t
2) I = q/t
3) P = A/t
4) U = A/q

4. Нужно измерить напряжение на электролампе. Какой из представленных здесь схем можно воспользоваться для этого?

1) №1
2) №2
3) №3

5. Какая физическая величина характеризует электропроводность цепи?

1) Сила тока
2) Работа тока
3) Сопротивление
4) Напряжение

6. На рисунке показаны три графика зависимости силы тока от напряжения. Какой из них построен для цепи, обладающей наименьшим сопротивлением?

1) №1
2) №2
3) №3

7. Напряжение на реостате сопротивлением 20 Ом равно 75 В. Какова сила тока в нем?

1) 1,5 А
2) 7,5 А
3) 37,5 А
4) 3,75 А

8. Сила тока в проводнике 0,25 А, напряжение на его концах 150 В. Каким сопротивлением обладает этот проводник?

1) 60 Ом
2) 600 Ом
3) 37,5 Ом
4) 375 Ом

9. Как сопротивление проводника зависит от его длины?

1) Изменение длины проводника не влияет на его сопротивление
2) С увеличением длины проводника его сопротивление увеличивается
3) С увеличением длины проводника сопротивление уменьшается

10. По какой формуле рассчитывают сопротивление проводника, если известны его размеры?

1) R = U/I
2) F = gρV
3) R = ρl/S
4) F = gρ_жV_т

11. Определите сопротивление никелинового провода длиной 20 м и площадью поперечного сечения 0,4 мм².

1) 16 Ом
2) 40 Ом
3) 10 Ом
4) 20 Ом

12. Как надо изменить положение ползунка, чтобы сопротивление реостата уменьшилось?

1) Сдвинуть его в право
2) Передвинуть влево
3) Сместить в любую сторону

13. К источнику тока подключены последовательно соединенные лампа, резистор и реостат (см. схему). Под каким номером обозначен реостат? Какова в нем сила тока, если в лампе она равна 0,3 А?

1) №3; 0,1 А
2) №2; 0,1 A
3) №3; 0,3 А
4) №2; 0,3 А

14. Две одинаковые параллельно соединенные лампы подключены к источнику тока, напряжение на полюсах которого 12 В. При этом сила тока в лампе №1 равна 1 А. Каковы напряжения на лампе №1 и №2? Какой силы ток течет в общей цепи этих ламп?

1) На той и другой лампе 12 В; 2 А
2) На той и другой лампе 12 В; 0,5 А
3) На каждой лампе по 6 В; 2 А
4) На каждой лампе по 6 В; 0,5 А

15. По каким двум формулам рассчитывают работу электрического тока?

1) A = Uq и U = IR
2) q = It и A = Ult
3) A = Uq и A = Ult

16.

Какая физическая величина характеризует быстроту выполнения работы электрическим током? В каких единицах ее измеряют?

1) Заряд, прошедший через поперечное сечение проводника; в кулонах
2) Мощность электрического тока; в ваттах
3) Напряжение; в вольтах
4) Выделяемое количество теплоты; в джоулях

17. Сила тока в лампе 0,8 А, напряжение на ней 150 В. Какова мощность электрического тока в лампе? Какую работу он совершит за 2 мин ее горения?

1) 120 Вт; 22,5 кДж
2) 187,5 Вт; 14,4 кДж
3) 1875 Вт; 14,4 кДж
4) 120 Вт; 14,4 кДж

18. От каких величин зависит количество теплоты, выделяемой проводником при прохождении по нему электрического тока?

1) Силы тока и длины проводника
2) Силы тока и площади его поперечного сечения
3) Силы тока, времени и сопротивления проводника
4) Силы тока, напряжения и материала, из которого изготовлен проводник

19. Силу тока в цепи увеличили в 2 раза, а ее сопротивление уменьшили в 2 раза. Изменилось ли в цепи и как выделение теплоты?

1) Увеличилось в 2 раза
2) Не изменилось
3) Уменьшилось в 2 раза
4) Увеличилось в 4 раза

20. Лампа, сопротивление нити накала которой 10 Ом, включена на 10 мин в цепь, где сила тока равна 0,1 А. Сколько энергии в ней выделилось?

1) 1 Дж
2) 6 Дж
3) 60 Дж
4) 600 Дж

2 вариант

1. По какой формуле можно вычислить силу тока в цепи?

1) P = A/t
2) I = q/t
3) m = Q/λ
4) U = A/q

2. К источнику тока подключены последовательно соединенные лампа и реостат. Где следует включить в этой цепи амперметр, чтобы измерить силу тока в реостате?

1) Между лампой и реостатом
2) Между источником тока и реостатом
3) Между реостатом и ключом
4) В любом месте цепи

3. В каких единицах измеряется электрическое напряжение?

1) В джоулях (Дж)
2) В амперах (А)
3) В омах (Ом)
4) В вольтах (В)

4. На каком из участков электрической цепи ток совершит наименьшую работу, если на первом из них напряжение равно 20 В, на втором — 10 В и на третьем — 60 В?

1) На первом
2) На втором
3) На третьем

5. Выясните по приведенным здесь графикам зависимости сил тока в двух цепях, чему равны силы тока в них при напряжении на их концах 30 В.

1) №1 — 4 А; №2 — 1 А
2) №1 — 1 А; №2 — 4 А
3) В обеих цепях 4 А
4) В обеих цепях 1 А

6. Как изменится сопротивление проводника, если сила тока в нем возрастет в 2 раза?

1) Увеличится в 4 раза
2) Уменьшится в 2 раза
3) Не изменится
4) Увеличится в 2 раза

7. Какова сила тока в проводнике, сопротивление которого 10 Ом, при напряжении 220 В?

1) 2,2 А
2) 22 А
3) 2,2 кА
4) 22 кА

8. При напряжении 70 В сила тока в проводнике 1,4 А. Определите его сопротивление.

1) 5 Ом
2) 50 Ом
3) 98 Ом
4) 9,8 Ом

9. Как сопротивление проводника зависит от его поперечного сечения?

1) При увеличении сечения сопротивление уменьшается
2) С увеличением его площади сопротивление увеличивается
3) Изменение площади сечения не влияет на сопротивление

10. Серебро имеет малое удельное сопротивление. Оно — хороший или плохой проводник электричества?

1) Ответить нельзя — нет нужных данных
2) Плохой
3) Хороший

11. Спираль изготовлена из нихромового провода длиной 50 м и поперечным сечением 0,2 мм². Каково его сопротивление?

1) 11 Ом
2) 27,5 Ом
3) 110 Ом
4) 275 Ом

12. Куда следует передвинуть ползунок, чтобы сопротивление увеличить?

1) Влево
2) Вправо
3) Поставить на середину

13. Цепь, схема которой показана на рисунке, состоит из источника тока, амперметра и двух одинаковых параллельно соединенных электроламп. Амперметр показывает силу тока, равную 0,6 А. Какова сила тока в лампах?

1) В обеих лампах 0,6 А
2) В №1 — 0,6 А; №2 — 0,3 А
3) №1 — 0,3 А; №2 — 0,6 А
4) В обеих лампах 0,3 А

14. К источнику тока подключены две одинаковые последовательно соединенные лампы сопротивлением 6 Ом каждая. Сила тока в лампе №1 равна 1,5 А. Определите напряжение на полюсах источника тока и силу тока в соединительных проводах.

1) 9 В; 1,5 А
2) 18 В; 1,5 А
3) 18 В; 3 А
4) 9 В; 3 А

15. Какими тремя приборами надо располагать, чтобы измерить величины, необходимые для расчета работы электрического тока?

1) Амперметром, аккумулятором, вольтметром
2) Амперметром, вольтметром, реостатом
3) Амперметром, вольтметром, часами

16. По какой формуле рассчитывают мощность электрического тока?

1) q = It
2) А = Uq

3) Р = UI
4) U = IR

17. Сопротивление участка цепи 75 Ом, напряжение на его концах 150 В. Чему равна мощность электрического тока на этом участке? Какую работу он совершит здесь за 0,5 мин?

1) 300 Вт; 9 кДж
2) 300 Вт; 0,6 кДж
3) 300 Вт; 90 кДж
4) 300 Вт; 900 кДж

8. Как зависит теплота, выделяющаяся в проводнике, от силы тока?

1) Чем больше сила тока, тем больше выделяется теплоты
2) Чем больше сила тока, тем меньше выделяется теплоты
3) Количество теплоты прямо пропорционально силе тока
4) Количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока

19. Как изменится выделение теплоты в цепи, если силу тока в ней уменьшить в 3 раза, а сопротивление увеличить в 3 раза?

1) Уменьшится в 9 раз
2) Уменьшится в 3 раза
3) Увеличится в 3 раза
4) Не изменится

20. Проводник сопротивлением 250 Ом при силе тока, равной 200 мА, нагревался 3 мин. Сколько энергии электрического тока перешло при этом в его внутреннюю энергию? (Потери энергии не учитывать.)

1) 180 Дж
2) 1800 Дж
3) 18 кДж
4) 30 кДж

3 вариант

1. Выразите в амперах силу тока, равную 4250 мА и 0,8 кА.

1) 42,5 А и 80 А
2) 42,5 А и 800 А
3) 4,25 А и 800 А
4) 4,25 А и 80 А

2. В какой электролампе измеряет силу тока амперметр, включенный так, как показано на схеме?

1) №1
2) №2
3) В любой из них

3. Какую работу совершит электрический ток в реостате, напряжение на котором 35 В, если по нему пройдет заряд, равный 10 Кл?

1) 35 Дж
2) 350 Дж
3) 70 Дж
4) 700 Дж

4. Как включается в цепь вольтметр?

1) Параллельно тому участку цепи, на котором должно быть измерено напряжение
2) Последовательно с тем участком цепи, где измеряется напряжение
3) Однозначного ответа нет: в разных цепях по-разному

5. В каких единицах измеряют сопротивление проводников?

1) В вольтах (В)
2) В кулонах (Кл)
3) В омах (Ом)
4) В амперах (А)

6. Какая из приведенных здесь формул выражает закон Ома?

1) U = A/q
2) I = q/t
3) P = A/t
4) I = U/R

7. Сила тока в электролампе 0,44 А, сопротивление ее раскаленной нити 500 Ом. При каком напряжении она горит?

1) 220 В
2) 22 В
3) 8,8 В
4) 88 В

8. Сопротивление проводника 450 Ом, напряжение на его концах 90 В. Найдите силу тока в этом проводнике.

1) 0,5 А
2) 5 А
3) 20 А
4) 0,2 А

9. Какая физическая величина характеризует зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он состоит?

1) Сила тока
2) Напряжение
3) Удельное сопротивление
4) Количество электричества

10. У сплава манганин довольно большое удельное сопротивление, а у серебра малое. Какое из этих веществ лучше проводит электрический ток?

1) Манганин
2) Серебро
3) Сравнения удельных сопротивлений веществ недостаточно для ответа на вопрос

11. Рассчитайте сопротивление реостата, на изготовление которого пошло 100 м константановой проволоки с площадью поперечного сечения 0,5 мм².

1) 10 Ом
2) 25 Ом
3) 100 Ом
4) 250 Ом

12. Как изменится сила тока в цепи, если ползунок включенного в нее реостата сдвинуть вправо?

1) Уменьшится
2) Увеличится
3) Не изменится

13. В цепи, схема которой представлена на рисунке, сопротивление лампы 25 Ом, резистора 45 Ом, звонка 10 Ом. Найдите сопротивление этой цепи и силу тока в лампе, если сила тока в резисторе 0,6 А.

1) 80 Ом; 0,2 А
2) 55 Ом; 0,6 А
3) 35 Ом; 0,2 А
4) 80 Ом; 0,6 А

14. Лампа и резистор, сопротивления которых одинаковы, включены в цепь согласно показанной схеме. Сила тока в лампе 2 А, напряжение на полюсах источника тока 10 В. Каково сопротивление резистора и сила тока в нем?

1) 5 Ом; 2 А
2) 20 Ом; 2 А
3) 20 Ом; 1 А
4) 5 Ом; 1 А

15. В каких единицах измеряют работу электрического тока?

1) В омах (Ом)
2) В амперах (А)
3) В джоулях (Дж)
4) В вольтах (В)

16. Какие нужно иметь приборы, чтобы можно было измерить величины, позволяющие определить мощность электрического тока?

1) Амперметр и реостат
2) Амперметр и вольтметр
3) Вольтметр и часы
4) Вольтметр и реостат

17. В проводнике сопротивлением 15 Ом сила тока равна 0,4 А. Какова мощность электрического тока в нем? Чему равна работа тока в этом проводнике, совершенная за 10 мин?

1) 2,4 Вт; 1,44 кДж
2) 6 Вт; 3,6 кДж
3) 6 Вт; 60 Дж
4) 2,4 Вт; 24 Дж

18. По какой формуле рассчитывают количество теплоты, выделяющейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока?

1) Q = cm(t₂ — t₁)
2) Q = I²Rt
3) А = IUt

19. Во сколько раз надо увеличить сопротивление цепи, чтобы при уменьшении силы тока в 4 раза выделяющееся в ней количество теплоты осталось неизменным?

1) В 4 раза
2) В 8 раз
3) В 16 раз

20. Сила тока в проводнике сопротивлением 125 Ом равна 0,1 А. Какое количество теплоты выделяется в нем за 1 мин?

1) 750 Дж
2) 75 Дж
3) 1,25 Дж
4) 12,5 Дж

4 вариант

1. Переведите в амперы силу тока, равную 700 мА и 0,25 кА.

1) 7 А и 250 А
2) 0,7 А и 25 А
3) 7 А и 25 А
4) 0,7 А и 250 А

2. Какой амперметр измерит силу тока в верхней (на схеме) лампе?

1) №1
2) №2
3) Любой из них
4) Ни один из этих приборов

3. При прохождении по участку цепи заряда 100 Кл электрический ток произвел работу, равную 12 кДж. Каково напряжение на этом участке цепи?

1) 120 В
2) 12 В
3) 1,2 В
4) 0,12 В

4. На каком приборе измеряет напряжение вольтметр, включенный так, как показано на схеме?

1) На звонке
2) На лампе
3) На реостате

5. В чем главная причина того, что проводники оказывают сопротивление электрическому току?

1) Постоянное хаотическое движение электронов
2) Столкновение упорядоченно движущихся электронов с ионами кристаллической решетки
3) Взаимодействие электронов с ионами решетки

6. Пользуясь законом Ома, получите формулу для расчета сопротивления проводника.

1) R = U/I
2) I = q/t
3) P = A/t

7. При какой силе тока напряжение на концах проводника сопротивлением 125 Ом будет равно 1,5 кВ?

1) 1,2 А
2) 12 А
3) ≈ 83 А
4) ≈ 8,3 А

8. Сила тока в реостате 0,8 А, его сопротивление 100 Ом. Определите напряжение на его клеммах.

1) 125 В
2) 12,5 В
3) 80 В
4) 800 В

9. От каких физических величин зависит сопротивление проводника?

1) От его длины (l)
2) От площади его поперечного сечения (S)
3) От удельного сопротивления (ρ)
4) От всех этих трех величин

10. Какое вещество — с малым или большим удельным сопротивлением — может служить хорошим проводником электричества?

1) С малым
2) С большим
3) Однозначного ответа нет

11. Железный провод длиной 6 м и площадью поперечного сечения 0,3 мм² включен в цепь. Какое сопротивление он оказывает электрическому току?

1) 36 Ом
2) 18 Ом
3) 2 Ом
4) 20 Ом

12. У реостата, показанного на рисунке, когда он был включен в цепь, передвинули ползунок вправо. Как изменилась при этом сила тока?

1) Уменьшилась
2) Увеличилась
3) Не изменилась

13. Сила тока в лампе №1 равна 5 А. Какова сила тока в такой же лампе №2 и какую силу тока покажет амперметр?

1) 2,5 А; 5 А
2) 5 А ; 10 A
3) 2,5 А; 7,5 А
4) 5 А; 7,5 А

14. В цепи с последовательным соединением потребителей тока (двух ламп и резистора, обладающих одинаковыми сопротивлениями) сила тока равна 0,4 А, напряжение на резисторе 20 В. Определите общее сопротивление цепи и напряжение на полюсах источника тока.

1) 150 Ом; 40 В
2) 50 Ом; 60 В
3) 150 Ом; 20 В
4) 150 Ом; 60 В

15. В каких единицах должны быть выражены величины при расчете работы электрического тока по формуле А = IUt?

1) В амперах, вольтах и секундах
2) В амперах, вольтах, минутах
3) В вольтах, омах, часах
4) В кулонах, вольтах, секундах

16. Если известна мощность электрического тока, то как найти силу тока в цепи?

1) I = U/R
2) I = P/U
3) I = q/t
4) I = A/(Ut)

17. Электролампа, сопротивление нити накала которой 20 Ом, включена в сеть с напряжением 220 В. Какова мощность тока? Какую работу он произведет за 5 мин свечения лампы?

1) 4,4 кВт; 1320 кДж
2) 4,4 кВт; 22 кДж
3) 2,42 кВт; 22 кДж
4) 2,42 кВт; 726 кДж

18. Какая из формул выражает закон Джоуля — Ленца?

1) Q = cm(t₂ — t₁)
2) F = k(l₂ — l₁)
3) Q = I²Rt

19. Как и во сколько раз надо изменить силу тока в цепи, чтобы при уменьшении ее сопротивления в 4 раза выделение теплоты в ней осталось прежним?

1) Уменьшить в 2 раза
2) Увеличить в 4 раза
3) Уменьшить в 4 раза
4) Увеличить в 2 раза

20. Проводник обладает сопротивлением 80 Ом. Какое количество теплоты выделится в нем за 10 с при силе тока 0,3 А?

1) 7,2 Дж
2) 72 Дж
3) 720 Дж

Ответы на тест по физике Законы электрического тока
1 вариант
1-2
2-1
3-4
4-2
5-3
6-1
7-4
8-2
9-2
10-3
11-4
12-2
13-3
14-1
15-3
16-2
17-4
18-3
19-1
20-3
2 вариант
1-2
2-4
3-4
4-2
5-1
6-3
7-2
8-2
9-1
10-3
11-4
12-1
13-4
14-2
15-3
16-3
17-1
18-4
19-2
20-2
3 вариант
1-3
2-3
3-2
4-1
5-3
6-4
7-1
8-4
9-3
10-2
11-3
12-1
13-4
14-1
15-3
16-2
17-1
18-2
19-3
20-2
4 вариант
1-4
2-4
3-1
4-2
5-3
6-1
7-2
8-3
9-4
10-1
11-3
12-2
13-2
14-4
15-1
16-2
17-4
18-3
19-4
20-2

1. Что такое электрический ток? Дайте определение силы тока, напряжению и мощности. Какими приборами, в каких единицах они измеряются?

Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупро-водниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрич. током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля. Электрический ток имеет количественные характеристики: скалярную — силу тока, и векторную — плотность тока.

Сила тока — 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 (русское обозначение: А).По закону Ома сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению , приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна егосопротивлению :

Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени в течение которого совершена работа. Мощность измеряется в ваттах. Ваттме́тр-измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрич. тока или электромагнитного сигнала.

Электрическое напряжение — это величина, численно равная работе по перемещению единицы электрического заряда между двумя произвольными точками электрической цепи.

2. Постоянный электрический ток. Характеристики электрического поля. Закон Ома для участка цепи. Сформулируйте и запишите закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени. Основные характеристики электрического поля: потенциал, напряжение и напряженность. Энергия электрического поля, отнесенная к единице положительного заряда, помещенного в данную точку поля, и называется потенциалом поля в данной его точке. потенциал электрического поля в данной его точке численно равен работе, совершаемой сторонней силой при перемещении единицы положительного заряда из-за пределов поля в данную точку. Потенциал поля измеряется в вольтах. Если потенциал обозначить буквой φ, заряд — буквой q и затраченную на перемещение заряда работу — W, то потенциал поля в данной точке выразится формулой φ = W/q

Напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, которую совершает поле для переноса единицы положительного заряда из одной точки поля в другую.

Как видно, напряжение между двумя точками поля и разность потенциалов между этими же точками представляют собой одну и ту же физическую сущность. Напряжение измеряется в вольтах (В)

Величина Е, численно равная силе, которую испытывает единичный положительный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электрического поля. F = Q х Е, где F — сила, действующая со стороны электрического поля на заряд Q, помещенный в данную точку поля, Е — сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в эту же точку поля.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:

I = U/R где U – напряжение на данном участке цепи

R – сопротивление данного участка цепи

Сформулируйте и запишите Джоуля-Ленца

При прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.

Это положение называется законом Ленца — Джоуля.

Если обозначить количество теплоты, создаваемое током, буквой Q (Дж), ток, протекающий по проводнику — I, сопротивление проводника — R и время, в течение которого ток протекал по проводнику — t, то закону Ленца — Джоуля можно придать следующее выражение:

Q = I2Rt.

Так как I = U/R и R = U/I, то Q = (U2/R) t = UIt.

3. Чем обусловлено получение фигур Лиссажу? Нарисуйте фигуры, если частота по каналу Х = 50 Гц – соnst, а частота по каналу Y = 25,50,100,150 Гц.

Фигуры Лиссажу — замкнутые траектории, прочерчиваемые точкой, совершающей одновременно два гармонических колебания в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Вид фигур зависит от соотношения между периодами (частотами), фазами и амплитудами обоих колебаний

Х=50Гц,у=50Гц Х=50Гц,у=100Гц Х=50Гц, у=150 Гц х=50Гц у=25Гц

Контрольная работа по теме «Электрические явления» 8 класс | Тест по физике (8 класс) на тему:

Контрольная работа по теме: «Электрические явления» 8 класс

Вариант 1

А1. В каких единицах измеряют силу тока?

1) в кулонах (Кл)

2) в амперах (А)

3) в омах (Ом)

4) в вольтах (В)

А2. Электрическим током называют:

движением электронов по проводнику;
упорядоченное движение электронов по проводнику;
движение электрических зарядов по проводнику;
упорядоченное движение заряженных частиц по проводнику.

А3.Сила тока на участке цепи с неизменным сопротивлением при увеличении напряжения в 4 раза

увеличится в 2 раза
увеличится в 4 раза
уменьшится в 4 раза
не изменится

А4. На рисунке представлен график зависимости силы тока от приложенного к нему напряжения. Сопротивление проводника равно 50 Ом.

Определите, каким числом должна быть отмечена на оси I против сплошной линии сетки графика ( в месте, отмеченном кружком).

А5. Электрическая лампа рассчитана на напряжение 220 В и силу тока 0,4А. Вычислите сопротивление спирали в лампе.

1) 88 Ом

2) 880 Ом

3) 55 Ом

4) 550 Ом

А6. Напряжение на реостате сопротивлением 20 Ом равно 75 В. Какова сила тока в нем

1) 1,5 А

2) 7,5 А

3) 37,5 А

4) 3,75 А

А7. Определите сопротивление никелиновой проволоки длиной 20 м и площадью поперечного сечения 0,4 мм2? ρ=0,4 Ом•мм2/м

1) 16 Ом

2) 40 Ом

3) 10 Ом

4)20 Ом

А8. Силу тока измеряют …

гальванометром
амперметром
вольтметром
реостатом

А9. Сколько омов в 0,25 кОм?

0,0025 Ом 2) 2,5 Ом 3) 250 Ом 4) 2500 Ом

В1.Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления

Физические величины

Формулы

А) сила тока

Б) напряжение

В) сопротивление

С1.Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50 м и площадью поперечного сечения 1 мм2, если напряжение на зажимах реостата равно 45 Ом. ρ=0,4 Ом•мм2/м

С2. Какой длины нужно взять нихромовый проводник площадью поперечного сечения 0,2 мм2 для изготовления спирали нагревательного элемента сопротивлением 22 Ом? ρ=1,1 Ом•мм2/м

Контрольная работа по теме: «Электрические явления» 8 класс

Вариант 2

А1. В каких единицах измеряют напряжение?

1) в джоулях (Дж)

2) в амперах (А)

3) в омах (Ом)

4) в вольтах (В)

А2. За направление тока в электрической цепи принято направление:

От положительного полюса источника тока к отрицательному;
От отрицательного полюса источника к положительному;
По которому перемещаются электроны в проводнике.

А3.Сила тока на участке цепи с неизменным напряжением при увеличении сопротивления в 4 раза

увеличится в 2 раза
увеличится в 4 раза
уменьшится в 4 раза
не изменится

А4. Ученик исследовал зависимость между напряжением и силой тока в резисторе (проводнике) и представил результаты измерений в виде графика. Найдите по этому графику сопротивление резистора

1)0,5 Ом

2)1 Ом

3)2Ом

4)50 Ом

А5. Какова сила тока в резисторе, сопротивление которого 10 Ом, при напряжении 220 В?

1) 2,2 А

2) 22 А

3) 2,2 кА

4) 22 кА

А6. При напряжении 70 В сила тока в проводнике 1,4 А. Определите его сопротивление

1)5 Ом

2) 50 Ом

3) 98 Ом

4)9,8 Ом

А7. Спираль изготовлена из нихромового провода длиной 50 м и поперечным сечением 0,2 мм2. Каково его сопротивление? ρ=1,1 Ом•мм2/м

1)11 Ом	2) 27,5 Ом	3) 110 Ом	4)275 Ом
А8. Напряжение измеряют …
гальванометром амперметром вольтметром реостатом

А9. Выразите 350 мВ в вольтах?

0,035 В 2) 3,5 В 3) 35 В 4) 0,35 В

В1.Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, на которых основано действие этих устройств.

	Устройства		Физические явления
А)	Электрометр	1	Действие магнитного поля на электрический ток
В)	Паяльник	2	Взаимодействие электрических зарядов
С)	Реостат	3	Существование магнитного поля вокруг проводника с током
		4	Зависимость сопротивления проводника от его длины
		5)	Тепловое действие электрического тока

С1. Определите сопротивление алюминиевой проволоки длиной 150 см, если площадь ее поперечного сечения 0,1 мм2. Каково напряжение на концах этой проволоки при силе тока 0,5 А? ρ=0,028 Ом•мм2/м

С2. Какого сечения нужно взять константановую проволоку длиной 10 м, чтобы она имела сопротивление 50 Ом? ρ=0,5 Ом•мм2/м

Контрольная работа по теме: «Электрические явления» 8 класс

Вариант 3

А1. В каких единицах измеряют сопротивление проводника?

1) в джоулях (Дж)

2) в амперах (А)

3) в омах (Ом)

4) в вольтах (В)

А2. Как включается в цепь вольтметр?

Параллельно тому участку цепи, на котором должно быть измерено напряжение.
Последовательно с тем участком цепи, где измеряется напряжение.
Однозначного ответа нет: в разных цепях по разному

А3.Сила тока на участке цепи с неизменным напряжением при уменьшении сопротивления в 4 раза

увеличится в 2 раза
увеличится в 4 раза
уменьшится в 4 раза
не изменится

А4. На рисунке представлен график зависимости силы тока в проводнике от приложенного к нему напряжения. Определите сопротивление проводника

1)3,6 Ом

2)2,5 Ом

3)0,5Ом

4)0,4Ом

А5. Сила тока в нагревательном элементе чайника 2,5 А, о сопротивление 48 Ом. Вычислите напряжение на нагревательном элементе.

1) 120 В

2) 50В

3) 127 В

4)0,05 В

А6.Каким сопротивлением обладает нагревательный элемент, рассчитанный на 110 В, если сила тока 5 А?

1)550 Ом

2)22Ом

3)720 Ом

4)18 Ом

А7. Рассчитайте сопротивление реостата, на изготовление которого пошло 100 м константановой проволоки с площадью поперечного сечения 0,5 мм2? ρ=0,5 Ом•мм2/м

1)10 Ом	2) 25 Ом	3) 100 Ом	4)250 Ом
А8. Силу тока в цепи изменяют …
гальванометром амперметром вольтметром реостатом

А9. Выразите 2500 Ом в килоомах

2,5 кОм 2)25 кОм 3) 250 кОм 4) 2 500 000 кОм

В1.Установите соответствие между физическими законами и выражающими их формулами

	Величины		Формулы
А)	Сопротивление	1
В)	Напряжение	2
С)	Закон Ома для участка цепи	3
		4

С1. Рассчитайте силу тока, проходящего по медному проводу длиной 100 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм2 при напряжении 6,8 В. ρ=0,017 Ом•мм2/ м

С2. Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного 0,5 мм2, чтобы сопротивление ее было равно 34 Ом? ρ=0,017 Ом•мм2/ м

Контрольная работа по теме: «Электрические явления» 8 класс

Вариант 4

А1. В каких единицах измеряют электрический заряд?

1) в кулонах (Кл)

2) в амперах (А)

3) в омах (Ом)

4) в вольтах (В)

А2. Как включается в цепь амперметр?

Параллельно тому участку цепи, на котором должно быть измерена сила тока.
Последовательно с тем участком цепи, где измеряется сила тока.
Однозначного ответа нет: в разных цепях по разному

А3.Сила тока на участке цепи с неизменным сопротивлением при уменьшении напряжения в 4 раза

увеличится в 2 раза
увеличится в 4 раза
уменьшится в 4 раза
не изменится

А4. На рисунке представлен график зависимости силы тока от приложенного к нему напряжения. Сопротивление проводника равно 10 Ом.

Определите, какая цифра должна стоять на оси U против сплошной линии сетки графика ( в месте, отмеченном кружком).

А5. При какой силе тока напряжение на концах проводника сопротивлением 125 Ом будет равно 1,5 кВ?

1) 1,2 А

2) 12 А

3) ≈ 83 А

4) ≈ 8,3 А

А6. Сила тока в реостате 0,8 А, его сопротивление 100 ом. Определите напряжение на его клеммах

1) 125 В

2) 12,5 В

3) 80 В

4) 800В

А7. Железный проводник длиной 6 м и площадью поперечного сечения 0,3 мм2 включен в цепь. Какое сопротивление он оказывает электрическому току? ρ=0,1 Ом•мм2/м

1) 36 Ом	2) 18 Ом	3)2 Ом	4)20 Ом
А8. Напряжение в цепи измеряют …
гальванометром амперметром вольтметром реостатом

А9. Сколько ампер в 2 кА?

200 А 2) 2000 А 3) 20 000 А 4) 2 000 000 А

В1.Установите соответствие между физическими величинами и формулами для их вычисления

Физические величины		Формулы
А) Напряжение	1
Б) Закон Ома для участка цепи	2
В) Сопротивление	3
	4

C1. Сварочный аппарат присоединяют в сеть медными проводами длиной 100 м и площадью поперечного сечения 50 мм2. Определите напряжение на проводах, если сила тока в них 125 А. ρ=0,017 Ом•мм2/м

С2. Сколько метров алюминиевой проволоки площадью сечением 6 мм2 надо взять, чтобы ее сопротивление было 14 Ом? ρ=0,028 Ом•мм2/м

Какова величина напряжения на участке цепи, на котором при силе тока 1А потребляется мощность 1 Вт?

Сборник тестовых заданий

По ОУД. 10 ФИЗИКА

Выберите правильные варианты ответов.

1. По каким действиям можно определить наличие тока в проводнике:

а) тепловому, химическому, магнитному;

б) тепловому, электрическому, магнитному;

в) магнитному, электрическому, тепловому.

2. По способности веществ проводить электрический ток, можно выделить следующие группы:

а) проводники, изоляторы;

б) диэлектрики, конденсаторы, полупроводники;

в) проводники, диэлектрики, конденсаторы.

3. В каких единицах измеряется сила тока:

а) ампер;

б) вольт;

в) Ом.

4. Каким прибором измеряется сила тока:

а) амперметром;

б) вольтметром;

в) реостатом;

5. Укажите формулу определения силы взаимодействия двух зарядов в вакууме:

а)

б)

в)

г)

6. В каких единицах измеряется напряжение:

а) вольт;

б) ампер;

в) Ом.

7. Если напряжение в цепи 220 В, а сопротивление 4 Ом. Какой будет сила тока в цепи:

а) 55 А;

б) 880 А;

в) 0,018 А;

8. Укажите формулу удельного сопротивления:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

9. Виды соединений электрических цепей:

а) параллельное;

б) последовательное;

в) прямолинейное;

г) смешанное.

10. При последовательном соединении проводников:

а) ; ;

б) ; ;

в) ; ; R=

г) ; ; R=

11. Для параллельного соединения справедливы утверждения:

а) ток равен сумме токов;

б) ток одинаков во всей цепи;

в) напряжение во всей цепи одно и тоже;

г) сопротивление одно и тоже.

12. Найти работу и мощность тока за 5 сек при силе тока 12А и напряжении 100В:

а) 6000 Дж, 1200 Вт;

б) 500 Дж, 600 Вт;

в) 1200 Дж, 600 Вт;

г) 1200 Дж, 500 Вт.

13. Определите формулу Закона Джоуля — Ленца:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

14. Внутреннее сопротивление — это сопротивление:

а) источника тока;

б) нагрузки;

в) потребителя.

15. Благодаря работе сторонних сил при прохождении тока в цепи выделяется количество теплоты, которое определяется по закону:

а) Джоуля – Ленца;

б) Бойля-Мариотта;

в) Кулона.

16. ЭДС источника тока равна:

а) IR+Ir ;

б) IU+Ir;

в) IR+Ur.

17. Закон Ома для полной цепи:

а) сила тока равна отношению ЭДС к полному сопротивлению;

б) сила тока равна отношению напряжения к полному сопротивлению;

в) сила тока равна отношению сопротивления к ЭДС.

18. Мощность – это:

а) работа, совершенная в единицу времени;

б) произведение силы тока на напряжение;

в) произведение квадрата силы тока на сопротивление;

г) работа, совершенная за все время прохождения тока.

19. На электрическом утюге указано: 440 Вт, 220 В. Определите по этим данным допустимую силу тока в начальном элементе утюга:

а) 2 А;

б) 0,5 А;

в) 2,2 А;

По проводнику сопротивлением 5 Ом течёт ток 12А. Каково напряжение между концами проводника?

а) 0,42 В;

б) 42,4 В;

в) 0,017 В;

г) 60 В.

Высокий звук имеет

а) большую длину волны;

б) меньшую длину волны;

в) равную длину волны.

Определите, какая из линз, которые имеют фокусные расстояния 15 см, 20 см и 25 см, обладает наибольшей оптической силой?

а) с фокусным расстоянием 15 см;

б) с фокусным расстоянием 20 см;

в) с фокусным расстоянием 25 см;

Сборник тестовых заданий

По ОУД. 10 ФИЗИКА

Выберите правильные варианты ответов.

1. По каким действиям можно определить наличие тока в проводнике:

а) тепловому, химическому, магнитному;

б) тепловому, электрическому, магнитному;

в) магнитному, электрическому, тепловому.

2. По способности веществ проводить электрический ток, можно выделить следующие группы:

а) проводники, изоляторы;

б) диэлектрики, конденсаторы, полупроводники;

в) проводники, диэлектрики, конденсаторы.

3. В каких единицах измеряется сила тока:

а) ампер;

б) вольт;

в) Ом.

4. Каким прибором измеряется сила тока:

а) амперметром;

б) вольтметром;

в) реостатом;

5. Укажите формулу определения силы взаимодействия двух зарядов в вакууме:

а)

б)

в)

г)

6. В каких единицах измеряется напряжение:

а) вольт;

б) ампер;

в) Ом.

7. Если напряжение в цепи 220 В, а сопротивление 4 Ом. Какой будет сила тока в цепи:

а) 55 А;

б) 880 А;

в) 0,018 А;

8. Укажите формулу удельного сопротивления:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

9. Виды соединений электрических цепей:

а) параллельное;

б) последовательное;

в) прямолинейное;

г) смешанное.

10. При последовательном соединении проводников:

а) ; ;

б) ; ;

в) ; ; R=

г) ; ; R=

11. Для параллельного соединения справедливы утверждения:

а) ток равен сумме токов;

б) ток одинаков во всей цепи;

в) напряжение во всей цепи одно и тоже;

г) сопротивление одно и тоже.

12. Найти работу и мощность тока за 5 сек при силе тока 12А и напряжении 100В:

а) 6000 Дж, 1200 Вт;

б) 500 Дж, 600 Вт;

в) 1200 Дж, 600 Вт;

г) 1200 Дж, 500 Вт.

13. Определите формулу Закона Джоуля — Ленца:

а) ;

б) ;

в) ;

г) .

14. Внутреннее сопротивление — это сопротивление:

а) источника тока;

б) нагрузки;

в) потребителя.

а) Джоуля – Ленца;

б) Бойля-Мариотта;

в) Кулона.

16. ЭДС источника тока равна:

а) IR+Ir ;

б) IU+Ir;

в) IR+Ur.

17. Закон Ома для полной цепи:

а) сила тока равна отношению ЭДС к полному сопротивлению;

б) сила тока равна отношению напряжения к полному сопротивлению;

в) сила тока равна отношению сопротивления к ЭДС.

18. Мощность – это:

а) работа, совершенная в единицу времени;

б) произведение силы тока на напряжение;

в) произведение квадрата силы тока на сопротивление;

г) работа, совершенная за все время прохождения тока.

а) 2 А;

б) 0,5 А;

в) 2,2 А;

Какова величина напряжения на участке цепи, на котором при силе тока 1А потребляется мощность 1 Вт?

а) 0,5 В;

б) 1 В;

в) 2 В;

г) 9 В.

21. Прибор для измерения напряжения:

а) вольтметр;

б) амперметр;

в) реостат;

г) ваттметр.

22. Амперметр включается относительно проводника:

а) последовательно;

б) параллельно;

в) смешанно.

23. Вольтметр включается относительно проводника:

а) параллельно;

б) последовательно;

в) смешанно.

«Электрический заряд. Сила тока. Закон Ома».

Контрольная работа по теме: «Электрический заряд. Сила тока. Закон Ома». 8 класс.

В – 1

1. В каких единицах измеряется сопротивление проводника?

А. А; Б. В; В. Ом; Г. Вт.

2. Электрический ток в металлах создается упорядоченным движением …

А. … электронов; Б. … протонов;

В. … положительных и отрицательных ионов;

Г. … положительных и отрицательных ионов и электронов.

3. На графике представлена вольтамперная характеристика проводника.
Определите по графику сопротивление проводника.

4. Сколько времени длится молния, если через поперечное сечение ее канала протекает заряд 30 Кл, а ток равен 25 кА?

5. Определите силу тока в цепи, изображенной на рисунке.

6. Определите сопротивление никелированного провода длиной 2 м и сечением 0,5 мм².

7. Определите силу тока, проходящего по стальному проводу длиной 100 м и сечением 0,5 мм² при напряжении 40 В.

8. При перемещении 2∙10¹⁹ электронов источник тока совершил работу 12,8 Дж. Вычислите напряжение между клеммами источника.

9. Какова масса медной проволоки длиной 2 км и сопротивлением 8,5 Ом?

В – 2

1. В каких единицах измеряется сила электрического тока?

А. Ом; Б. Дж; В. Вт; Г. А.

2. Какие действия всегда проявляются при прохождении электрического тока через любые среды?

А. Тепловые; Б. Магнитные; В. Химические; Г. Световые.

3. По графику зависимости заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, от времени вычислите силу тока в проводнике.

4. Определите под каким напряжением находится лампочка, если при перемещении заряда 10 Кл совершается работа 2200 Дж.

5. Определите сопротивление участка АВ в цепи, изображенной на рисунке.

6. Вычислите сопротивление нихромовой проволоки, длина которой 150 м, а площадь поперечного сечения 0,2 мм².

7. По медному проводнику с поперечным сечением 3,5 мм² и длиной 14,2 м идет ток силой 2,25 А. Определите напряжение на концах этого проводника.

8. Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 35 с при силе тока в нем 16 А?

9. Определите массу железной проволоки площадью поперечного сечения 2 мм², взятой для изготовления резистора сопротивлением 6 Ом.

В – 3

1. В каких единицах измеряется напряжение?

А. Ом; Б. В; В. Дж; Г. А.

2. Происходит ли перенос вещества в цепях, состоящих из металлических проводников?

А. Да; Б. Нет; В. Иногда, в зависимости от силы тока;

Г. Иногда, в зависимости от напряжения.

4. Вычислите силу тока в проводнике, через который в течение 1 мин проходит 90 Кл электричества.

5. Какова цена деления шкалы амперметра?

6. Определите сопротивление никелиновой проволоки длиной 2 м и сечением 0,18 мм².

7. Через алюминиевый проводник длиной 70 см и площадью поперечного сечения 0,75 мм² протекает ток силой 0,5 А. Каково напряжение на концах этого проводника?

8. За какое время через поперечное сечение провода проходит 2∙10²⁰ электронов,
если сила тока в проводе 4 А?

9. Два куска железной проволоки имеют одинаковую массу. Длина одного из них
в 10 раз больше длины другого. Какой кусок проволоки имеет большее сопротивление
и во сколько раз?

В – 4

1. В каких единицах измеряется количество электричества?

А. В; Б. Ом; В. Кл; Г. А.

2. Тело заряжено отрицательно тогда, когда сумма всех положительных зарядов в теле …

А. равна сумме всех отрицательных зарядов в нем;

Б. больше суммы отрицательных зарядов в нем;

В. меньше суммы отрицательных зарядов в нем;

4. По обмотке включенного в цепь прибора идет ток силой 5 мА. Какое количество электричества пройдет через прибор в течение 1 ч?

5. Какое напряжение подают на лампочку, включенную в данную цепь?

6. Определите, из какого материала изготовлен проводник, если его длина 1,2 м, площадь поперечного сечения 0,4 мм², а сопротивление 1,2 Ом.

7. Электрическая печь, сделанная из никелиновой проволоки длиной 56,25 м и сечением 1,5 мм², присоединена к сети напряжением 120 В. Определите силу тока, протекающего по спирали.

8. При перемещении некоторого заряда источник напряжением 1,5 В совершил работу, равную работе, совершаемой источником напряжением 9 В при перемещении заряда величиной 2 Кл. Вычислите величину перенесенного заряда.

9. Какай массы надо взять никелиновый проводник площадью поперечного сечения 1 мм², чтобы из него изготовить реостат сопротивлением 10 Ом? (Плотность никелина 8,8 г/см³).

Работа электрического тока — физика, уроки

Урок физики в 8 классе

Время проведения: 3 четверть

УМК: Перышкин А. В., Гутник Е. М.

Тема урока: Работа электрического тока

Тип урока: комбинированный

Форма проведения: традиционный урок

Методы: словесные методы: объяснение, проблемное изложение, методы письменного контроля и самоконтроля: самостоятельная работа

Дидактическое сопровождение: карточки для проведения рефлексии, карточки с заданиями самостоятельной работы.

Список использованной литературы:

Кирик Л. А. Физика-8. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы. – М.: Илекса, 2002. – 160 с.: ил.
Лукашик В. И. Сборник задач по физике: Учеб. пособие для учащихся 7-8 кл. ср. шк. – 6-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1994. – 191 с.: ил.
Перышкин А. В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002. – 192 с.: ил.

Цели урока: организовать деятельность учащихся по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию понятия работа электрического тока, формул работы электрического тока, фактов: единиц, способов измерения работы тока, физического смысла единицы работы тока,

способствовать формированию умений решать задачи на расчет работы электрического тока,

совершенствовать вычислительные навыки, навык преобразования формул, навык перевода единиц физических величин в СИ,

создать условия для развития мышления, внимания, памяти, познавательного интереса, коммуникативных навыков, навыков самостоятельной работы,

применить дифференцированный подход в обучении,

воспитывать культуру умственного труда, культуру общения.

Оборудование: электрический счетчик

Ход урока.

Организационный этап.
Этап актуализации опорных знаний:

Фронтальная беседа по вопросам:

Дайте определение электрического тока.
Перечислите характеристики электрического тока.
Дайте определение силы тока. Запишите формулу силы тока. В каких единицах измеряется?
Дайте определение электрического напряжения. Запишите формулу напряжения. В каких единицах измеряется напряжение?

Этап изучения нового материала.

Постановка цели урока.
Изучение понятия работа тока
(изучение в форме беседы с учащимися)

*Докажите, что электрический ток совершает работу¹

Наводящие вопросы учителя (в случае отсутствия ответа на данный вопрос):

При каком условии совершается работа? (Если на тело (частицу) действует сила и под действием этой силы тело (частица) совершает перемещение)
Есть ли в проводнике частицы, которые перемещаются? (электроны, если проводник металлический)
Электроны в проводнике движутся сами по себе или под действием силы? (Электроны движутся под действием электрической силы)
Сформулируйте окончательный ответ (Таким образом, на заряженные частицы в проводнике действует сила и под действием этой силы они совершают перемещение, следовательно, электрический ток совершает работу).

Рассмотрим проводник, к которому приложено напряжение U.

Вспомните формулу электрического напряжения. ( U = )

Выразите из этой формулы работу тока. (A = qU)

Прочитайте полученную формулу на нашем, особом, «физическом» языке. (Работа электрического тока равна произведению напряжения, приложенного к проводнику, на электрический заряд, прошедший по нему)

Запишите ниже формулу силы тока. Но не закон Ома! (I = )

Выразите из этой формулы электрический заряд (q=It)

Подставьте полученную формулу в записанную выше формулу работы тока. (А=IUt)

Возьмите полученную формулу в рамку, подпишите: работа электрического тока.

Попытайтесь сформулировать определение работы тока на основе полученной нами формулы. (Работа тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа)

Откройте учебник на стр. 118. Найдите в учебнике определение работы тока, сравните с тем, что вы сформулировали.

Работа по вариантам:

* Выведите еще 2 формулы работы тока, с остальными беседует учитель.

(Ответы: * A=I U t Из закона Ома выразим U=IR, подставим: А = I I R t = I²R t

Из закона Ома подставим I = в формулу работы тока: А = U t = )

Давайте повторим еще раз, как была получена формула работы тока.

Изучение единиц силы тока.

Работа электрического тока измеряется в Джоулях, килоджоулях, мегаджоулях и т. д. Но в СИ единицей работы тока является Джоуль. Следовательно, все единицы работы мы обязаны перевести в Джоули.

Как перевести из килоджоулей в Джоули? Что означает приставка кило? (Тысяча, т. е. для перевода из килоджоулей в Джоули нужно данное значение умножить на тысячу)

Как перевести из мегаджоулей в Джоули? (умножить на миллион)

Переведите устно в СИ: 23 кДж, 5,2 МДж, 0,25 кДж

Посмотрите внимательно на формулу работы тока и попытайтесь сформулировать физический смысл 1 Джоуля (т. е. какая работа принята за 1 Дж) ( 1 Дж численно равен работе, которую совершает ток за 1 с при напряжении 1 В и силе тока 1 А)

Изучение способов измерения работы тока.

Посмотрите внимательно на формулу работы тока и ответьте на вопрос: как можно измерить работу тока? (Наводящий вопрос: какие приборы потребуются?) (Необходимо измерить силу тока с помощью амперметра, напряжение с помощью вольтметра, время часами и перемножить показания приборов)

Как Вы думаете, удобен ли такой способ? (Нет, т. к. необходимы 3 прибора и калькулятор)

Существует прибор, который объединяет в себе все три вышеуказанные и сразу показывает работу тока в Джоулях, он называется электрический счетчик. (Демонстрация электрического счетчика)

У каждого из Вас в доме он есть, только считает работу не в Джоулях, а в киловатт-часах. Как перевести работу из киловатт-часов в Джоули, мы узнаем на следующем уроке.

4. Этап проверки восприятия, осмысления и первичного запоминания.

Фронтальная беседа по вопросам после параграфа 50 с. 119

Этап закрепления изученного материала:

Устные упражнения:

А) Найдите работу тока в лампе за 10 с при напряжении 12 В и силе тока 2 А. (240Дж)

Б) Найдите работу тока в этой же лампе за 1 минуту. (1440Дж)

Фронтальное решение задачи.

В электрическом приборе за 45 минут током 5 А совершена работа 162 кДж. Найдите сопротивление электроприбора.

Решение: А = I U t. Из закона Ома выразим напряжение U = I R и подставим в формулу работы тока. A= I²R t. Выразим из полученной формулы сопротивление R =

R= =2,4 Ом

Работа по вариантам:

Задача на три. Упражнение 24(1) Решить самостоятельно и на крыле.

Решение: А=IUt А=0,5А*12В*1800с = 10800 Дж=10,8 кДж

Для тех, кто справится раньше, дополнительное задание: найдите сопротивление электродвигателя R=. R = =24 Ом)

Задача на 4 и 5. Решаем фронтально.

Подъемный кран поднял на высоту 12 м груз 6 т за 2 минуты. Найдите КПД крана, если сила тока в цепи электродвигателя 51А при напряжении 380 В.

Решение: Как рассчитать КПД ( )

Какая полезная работа совершается подъемным краном? (Работа по подъему груза А=mgh)

Какая работа затрачена? (работа тока: А=IUt)

= 31%

Почему полезная работа составляет только 1/3 от всей затраченной?

Работа по вариантам:

Проверка решения задачи на три

*Разбор примера по учебнику с. 118

6. Этап контроля и самоконтроля.

Самостоятельная работа по вариантам (по выбору учащегося)

(Приложение №1)

Информация о домашнем задании: п. 50 упр. 24 (2, *3) повт п. 54 (Физика 7)

8. Подведение итогов урока.

Составьте опорную схему по теме «Работа тока», на которой покажите формулы, единицы, способы измерения работы тока.

9. Рефлексия.

(См. Приложение №2)

Приложение №1. Самостоятельная работа на 8-10 минут.

Вариант 1

Удовлетворительный вариант

Две одинаковые лампочки, рассчитанные на напряжение 6,3 В, включены в электрическую цепь. Одна лампочка светила 1 мин, другая – 2 мин. В какой лампочке работа электрического тока была больше?

2. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В?

Хороший вариант.

1. Электрическая лампочка включена в цепь напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки?

2. Электрическая плитка сопротивлением 24 Ом была включена в сеть с силой тока

5 А. Сколько времени работала плитка, если расход энергии в ней 1080 кДж энергии.

Отличный вариант.

1. К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была больше?

2. Транспортер поднимает за время 1 мин груз массой 300 кг на высоту 8 м. КПД транспортера 60%. Определите силу тока через электродвигатель транспортера, если напряжение в сети 380 В.

Вариант 2.

Удовлетворительный вариант.

1. Одна электрическая лампочка включена в сеть напряжением 127 В, а другая в сеть напряжением 220 В. В какой лампе будет совершена большая работа за 1 с, если сила тока одна и та же?

2. В лампочке карманного фонаря сила тока равна 0,2 А. Вычислите электрическую энергию, получаемую лампочкой за 2 мин, если напряжение 3,6 В.

Хороший вариант.

1. При прохождении через проводник 40 Кл электричества была совершена работа 200 Дж. Какое напряжение приложено к этому проводнику?

2. Какова сила тока в лампе велосипедного фонаря, если при напряжении 4 В в ней за 1 с расходуется 0,8 Дж энергии?

Отличный вариант.

1. Одна электрическая лампа включена в сеть напряжением 127 В, а другая в сеть напряжением 220 В. Через какую лампу должно пройти большее количество электричества, чтобы работа ока была одинаковой в обеих лампах?

2. Электродвигатель с КПД 59% за 20 с поднимает груз массой 150 кг на высоту 12 м. Сила тока через двигатель 4 А. Чему равно подводимое напряжение?

Приложение №2 Задания для рефлексии.

Закончите предложения.

Наш урок подошел к концу, и я хочу сказать…

Мне больше всего удалось…

Сегодня на уроке я научился…

Мои ощущения на уроке…

Урок привлек меня тем, что …

Я понял, что…

Мне показалось важным …

Для меня было открытием то, что…

1^{За ответы на вопросы, помеченные звездочкой, учащиеся могут получить отличные оценки.}

Перевести килоампер [кА] в ампер [А] • Конвертер электрического тока • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц

Конвертер длины и расстоянияМассовый конвертерКонвертер сухого объема и общих измерений при приготовлении пищиПреобразователь площадиКонвертер объёма и общих измерений при приготовлении пищиПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаЭнергия и конвертер работыПреобразователь мощностиПреобразователь силыКонвертер времениЛинейный конвертер скорости и скоростиКонвертер углового КПД, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселПреобразователь единиц информации и хранения данныхКурсы обмена валютЖенская одежда и размеры обувиМужская одежда и размеры обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер удельного ускорения Инерционный преобразователь Конвертер момента силы Преобразователь крутящего момента Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу) Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания Конвертер температурного интервалаПреобразователь коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиПлотность тепла, плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер объёмного расходаПреобразователь массового расходаМолярный расход раствора Конвертер массового потока Конвертер массового потока ) Конвертер вязкостиКинематический преобразователь вязкостиПреобразователь поверхностного натяженияПроницаемость, проницаемость, проницаемость водяного параКонвертер скорости передачи водяных паровКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL )Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемКонвертер яркостиПреобразователь световой интенсивности и световой потокПреобразователь разрешения цифрового изображения Конвертер фокусного расстояния Оптическая сила (диоптрия) ) в увеличение (X) преобразовательПреобразователь электрического зарядаЛинейный преобразователь плотности зарядаПреобразователь поверхностной плотности зарядаПреобразователь объёмной плотности зарядаПреобразователь электрического токаЛинейный преобразователь плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимости Уровни в дБм, дБВ, ваттах и других единицах измеренияПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляПреобразователь магнитного потокаПреобразователь плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Преобразователь радиоактивного распада Преобразователь радиационного воздействияРадиация. Конвертер поглощенной дозыПреобразователь метрических префиксовКонвертер единиц передачи данныхПреобразователь единиц типографии и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объёма древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Обзор

Чесменское сражение Ивана Айвазовского

Мы обязаны комфортом нашей повседневной жизни электрическому току. Он генерирует излучение в видимом спектре и не только освещает наши дома, но также готовит и разогревает пищу в различных электроприборах, таких как электрические плиты, микроволновые печи и тостеры.Поскольку у нас есть электричество, нам не нужно добывать топливо, чтобы зажечь огонь. Благодаря электричеству мы также можем быстро перемещаться по горизонтальной плоскости внутри поездов, поездов метро и высокоскоростных поездов, а также по вертикальным плоскостям на эскалаторах и лифтах. Мы обязаны теплом и комфортом в наших домах электрическому току, потому что он питает наши электрические обогреватели, кондиционеры и вентиляторы. Различные машины с электрическим приводом значительно упрощают нашу работу как в повседневной жизни, так и в различных отраслях промышленности.Действительно, мы живем в эпоху электричества, потому что именно электричество позволяет нам использовать наши компьютеры, смартфоны, Интернет, телевидение и другие интеллектуальные электронные технологии. Учитывая, насколько удобно использовать электричество как форму энергии, неудивительно, что мы тратим столько усилий на ее выработку.

Может показаться необычным, но идея практического использования электричества впервые была воспринята некоторыми из наиболее консервативных членов общества — военно-морскими офицерами. В этом элитарном обществе было трудно продвигаться вверх, и столь же трудно было убедить адмиралов, которые начинали юнгой в эпоху парусного спорта, в необходимости перехода на бронированные боевые корабли с паровыми двигателями, но молодые офицеры предпочитали и поддерживали инновации.Благодаря успеху использования огневых кораблей во время русско-турецкой войны 1770 года, которая привела к победе в Чесменской битве, военно-морской флот начал рассматривать возможность модернизации систем защиты порта, используя старую береговую артиллерию в сочетании с военно-морскими минами, которые были новаторскими в то время.

Корабельная радиостанция, ок. 1910. Канадский музей науки и техники, Оттава

Разработка различных типов морских мин началась в начале XIX века, и наиболее успешные разработки включали автономные мины, активируемые электричеством.В 1870-х годах немецкий физик Генрих Герц разработал устройство для подрыва поставленных на якорь мин с помощью электричества. Одна из разновидностей этого устройства, морская рогатая мина, широко известна и часто появляется в исторических фильмах о войне. Его свинцовый «рог» имеет емкость с электролитом, который разрушается при контакте с корпусом корабля. Электролит питает простую батарею, которая, в свою очередь, подрывает мину.

Радиостанция Hudson’s Bay Company, ок. 1937. Канадский музей науки и техники, Оттава

Морские офицеры были одними из первых, кто оценил потенциал свечей Яблочкова, которые были первыми источниками электрического света.Они были далеки от совершенства, но излучали свет от электрической дуги и раскаленного добела положительного электрода, сделанного из угля. Они использовались для сигнализации поля боя и для освещения поля боя. Использование мощных прожекторов давало преимущество стороне, использовавшей их, для освещения поля боя в ночных боях или для передачи информации и координации действий различных военно-морских частей во время морских сражений. Прожекторы, используемые в маяках, улучшили навигацию в опасных прибрежных водах.

Вакуумная лампа, ок. 1921. Канадский музей науки и техники, Оттава

Неудивительно, что военно-морской флот также был взволнован адаптацией технологий, позволяющих беспроводную передачу информации. Большой размер первых передающих устройств не был проблемой для военно-морского флота, потому что на их кораблях было достаточно места для размещения этих удобных, но порой больших машин.

Электрическое оборудование использовалось для упрощения заряжания орудий на борту кораблей, в то время как силовые электрические механизмы использовались для вращения орудийных башен и повышения точности и эффективности орудий.Телеграф машинного приказа позволял экипажу общаться и повышал его эффективность, что давало значительное преимущество в бою.

Одним из самых ужасных случаев использования электрического тока в военно-морском сражении было использование Третьим рейхом подводных лодок рейдеров. Подводные лодки Гитлера, которые действовали с использованием тактики «Волчьей стаи», потопили многие транспортные конвои союзников. Хорошо известная история Convoy PQ 17 — один из примеров.

Drummondville Радиопередатчик, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

Британский флот смог получить несколько машин Enigma, используемых немцами для кодирования сообщений, и им удалось взломать их код с помощью Алана Тьюринга, известного как отец современные вычисления.Союзники перехватили радиосвязь немецкого адмирала Карла Дёница, и с этой информацией смогли использовать прибрежные военно-воздушные силы, чтобы загнать в угол Волчью стаю и отбросить ее к берегам Норвегии, Германии и Дании. Благодаря этому с 1943 года рейды ограничились короткими.

Беспроводной телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

Гитлер планировал добавить к своим подводным лодкам ракеты Фау-2, чтобы их можно было использовать для атаки на восточное побережье США.Однако быстрое продвижение союзников на Западном и Восточном фронтах помешало ему сделать это.

Современный флот сложно представить без авианосцев и атомных подводных лодок. Они питаются от ядерных реакторов, которые сочетают в себе технологии 19 века на основе пара, технологии 20 века на основе электричества и ядерные технологии 21 века. Энергетические системы атомных подводных лодок вырабатывают достаточно электроэнергии, чтобы удовлетворить потребности большого города в энергии.

В дополнение к использованию электричества, которое мы уже обсуждали, недавно военно-морской флот начал рассматривать другие применения электричества, такие как использование рельсотрона. Рейлган — это электрическая пушка, в которой используются снаряды кинетической энергии, обладающие огромным разрушительным потенциалом.

Джеймс Клерк Максвелл. Статуя Александра Стоддарта. Фото Ad Meskens / Wikimedia Commons

Немного истории

С развитием надежных источников энергии для постоянного тока (DC), таких как гальваническая батарея, созданная итальянским физиком Алессандро Вольта, многие выдающиеся ученые по всему миру начали изучать свойства электрический ток и вызываемые им физические явления, а также его практическое использование в науке и технике.«Звездный список» ученых включает Георга Ома, который вывел закон Ома для описания поведения электрического тока в основной электрической цепи; немецкий физик Густав Кирхгоф, разработавший расчеты для более сложных электрических цепей; и французский физик Андре Мари Ампер, открывший закон, описывающий свойства замкнутого контура, на который действует магнитное поле и через него проходит электрический ток. Этот закон известен теперь как круговой закон Ампера. Независимая работа английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и русского ученого Генриха Ленца завершилась открытием закона джоулева нагрева, который количественно определяет тепловой эффект электрического тока.

Хендрик Антун Лоренц, картина Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925) в 1916 году.

Работы Джеймса Клерка Максвелла были посвящены дальнейшему исследованию свойств электрического тока и заложили основу современной электродинамики. Теперь эти работы известны как уравнения Максвелла. Максвелл также разработал теорию электромагнитного излучения и предсказал многие явления, такие как электромагнитные волны, радиационное давление и другие. Позже существование электромагнитных волн было экспериментально доказано немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем.Его работы по отражению, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн были использованы при изобретении радио.

Жан-Батист Био (1774–1862)

Несколько экспериментальных работ французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара о проявлении магнетизма в присутствии электрического тока, обобщенных в законе Био – Савара, и исследованиях блестящего французского математика Пьера-Симона Лапласа, который обобщил приведенные выше экспериментальные результаты в виде математической абстракции, впервые установил связь между двумя сторонами одного явления и положил начало изучению электромагнетизма.Гениальный британский физик Майкл Фарадей продолжил их работу и открыл электромагнитную индукцию. Современная электротехника построена на работах Фарадея.

Физик из Нидерландов Хендрик Лоренц внес ценный вклад в объяснение природы электрического тока. Он разработал классическую теорию электронов и предположил, что атомы состоят из более мелких заряженных частиц и что свет является результатом колебаний этих частиц. Он также вывел уравнение для описания силы, действующей на движущийся заряд изнутри электромагнитного поля.Эта сила известна как сила Лоренца.

Определение электрического тока

Электрический ток можно определить как упорядоченное движение заряженных частиц. Учитывая это определение, электрический ток измеряется количеством заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за заданную единицу времени.

I = q / t , где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, а I — электрический ток в амперах.

Другое определение электрического тока зависит от свойств проводников и описывается законом Ома:

I = V / R , где V — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах. , I — ток в амперах.

Электрический ток измеряется в амперах (A) и единицах, производных от них, таких как наноампер (одна миллиардная часть ампера, нА), микроампер (одна миллионная часть ампера, мкА), миллиампер (тысячная часть ампера, мА). ), килоампер (тысяча ампер, кА) и мегаампер (миллион ампер, МА).

В СИ единицей измерения электрического тока является

[А] = [C] / [s]

Поведение электрического тока в различных средах

Алюминий является очень хорошим проводником и широко используется в электропроводке.

Электрический ток в твердых материалах, включая металлы, полупроводники и диэлектрики

При рассмотрении электрического тока мы должны учитывать среду, которая его переносит, в частности, заряженные частицы, присутствующие в материале или веществе в текущем состоянии.Этот материал или вещество может быть твердым, жидким или газообразным. Уникальным примером различных состояний вещества является монооксид дигидрогена или оксид водорода, известный нам просто как вода. Мы можем увидеть его твердым, если посмотрим на лед из морозильника, который мы сделали для охлаждения напитков — большинство из них основаны на воде. С другой стороны, при приготовлении чая или растворимого кофе мы используем кипяток. Если бы мы подождали, пока вода закипит, прежде чем налить ее в чайник, мы бы увидели «туман», выходящий из носика чайника — этот туман состоит из капель воды, образовавшихся из газообразного состояния воды (пара), которое выходит из носика и контактирует с холодным воздухом.

Существует еще одно состояние вещества, известное как плазма. Низкотемпературная плазма составляет верхние слои звезд, ионосферу Земли, пламя, электрическую дугу и вещество внутри люминесцентных ламп, и это лишь несколько примеров. Трудно воссоздать высокотемпературную плазму в лаборатории, поскольку для этого требуются чрезвычайно высокие температуры, превышающие 1 000 000 К.

Эти высоковольтные выключатели состоят из двух основных компонентов: размыкающих контактов и изолятора, соединяющего два провода вместе.

По своей структуре твердые материалы можно разделить на кристаллические и аморфные. Первые имеют структурированную кристаллическую решетку. Атомы и молекулы такого вещества образуют двух- или трехмерные кристаллические решетки. Кристаллические твердые тела включают металлы, их сплавы и полупроводники. Мы можем легко визуализировать кристаллические твердые тела, представляя снежинки, которые представляют собой кристаллы уникальной формы. Аморфные вещества не имеют кристаллической решетки. Диэлектрики обычно аморфны.

В нормальных условиях электрический ток течет через твердые тела благодаря движению свободных электронов, которые становятся несвязанными в результате отрыва валентных электронов от атома. Мы также можем разделить твердые тела в зависимости от характера потока электричества внутри них на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов определяются на основе дискретной электронной зонной структуры. Это зависит от ширины запрещенной зоны, в которой нет электронов.Изоляторы имеют самую широкую запрещенную зону, которая иногда может достигать 15 эВ. Изоляторы и полупроводники не имеют электронов в проводящем промежутке при температуре абсолютного нуля, но при комнатной температуре будут некоторые электроны, которые были удалены из валентных зон из-за тепловой энергии. В проводниках, таких как металлы, зона проводимости перекрывается с валентными зонами. Вот почему даже при абсолютном нуле существует большое количество электронов, и это все еще верно, когда температура повышается до точки плавления.Эти электроны позволяют электрическому току проходить через материал. Полупроводники имеют небольшую ширину запрещенной зоны, и их способность проводить электричество во многом зависит от температуры, излучения и других факторов, таких как присутствие примесей.

Трансформатор с ламинированным сердечником. По бокам хорошо видны двутавровые и Е-образные стальные листы.

Сверхпроводники создают особые условия для электрического тока. Это материалы с нулевым сопротивлением прохождению электрического тока.Электроны проводимости этих материалов образуют группы частиц, которые связаны друг с другом за счет квантовых эффектов.

Как следует из названия, изоляторы плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания электрического тока между проводящими поверхностями из разных материалов.

В дополнение к электрическому току, протекающему по проводникам, когда магнитное поле постоянное, когда магнитное поле переменное, его изменения вызывают явление, известное как вихревые токи, которые также называются токами Фуко.Чем больше скорость изменения магнитного поля, тем сильнее вихревые токи. Они не текут по определенному маршруту, но вместо этого они текут в замкнутых контурах в проводнике.

Вихревые токи вызывают скин-эффект, который представляет собой тенденцию протекания переменного электрического тока (AC) и магнитного потока в основном вдоль поверхностного слоя проводника, что приводит к потере энергии. Чтобы уменьшить эти потери на вихревые токи в сердечниках трансформаторов, их магнитные цепи разделены. Это делается путем наложения слоев тонких стальных изолированных пластин, которые образуют сердечник трансформатора.

Хромированная пластиковая лейка для душа

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости могут в определенной степени проводить электрический ток при приложении к ним электрического напряжения. Жидкости, проводящие электрический ток, называются электролитами. Электрический ток переносится положительно и отрицательно заряженными ионами, известными соответственно как катионы и анионы, которые присутствуют в жидкости из-за электролитической диссоциации. В электролитах ток течет из-за движения ионов по сравнению с током, возникающим из-за движения электронов в металлах.Этот ток в электролитах характеризуется перемещением вещества к электродам и образованием новых химических элементов вокруг электродов или отложением этих новых веществ на электроде.

Это явление легло в основу электрохимии и позволяет количественно определять эквивалентный вес различных химических веществ. Это позволило превратить неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать химические источники энергии в виде первичных (или одноразовых) и аккумуляторных батарей и топливных элементов.Это, в свою очередь, позволило совершить скачок в развитии технологий. Просто заглянув под капот вашего автомобиля и изучив автомобильный аккумулятор, вы сможете увидеть результаты десятилетий работы исследователей и инженеров.

Автомобильный аккумулятор, установленный в 2012 году Honda Civic

Многие производственные процессы, зависящие от протекания электрического тока в электролитах, могут придать привлекательный вид конечному продукту (например, хромовое и никелевое гальваническое покрытие) и защитить объекты от коррозии.Электроосаждение и электротравление — фундаментальные процессы в современной электротехнике при создании различных электронных компонентов. Эти процессы очень часто используются, например, в микропроизводстве, и количество электронных компонентов, производимых с использованием этих технологий, достигает десятков миллиардов в год.

Электрический ток в газах

Поток электрического тока в газах зависит от количества в нем свободных электронов и ионов. Из-за большего расстояния между частицами газа по сравнению с жидкостями и твердыми телами молекулы и ионы в газах обычно проходят большие расстояния, прежде чем столкнуться.Из-за этого протекание электричества в газах в нормальных условиях затруднено. То же верно и для смесей газов. Примером смеси газов является воздух, который в электротехнике считается хорошим изолятором. В обычных условиях многие другие смеси газов также являются хорошими изоляторами.

Неоновая лампа для проверки отвертки показывает наличие напряжения 220 В.

Поток электричества в газах зависит от различных физических факторов, таких как давление, температура и компоненты, составляющие эту смесь.Кроме того, ионизирующее излучение тоже играет роль. Например, газ может проводить электричество, если его облучают ультрафиолетовым или рентгеновским излучением, если на него воздействуют катодные или анодные частицы или частицы, испускаемые радиоактивным веществом, или даже если температура этого газа высока.

Когда энергия поглощается электрически нейтральными атомами или молекулами газа и когда образуются ионы, этот эндотермический процесс называется ионизацией. Когда энергия достигает определенного порога, электрон или группа электронов преодолевают потенциальный барьер и покидают атом или молекулу, становясь, таким образом, свободными электронами.Атом или молекула, которую оставили электроны, тоже больше не нейтральны, они заряжены положительно. Свободные электроны могут присоединяться к нейтрально заряженным атомам или молекулам и образовывать отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы могут забирать обратно отрицательно заряженные электроны при столкновении с ними и, таким образом, снова становиться нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Когда электрический ток проходит через газ, его состояние изменяется. Это приводит к сложной зависимости между электрическим током и напряжением, которая более или менее регулируется законом Ома, но только при малых электрических токах.

Электрические разряды в газах могут быть как несамостоятельными, так и самоподдерживающимися. Несамостоятельные разряды создают электрический ток, который возможен только при наличии внешних ионизирующих факторов. Когда они отсутствуют, электрический ток через газ не течет. С другой стороны, во время самоподдерживающихся разрядов электрический ток поддерживается за счет ионизации нейтральных атомов и молекул в газе, которые были ускорены электрическим полем при столкновении со свободными электронами и ионами.В этих условиях электрический ток возможен даже без внешних ионизирующих факторов.

Вольт-амперные характеристики бесшумного разряда

Когда разность потенциалов между анодом и катодом мала, несамостоятельный разряд называют тихим или таунсендовским. С увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Сначала это увеличение пропорционально напряжению (участок OA на вольт-амперной характеристике бесшумного разряда), но постепенно скорость нарастания замедляется (участок AB на графике).Когда все оторвавшиеся частицы, которые высвободились в результате процесса ионизации, движутся к катоду и аноду одновременно, увеличения тока не происходит (участок BC на графике). Если напряжение снова увеличивается, ток также увеличивается, и бесшумный разряд становится несамостоятельным лавинным зарядом. Примером несамостоятельного разряда является тлеющий разряд в газоразрядных лампах высокого давления различного назначения.

Когда несамостоятельный разряд трансформируется в самостоятельный разряд, электрический ток увеличивается (точка E на кривой).Этот момент известен как электрический пробой.

Электронная фотовспышка с ксеноновой трубкой (красный прямоугольник)

Все различные типы зарядов, описанные выше, являются стационарными или установившимися разрядами. Их свойства не зависят от времени. Помимо этих разрядов, существуют также нестабильные разряды, которые обычно возникают в очень неравномерных электрических полях, например, на заостренных или искривленных поверхностях проводников или электродов. Существует два типа неравномерных разрядов: коронный разряд и искровой разряд.

Ионизация при коронном разряде не вызывает электрического пробоя. Этот разряд вызывает повторяющийся процесс запуска несамостоятельного разряда в небольшом ограниченном пространстве вокруг проводника. Хорошим примером коронного разряда является свечение в воздухе вокруг антенн, громоотводов или линий электропередач высоко над землей. Коронный разряд вокруг линий электропередач вызывает потерю энергии. Раньше это сияние было знакомо мореплавателям — свечение вокруг мачт кораблей было известно как св.Элмо огонь. Коронный разряд используется в лазерных принтерах и копировальных аппаратах. Он генерируется устройством, создающим коронный разряд, металлической струной, к которой приложено высокое напряжение. Коронный разряд ионизирует газ, который, в свою очередь, ионизирует светочувствительный барабан. В этом случае полезен коронный разряд.

По сравнению с коронным разрядом электростатический разряд вызывает электрический пробой. Это похоже на прерывистые светлые нити, которые разветвляются и заполнены ионизированным газом. Они появляются и исчезают, производя большое количество тепла и света.Типичным примером естественного электростатического разряда является молния. Электрический ток в нем может достигать десятков килоампер. Прежде чем может произойти молния, необходимо создать нисходящую группу лидеров, известную как лидер или искра. Вместе со ступенчатым лидером он создает выстроенный строй. Молния обычно состоит из множественных электростатических разрядов в формировании нисходящего лидера для разряда отрицательной молнии «облако-земля». В электронных вспышках в фотографии используется мощный электростатический разряд.Разряд здесь образуется между электродами импульсной лампы из кварцевого стекла, заполненного смесью благородных ионизированных газов.

Когда электрический разряд сохраняется в течение длительного периода времени, он называется электрической дугой. Электрическая дуга используется в дуговой сварке, которая является незаменимой технологией в современном строительстве, используется для возведения стальных конструкций различных размеров и назначения, от небоскребов до авианосцев и автомобилей. Электрическая дуга используется не только для соединения материалов, но и для их резки.Разница между этими двумя процессами заключается в силе используемого тока. Сварка происходит при относительно более низких токах, в то время как для резки требуются более высокие токи электрической дуги. Само порезание происходит при удалении расплавленного металла, и для его удаления используются разные методы.

Еще одно применение электрической дуги в газах — газоразрядные лампы, которые отгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (в этих условиях обычно используются натриевые лампы).Металлогалогенные лампы, которые заменили лампы накаливания в автомобильных фарах, также используют эту технологию.

Электрический ток в вакууме

Вакуумная трубка в передающей станции. Канадский музей науки и технологий, Оттава

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только в том случае, если свободные носители тока, такие как электроны или ионы, генерируются посредством термоэлектронной эмиссии, фотоэлектрической эмиссии или других факторов. способами.

Подобные телекамеры использовались в 1980-х годах.Канадский музей науки и техники, Оттава

Основным методом получения электрического тока в вакууме с использованием электронов является термоэлектрическая эмиссия электронов металлами. Когда электрод нагревается (он называется горячим катодом), он испускает электроны в трубку. Эти электроны вызывают электрический ток, пока присутствует другой электрод (называемый анодом), и пока между ними существует определенное напряжение требуемой полярности. Такие вакуумные лампы называются диодами и проводят электрический ток только в одном направлении.Они блокируют ток, если есть попытка заставить ток течь в обратном направлении. Это свойство используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) посредством процесса выпрямления. Это делается системой диодов.

Если рядом с катодом добавить дополнительный электрод, известный как сетка, мы получим устройство, называемое триодом, которое значительно усиливает даже небольшие изменения напряжения в управляющей сетке относительно катода. В результате это изменяет ток и напряжение на нагрузке, которая последовательно подключена к вакуумной лампе, относительно источника питания.Эта система, называемая усилителем, используется для усиления различных сигналов.

Использование электронных ламп с большим количеством управляющих сеток, таких как тетроды, пентоды и даже пятиэлектродные преобразователи с семью электродами, было революционным в создании и усилении радиосигналов и позволило создать современные системы радио- и телевещания.

Современный видеопроектор

Исторически радио было разработано первым, потому что было относительно легко разработать методы преобразования и передачи относительно низкочастотных сигналов, а также создать схему для приемных устройств, которые могут усиливать и смешивать радиочастоты для их преобразования. в акустический сигнал посредством процесса демодуляции.

Когда было изобретено телевидение, электронные лампы, называемые иконоскопами, использовались для испускания электронов за счет фотоэлектрического эффекта падающего на них света. Дальнейшее усиление сигнала производилось ламповым усилителем. Для просмотра захваченного и переданного изображения использовались электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые также были вакуумными трубками. В ЭЛТ изображение создавалось на экране путем обратного преобразования сигнала. Это было сделано путем ускорения электронов до высокой скорости с помощью одной (или трех для цветного телевидения) электронных пушек в сильном электрическом поле.Поле создавалось приложением большого напряжения между катодом электронной пушки и анодом ЭЛТ. Пучки высокоскоростных электронов направлялись на экран, покрытый люминесцентным материалом, и с него излучался видимый свет. Изображение было создано двумя взаимно синхронизированными системами: одна считывала сигнал с иконоскопа, а другая выполняла растровое сканирование. Первые электронно-лучевые трубки были монохромными.

Сканирующий электронный микроскоп SU3500. Департамент материаловедения и инженерии.Университет Торонто

Вскоре после этого было разработано цветное телевидение. Иконоскопы в цветном телевидении были гибридными системами, которые реагировали только на свет определенного цвета, будь то красный, синий или зеленый. Цветные люминофорные точки электронно-лучевых трубок телевизора излучали свет за счет электрического тока, создаваемого электронной пушкой. Они реагировали на ударяющие по ним ускоренные электроны и излучали свет определенного цвета и яркости. Были использованы специальные теневые маски, чтобы лучи каждой цветной электронной пушки попадали на точки люминофора правильного цвета.

В современных технологиях теле- и радиовещания используются более современные материалы на основе полупроводников, которые потребляют меньше энергии.

Одним из широко используемых методов получения изображения внутренних органов является рентгеноскопия. Катод испускает электроны, которые разгоняются до такой скорости, что при попадании на анод они генерируют рентгеновское излучение, которое может проникать в мягкие ткани человеческого тела. Рентгенограммы дают врачам уникальную информацию о состоянии костей, зубов и некоторых внутренних органов и даже могут помочь определить такие заболевания, как рак легких.

Лампа бегущей волны С-диапазона. Канадский музей науки и техники, Оттава

В общем, электрические токи, образованные движением электронов в вакууме, находят широкое применение. Вакуумные лампы, ускорители частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, генераторы вакуума высокой частоты, такие как лампы бегущей волны, клистроны и резонаторные магнетроны, — это лишь некоторые из примеров того, как мы используем этот тип электрического тока. Следует отметить, что именно магнетроны нагревают и готовят пищу в микроволновых печах.

Недавняя очень ценная технология, использующая электрический ток в вакууме, — это осаждение тонких пленок в вакууме. Эти пленки выполняют декоративную или защитную функцию. Материалы, используемые в этой технике, — это металлы, их сплавы и их соединения с кислородом, азотом и углеродом. Эти пленки либо изменяют, либо сочетают в себе электрические, оптические, механические, магнитные, каталитические и связанные с коррозией свойства поверхности, которую они покрывают.

Для получения комплексного соединения пленки используется технология ионно-лучевого осаждения.Некоторыми примерами этой технологии являются катодно-дуговое напыление и его коммерческий вариант мощного импульсного магнетронного распыления. В конце концов, именно электрический ток создает пленочное покрытие на поверхности благодаря ионам.

Ионно-лучевое распыление создает пленки из нитридов, карбидов и оксидов металлов, которые обладают необычайным набором механических, теплофизических и оптических свойств, включая твердость, долговечность, электро- и теплопроводность и оптическую плотность.Другим способом добиться этих результатов невозможно.

Электрический ток в биологии и медицине

Макет операционной в Институте знаний Ли Ка Шинг, Торонто, Канада. Пациенты-роботы-манекены, которые могут моргать, дышать, плакать, истекать кровью и моделировать болезни, используются для обучения

Понимание поведения электрического тока внутри биологических систем дает биологам и врачам мощный инструмент для исследований, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, независимо от их структуры.

При рассмотрении того, как электрический ток проходит через биологический объект, мы должны учитывать состояние клеток этого объекта. В этом отношении клеточная мембрана является важной структурой, которую необходимо учитывать. Это внешний слой каждой клетки, который защищает клетку от негативного воздействия окружающей среды за счет избирательной проницаемости для различных веществ. Другими словами, он пропускает одни вещества, а другие останавливает. С точки зрения физики, мы можем рассматривать эту мембрану как эквивалентную схему, которая состоит из параллельного соединения конденсатора с несколькими цепями, которые имеют последовательное соединение между источником электрического тока и резистором.Благодаря такой структуре электропроводность этого биологического объекта зависит от частоты приложенного напряжения и типов напряжения.

Трехмерное изображение волоконных путей, соединяющих различные области мозга. Это изображение было получено с использованием метода неинвазивной диффузионной тензорной визуализации (DTI)

Биологическая ткань состоит из клеток, внеклеточной жидкости, кровеносных сосудов и нервных клеток. При подаче электрического тока нервные клетки возбуждаются и посылают сигналы о сокращении или расслаблении мышц и кровеносных сосудов животного.Следует отметить, что течение электрического тока в биологических тканях нелинейно.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект является серия экспериментов итальянского врача, физика и биолога Луиджи Гальвани, который считается одним из отцов-основателей электрохимии. В этих экспериментах он пропустил электрический ток по нервам лягушачьей лапы, и это вызвало сокращение мышц и движение ноги. В 1791 году его открытия были описаны в отчете об электрических силах в движении мышц.Долгое время в учебниках явление, открытое Гальвани, именовалось гальванизмом. Даже сейчас этот термин иногда используется для обозначения определенных процессов и устройств.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году британский хирург и врач Ричард Кейтон и русский врач Василий Данилевский независимо друг от друга показали, что мозг может генерировать электричество. Другими словами, они обнаружили ионный ток, протекающий в мозгу.

Биологические объекты могут генерировать не только микротоки, но также значительные напряжения и токи в рамках своего повседневного функционирования.Задолго до работ Гальвани британский биолог Джон Уолш доказал электрическую природу системы защиты от электрического луча. Шотландский хирург и физиолог Джон Хантер подробно описал механизм, с помощью которого электрические лучи генерируют электричество. Результаты их исследования были опубликованы в 1773 году.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это неинвазивный метод, который позволяет врачам измерять активность мозга, обнаруживая изменения в кровотоке.

Современная медицина и биология используют различные методы для исследования. живые организмы, которые включают как инвазивные, так и неинвазивные методы.

Классическим примером инвазивного метода является исследование крыс, которые бегают по лабиринту или выполняют другие задания с имплантированными в их мозг электродами.

С другой стороны, неинвазивные методы — это такие широко известные методы диагностики, как электроэнцефалография и электрокардиография. В этих процедурах электроды, контролирующие электрические токи в головном мозге или сердце, используются для измерения на коже человека или животного под наблюдением. Чтобы улучшить контакт с электродами, на кожу наносят физиологический раствор, поскольку он является хорошим электролитом и может хорошо проводить электрический ток.

Помимо использования электрического тока для исследований и наблюдения за состоянием различных химических процессов и реакций, одним из наиболее эффективных способов использования электричества является дефибрилляция, которая в фильмах иногда изображается как «перезапуск» сердца, которое уже остановилось. работающий.

Тренировочный автоматический внешний дефибриллятор (AED)

Действительно, запуск кратковременного импульса значительной величины может иногда (но очень редко) перезапустить сердце. Однако чаще используются дефибрилляторы, чтобы скорректировать аритмическое биение сердца и вернуть его к норме.Хаотические аритмические сокращения известны как фибрилляция желудочков, и поэтому устройство, которое возвращает сердце в норму, называется дефибриллятором. Современные автоматические внешние дефибрилляторы могут регистрировать электрическую активность сердца, определять фибрилляцию желудочков сердца, а затем вычислять силу тока, необходимую пациенту, на основе этих факторов. Во многих общественных местах теперь есть дефибрилляторы, и медицинское сообщество надеется, что эта мера предотвратит множество смертей, вызванных дисфункцией сердца пациента.

Медработники обучены определять физиологическое состояние сердечной мышцы по электрокардиограмме и быстро принимать решения о лечении, намного быстрее, чем это могут сделать автоматические внешние дефибрилляторы, доступные для населения.

Отдельно стоит упомянуть об искусственных кардиостимуляторах, контролирующих сердечные сокращения. Эти устройства имплантируются под кожу или под грудную мышцу пациента и передают импульсы электрического тока напряжением около 3 В через электрод в сердечную мышцу.Это стимулирует нормальный сердечный ритм. Современные кардиостимуляторы могут проработать 6–14 лет, прежде чем потребуется их замена.

Характеристики электрического тока, его генерация и использование

Электрический ток характеризуется его величиной и типом. В зависимости от его поведения типы электрического тока делятся на постоянный или постоянный ток (он не меняется со временем), гармонический ток (он изменяется случайным образом со временем) и переменный ток или переменный ток (он изменяется со временем в соответствии с определенным шаблоном, обычно это регулируется периодическим законом).Для некоторых задач требуется как постоянный, так и переменный ток. В данном случае мы говорим об переменном токе с постоянной составляющей.

Термоядерный реактор Токамак де Варенн. Варенн, Квебек, 1981. Канадский музей науки и техники, Оттава

Исторически первый трибоэлектрический генератор электрического тока, машина Вимшерста, создавала его, натирая шерстью кусок янтаря. Более совершенные генераторы того же типа теперь называются генераторами Ван де Граафа — они названы в честь изобретателя самой ранней из этих машин.

Как мы уже говорили ранее, электрохимический генератор был изобретен итальянским физиком Алессандро Вольта. Этот генератор получил дальнейшее развитие в современных сухих аккумуляторных батареях, аккумуляторных батареях и топливных элементах. Мы до сих пор используем их, потому что это очень удобные источники энергии для всех видов устройств, от часов и смартфонов до автомобильных аккумуляторов и аккумуляторов электромобилей Tesla.

Помимо генераторов постоянного тока, описанных выше, существуют также генераторы, использующие ядерное деление изотопов, известные как атомные батареи, а также магнитогидродинамические генераторы, которые сегодня имеют очень ограниченное применение из-за их низкой мощности, технических ограничений. их конструкции и по ряду других причин.Тем не менее генераторы радионуклидов используются в энергонезависимых системах, например, в космосе, в автономных подводных аппаратах и гидроакустических станциях, в маяках, внутри маяковых буев, а также в Арктике и Антарктике.

Коммутатор в мотор-генераторной установке, 1904 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

В электротехнике генераторы делятся на генераторы постоянного и переменного тока.

Все эти генераторы работают благодаря электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году.Фарадей построил первый униполярный генератор малой мощности, который генерировал постоянный ток. Что касается первого генератора переменного тока, то история гласит, что он был описан Фарадею в 1832 году в анонимном письме, подписанном как «П. М. » После публикации этого письма Фарадей через год получил еще одно, в котором он благодарил и предлагал усовершенствовать конструкцию, добавив стальное кольцо для переноса магнитного потока магнитных полюсов катушек. Однако неясно, соответствует ли эта история действительности.

В то время применение переменного тока еще не было найдено, поскольку все практические применения электричества в то время требовали постоянного тока, включая ток, используемый в минной войне, электрохимии, недавно разработанном электротелеграфии и первых электродвигателях.Вот почему многие изобретатели сосредоточились пока на улучшении генераторов постоянного тока, изобретая для этого различные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, которые нашли практическое применение, был магнитоэлектрический генератор, созданный немецким и российским исследователем Морицем фон Якоби, работавшим в России с 1835 по 1874 год. Он использовался минными подразделениями ВМФ Российской армии для воспламенения взрывателей. морских мин. Улучшенные генераторы этого типа используются и по сей день для активации мин, и их часто можно увидеть в фильмах о Второй мировой войне, где партизаны или диверсанты используют их для взрыва мостов, схода с рельсов поездов и других подобных приложений.

Линза лазера с приводом компакт-дисков

С этого момента ведущие инженеры соревновались друг с другом в улучшении генераторов переменного и постоянного тока, создав окончательное противостояние между двумя титанами современной области производства электроэнергии, с Томасом Эдисоном из General Electric на одном из них. с другой стороны, Никола Тесла из Westinghouse. Победил больший капитал, и технологии Tesla для генерации, транспортировки и преобразования переменного тока стали наследием американского общества. Это дало значительный толчок развитию экономики США и вывело страну на лидирующие позиции в мире.

Помимо способности производить электричество для различных нужд, которая зависела от преобразования механического движения в электричество благодаря обратимости электрических машин, стала реальностью еще одна возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение. Это было сделано с помощью электрических двигателей, работающих на постоянном и переменном токе. Можно сказать, что эти типы машин являются одними из наиболее широко используемых технологий, и они включают стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы коммерческих машин и станков, а также бытовые устройства и электронику.Благодаря этим устройствам мы научились выполнять различные задачи, такие как резка, сверление и формование. Благодаря этим технологиям мы также используем оптические диски, такие как компакт-диски и жесткие диски, в наших компьютерах — без них мы не смогли бы создать миниатюрные прецизионные электродвигатели постоянного тока.

Помимо привычных нам электромеханических двигателей, ионные двигатели также работают за счет электрического тока. Эти двигатели используют принцип движения за счет испускания ускоренных ионов данного вещества.В настоящее время они используются в космосе в основном для вывода на орбиту небольших спутников. Весьма вероятно, что будущие технологии 22-го века, такие как фотонные лазерные двигатели, которые все еще разрабатываются и которые будут вести наши межзвездные корабли на скоростях, приближающихся к скорости света, также будут зависеть от электрического тока.

Аналоговый мультиметр со снятой верхней крышкой

Генераторы постоянного тока можно также использовать для выращивания кристаллов для электронных компонентов.Этот процесс требует дополнительных стабильных генераторов постоянного тока. Такие прецизионные твердотельные генераторы электрического тока называются стабилизаторами тока.

Измерение электрического тока

Следует отметить, что устройства для измерения электрического тока, такие как микроамперметры, миллиамперметры и амперметры, сильно отличаются друг от друга в зависимости от их конструкции и принципов измерения, которые они используют. К ним относятся амперметры постоянного тока, амперметры переменного тока низкой частоты и амперметры переменного тока высокой частоты.

Измерительные механизмы этих устройств можно разделить на подвижную катушку, подвижное железо, подвижный магнит, электродинамические, индукционные, термоанемометрические и цифровые амперметры. Большинство аналоговых амперметров включает подвижную или неподвижную раму с намотанной катушкой и неподвижными или подвижными магнитами. Благодаря такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему, которая представляет собой последовательное соединение катушки индуктивности и резистора с конденсатором, подключенным параллельно им. Из-за этого аналоговые амперметры недостаточно чувствительны для измерения высокочастотного тока.

Подвижная катушка с иглой и спиральными пружинами измерителя, использованная в аналоговом мультиметре выше. Некоторые люди по-прежнему предпочитают аналоговые мультиметры, которые практически не изменились с 1890-х годов.

Основное измерительное устройство амперметра состоит из миниатюрного гальванометра. Его диапазоны измерения создаются за счет использования дополнительных шунтирующих резисторов с малым сопротивлением, и это сопротивление ниже, чем у обычного гальванометра. Таким образом, используя одно устройство в качестве основы, можно создавать различные измерительные устройства для измерения токов с разными диапазонами, включая микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Обычно при электрических измерениях важно поведение тока. Он может быть измерен как функция времени и иметь разные типы, например постоянный, гармонический, гармонический, импульсный и т. Д. Его величина характеризует способ работы электронных схем и устройств. Идентифицированы следующие значения тока:

мгновенный,
размах амплитуды,
среднее,
среднеквадратичная амплитуда.

Мгновенный ток I _i — значение тока в любой момент времени.Его можно просмотреть на экране осциллографа и измерить каждый момент времени, глядя на осциллограф.

Размах амплитуды тока I _м — наибольшее мгновенное значение тока за данный период времени.

Среднеквадратичное значение амплитуды тока I находится как квадратный корень из среднего арифметического квадратов мгновенных токов для периода формы сигнала.

Все аналоговые амперметры обычно измеряют среднеквадратичное значение амплитуды тока.

Среднее значение тока — это среднее значение всех значений мгновенного тока за время измерения.

Разница между максимальным и минимальным значением электрического тока называется размахом сигнала.

В наши дни для измерения электрического тока широко используются мультиметры и осциллографы. Оба этих устройства предоставляют информацию не только о форме , тока или напряжения, но и о других важных характеристиках сигнала.К ним относятся частота периодических сигналов, и поэтому важно знать предел частоты измерительного устройства при измерении электрического тока.

Измерение электрического тока с помощью осциллографа

Проиллюстрируем сказанное выше серией экспериментов по измерению активных и пиковых значений тока синусоидального и треугольного сигналов. Мы будем использовать генератор сигнала, осциллограф и мультиметр.

Схема эксперимента 1 показана ниже:

Генератор сигналов FG подключен к нагрузке, которая состоит из мультиметра (MM), соединенного последовательно с шунтом Rs и нагрузочным резистором R.Сопротивление шунтирующего резистора R _s составляет 100 Ом, а сопротивление нагрузочного резистора R — 1 кОм. Осциллограф ОС подключен параллельно шунтирующему резистору R _s. Номинал шунтирующего резистора выбирается из условия R _s << R. Проводя этот эксперимент, помним, что рабочая частота осциллографа намного выше рабочей частоты мультиметра.

Тест 1

Подаем на нагрузочный резистор синусоидальный сигнал частотой 60 Гц и амплитудой 9 В.Современные осциллографы имеют очень удобную кнопку Auto Set, которая позволяет отображать любой измеренный сигнал, не касаясь других органов управления осциллографа. Нажимаем кнопку Auto Set и наблюдаем за сигналом на экране, как на иллюстрации 1. Здесь диапазон сигнала составляет около пяти больших делений, а значение каждого деления составляет 200 мВ. Мультиметр показывает значение электрического тока как 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичную амплитуду на резисторе как U = 312 мВ. Среднеквадратичное значение тока на резисторе R _s можно определить по закону Ома:

I _RMS = U _RMS / R = 0.31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

, что соответствует значению 3,1 мА на мультиметре. Обратите внимание, что диапазон тока в нашей цепи, состоящей из двух последовательно включенных резисторов и мультиметра, равен

I _PP = U _PP / R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Мы знаем, что пиковый и фактические значения электрического тока и напряжения отличаются в √2 раза. Если мы умножим I _RMS = 3,1 мА на √2, мы получим 4,38. Удвоим это значение — получим 8.8 мА, что очень близко к измеренному осциллографом току (8,9 мА).

Test 2

Теперь уменьшим генерируемый сигнал вдвое. Диапазон сигнала на осциллографе также уменьшится примерно вдвое (463 мВ), а мультиметр покажет значение, которое также примерно уменьшено вдвое и составляет 1,55 мА. Определим значение активного тока на осциллографе:

I _RMS = U _RMS / R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что примерно такое же значение, которое показывает мультиметр (1 .55 мА).

Test 3

Теперь увеличим частоту генератора до 10 кГц. Изображение на осциллографе изменится, но диапазон сигнала останется прежним. Значение на мультиметре уменьшится — это связано с диапазоном частот мультиметра.

Тест 4

Давайте снова воспользуемся начальной частотой 60 Гц и напряжением 9 В, но изменим форму сигнала на генераторе с синусоидальной на треугольную. Диапазон сигнала на осциллографе остается прежним, но значение на мультиметре уменьшается по сравнению со значением тока, которое он показал в тесте 1.Это связано с изменением среднеквадратичного значения тока. Осциллограф показывает приведенное значение среднеквадратичного напряжения, измеренного на резисторе R _s = 100 Ом.

Меры предосторожности при измерении электрического тока и напряжения

Пьедестал для самостоятельной камеры с телесуфлером и тремя мониторами для домашней видеостудии

При измерении тока и напряжения мы должны помнить, что в зависимости от того, насколько безопасно здание, например, относительно малое напряжение 12–36 В может быть опасным и даже опасным для жизни.Поэтому крайне важно соблюдать следующие меры безопасности.
Не измеряйте токи, если для измерения требуются специальные навыки (например, измерение токов в цепях с напряжением выше 1000 В).
Не измеряйте токи в труднодоступных местах и на высоте.
При измерении токов в жилой распределительной сети используйте специальные средства защиты, такие как резиновые перчатки, коврики или ботинки.
Не используйте сломанные или поврежденные измерительные приборы.
При использовании мультиметров убедитесь, что установлены параметры измерения и правильный диапазон измерения.
Не используйте измерительный прибор со сломанными зондами.
Тщательно следуйте инструкциям производителя по использованию измерительного прибора.

Эту статью написал Сергей Акишкин

У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

Как рассчитать силу тока

Ток, напряжение, мощность и сопротивление связаны определенными отношениями. Любое из этих четырех значений может быть вычислено, если известны как минимум два других. С тремя оставшимися значениями информация становится избыточной.

Инструкция по эксплуатации

Перед выполнением любых расчетов обязательно перенесите все данные, имеющиеся в состоянии проблемы, в систему SI. Напряжение должно быть выражено в вольтах, ток в амперах, сопротивление в омах, мощность в ваттах.Чаще всего используются префиксы для этих величин: микро (одна миллионная, сокращенно — mk), милли (одна тысячная, сокращенно m), kilo (тысяча, сокращенно k), mega (миллион, сокращенно — M) и «гигабайт» (миллиард , сокращенно — Г).

Чтобы найти силу тока при известных напряжении и сопротивлении, используйте закон Ома для неполной цепи, рассчитывая по следующей формуле: I = U / R, где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.2 = P / R, следовательно, I = sqrt (P / R), где I — сила тока, P — мощность, R — сопротивление.

Если напряжение и мощность известны, рассчитайте следующим образом: P = UI, следовательно, I = P / U, где I — сила тока, P — мощность, U — напряжение.

После завершения расчетов перевести результат из системы СИ в те единицы, в которых он должен быть выражен в соответствии с условиями задачи (чаще всего это миллиамперы или микроамперы).

Если расчеты проводятся в отчете к лабораторным работам, при необходимости проверьте результат на реальной лабораторной установке, так как напряжение и ток не сложно изменить соответственно с помощью вольтметра и амперметра. Если используется высокое напряжение, измеряйте осторожно. Измерьте сопротивление омметром при выключенном питании агрегата. Что касается тепловой мощности, выделяемой на нагрузку, то измерить ее не так-то просто, так как требуется калориметр.

Если вы учитесь в средней школе или в вузе, учитель может потребовать от вас вычислить погрешность измерения и расчета общепринятым способом при подготовке решения проблемы.

Стандартный метод испытаний прочности уплотнения гибких барьерных материалов

Лицензионное соглашение ASTM

ВАЖНО — ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧИТАЙТЕ ДАННЫЕ УСЛОВИЯ ПЕРЕД ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННОГО ПРОДУКТА ASTM.
Приобретая подписку и нажимая на это соглашение, вы вступаете в контракт и подтверждаете, что вы прочитали это Лицензионное соглашение, что вы понимаете и соглашаетесь соблюдать его условия. Если вы не согласны с условиями настоящего Лицензионного соглашения, незамедлительно выйдите с этой страницы, не вводя продукт ASTM.

1.Право собственности:
Этот продукт защищен авторским правом как компиляция и как отдельные стандарты, статьи и / или документы («Документы») ASTM («ASTM»), 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, США, за исключением случаев, когда это может быть прямо указано в тексте отдельных Документов. Все права защищены. Ты (Лицензиат) не имеет права собственности или других прав на Продукт ASTM или Документы.Это не распродажа; все права, титул и интерес к продукту или документам ASTM (как в электронном файле, так и на бумажном носителе) принадлежат ASTM. Вы не можете удалить или скрыть уведомление об авторских правах или другое уведомление, содержащееся в продукте или документах ASTM.

2. Определения.

A. Типы лицензиатов:

(i) Индивидуальный пользователь:
отдельный уникальный компьютер с индивидуальным IP-адресом;

(ii) Одна площадка:
одно географическое положение или несколько сайты в пределах одного города, которые являются частью единой организационной единицы, управляемой централизованно; например, разные кампусы одного и того же университета в одном городе управляются централизованно.

(iii) Multi-Site:
организация или компания с независимое управление несколькими локациями в одном городе; или организация или компания, расположенная более чем в одном городе, штате или стране, с центральной администрацией для всех местоположений.

B. Авторизованные пользователи:
любое лицо, подписавшееся к этому продукту; если лицензия сайта, также включает зарегистрированных студентов, преподавателей или сотрудников, или сотрудником Лицензиата на Единственном или Многократном сайте.

3. Ограниченная лицензия.
ASTM предоставляет Лицензиату ограниченное, отзывная, неисключительная, непередаваемая лицензия на доступ посредством одного или нескольких авторизованные IP-адреса и в соответствии с условиями настоящего Соглашения для использования разрешенный и описанный ниже, каждый Продукт ASTM, на который подписался Лицензиат.

А.Конкретные лицензии:

(i) Индивидуальный пользователь:

(a) право просматривать, искать, извлекать, отображать и просматривать Продукт;

(b) право скачивать, хранить или распечатывать единичные копии отдельных Документов или частей таких Документов исключительно для личного использования Лицензиатом. То есть Лицензиат может получить доступ к электронному файлу Документа (или его части) и загрузить его. Документа) для временного хранения на одном компьютере с целью просмотра и / или печать одной копии Документа для индивидуального использования.Ни электронный файл, ни единственная бумажная копия может быть воспроизведена в любом случае. Кроме того, электронная файл не может быть распространен где-либо еще через компьютерные сети или иным образом. Это электронный файл нельзя отправить по электронной почте, загрузить на диск, скопировать на другой жесткий диск или в противном случае поделился. Распечатка единственной бумажной копии может быть передана другим лицам только для их внутреннее использование в вашей организации; это не может быть скопировано.Отдельный документ загружен не могут быть проданы или перепроданы, сданы в аренду, сданы в аренду или сублицензированы.

(ii) Лицензии для одного и нескольких сайтов:

(a) право просматривать, искать, извлекать, отображать и просматривать Продукт;

(b) право скачивать, хранить или распечатывать единичные копии отдельных Документов или их частей для личного пользования Авторизованного пользователя. использовать и передавать такие копии другим Авторизованным пользователям Лицензиата в компьютерной сети Лицензиата;

(c) , если образовательное учреждение, Лицензиату разрешено предоставить бумажные копии отдельных Документов для отдельных студентов (Авторизованных пользователей) в классе в месте нахождения Лицензиата;

(d) право показывать, скачивать и распространять бумажные копии Документов для обучения Авторизованных пользователей или групп Авторизованных пользователей.

(e) Лицензиат выполнит всю необходимую аутентификацию и процессы проверки, чтобы гарантировать, что только авторизованные пользователи могут получить доступ к продукту ASTM.

(f) Лицензиат предоставит ASTM список авторизованных IP-адреса (числовые IP-адреса домена) и, если несколько сайтов, список авторизованных сайтов.

Б.Запрещенное использование.

(i) Эта Лицензия описывает все разрешенные виды использования. Любой другой использование запрещено, является нарушением настоящего Соглашения и может привести к немедленному прекращению действия настоящей Лицензии.

(ii) Авторизованный пользователь не может производить этот Продукт, или Документы, доступные любому, кроме другого Авторизованного пользователя, по ссылке в Интернете, или разрешив доступ через свой терминал или компьютер; или другими подобными или отличными способами или договоренностями.

(iii) В частности, никто не имеет права передавать, копировать, или распространять любой Документ любым способом и для любых целей, кроме описанных в Разделе 3 настоящей Лицензии без предварительного письменного разрешения ASTM. Особенно, за исключением случаев, описанных в Разделе 3, никто не может без предварительного письменного разрешения ASTM: (а) распространять или пересылать копию (электронную или иную) любой статьи, файла, или материал, полученный из любого Продукта или Документа ASTM; (б) воспроизводить или фотокопировать любые стандарт, статья, файл или материал из любого продукта ASTM; (c) изменять, модифицировать, адаптировать, или переводить любой стандарт, статью, файл или материал, полученный из любого продукта ASTM; (d) включать любой стандарт, статью, файл или материал, полученный из любого продукта ASTM или Документировать в других произведениях или иным образом создавать производные работы на основе любых материалов полученные из любого Продукта или Документа ASTM; (e) взимать плату за копию (электронную или в противном случае) любого стандарта, статьи, файла или материала, полученного из любого продукта ASTM или Документ, за исключением обычных затрат на печать / копирование, если такое воспроизведение разрешено. в соответствии с разделом 3; или (f) систематически загружать, архивировать или централизованно хранить существенные части стандартов, статей, файлов или материалов, полученных из любого продукта ASTM или Документ.Включение печатных или электронных копий в учебные пакеты или электронные резервы, или для дистанционного обучения, не разрешено данной Лицензией и запрещено без Предварительное письменное разрешение ASTM.

(iv) Лицензиату запрещается использовать Продукт или доступ к Продукт для коммерческих целей, включая, помимо прочего, продажу Документов, материалы, использование Продукта за плату или массовое воспроизведение или распространение Документов в любой форме; Лицензиат также не может взимать с Авторизованных пользователей специальные сборы за использование Продукт выходит за рамки разумных затрат на печать или административные расходы.

C. Уведомление об авторских правах . Все копии материалов из ASTM Продукт должен иметь надлежащее уведомление об авторских правах на название ASTM, как показано на начальной странице. каждого стандарта, статьи, файла или материала. Скрытие, удаление или изменение уведомление об авторских правах не допускается.

4. Обнаружение запрещенного использования.

A. Лицензиат несет ответственность за принятие разумных мер. для предотвращения запрещенного использования и незамедлительно уведомлять ASTM о любых нарушениях авторских прав или запрещенное использование, о котором становится известно Лицензиату. Лицензиат будет сотрудничать с ASTM в расследовании любого такого запрещенного использования и предпримет разумные меры для обеспечения прекращение такой деятельности и предотвращение ее повторения.

B. Лицензиат должен приложить все разумные усилия для защиты Продукт от любого использования, которое не разрешено в соответствии с настоящим Соглашением, и уведомляет ASTM о любом использовании, о котором он узнает или о котором сообщается.

5. Постоянный доступ к продукту.
ASTM оставляет за собой право прекратить действие настоящей Лицензии после письменного уведомления, если Лицензиат существенно нарушит условия настоящего Соглашения.Если Лицензиат не оплачивает ASTM лицензию или при оплате подписки ASTM предоставит Лицензиату 30-дневный период в течение который исправит такое нарушение. Период исправления существенных нарушений не предусмотрен. относящиеся к нарушениям Раздела 3 или любому другому нарушению, которое может привести к непоправимому вред. Если подписка Лицензиата на Продукт ASTM прекращается, дальнейший доступ к онлайн-база данных будет отклонена.Если Лицензиат или Уполномоченные пользователи существенно нарушат этой Лицензии или запрещенного использования материала в любом продукте ASTM, ASTM оставляет за собой право право отказать Лицензиату в любом доступе к Продукту ASTM по собственному усмотрению ASTM.

6. Форматы доставки и услуги.

A. Некоторые продукты ASTM используют стандартный Интернет-формат HTML. ASTM оставляет за собой право изменить такой формат после уведомления Лицензиата за три [3] месяца, хотя ASTM приложит разумные усилия для использования общедоступных форматов. Лицензиат и Авторизованные пользователи несут ответственность за получение за свой счет подходящие подключения к Интернету, веб-браузеры и лицензии на любое необходимое программное обеспечение для просмотра продуктов ASTM.

B. Продукты ASTM также доступны в Adobe Acrobat (PDF) Лицензиату и его Авторизованным пользователям, которые несут полную ответственность за установку и настройку соответствующего программного обеспечения Adobe Acrobat Reader.

C. ASTM приложит разумные усилия для обеспечения доступа в режиме онлайн. доступны на постоянной основе. Доступность будет зависеть от периодической прерывание и простой для обслуживания сервера, установки или тестирования программного обеспечения, загрузка новых файлов и причины, не зависящие от ASTM. ASTM не гарантирует доступ, и не будет нести ответственности за ущерб или возмещение, если Продукт станет временно недоступным, или если доступ становится медленным или неполным из-за процедур резервного копирования системы, Интернет объем трафика, апгрейды, перегрузка запросов к серверам, общие сбои сети или задержки, или любая другая причина, которая может время от времени сделать Продукт недоступным для Лицензиата или Авторизованных пользователей Лицензиата.

7. Условия и комиссии.

A. Срок действия настоящего Соглашения составляет _____________ («Срок подписки»). Доступ к продукту предоставляется только на период подписки. Настоящее Соглашение остается в силе. впоследствии на последующие Периоды подписки, если годовая абонентская плата, как таковая, может время от времени меняются, оплачиваются.Лицензиат и / или ASTM имеют право расторгнуть настоящее Соглашение. по окончании Срока подписки путем письменного уведомления не менее чем за 30 дней.

B. Пошлины:

8. Проверка.
ASTM имеет право проверить соответствие с настоящим Соглашением, за его счет и в любое время в ходе обычной деятельности часы.Для этого ASTM привлечет независимого консультанта при соблюдении конфиденциальности. соглашения, для проверки использования Лицензиатом Продукции и / или Документов ASTM. Лицензиат соглашается разрешить доступ к своей информации и компьютерным системам для этой цели. Проверка состоится после уведомления не менее чем за 15 дней, в обычные рабочие часы и в способом, который не препятствует необоснованному вмешательству в деятельность Лицензиата.Если проверка выявляет нелицензионное или запрещенное использование продуктов или документов ASTM, Лицензиат соглашается возместить ASTM расходы, понесенные при проверке, и возместить ASTM для любого нелицензионного / запрещенного использования. Запуская эту процедуру, ASTM не отказывается от любое из его прав на обеспечение соблюдения настоящего Соглашения или защиту своей интеллектуальной собственности путем любыми другими способами, разрешенными законом.Лицензиат признает и соглашается с тем, что ASTM может включать определенная идентифицирующая или отслеживающая информация в Продуктах ASTM, доступных на Портале.

9. Пароли:
Лицензиат должен немедленно уведомить ASTM о любом известном или предполагаемом несанкционированном использовании его пароля (паролей), а также о любом известном или подозреваемом нарушение безопасности, в том числе утеря, кража, несанкционированное раскрытие такого пароля или любой несанкционированный доступ или использование Продукта ASTM.Лицензиат несет полную ответственность для сохранения конфиденциальности своего пароля (паролей) и для обеспечения авторизованного доступ и использование продукта ASTM. Личные учетные записи / пароли не могут быть переданы.

10. Отказ от гарантии:
Если иное не указано в настоящем Соглашении, все явные или подразумеваемые условия, заявления и гарантии, включая любые подразумеваемые гарантия товарной пригодности, пригодности для определенной цели или ненарушения прав отклоняются, за исключением тех случаев, когда эти заявления об ограничении ответственности считаются недействительными.

11. Ограничение ответственности:
В части, не запрещенной законом, ни при каких обстоятельствах ASTM не несет ответственности за любую потерю, повреждение, потерю данных или за специальные, косвенные, косвенные или штрафные убытки, независимо от теории ответственности, возникшие в результате или связанные с использованием Продукции ASTM или загрузкой Документов ASTM. Ни при каких обстоятельствах ответственность ASTM не будет превышать сумму, уплаченную Лицензиатом в соответствии с настоящим Лицензионным соглашением.

12. Общие.

A. Прекращение действия:
Настоящее Соглашение действует до прекращено. Лицензиат может прекратить действие настоящего Соглашения в любое время, уничтожив все копии. (на бумажном носителе, в цифровом формате или на любом носителе) Документов ASTM и прекращение любого доступа к Продукту ASTM.

B. Применимое право, место проведения и юрисдикция:
Настоящее Соглашение должно толковаться и толковаться в соответствии с законодательством Российской Федерации. Содружество Пенсильвании.Лицензиат соглашается подчиниться юрисдикции и месту проведения в суд штата и федеральный суд Пенсильвании по любому спору, который может возникнуть в связи с этим Соглашение. Лицензиат также соглашается отказаться от любых требований иммунитета, которыми он может обладать.

C. Интеграция:
Настоящее Соглашение является полным соглашением между Лицензиатом и ASTM в отношении его предмета. Он заменяет все предыдущие или одновременные устные или письменные сообщения, предложения, заявления и гарантии и имеет преимущественную силу над любыми противоречащими или дополнительными условиями любого предложения, заказа, подтверждения, или иное общение между сторонами, касающееся его предмета в течение срока настоящего Соглашения.Никакие изменения настоящего Соглашения не будут иметь обязательной силы, кроме как в письменной форме. и подписано уполномоченным представителем каждой стороны.

D. Назначение:
Лицензиат не имеет права уступать или передавать свои права по настоящему Соглашению без предварительного письменного разрешения ASTM.

E. Налоги.
Лицензиат должен платить все применимые налоги, кроме налогов на чистую прибыль ASTM, возникающую в результате использования Лицензиатом Продукта ASTM и / или права, предоставленные по настоящему Соглашению.

обзор измерения силы хвата в клинических и эпидемиологических исследованиях: к стандартизированному подходу | Возраст и старение

Аннотация

Предпосылки: Европейская рабочая группа по саркопении у пожилых людей разработала клиническое определение саркопении, основанное на низкой мышечной массе и сниженной мышечной функции (силе или производительности). Сила захвата рекомендуется как простой простой способ измерения силы мышц при «измерении в стандартных условиях».Однако стандартные условия еще предстоит определить.

Методы: был проведен поиск в литературе для обзора статей, описывающих измерение силы захвата, перечисленных в базах данных Medline, Web of Science и Cochrane Library до 31 декабря 2009 года.

Результаты: выбор может быть очень разнообразным. оборудования и протокола измерения силы хвата. Ручной динамометр Jamar является наиболее широко используемым инструментом с подтвержденной надежностью тестирования-повторного тестирования, межэкспертной и внутриэкспертной.Однако существуют значительные различия в том, как он используется, и исследования часто предоставляют недостаточную информацию о применяемом протоколе, что затрудняет сравнение. Есть свидетельства того, что изменение подхода может повлиять на регистрируемые значения. Кроме того, сообщаемые суммарные показатели силы хвата широко варьируются, включая максимальное или среднее значение, от одной, двух или трех попыток, с одной рукой или одной доминирующей рукой.

Выводы: существующие методы оценки силы хвата значительно различаются, что затрудняет сравнение исследований.Стандартизованный метод позволит более последовательно измерять силу захвата и лучше оценивать саркопению. Описан наш подход.

Введение

Европейская рабочая группа по саркопении у пожилых людей (EWGSOP) недавно сообщила о консенсусном подходе к определению и диагностике саркопении [ 1 ]. Диагноз саркопении требует низкой мышечной массы и низкой мышечной функции (силы или физической работоспособности), поэтому был рассмотрен широкий спектр инструментов.Сила захвата была единственным методом оценки, рекомендованным для измерения силы мышц, и самым простым методом оценки функции мышц в клинической практике. Продольные исследования подтверждают, что сила хвата снижается после среднего возраста, причем потеря ускоряется с возрастом [2] и к старости [3]. Показано, что в качестве оценочной меры сила захвата имеет прогностическую ценность, а низкие значения связаны с падениями [4], инвалидностью, ухудшением качества жизни, связанным со здоровьем [ 5 ] и длительным пребыванием в больнице [ 6 ] а также повышенная смертность [ 7, 8 ].

Сила захвата может быть измерена количественно с помощью ручного динамометра. Однако методы, используемые для определения силы захвата, значительно различаются, например, в зависимости от выбора динамометра или используемого протокола измерения. Это может привести к ошибке измерения. В отчете EWGSOP признается проблема определения того, как лучше всего измерять такие переменные, как сила хвата. Поэтому мы провели обзор литературы, чтобы оценить степень вариации в методе оценки силы хвата и потенциальное влияние на сообщаемые значения.

Методы

Литературный поиск в базах данных Medline, Web of Science и Cochrane Library был проведен двумя исследователями независимо, а затем объединился. В качестве поисковых терминов использовались следующие термины: (i) сила захвата и слабость / старейшина / протокол / измерение / методы / джамар, (2) хватка и слабость / старший / протокол / измерение / методы / джамар, (iii) динамометр и (iv) джамар. . Были получены полные тексты всех потенциально актуальных статей. Статьи включались в обзор, если в них описывалось измерение силы сжатия рук у людей в возрасте 16 лет и старше, и они были написаны на английском языке.Поиск включал в себя статьи, материалы конференций и электронные публикации, зарегистрированные в базах данных до 31 декабря 2009 г., а библиографии этих статей были проверены на предмет наличия дополнительных релевантных статей. Условия поиска использовались до тех пор, пока не было найдено никаких других документов. Результаты измерения силы захвата представлены в зависимости от используемого оборудования, вариаций в протоколе измерения и клинических свойств заявленного значения.

Результаты

Результаты поиска

Всего в ходе обыска было выявлено 11 604 документа.Были просмотрены названия и аннотации этих статей. В целом, 189 были признаны возможными и полностью извлечены для детальной оценки. Сто сорок семь были исключены, либо потому, что они были из населения в возрасте 15 лет или моложе, либо потому, что они сосредоточились на выявлении неискренности усилия или выносливости хвата, а не на тестировании максимальной силы. Когда было выявлено несколько работ, посвященных одному и тому же исследовательскому вопросу, для ясности и краткости была выбрана самая последняя статья, за исключением одного случая, когда результаты противоречили друг другу.В окончательный обзор было включено 42 исследования.

Оборудование

Выбор динамометра

В таблице 1 указаны основные характеристики динамометров различных типов. Ручной динамометр Jamar (Lafayette Instrument Company, США) наиболее широко цитируется в литературе и считается золотым стандартом, по которому оцениваются другие динамометры [9,10]. Он содержит самые обширные нормативные данные [ 11 ], хотя данные доступны для других инструментов, таких как BTE Work Simulator [12] и Martin Vigorimeter [13].Сообщается об отличной совместимости Jamar с известными весами ( r = 0,9998 [ 14 ]; r > 0,96 [15]).

Таблица 1.

Основные характеристики ручных динамометров

Тип инструмента .	Гидравлический .	Пневматический .	Механический .	Штамм .
Меры	Прочность захвата	Давление захвата	Прочность захвата	Прочность захвата
На основе	Герметичная гидравлическая система, позволяющая считывать силу захвата по шкале шкалы	сжатия 907 отсека, заполненного воздухом, e.грамм. мешок или груша	Величина напряжения, создаваемого пружиной	Изменение электрического сопротивления отрезка провода из-за приложенного к нему напряжения
Пример прибора	Jamar	Martin Vigorimeter	Harpenden динамометр	Устройство для испытания изометрической прочности
Единицы	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Миллиметры ртутного столба (мм рт.	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Ньютоны силы (Н)
Преимущества	Портативный, экономичный, имеется большой объем нормативных данных	Бережное отношение к слабым или болезненным суставам	Нет доказательств превосходство, представленное в литературе	Не подвержены утечкам (масло / вода / воздух), которые могут снизить точность
Ограничения	Может вызывать нагрузку на слабые суставы.Могут возникать медленные утечки и гистерезис.	Эти инструменты измеряют давление захвата, которое зависит от площади поверхности, к которой прилагается сила. Таким образом, размер руки может влиять на измерение	Воспроизводимость измерений силы захвата ограничена из-за трудностей с точным воспроизведением положения захвата и калибровкой устройства	Может быть дорогим и тяжелым

Тип инструмента .	Гидравлический .	Пневматический .	Механический .	Штамм .
Меры	Прочность захвата	Давление захвата	Прочность захвата	Прочность захвата
На основе	Герметичная гидравлическая система, позволяющая считывать силу захвата по шкале шкалы	сжатия 907 отсека, заполненного воздухом, e.грамм. мешок или груша	Величина напряжения, создаваемого пружиной	Изменение электрического сопротивления отрезка провода из-за приложенного к нему напряжения
Пример прибора	Jamar	Martin Vigorimeter	Harpenden динамометр	Устройство для испытания изометрической прочности
Единицы	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Миллиметры ртутного столба (мм рт.	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Ньютоны силы (Н)
Преимущества	Портативный, экономичный, имеется большой объем нормативных данных	Бережное отношение к слабым или болезненным суставам	Нет доказательств превосходство, представленное в литературе	Не подвержены утечкам (масло / вода / воздух), которые могут снизить точность
Ограничения	Может вызывать нагрузку на слабые суставы.Могут возникать медленные утечки и гистерезис.	Эти инструменты измеряют давление захвата, которое зависит от площади поверхности, к которой прилагается сила. Таким образом, размер руки может влиять на измерение	Воспроизводимость измерений силы захвата ограничена из-за трудностей с точным воспроизведением положения захвата и калибровкой устройства	Может быть дорогим и тяжелым

Таблица 1.

Ключевые особенности руки динамометры

Тип прибора .	Гидравлический .	Пневматический .	Механический .	Штамм .
Меры	Прочность захвата	Давление захвата	Прочность захвата	Прочность захвата
На основе	Герметичная гидравлическая система, позволяющая считывать силу захвата по шкале шкалы	сжатия 907 отсека, заполненного воздухом, e.грамм. мешок или груша	Величина напряжения, создаваемого пружиной	Изменение электрического сопротивления отрезка провода из-за приложенного к нему напряжения
Пример прибора	Jamar	Martin Vigorimeter	Harpenden динамометр	Устройство для испытания изометрической прочности
Единицы	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Миллиметры ртутного столба (мм рт.	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Ньютоны силы (Н)
Преимущества	Портативный, экономичный, имеется большой объем нормативных данных	Бережное отношение к слабым или болезненным суставам	Нет доказательств превосходство, представленное в литературе	Не подвержены утечкам (масло / вода / воздух), которые могут снизить точность
Ограничения	Может вызывать нагрузку на слабые суставы.Могут возникать медленные утечки и гистерезис.	Эти инструменты измеряют давление захвата, которое зависит от площади поверхности, к которой прилагается сила. Таким образом, размер руки может влиять на измерение	Воспроизводимость измерений силы захвата ограничена из-за трудностей с точным воспроизведением положения захвата и калибровкой устройства	Может быть дорогим и тяжелым

Тип инструмента .	Гидравлический .	Пневматический .	Механический .	Штамм .
Меры	Прочность захвата	Давление захвата	Прочность захвата	Прочность захвата
На основе	Герметичная гидравлическая система, позволяющая считывать силу захвата по шкале шкалы	сжатия 907 отсека, заполненного воздухом, e.грамм. мешок или груша	Величина напряжения, создаваемого пружиной	Изменение электрического сопротивления отрезка провода из-за приложенного к нему напряжения
Пример прибора	Jamar	Martin Vigorimeter	Harpenden динамометр	Устройство для испытания изометрической прочности
Единицы	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Миллиметры ртутного столба (мм рт.	Килограммы (кг) или фунты силы (фунт-сила)	Ньютоны силы (Н)
Преимущества	Портативный, экономичный, имеется большой объем нормативных данных	Бережное отношение к слабым или болезненным суставам	Нет доказательств превосходство, представленное в литературе	Не подвержены утечкам (масло / вода / воздух), которые могут снизить точность
Ограничения	Может вызывать нагрузку на слабые суставы.Могут возникать медленные утечки и гистерезис.	Эти инструменты измеряют давление захвата, которое зависит от площади поверхности, к которой прилагается сила. Таким образом, размер руки может влиять на измерение	Воспроизводимость измерений силы захвата ограничена из-за трудностей с точным воспроизведением положения захвата и калибровкой устройства	Может быть дорогим и тяжелым

Обзор [ 14 ] Оценка надежности и достоверности Jamar по сравнению с другими устройствами измерения силы захвата пришел к выводу, что между динамометрами Jamar, Dexter и Baseline существует отличная межинструментальная надежность, которые все измеряют силу захвата в фунтах и килограммах и могут использоваться взаимозаменяемо.Аналогичные свидетельства были обнаружены и в гидравлических динамометрах Джамара и Роляна.

Была обнаружена надежность от умеренной до превосходной между симулятором работы Jamar, Baltimore Therapy Equipment (BTE), BTE Primus и Martin Vigorimeter, но они используют разные единицы измерения, и BTE не является портативным устройством. Аналогичная надежность была обнаружена между динамометрами Jamar и MicroFET 4 [16] и DynEX [17]. Сообщалось о низких показателях надежности между инструментами между Jamar, сфигмоманометром и вигориметром.Неясно, могут ли электронный динамометр Grippit и Jamar использоваться как взаимозаменяемые [18]. Поскольку он является наиболее широко используемым, в данном обзоре мы сосредоточимся на динамометре Jamar.

Динамометр Jamar

Jamar небольшой и портативный, но относительно тяжелый — 1,5 фунта. Циферблат показывает силу как в килограммах, так и в фунтах, с отметками с интервалом 2 кг или 5 фунтов, что позволяет проводить оценку с точностью до 1 кг или 2,5 фунта. Для этого требуется 3– 4 фунта силы, чтобы заставить индикаторную стрелку двигаться, что может быть неприемлемым при измерении силы захвата у очень слабых пациентов [19], и ошибка считывания, как сообщается, больше при более низких нагрузках.Точность калибровки следует проверять на новых машинах [20], и производители рекомендуют ежегодную или более частую калибровку при ежедневном использовании.

Протокол измерений

Размер руки и длина ногтя

Jamar — это динамометр с регулируемым размахом рук с пятью положениями рукоятки. Как показано в таблице 2, в большинстве исследований для всех участников использовалась вторая позиция. Это считается наиболее надежной и последовательной позицией [10], которая рекомендуется для повседневного использования.Однако размер руки важен, и только 60% из 214 добровольцев продемонстрировали максимальную силу захвата во втором положении [ 21 ], а 56 здоровых добровольцев самостоятельно выбрали второе или третье положение для максимальной силы захвата [ 22 ]. Позиции рукоятки один [23] и пять [24] оказались значительно менее надежными, чем другие положения, но для людей с очень маленькими руками может потребоваться одно положение [ 25 ]. Было показано, что сила захвата, измеренная с использованием второго положения ручки, снижается у женщин с ногтями, выступающими на 1 см или более за кончик пальца, а у тех, кто использовал положение ручки один, захват уменьшался даже с ногтями пальцев, выступающими всего на 0.5 см [ 26 ].

Таблица 2.

Примеры протоколов измерения силы захвата, использованных в исследованиях с использованием динамометра Jamar

907 . 1995 [13]

Автор и год публикации .	Население ( n ) .	Настройка ручки .	Положение тела .	Поощрение / инструкции .	Руки проверены .	Используемая величина .
Боханнон и Шауберт 2005 [48]	Пожилые люди, проживающие в общинах, США (21)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одинарное испытание 0
Общинные старейшины, Канада (360)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Наивысшее из трех
Fried et al. 2001 [64]	Общинные старейшины из исследования сердечно-сосудистой системы (5317)	Не указано	Не указано	Не указано	Доминант	Среднее значение трех
Massy-Westropp 703 et al. . 2004 [65]	Здоровые взрослые, Австралия (419)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одно испытание
Mathiowetz et al .1985 [66]	Здоровые взрослые, США (628)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Среднее значение трех
Sayer et al. 2007 [67]	Общинные старейшины из Хартфордширского когортного исследования, Великобритания (2677)	Самый удобный	Испытуемые сидят, предплечья опираются на подлокотники стула, запястья чуть выше подлокотника стула в нейтральном положении, большой палец вверх, ступни на полу	Стандартное поощрение	Оба	Наивысшее из трех
Werle et al. 2009 [68]	Взрослые жители общин, Швейцария (1023)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартные инструкции при постоянном объеме	Оба	Среднее значение трех

907 . 1995 [13]

Автор и год публикации .	Население ( n ) .	Настройка ручки .	Положение тела .	Поощрение / инструкции .	Руки проверены .	Используемая величина .
Боханнон и Шауберт 2005 [48]	Пожилые люди, проживающие в общинах, США (21)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одинарное испытание 0
Общинные старейшины, Канада (360)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Наивысшее из трех
Fried et al. 2001 [64]	Общинные старейшины из исследования сердечно-сосудистой системы (5317)	Не указано	Не указано	Не указано	Доминант	Среднее значение трех
Massy-Westropp 703 et al. . 2004 [65]	Здоровые взрослые, Австралия (419)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одно испытание
Mathiowetz et al .1985 [66]	Здоровые взрослые, США (628)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Среднее значение трех
Sayer et al. 2007 [67]	Общинные старейшины из Хартфордширского когортного исследования, Великобритания (2677)	Самый удобный	Испытуемые сидят, предплечья опираются на подлокотники стула, запястья чуть выше подлокотника стула в нейтральном положении, большой палец вверх, ступни на полу	Стандартное поощрение	Оба	Наивысшее из трех
Werle et al. 2009 [68]	Взрослые жители общин, Швейцария (1023)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартные инструкции при постоянном объеме	Оба	Среднее значение трех

Таблица 2.

Примеры захвата Протоколы измерения силы, используемые в исследованиях с использованием динамометра Jamar

907 . 1995 [13]

Автор и год публикации .	Население ( n ) .	Настройка ручки .	Положение тела .	Поощрение / инструкции .	Руки проверены .	Используемая величина .
Боханнон и Шауберт 2005 [48]	Пожилые люди, проживающие в общинах, США (21)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одинарное испытание 0
Общинные старейшины, Канада (360)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Наивысшее из трех
Fried et al. 2001 [64]	Общинные старейшины из исследования сердечно-сосудистой системы (5317)	Не указано	Не указано	Не указано	Доминант	Среднее значение трех
Massy-Westropp 703 et al. .2004 [65]	Здоровые взрослые, Австралия (419)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одно испытание
Mathiowetz et al . 1985 [66]	Здоровые взрослые, США (628)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Среднее значение трех
Sayer et al. 2007 [67]	Общинные старейшины из Хартфордширского когортного исследования, Великобритания (2677)	Самый удобный	Испытуемые сидят, предплечья опираются на подлокотники стула, запястья чуть выше подлокотника стула в нейтральном положении, большой палец вверх, ступни на полу	Стандартное поощрение	Оба	Наивысшее из трех
Werle et al. 2009 [68]	Взрослые жители общин, Швейцария (1023)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартные инструкции при постоянном объеме	Оба	Среднее значение трех

907 . 1995 [13]

Автор и год публикации .	Население ( n ) .	Настройка ручки .	Положение тела .	Поощрение / инструкции .	Руки проверены .	Используемая величина .
Боханнон и Шауберт 2005 [48]	Пожилые люди, проживающие в общинах, США (21)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одинарное испытание 0
Общинные старейшины, Канада (360)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Наивысшее из трех
Fried et al. 2001 [64]	Общинные старейшины из исследования сердечно-сосудистой системы (5317)	Не указано	Не указано	Не указано	Доминант	Среднее значение трех
Massy-Westropp 703 et al. .2004 [65]	Здоровые взрослые, Австралия (419)	2-я	Рекомендации ASHT	Не указано	Оба	Одно испытание
Mathiowetz et al . 1985 [66]	Здоровые взрослые, США (628)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартизированные инструкции согласно Mathiowetz et al. (1984)	Оба	Среднее значение трех
Sayer et al. 2007 [67]	Общинные старейшины из Хартфордширского когортного исследования, Великобритания (2677)	Самый удобный	Испытуемые сидят, предплечья опираются на подлокотники стула, запястья чуть выше подлокотника стула в нейтральном положении, большой палец вверх, ступни на полу	Стандартное поощрение	Оба	Наивысшее из трех
Werle et al. 2009 [68]	Взрослые люди, проживающие в сообществах, Швейцария (1023)	2-я	Рекомендации ASHT	Стандартные инструкции при постоянном объеме	Оба	Среднее значение трех

Доминирование рук

Правило 10%, используемое терапевтами, лечащими пациентов с травмами руки, гласит, что доминирующая рука имеет на 10% более сильный захват, чем недоминантная рука [27].Среди американских и греческих добровольцев это было верно для правшей, но для левшей сила захвата была одинаковой в обеих руках [21, 28], что может повлиять на окончательное значение, когда оценивается только одна рука. Аналогичным образом, обзор 10 исследований показал, что испытуемые с доминированием справа были сильнее с правой рукой, тогда как среди субъектов с доминированием слева результаты были неоднозначными [ 29 ].

Положение корпуса

Запястье и предплечье

Ричардс и др. .[ 30 ] обнаружили, что изменение положения предплечья между нейтральным, супинированным и пронированным изменяет силу захвата. Супинированная позиция создавала самую сильную силу, тогда как сила была самой слабой в пронированной позиции.

Колено

Сообщалось о более высокой силе захвата при сидении с локтем в сгибании на 90 °, а не полностью разогнутым [ 31 ], а также сообщалось о значительной разнице между сгибанием локтя под углом 45 ° и 90 ° [10].Однако Su et al . [32] обнаружили значительно более высокую силу захвата у 160 китайских испытуемых с полностью вытянутым, а не согнутым локтем, независимо от положения плеч. Канадское исследование 49 здоровых канадских мужчин-правшей в возрасте 60–84 лет показало значительно более высокую силу захвата в недоминантной руке с локтем, согнутым под углом 90 °, а не полностью разогнутым, но такой разницы не было обнаружено для доминирующей руки [ 33].

Плечо

Su et al .[ 34 ] оценивали силу захвата с полностью разогнутым локтем и сгибанием плеча 0 °, 90 ° и 180 °, а также с локтем, согнутым до 90 ° и 0 ° сгибания плеча. Наибольшая средняя сила захвата была обнаружена при сгибании плеча на 180 °, а наименьшая — при сгибании плеча на 0 ° и локтевом сгибе на 90 °.

Осанка

В одном исследовании сообщалось об отсутствии существенной разницы в силе хвата у испытуемых в сидячем или стоячем положении [35], но у Balogun et al .[36] показали более высокую силу хвата у студентов колледжа стоя, а не сидя. Хиллман [37] обнаружил, что показания без опоры на локти испытуемых были значительно выше, чем при опоре.

Американское общество терапевтов рук (ASHT) рекомендует стандартное положение: пациент сидит, плечи сведены и вращаются в нейтральном направлении, локоть согнут на 90 °, предплечье в нейтральном положении и запястье между 0 и 30 ° тыльного сгибания [ 38 ]. Необходимость в стандартном протоколе для повышения достоверности оценки проиллюстрирована Spijkerman et al. [ 39 ], который обнаружил, что позволяя испытуемым принимать удобное положение, результаты значительно отличаются от результатов протокола ASHT. Таблица 2 суммирует некоторые различия в протоколах измерения между исследованиями с использованием ручного динамометра Jamar для измерения силы захвата.

Усилие и поощрение

Большинство исследований либо не сообщают, сколько поддержки они дают, либо сообщают о разных количествах (Таблица 2). Различные методы обучения и / или словесного поощрения могут повлиять на производительность [ 40 ] и, таким образом, внести ошибку измерения, как и объем инструкций [ 41 ].Mathiowetz et al. [ 42 ] содержат набор стандартных инструкций: «Я хочу, чтобы вы держали ручку вот так и сжимали так сильно, как можете». Экзаменатор демонстрирует и затем дает испытуемому динамометр. После того, как испытуемый расположен надлежащим образом, экзаменатор говорит: «Вы готовы? Сжимай так сильно, как можешь ». Когда испытуемый начинает сжиматься, экзаменатор говорит: «Сильнее!… Сильнее!… Расслабьтесь».

Интервал между измерениями

Watanabe et al. [ 43 ] сравнил среднее значение двух показаний для каждой руки, многократно измеренных без отдыха или снятых с интервалами в 1 минуту у 100 участников. Во время повторного измерения сила хвата постепенно уменьшалась, тогда как во время интервального измерения не было изменений ни для пола, ни для руки.

Время суток

Янг и др. . [44] сообщили об аналогичных показателях при тестировании силы захвата утром и днем, но Jasper et al .[45] показали циркадный ритм силы хвата с минимумом около 06:00 и максимальным около 18:00.

Подготовка оценщиков

Существует мало литературы по обучению людей измерению силы захвата, но есть свидетельства того, что оценка силы захвата разными терапевтами может считаться взаимозаменяемой, если они следуют одному и тому же протоколу [ 46 ]. В настоящее время научный персонал проходит обучение перед измерением силы хвата [47], но это обычно плохо документируется и не стандартизируется в исследованиях.

Клинические свойства

Надежность и воспроизводимость

Измерения силы захвата, проведенные с помощью динамометра Jamar, показали хорошую или отличную ( r > 0,80) воспроизводимость повторных тестов [ 42 ] и отличную ( r = 0,98) межэкспертную надежность [ 46 ] . Высокая воспроизводимость результатов повторных тестов была продемонстрирована среди пожилых американских добровольцев, проживающих в общинах (средний возраст 75 лет), которые неоднократно тестировались в течение 12-недельного периода [ 48 ].

Количество представленных оценок и итоговых показателей

Протокол ASHT использует среднее значение трех испытаний силы захвата в каждой руке [ 38 ], которые имели более высокую надежность повторных тестов среди студенток, чем одно испытание отдельно или максимум из трех испытаний [ 42 ]. Однако Гамильтон и др. . [23] обнаружили аналогичную надежность повторного тестирования только для одного испытания, среднего значения двух или трех испытаний и максимум трех испытаний.Недавнее исследование в Великобритании показало, что одно испытание было столь же надежным и менее утомительным, чем три испытания [ 49 ].

Оперативность

Ничке и др. . [ 50 ] оценили надежность теста-ретеста максимальной силы хвата у 32 здоровых женщин и безболезненного захвата у 10 женщин с ограниченными возможностями. Разница в измерениях между тестами составляла ± 5,7 и ± 5,9 кг для здоровых женщин и женщин-инвалидов соответственно. Они предложили минимальное существенное изменение в 6 кг.Аналогичным образом, в исследованиях, посвященных восстановлению после инсульта, разница в повторных измерениях силы захвата кисти составляет от 4,7 кг [51] до 6,2 кг [52].

Однако значительные клинические изменения могут быть скрыты вариацией измерения. Клиническое значение изменения силы хвата с течением времени оценивалось с использованием стандартизованного среднего ответа, рассчитанного как среднее изменение в балле / стандартное отклонение этого изменения [53]. Другие авторы аналогичным образом использовали величину эффекта, рассчитанную как разницу между средними (медианными) значениями силы хвата «после» и «до», разделенную на стандартное отклонение (межквартильный диапазон) измерения «до» [54 ].Для обоих показателей значение 0,2–0,5 считается низкой реактивностью, 0,51–0,8 — умеренной, а значение> 0,8 — высоким уровнем отзывчивости.

Обсуждение

Этот обзор состоял из широкого поиска с использованием многих терминов, проведенного двумя независимыми исследователями. Поиск включал оригинальные статьи, а также обзоры, отчеты и материалы конференций, хотя они были ограничены статьями, написанными на английском языке. Он продемонстрировал, что выбор оборудования и протокола измерения для оценки силы захвата сильно различается в разных исследованиях.Ручной динамометр Jamar является наиболее часто цитируемым инструментом в литературе, по-видимому, общепринятым в качестве золотого стандарта, по которому оцениваются другие динамометры, и имеет наиболее нормативные данные.

На абсолютные значения и точность измерений силы хвата могут влиять такие аспекты протокола, как допуск на размер и доминирование руки, осанка, положение суставов, усилие и поощрение, частота тестирования и время суток, а также подготовка экзаменатора. . Кроме того, несоответствия в количестве оценок и вариативное использование максимальной или средней силы хвата в качестве суммарного показателя ограничивают сравнение результатов между эпидемиологическими исследованиями.Например, при нескольких попытках максимальная сила захвата будет больше среднего значения.

Различия в протоколе и итоговых показателях, используемых в разных исследованиях, могут повлиять не только на точность и воспроизводимость измерений, но и на способность сравнивать абсолютные значения силы хвата между разными исследуемыми популяциями. В недавнем систематическом обзоре, опубликованном в этом журнале, освещаются проблемы, связанные с выводами из исследований, в которых показатели и исходы физических возможностей оценивались и классифицировались по-разному [ 55 ].

Тестирование силы захвата, вероятно, будет все шире использоваться в клинических условиях, например, при оценке саркопении [ 1 , 56], слабости и недоедания [15] у госпитализированных пожилых людей. Исследование Puig-Domingo et al . [57], оценивая силу мышц и успешное старение, сочли его полезным инструментом клинической оценки, а японское исследование, посвященное оптимальному физическому или когнитивному тесту для выявления риска падений у ослабленных пожилых людей, показало, что наиболее практичным физическим тестом была сила хвата. [58].Однако использование различных протоколов в научных исследованиях может привести к путанице среди клиницистов в отношении того, что составляет лучшую практику, а осуществимость и приемлемость измерения силы захвата в различных медицинских учреждениях не установлена [ 59 ]. Разработка точных и стандартизированных эталонных значений имеет важное значение, поскольку врачи стремятся идентифицировать лиц с повышенным риском неблагоприятных исходов в данной популяции [ 60 ].

Мы полагаем, что необходим стандартизованный метод для более последовательного измерения силы захвата и лучшей оценки саркопении.Это было ранее предложено Американским обществом терапевтов рук [ 38 ], но не принято повсеместно, как видно из таблицы 2. Стандартизованный протокол может улучшить измерение силы захвата не только за счет повышения точности измерений в любых пределах. данного исследования (тем самым увеличивая статистическую мощность для выявления связи между силой захвата и клиническими характеристиками), но также обеспечивая возможность обобщения результатов в исследуемых популяциях.

У нас есть хорошо зарекомендовавший себя протокол измерения силы захвата в крупных эпидемиологических исследованиях среди пожилых людей, основанный на протоколе ASHT.Наш протокол дополнительно стандартизирует положение ног и предплечий, поощрение и подготовку экзаменаторов и четко определяет используемые итоговые меры (таблица 3, рисунок 1). Мы делимся этим протоколом, чтобы стимулировать обсуждение для достижения консенсуса в отношении измерения силы хвата.

Таблица 3.

Сравнение протоколов измерения силы сцепления ASHT и Southampton

.	АШТ .	Саутгемптонский протокол .
Поза	Субъект сидит	Субъект сидит, одно и то же кресло для каждого измерения
Положение рук	Плечи сведены и повернуты нейтрально, локоть согнут на 90 °, предплечье в нейтральном положении	подлокотники кресла
Положение запястья	Запястье между 0 и 30 ° тыльного сгибания	Запястье чуть выше конца подлокотника кресла, в нейтральном положении, большой палец обращен вверх
Положение нижней конечности		Ступни на полу
Поощрение		«Я хочу, чтобы вы сжимали так сильно, как можете, так долго, как только можете, пока я не скажу« стоп ».сжатие, сжатие, сжатие, остановка (когда игла перестает подниматься)
Количество попыток		Три попытки с каждой стороны, чередующиеся стороны
Оценка для использования		Максимальный показатель сцепления из всех использовано шесть испытаний

.	АШТ .	Саутгемптонский протокол .
Поза	Субъект сидит	Субъект сидит, одно и то же кресло для каждого измерения
Положение рук	Плечи сведены и повернуты нейтрально, локоть согнут на 90 °, предплечье в нейтральном положении	подлокотники кресла
Положение запястья	Запястье между 0 и 30 ° тыльного сгибания	Запястье чуть выше конца подлокотника кресла, в нейтральном положении, большой палец обращен вверх
Положение нижней конечности		Ступни на полу
Поощрение		«Я хочу, чтобы вы сжимали так сильно, как можете, так долго, как только можете, пока я не скажу« стоп ».сжатие, сжатие, сжатие, остановка (когда игла перестает подниматься)
Количество попыток		Три попытки с каждой стороны, чередующиеся стороны
Оценка для использования		Максимальный показатель сцепления из всех проведено шесть испытаний

Таблица 3.

Сравнение протоколов измерения силы сжатия ASHT и Саутгемптона

.	АШТ .	Саутгемптонский протокол .
Поза	Субъект сидит	Субъект сидит, одно и то же кресло для каждого измерения
Положение рук	Плечи сведены и повернуты нейтрально, локоть согнут на 90 °, предплечье в нейтральном положении	подлокотники кресла
Положение запястья	Запястье между 0 и 30 ° тыльного сгибания	Запястье чуть выше конца подлокотника кресла, в нейтральном положении, большой палец обращен вверх
Положение нижней конечности		Ступни на полу
Поощрение		«Я хочу, чтобы вы сжимали так сильно, как можете, так долго, как только можете, пока я не скажу« стоп ».сжатие, сжатие, сжатие, остановка (когда игла перестает подниматься)
Количество попыток		Три попытки с каждой стороны, чередующиеся стороны
Оценка для использования		Максимальный показатель сцепления из всех использовано шесть испытаний

.	АШТ .	Саутгемптонский протокол .
Поза	Субъект сидит	Субъект сидит, одно и то же кресло для каждого измерения
Положение рук	Плечи сведены и повернуты нейтрально, локоть согнут на 90 °, предплечье в нейтральном положении	подлокотники кресла
Положение запястья	Запястье между 0 и 30 ° тыльного сгибания	Запястье чуть выше конца подлокотника кресла, в нейтральном положении, большой палец обращен вверх
Положение нижней конечности		Ступни на полу
Поощрение		«Я хочу, чтобы вы сжимали так сильно, как можете, так долго, как только можете, пока я не скажу« стоп ».сжатие, сжатие, сжатие, остановка (когда игла перестает подниматься)
Количество попыток		Три попытки с каждой стороны, чередующиеся стороны
Оценка для использования		Максимальный показатель сцепления из всех использовано шесть испытаний

Рис. 1.

Протокол Саутгемптона для измерения силы хвата у взрослых. (1) Удобно усадите участника на стандартный стул с ножками, опорой для спины и неподвижными руками.Используйте один и тот же стул для каждого измерения. (2) Попросите их положить предплечья на подлокотники кресла так, чтобы их запястье было чуть выше конца подлокотника кресла — запястье в нейтральном положении, большой палец обращен вверх. (3) Продемонстрируйте, как использовать динамометр с рукояткой Jamar, чтобы показать, что при очень плотном захвате фиксируется лучший результат. (4) Начните с правой руки. (5) Расположите руку так, чтобы большой палец находился вокруг одной стороны ручки, а четыре пальца — вокруг другой стороны. Инструмент должен комфортно лежать в руке.При необходимости измените положение ручки. (6) Наблюдатель должен положить основание динамометра на ладонь, так как испытуемый держит динамометр. Целью этого является поддержание веса динамометра (чтобы свести на нет влияние силы тяжести на пиковую силу), но следует соблюдать осторожность, чтобы не ограничивать его движение. (7) Предложите участнику сжимать как можно дольше и сильнее или до тех пор, пока игла не перестанет подниматься. Как только игла перестанет подниматься, можно проинструктировать участника прекратить сдавливание.(8) Считайте силу захвата в килограммах на внешней шкале и запишите результат с точностью до 1 кг в форму для ввода данных. (9) Повторите измерение в левой руке. (10) Сделайте еще два измерения для каждой руки, чередуя стороны, чтобы получить в общей сложности по три показания для каждой стороны. (11) Лучшее из шести измерений силы хвата используется в статистическом анализе, чтобы побудить испытуемых получить как можно более высокий балл. (12) Также запишите доминирование рук, то есть правую, левую или владение обеими руками (людей, которые могут искренне писать обеими руками).Оборудование: Гидравлический ручной динамометр JAMAR модели J00105.

Рис. 1.

Протокол Саутгемптона для измерения силы захвата взрослыми. (1) Удобно усадите участника на стандартный стул с ножками, опорой для спины и неподвижными руками. Используйте один и тот же стул для каждого измерения. (2) Попросите их положить предплечья на подлокотники кресла так, чтобы их запястье было чуть выше конца подлокотника кресла — запястье в нейтральном положении, большой палец обращен вверх. (3) Продемонстрируйте, как использовать динамометр с рукояткой Jamar, чтобы показать, что при очень плотном захвате фиксируется лучший результат.(4) Начните с правой руки. (5) Расположите руку так, чтобы большой палец находился вокруг одной стороны ручки, а четыре пальца — вокруг другой стороны. Инструмент должен комфортно лежать в руке. При необходимости измените положение ручки. (6) Наблюдатель должен положить основание динамометра на ладонь, так как испытуемый держит динамометр. Целью этого является поддержание веса динамометра (чтобы свести на нет влияние силы тяжести на пиковую силу), но следует соблюдать осторожность, чтобы не ограничивать его движение.(7) Предложите участнику сжимать как можно дольше и сильнее или до тех пор, пока игла не перестанет подниматься. Как только игла перестанет подниматься, можно проинструктировать участника прекратить сдавливание. (8) Считайте силу захвата в килограммах на внешней шкале и запишите результат с точностью до 1 кг в форму для ввода данных. (9) Повторите измерение в левой руке. (10) Сделайте еще два измерения для каждой руки, чередуя стороны, чтобы получить в общей сложности по три показания для каждой стороны. (11) Лучшее из шести измерений силы хвата используется в статистическом анализе, чтобы побудить испытуемых получить как можно более высокий балл.(12) Также запишите доминирование рук, то есть правую, левую или владение обеими руками (людей, которые могут искренне писать обеими руками). Оборудование: Гидравлический ручной динамометр JAMAR модели J00105.

Недавно был предложен консенсусный подход к определению и диагностике саркопении, который включает измерение силы хвата.
Существуют значительные различия в существующих методах оценки силы хвата, что затрудняет сравнение результатов исследований.
Стандартизированный метод позволит более последовательно измерять силу захвата и лучше оценивать саркопению.Описан наш подход.

Конфликт интересов

Не объявлено.

Финансирование

Эта работа была поддержана Советом по медицинским исследованиям и Саутгемптонским университетом. Никакого дополнительного финансирования на эту работу принимающие учреждения не получали.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Карен Дрейк за помощь в поиске многочисленных ссылок, используемых в этой работе, и Ричарда Доддса за помощь в анализе процесса обзора.

Список литературы

Очень длинный список ссылок, поддерживающих этот обзор, означает, что здесь перечислены только самые важные и выделены жирным шрифтом по всему тексту. Полный список литературы доступен в качестве дополнительных данных на сайте журнала http://www.ageing.oxfordjournals.org/ в Приложении 1.

1,,, et al.

Саркопения: Европейский консенсус в отношении определения и диагностики: отчет Европейской рабочей группы по саркопении у пожилых людей

Возрастное старение

2010

, vol.

(стр.

412

—

) 3.

Ручная динамометрия позволяет прогнозировать будущие результаты у пожилых людей

J Geriatr Phys Ther

2008

, vol.

(стр.

—

) 4,,,,,.

Падения, саркопения и рост в раннем возрасте: результаты когортного исследования в Хартфордшире

Am J Epidemiol

2006

, vol.

164

(стр.

665

—

) 5,,,,.

SF-36: простой и эффективный измеритель подвижности-инвалидности для эпидемиологических исследований

J Nutr Health Aging

2009

, vol.

(стр.

—

) 6,,,,,.

Предсказывает ли сила сжатия при поступлении продолжительность пребывания госпитализированных пожилых пациентов?

Возраст Старение

2006

, т.

(стр.

—

) 7,,,.

Сила захвата, строение тела и смертность

Int J Epidemiol

2007

, vol.

(стр.

228

—

) 8,,.

Объективно измеренные уровни физических возможностей и смертность: систематический обзор и метаанализ

BMJ

2010

, vol.

341

стр.

c4467

11.

Испытания на прочность рукоятки: обзор литературы

Aust Occup Ther J

1999

, vol.

(стр.

120

—

) 14.

Сравнение динамометров Роляна и Джамара для измерения силы захвата

Occup Ther Int

2002

, vol.

(стр.

201

—

) 21,,.

Прочность руки: нормативные значения

Дж Hand Surg [Am]

1994

, vol.

(стр.

665

—

) 22,,,.

Влияние самостоятельно выбранного положения рукоятки на максимальную силу рукоятки

Arch Phys Med Rehabil

2005

, vol.

(стр.

328

—

) 25,,,.

Размер руки влияет на оптимальный диапазон захвата у женщин, но не у мужчин

J Hand Surg Am

2002

, vol.

(стр.

897

—

901

) 26,,.

Влияние длины ногтя на работу пальцев и кисти

J Hand Ther

2000

, vol.

(стр.

211

—

) 29.

Сила захвата: сводка исследований, сравнивающих измерения доминантных и недоминирующих конечностей

Percept Mot Skills

2003

, vol.

Pt 1

(стр.

728

—

) 30,,.

Как положение предплечья влияет на силу захвата

Am J Occup Ther

1996

, vol.

(стр.

133

—

) 31,,.

Влияние положения локтя на хват и силу защемления ключа

J Hand Surg Am

1985

, vol.

(стр.

694

—

) 34,,,,.

Сила захвата в разных положениях локтя и плеча

Arch Phys Med Rehabil

1994

, vol.

(стр.

812

—

) 38. ,

Сила захвата

1992

2-е издание

Чикаго

Американское общество ручных терапевтов

39,,,.

Стандартизация измерений силы захвата. Влияние на повторяемость и пиковое усилие

Scand J Rehabil Med

1991

, vol.

(стр.

203

—

) 40,.

Влияние инструкций, словесного поощрения и визуальной обратной связи на статическую силу захвата

1999

Труды 43-го ежегодного собрания Общества по человеческому фактору и эргономике, тт.1 и 2

(стр.

703

—

) 41,,.

Взаимосвязь между объемом словесных команд и величиной сокращения мышц

Phys Ther

1983

, vol.

(стр.

1260

—

) 42,,,.

Надежность и достоверность оценок силы захвата и защемления

J Hand Surg [Am]

1984

, vol.

(стр.

222

—

) 43,,,,,.

Кратковременная надежность измерения силы хвата и влияние положения и размаха хвата

J Hand Surg [Am]

2005

, vol.

(стр.

603

—

) 46,,.

Надежность внутри и между тестерами и контрольные значения силы руки

J Rehabil Med

2001

, vol.

(стр.

—

) 48,.

Тест-повторный тест на надежность измерений силы захвата, полученных в течение 12-недельного интервала у пожилых людей, проживающих в сообществе

J Hand Ther

2005

, vol.

(стр.

426

—

) 49,,.

Надежность одного против трех испытаний захвата у субъектов с симптомами и без симптомов

J Hand Ther

2006

, vol.

(стр.

318

—

) 50,,,.

Когда изменение считается подлинным? Клинически значимая интерпретация измерений силы захвата у здоровых женщин и женщин с ограниченными возможностями

J Hand Ther

1999

, vol.

(стр.

—

) 55« и др.

Объективные измерения физических возможностей и последующего здоровья: систематический обзор

Age Aging

2011

, vol.

(стр.

—

) 59.

Sarcopenia

BMJ

2010

, т.

341

стр.

c4097

60,,,,.

Контрольные значения силы захвата взрослых, измеренные с помощью динамометра Jamar: описательный метаанализ

Physiotherapy

2006

, vol.

(стр.

—

)

границ | Тест силы-силы на сгибание бедра на основе инерционного измерительного прибора для спринтеров

Введение

Фитнес-тесты полезны для оценки изменений физического состояния спортсменов, вызванных тренировками. Более того, выполнение таких тестов полезно для еженедельного или ежемесячного мониторинга. Силовые возможности разгибания ноги и ее суставов оценивались на поле с использованием нескольких вертикальных прыжков (Bosco et al., 1983; Кронин и Хансен, 2005; Смирниоту и др., 2008; Nagahara et al., 2014a) и толчка бедра (Loturco et al., 2018). Напротив, силовые возможности сгибания тазобедренного или коленного сустава в основном оценивались в лабораторных условиях, как правило, с использованием изокинетического динамометра (Farrar and Thorland, 1987; Alexander, 1989; Copaver et al., 2012).

Nagahara et al. (2017) обнаружили, что работа и средняя мощность, производимая сгибанием бедра во время спринта, были связаны с увеличением скорости бега во время ускорения спринта, что указывает на то, что силовые возможности сгибания бедра важны для достижения лучших результатов в спринте.Следовательно, оценка силовых и силовых возможностей сгибания бедра может быть полезна спринтерам и их тренерам. Copaver et al. (2012) обнаружили, что средняя мощность сгибания бедра, измеренная с помощью изокинетического динамометра, коррелировала со временем бега на 50 м у физически активных мужчин. Однако у спринтеров такой связи не обнаружено (Александр, 1989). Такое отсутствие ассоциации у спринтеров, вероятно, связано с тем, что тесты изокинетического динамометра выполняются при постоянной низкой (<180 град / с) угловой скорости, которая в значительной степени отличается от движений сгибания бедра при спринте (> 850 град / с) (Nagahara et al. ., 2017). Соответственно, изокинетический динамометр может не подходить для измерения силовых возможностей сгибания бедра в конкретном спринте. В качестве альтернативы Nagahara et al. (2020) недавно предложили и утвердили основанный на инерционном измерительном блоке (IMU) тест силы-мощности при сгибании бедра. Этот предложенный тест состоит из пяти повторяющихся движений разгибания и сгибания бедра и измеряет средний крутящий момент в суставе сгибания бедра, угловой импульс, совместную работу и среднюю мощность с одним IMU. Учитывая его простоту, этот тест можно использовать в качестве практического полевого теста для измерения силовых возможностей сгибания бедра в конкретном спринте.Нагахара и др. (2020) показали, что результаты тестов полезны для прогнозирования результатов спринта, однако в работе были задействованы спортсмены из нескольких видов спорта с большими различиями в показателях спринта (средняя скорость бега на дистанции 50 м составляет 6,5–8,5 м / с). Таким образом, до сих пор неизвестно, сможет ли новый тест силы-мощности на сгибание бедра различать более быстрых и медленных спортсменов в когорте спринтеров.

Длина шага (SL) и частота (SF) являются подкомпонентами скорости бега (Hunter et al., 2004; Nagahara et al., 2014b), а спринтеры и тренеры пытаются развивать скорость бега за счет увеличения SL и / или SF во время тренировок. Таким образом, изучение взаимосвязи SL и SF с переменными теста силы-мощности сгибания бедра на основе IMU может предоставить практически важный индикатор SL и / или SF в спринте и углубить понимание функции силы-мощности сгибания бедра во время спринта. . Более того, предыдущее исследование показало, что требования к качеству силы и мощности разгибания ног меняются с увеличением скорости бега во время фазы ускорения спринта (Nagahara et al., 2014a), предполагая, что могут быть изменения связи между результатами спринта и переменными силы-мощности при сгибании бедра во время ускорения спринта. Исследование связи показателей спринта с переменными силы-мощности при сгибании бедра на нескольких участках всей фазы ускорения спринта приведет к практически полезным знаниям для использования основанного на IMU теста силы-мощности сгибания бедра.

Целью этого исследования было изучить, может ли недавно разработанный на основе IMU тест силы-мощности сгибания бедра служить индикатором эффективности спринта, SL и SF во время фаз ускорения и максимальной скорости с использованием спринтеров.

Метод

Участники

Шестнадцать хорошо подготовленных спринтеров-мужчин (возраст 20,2 ± 1,4 года; рост 1,75 ± 0,06 м; масса тела 66,9 ± 4,0 кг; личное лучшее время в беге на 100 м 11,32 ± 0,41 с в диапазоне от 10,48 до 11,88 с) были набраны для этого исследования. Комитет по этике исследований института одобрил текущее исследование, и все участники предоставили письменное информированное согласие перед участием.

Эксперименты

Участники дважды пробежали 60 м с максимальным усилием.Использовались стартовые блоки и исходное положение приседания. Период отдыха между испытаниями составлял не менее 10 мин. Система длинных силовых платформ (TF-

, TF-3055, TF-32120, Tec Gihan, Uji, Japan), работающая на частоте 1000 Гц, использовалась для регистрации серийной силы реакции земли (GRF) во время спринта от старта до 50-м. mark (Colyer et al., 2018; Nagahara et al., 2018a, b).

После ознакомительных испытаний теста силы-мощности при сгибании бедра участники выполнили в общей сложности 12 испытаний силы-мощности при сгибании бедра с максимальным усилием (дополнительный рисунок 1).Тест проводился дважды с весом лодыжки 1,5 и 0,75 кг и без веса для каждой ноги. Количество (шесть) испытаний для каждой ноги было выбрано таким образом, чтобы участники могли выполнять все испытания с максимальным усилием без утомления. Груз на голеностопном суставе был прикреплен выше голеностопного сустава, так как центр нагрузки на голеностопный сустав находился на расстоянии ~ 0,075 м от центра голеностопного сустава в направлении к центру тазобедренного сустава. Были причины, по которым был использован вес на лодыжке. Прикрепление груза около лодыжки могло обеспечить момент инерции вокруг оси сгибания-разгибания бедра с относительно небольшой нагрузкой, поскольку расстояние между центром тазобедренного сустава и добавленным весом было большим.Более того, дистальная часть бедра была покрыта коленным бандажом (поясняется ниже), а диаметр вокруг бедра был намного больше, чем вокруг щиколотки. Это затрудняло прикрепление груза к дистальному отделу бедра. Кроме того, когда груз прикреплен вокруг бедра, он может обеспечивать большой момент инерции вокруг длинной оси (от бедра до колена) бедра, что, возможно, вызывает ненужный вращающий момент вокруг длинной оси во время попытки сгибания бедра. Тест силы-мощности при сгибании бедра, состоящий из пяти последовательных движений сгибания-разгибания бедра.Специальная платформа и два ремня использовались для фиксации туловища участника во время испытания. Участник лежал на спине, правая или левая нога ниже бедра могла двигаться [см. Nagahara et al. (2020) для подробностей]. Инструкции по выполнению теста заключались в том, чтобы сгибать и разгибать тазобедренный сустав как можно быстрее без каких-либо изменений углов суставов для колена (180 градусов) и голеностопного сустава (90 градусов). Диапазон сгибания и разгибания бедра во время теста был от гиперэкстензии до положения сгибания на 20 градусов от горизонтальной линии.Величина гиперэкстензии в разогнутом положении была выбрана участниками, поскольку она позволяла участнику с силой создавать момент сгибания. Один экспериментатор визуально проверил диапазон разгибания и сгибания бедра. Участника попросили провести испытание еще раз, когда диапазон разгибания и / или сгибания бедра визуально отклонялся. Колено (Kneebrace-Short, Alcare, Токио, Япония) и скобы голеностопного сустава (Ортез на голеностопный сустав, Mueller Japan, Канагава, Япония) использовались для ограничения движений суставов.Движение бедра во время теста измерялось с помощью одного IMU (16G, 1500 град / с, 200 Гц; беспроводной 9-осевой датчик движения DSP, Sports Sensing, Фукуока, Япония). IMU прикрепляли к боковой нижней части бедра для каждой ноги [см. Nagahara et al. (2020) для подробностей]. Чтобы оценить конечные координаты сегментов ног во время испытания, измеряли длину бедра, голени и стопы, а также высоту боковой лодыжки. Кроме того, регистрировали длину от задней стороны пяточной кости до боковой лодыжки по длинной оси.

Обработка данных

В соответствии с предыдущими исследованиями (Nagahara et al., 2018a, b, 2019), пошаговая скорость бега, SL и SF для дистанции 50 м были рассчитаны на основе полученных данных GRF. На основе средней скорости бега на измеренной дистанции было выбрано самое быстрое испытание для каждого участника, которое использовалось для дальнейшего анализа. Более того, были получены средние значения переменных для каждых четырех шагов с 1-го по 20-й и для шагов с 21-го по 22-й, чтобы устранить шум, возможно вызванный двусторонними различиями и изменчивостью в циклическом движении, со ссылкой на предыдущие исследования (Nagahara et al., 2017, 2020). Поскольку минимальное количество шагов, сделанных на 50 м среди участников, было 22, мы использовали данные для 22 шагов, чтобы стандартизировать количество шагов для всех участников, хотя среднее групповое расстояние на 22 шаге было меньше 50 м. Эта процедура предоставила шесть значений во время ускорения спринта и фазы максимальной скорости (1–4, 5–8, 9–12, 13–16, 17–20 и 21–22 этапы).

В соответствии с предыдущим исследованием (Nagahara et al., 2020) было выполнено простое двухмерное преобразование координат в сагиттальной плоскости с использованием углов Эйлера, записанных с помощью IMU, для расчета изменений в координатах конечных точек во время силово-силового теста сгибания бедра. испытание.Для расчета крутящего момента в тазобедренном суставе был проведен анализ обратной динамики. В случае добавления веса на голеностопный сустав крутящий момент в суставе был рассчитан с использованием анализа обратной динамики с теоремой о параллельности осей. Расположение центра масс добавленного веса было установлено на 0,075 м от центра голеностопного сустава в направлении к центру тазобедренного сустава. Параметры сегмента тела использовались для оценки местоположения центра масс и параметра инерции для каждого сегмента (Ae, 1996). Вращающий момент сустава был умножен на угловую скорость сустава, чтобы получить совместную мощность.Основываясь на предыдущем валидационном исследовании (Nagahara et al., 2020), в этом исследовании были приняты угловой импульс, средний крутящий момент, положительная работа и средняя мощность (концентрическая, ускоряющая скорость сгибания бедра за счет крутящего момента сгибания бедра), которые можно было точно и достоверно получить. . Для каждого испытания каждая переменная рассчитывалась из четырех повторений (повторения от двух до пяти), затем вычислялось среднее значение четырех повторений. Все переменные теста силы-мощности сгибания бедра для каждого участника были нормализованы к массе тела.Все переменные были выражены как положительные значения. Для статистического анализа использовались значения теста силы-мощности при сгибании бедра из испытания с большей средней положительной силой.

Статистический анализ

Средние значения и стандартные отклонения были рассчитаны как описательные данные. Коэффициенты корреляции момента произведения Пирсона были рассчитаны для проверки взаимосвязи между переменными силы-мощности теста сгибания бедра и переменными теста спринта для каждого шага и в целом (все шаги сгруппированы).Уровень значимости был установлен на уровне p <0,05. Пороговые значения 0,1 (маленький), 0,3 (средний), 0,5 (большой), 0,7 (очень большой) и 0,9 (очень большой) использовались для интерпретации коэффициента корреляции как величины эффекта (Hopkins et al., 2009). .

Результаты

Скорость бега и SL увеличивались до раздела 21–22 шагов, в то время как SF увеличивались до раздела 9–12 шагов и после этого немного уменьшались (Таблица 1). Все переменные теста сила-мощность при сгибании бедра показали увеличение значений с увеличением веса голеностопного сустава (таблица 2).

Таблица 1 . Средняя дистанция, скорость бега, длина и частота шага на 50 м и для шести участков шагов при беге на 50 м.

Таблица 2 . Значения переменных теста силы-мощности сгибания бедра в трех условиях веса для правого и левого бедра и среднее значение для обоих бедер.

На рис. 1 показаны коэффициенты корреляции переменных силы-мощности при сгибании бедра при взвешенном состоянии правого бедра на 1,5 кг с пространственно-временными переменными в каждом шаге спринтерского бега.Угловой импульс при сгибании правого бедра в состоянии с отягощением 1,5 кг положительно коррелировал со скоростью бега с 9-го по 12-й по 21-22-й этапы шага и во всем спринте ( r = 0,637–0,746, большой – очень большой эффект) ( Рисунки 1А, 2А). Положительная работа сгибания правого бедра в состоянии с отягощением 1,5 кг положительно коррелировала со скоростью бега с 9-го по 12-й по 21-22-й этапы шага и во всем спринте ( r = 0,588–0,761, большой – очень большой эффект) и с SF на участке 17-20 ступени ( r = 0.526, большой эффект) (Рисунки 1C, 2C). Положительная средняя сила сгибания правого бедра в состоянии с отягощением 1,5 кг положительно коррелировала со скоростью бега с 13-го по 16-й по 21-22-й этапы и во всем спринте ( r = 0,547-0,638, большой эффект) и со скоростью бега. с 13-го по 16-й по 21-22-й ступенчатый участок ( r = 0,501–0,553, большой эффект) (рисунки 1D, 2D). Средний крутящий момент при сгибании правого бедра в состоянии с весом 1,5 кг не коррелировал с какими-либо пространственно-временными переменными (Рисунки 1B, 2B).

Рисунок 1 . Коэффициенты корреляции пространственно-временных переменных с переменными силы-мощности на основе IMU при сгибании бедра в правой ноге с весом 1,5 кг. Горизонтальные пунктирные линии обозначают P = 0,05. 1–4, 1–4 ступенчатая секция; 5–8, 5–8 ступенчатая секция; 9–12, 9–12 ступенчатая секция; 13–16, 13–16 ступенчатая секция; 17–20, 17–20 ступенчатая секция; 21–22, 21–22 ступенчатая секция.

Рисунок 2 . Связь средней скорости бега на 50 м с угловым импульсом (A) , средним моментом (B) , положительной работой (C) и положительной средней силой (D) силы сгибания правого бедра- тест мощности в 1.Состояние с отягощением 5 кг.

В состоянии с весом правого бедра 0,75 кг положительная работа по сгибанию бедра и положительная средняя мощность положительно коррелировали со скоростью бега на 21–22 шагах и во всем спринте ( r = 0,509–0,519, большой эффект), и Положительная средняя сила сгибания бедра положительно коррелировала с SF на 17-20 шагах ( r = 0,510, большой эффект). В невзвешенном состоянии правого бедра угловой импульс сгибания бедра положительно коррелировал с SL на 21-22 шагах ( r = 0.572, большой эффект), а средний крутящий момент при сгибании бедра положительно коррелировал с SF на 21–22 шагах ( r = 0,499, умеренный эффект).

В условиях левого бедра значимой корреляции не было. В состоянии с весом 1,5 кг со средним значением для двух ног скорость бега положительно коррелировала с угловым импульсом сгибания бедра на этапах 17–20 и 21–22 шага ( r = 0,539–0,571, большой эффект), с положительной работой. на участках 9-12-21-22 ступеней и во всем спринте ( r = 0.515–0,690, большой эффект), и с положительной средней мощностью на участке 21–22 ступени ( r = 0,519, большой эффект). В состоянии с весом 0,75 кг со средним значением для двух ног скорость бега положительно коррелировала с положительной работой по сгибанию бедра на 21–22 шагах ( r = 0,498, умеренный эффект). В невзвешенных условиях со средним значением двух этапов значимой корреляции не было.

Обсуждение

В этом исследовании сначала изучалась связь переменных теста силы-мощности при сгибании бедра на основе IMU с пространственно-временными переменными в спринте с хорошо тренированными спринтерами.Поскольку значимые корреляции в основном были обнаружены в состоянии с весом правой ноги 1,5 кг, далее обсуждаются только результаты в состоянии с весом правой ноги 1,5 кг. Основные выводы заключались в следующем: 1) взвешенные по весу 1,5 кг переменные силы-мощности сгибания правого бедра были связаны со скоростью бега на более поздних этапах ускорения спринта и фазы максимальной скорости, и 2) соответствующие переменные были связаны с SF на более поздних этапах. ускорения спринта и фазы максимальной скорости.

Текущие результаты демонстрируют, что переменные силы-мощности теста на сгибание бедра на основе IMU, в частности, угловой импульс, положительная работа и средняя мощность, могут быть индикатором результатов спринта для хорошо подготовленных спринтеров. Более того, результаты показывают, что большие возможности силы-мощности при сгибании бедра, представленные вышеупомянутыми переменными силы-мощности при сгибании бедра, полезны для лучших характеристик спринта во время более позднего этапа ускорения, приближающегося к максимальной скорости, и для фазы максимальной скорости.Важность углового импульса, положительной работы и средней мощности, полученных из теста силы-мощности на сгибание бедра на основе IMU, для результатов спринта подтверждается ассоциацией между переменными теста на сгибание бедра и переменными GRF во время спринта, так как больший угловой импульс, положительная работа и средняя мощность, полученная в результате теста силы-мощности при сгибании правого бедра с весом 1,5 кг, были соответственно связаны с более сильным переднезадним чистым импульсом ( r = 0,528, большой эффект), горизонтальной работой ( r = 0.506–0,653, большой эффект) и горизонтальной средней мощности ( r = 0,537–0,688, большой эффект) во время спринта (дополнительная таблица 1, дополнительный рисунок 2). Среди переменных, положительная работа при сгибании бедра является наиболее полезной переменной для измерения сило-силовых возможностей сгибания бедра в конкретном спринте (большой – очень большой эффект). Более того, положительная работа и мощность были единственными переменными, которые показали значительную связь с SF, что подтверждает важность этих переменных для достижения лучших результатов в спринте за счет более высоких SF у хорошо подготовленных спринтеров.В отличие от текущих результатов, предыдущее исследование с использованием изокинетического динамометра с привлечением хорошо подготовленных спринтеров не показало значительной корреляции между переменными силы-мощности сгибания бедра и результатами спринта (Alexander, 1989). Это противоречие, вероятно, объясняется различиями в угловых скоростях и модальностях сокращения мышц (> 600 град / с на пике и выработке реактивной силы в этом исследовании по сравнению с <180 град / с и выработкой изокинетической силы в предыдущем исследовании) между током и производством изокинетической силы. предыдущее исследование (Александр, 1989).Используя тот же тест силы-мощности при сгибании бедра на основе IMU, Nagahara et al. (2020) обнаружили значительную корреляцию между параметрами теста и результатами спринта у хорошо подготовленных спортсменов (не только спринтеров) с большим разбросом результатов в спринте. Поскольку средняя скорость бега на дистанции 50 м варьировалась от 6,5 до 8,5 м / с в предыдущем исследовании и от 8,06 до 8,84 м / с в настоящем исследовании, эти предыдущие и текущие результаты могут быть объединены, чтобы продемонстрировать, что IMU- основанный на силе-силовом тесте сгибания бедра полезен для оценки возможностей силы-силы сгибания бедра в конкретном спринте для более широких и более узких диапазонов различий в результатах спринта.

Nagahara et al. (2017) выяснили, что большая работа по сгибанию бедра и средняя мощность во время фазы маха спринта являются определяющими факторами более высоких показателей ускорения в спринте. Таким образом, потребность в большей силе-силовой способности сгибания бедра для более высоких результатов в спринте за счет большей приложенной движущей силы на высокой скорости во время спринта приведет к ассоциации переменных теста силы-мощности сгибания бедра на основе IMU с показателями спринта, а также GRF. переменные во время спринта, в текущем исследовании.При увеличении постоянной скорости бега с 7 м / с до максимальной скорости (9 м / с) быстрое увеличение SF сопровождается резким увеличением момента сгибания бедра, положительной работы и мощности во время начальной фазы маха спринта (Schache et al. ., 2011). Более того, большее ускорение связано с большими приращениями SF с 16-го шага во время ускорения спринта (Nagahara et al., 2014b). Принимая это во внимание, важность силовых возможностей сгибания бедра для увеличения скорости бега за счет увеличения SF во время спринта на более позднем этапе ускорения приведет к значительным корреляциям положительной работы и средней мощности, измеренной с использованием силы сгибания бедра. силовой тест со скоростью бега и SF из раздела 13–16 шагов и далее в этом исследовании.

Значимые корреляции между переменными силы-мощности при сгибании бедра и результатами спринта в основном были обнаружены в состоянии правой ноги, и не было обнаружено значимой корреляции в состоянии левой ноги. Хотя трудно объяснить эту разницу между ногами, возможно, что разница связана с доминирующей ногой участников, поскольку правая нога была доминирующей ногой для всех участников этого исследования. Помимо двухсторонней разницы, значимые корреляции между переменными силы-мощности при сгибании бедра и результатами спринта в основном были обнаружены в тесте 1.Состояние с отягощением 5 кг. Это может быть связано с тем, что условия с утяжелением 1,5 кг вызывали наибольшую силу и мощь при сгибании бедра (Таблица 2). Тот факт, что значимые корреляции в основном были показаны в состоянии с весом правой ноги 1,5 кг, предполагает, что тест силы-мощности при сгибании бедра наиболее полезен, когда используется доминирующая нога в состоянии с весом 1,5 кг, и это позволяет сэкономить время. . Хотя в предыдущем исследовании (Nagahara et al., 2020), они были найдены между переменными силы-мощности и SF в текущем исследовании. Это противоречие может быть связано с разницей в диапазоне уровней производительности спринта, поскольку SL имеет решающее значение для большей разницы в уровнях производительности, в то время как SF может быть определяющим фактором небольшой разницы в уровнях производительности (Ito et al., 2008; Salo et al., 2011). В то время как не было значительной корреляции среднего момента сгибания бедра на основе IMU в состоянии с весом 1,5 кг правой ноги с результатами спринта, значимые корреляции углового импульса сгибания бедра на основе IMU в правой ноге 1.Были найдены условия с отягощением 5 кг с показателями спринта. Это могло быть из-за разницы в продолжительности и диапазоне сгибания бедра во время теста, поскольку диапазоны были индивидуально разными. Более того, можно считать, что больший диапазон сгибания бедра в дополнение к величине момента сгибания бедра в тесте является решающим, а не только величина момента сгибания бедра для лучших результатов спринта.

В заключение, текущие результаты демонстрируют, что среди хорошо тренированных спринтеров положительная работа и средняя мощность, измеренные с помощью теста силы-мощности сгибания бедра на основе IMU в доминирующей (правой) ноге 1.Состояние с отягощением 5 кг может быть индикатором лучших результатов в спринте за счет более высокой частоты шагов во время более позднего этапа ускорения, приближающегося к максимальной скорости. Учитывая простоту, тест на сгибание бедра, используемый в этом исследовании, может быть полезен для полевого мониторинга физической подготовки спринтеров. В частности, тест полезен для оценки результатов спринта и SF во время спринта при приближении к максимальной скорости и на фазе максимальной скорости. Хотя это исследование проводилось на хорошо подготовленных спринтерах, тест силы-мощности на сгибание бедра на основе IMU может быть полезен для мониторинга физической подготовки спортсменов, занимающихся командными видами спорта.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.

Заявление об этике

Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Комитетом по этике исследований Национального института фитнеса и спорта. Пациенты / участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

Авторские взносы

RN и MM участвовали в разработке, разработке и проведении эксперимента, в анализе данных, а также в составлении и редактировании статьи.RN выполнила большую часть анализа данных и написания статьи. Оба автора внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Это исследование поддержано JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research # 17K13141.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspor.2020.571523/full#supplementary-material

Список литературы

Ае, М. (1996). Параметры инерции сегментов тела японских детей и спортсменов. Jpn J. Sports Sci . 15, 155–162.

Google Scholar

Александр, М. Дж. (1989). Связь между мышечной силой и кинематикой спринта у элитных спринтеров. Кан. J. Sport Sci . 14, 148–157.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Боско, К., Лухтанен П., Коми П. В. (1983). Простой метод измерения механической силы в прыжках. Eur. J. Appl. Physiol. Ок. Физиол . 50, 273–282. DOI: 10.1007 / BF00422166