Сила тока. Единицы силы тока. В чем измеряется сила тока.

Теперь мы хотим определить общее число электронов с таким зарядом: $n_e = \frac<|q_e|>$, $n_e = \frac \space Кл>\ca. 56 \cdot 10^$.

Сила тока. Единицы силы тока

Когда электрический ток течет по цепи, мы можем наблюдать его различные эффекты: тепловой, химический, магнитный, световой.

Возьмем, к примеру, тепловой эффект. Мы можем с уверенностью сказать, что он может проявляться в разной степени. Это подтвердили наши эксперименты. Натянутая медная проволока просто нагревалась, но вольфрамовая спираль в электрической лампе, конечно, нагревалась сильнее. В конце концов, она нагрелась настолько, что начала излучать свет. Значит, мы можем нагреть медную проволоку до такого же уровня. Что же нам нужно сделать, чтобы добиться этого? Как мы контролируем силу тока? Что вообще представляет собой эта сила?

На этом уроке вы узнаете ответы на все эти вопросы. Мы рассмотрим, как заряд движется по проводнику при протекании электричества. С помощью этих знаний мы определим новую силу и ее свойства: силу электричества.

Перемещение заряда по проводнику

Как вы уже знаете, электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Мы говорим, что частицы «заряжены» — это означает, что они имеют определенный заряд $q$.

Следовательно, при движении этих частиц происходит перенос определенного заряда. Каждый свободный электрон в металле несет заряд. Каждый ион в растворе кислот, солей или щелочей также несет заряд.

Чем больше частиц перемещается из одной части цепи в другую, тем больший суммарный заряд они несут.

От чего зависит интенсивность действия электрического тока? Эксперименты показали, что интенсивность (эффективность) электрического тока зависит именно от величины этого переносимого заряда.

Сила тока

Электрический заряд, протекающий через сечение 400 \пространства c$ проводника, определяет такую величину, как сила тока в электрической цепи (рис. 1).

Ток — это физическая величина, соответствующая отношению электрического заряда $q$, прошедшего через сечение проводника, ко времени его прохождения $t$: $I = \frac$, где $I$ — сила тока.

Формула для расчёта силы электрического тока

Предполагая, что течет постоянный ток, силу тока I можно рассчитать по следующей формуле:

• I — сила электрического тока (А);
• q — электрический заряд (Кл);
• t — время (с).

Из этого уравнения получаются следующие соотношения между единицами измерения:

1 A = 1 кулон / 1 секунда = 1 Кл / 1 c. Из этого уравнения можно вывести следующее уравнение: 1 A = 1 кулон / 1 секунда = 1 Кл / 1 c.

Силу электрического тока в проводнике можно также рассчитать для участка цепи, используя закон Ома:

• U — электрическое напряжение приложенное к проводнику;
• R — электрическое сопротивление проводника.

Дальнейшие варианты определения электрического тока с примерами рассмотрены мной в этой статье: https://www.asutpp.ru/kak-nayti-silu-toka.html.

Электрический ток в цепях с последовательным и параллельным соединением проводников.

В статье «Последовательное и параллельное соединение проводников» уже обсуждались особенности электрического тока для цепи с последовательным соединением проводников и для цепи с параллельным соединением проводников.

Из этой статьи видно, что для цепи с последовательным соединением проводников

I_{в сумме}= I₁= I₂= I₃= … = I_NДругими словами, ток во всех проводниках одинаков.

А для цепи с параллельным соединением проводников следует, что:

I_{в сумме}= I₁+ I₂+ I₃+ … + I_NДругими словами, ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в ее ветвях (в каждом из параллельно соединенных проводников).

Пример задачи.

Задача. По проводнику течет постоянный электрический ток силой 0,5 А, который поддерживается в течение 30 минут. Сколько электрических зарядов переместилось за это время?

Решение задачи. Мы знаем, что q = I * t. Если перевести минуты в секунды: 30*60 = 1800 секунд, то получим: q = 0,5 * 1800 = 900 Кл.

Измерение силы электрического тока

Электрический ток измеряется амперметром. Также часто используются многофункциональные электроизмерительные приборы, такие как мультиметры, которые могут быть преобразованы таким образом, что они также измеряют электрический ток и работают как амперметры.

Амперметры всегда подключаются последовательно с нагрузкой, на которой измеряется ток. Это означает, что ток, протекающий через нагрузку, соответствует току, протекающему через амперметр.

Чтобы определить силу тока таким способом, необходимо разорвать цепь в точке измерения и вставить амперметр.

Амперметр подключается к цепи через две клеммы или зажимы, прикрепленные к устройству. Одна из клемм амперметра обычно обозначена символом «+», а другая — символом «-» (иногда символ «-» отсутствует). Клемма «+» всегда должна быть подключена к кабелю, идущему от положительного полюса источника питания.

Поскольку амперметр также имеет внутреннее сопротивление, оно влияет на цепь во время измерения. Однако сопротивление амперметра обычно настолько мало, что им можно пренебречь.

На рисунке 1 в качестве примера показана такая последовательная цепь с лампой и амперметром.

Если вы не хотите манипулировать цепью, отсоединяя проводники, ток можно также измерить косвенно с помощью токового клеща. Другая возможность — измерить напряжение на нагрузке, а затем, если вам известно электрическое сопротивление нагрузки, рассчитать ток по закону Ома.

Примеры типичных токов

Значения тока можно найти на паспортных табличках устройств или в руководствах по эксплуатации соответствующих устройств. В таблице ниже приведены типичные значения тока для различных приборов.

Потребитель	Сила тока
Электрический термометр	около 0,00001 мА
Наушники	1 мА
Лампа накаливания 60 Вт	0,26 А
Лампа накаливания 75 Вт	0,33 А
Холодильник	0,8 А
Зарядное устройство для смартфона (быстрая зарядка)	2 А
Персональный компьютер	0,87 — 2,6 A
Микроволновая печь	3,5 А
Пылесос	4 — 9 А
Стиральная машина	6 — 10 А
Электроплавильная печь	15000 А
Грозовая молния	10 000 — 100 000 А (в среднем 36 000 А)

Формула силы тока

Формула для чайников выглядит следующим образом:

I — фактический ток, амперы

N — количество электронов

t — время, за которое эти электроны проходят через сечение проводника, в секундах.

Наиболее правильная (официальная) формула выглядит следующим образом:

Δq — заряд за определенный промежуток времени, кулонов.

Δt — тот же период времени, в секундах.

I — сила тока в амперах.

В чем хитрость этих двух формул? Дело в том, что электрон имеет заряд около 1,6 — 1 0-19 кулонов. Поэтому, чтобы сила тока в проводе (проводнике) была равна 1 амперу, через его сечение должен пройти заряд в 1 кулон = 6,24151⋅10 18 электронов. 1 кулон = 1 ампер — 1 секунда.

Таким образом, если через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит 6,24151⋅10 18 электронов, то сила тока в этом проводнике равна 1 амперу! Вот и все! Вам не нужно больше ни о чем думать! Расскажите это своему учителю физики).

Если учителю не понравится ваш ответ, скажите что-то вроде следующего:

Ток — это физическая величина, равная отношению количества заряда, протекающего через поверхность (читается как площадь поперечного сечения) за определенное время. Она измеряется в кулонах/секунду. Для экономии времени и по другим морально-эстетическим соображениям было решено называть кулон/секунду в честь французского естествоиспытателя Амбера.

Сила тока и сопротивление

Давайте снова посмотрим на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит на ум, — это давление. Почему молекулы воды на рисунке ниже движутся слева направо? Потому что давление слева больше, чем справа. Чем выше давление, тем быстрее вода течет по трубе — это очень просто.

Теперь вопрос: как можно увеличить количество электронов в поперечном сечении?

Первое, что приходит на ум, — увеличить давление. Это увеличит поток воды, но не очень сильно, иначе труба лопнет, как бутылка с горячей водой во рту у Тузика.

Второй вариант — использовать шланг большего диаметра. В этом случае через поперечное сечение проходит больше молекул воды, чем в случае с тонкой трубкой:

Те же соображения можно применить и к обычному кабелю. Чем больше его диаметр, тем больший ток он может «протянуть через себя». Чем меньше диаметр, тем меньше его нужно заряжать, иначе он «лопнет», т.е. сгорит. По такому принципу работают предохранители. Внутри предохранителя находится тонкая проволока. Ее толщина зависит от силы тока, на которую она рассчитана.

Как только ток, протекающий через тонкую проволоку предохранителя, превышает номинальный ток предохранителя, проволока взрывается и размыкает цепь. Ток больше не может протекать через перегоревший предохранитель, потому что проволока предохранителя разомкнута.

Поэтому силовые кабели, по которым «текут» сотни и тысячи ампер, принимают большого диаметра и стараются делать их из меди, так как ее сопротивление очень низкое.

Сила тока в проводнике

Очень часто физические проблемы можно увидеть в вопросе: Каков ток в проводнике? Проводник или кабель может иметь несколько параметров: диаметр или площадь поперечного сечения, материал, из которого сделан кабель, и длина, которая также играет важную роль.

Как правило, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

Таблица с удельным сопротивлением различных материалов выглядит следующим образом.

Чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны применить закон Ома к цепи. Закон Ома имеет следующий вид:

Задача

У нас есть медный провод длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 мм2. Какой ток течет в этом проводе (кабеле), когда к его концам приложено напряжение 1 вольт?

Электрический ток

Электрический ток — это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой цепи к другому. Заряженными частицами могут быть электроны, протоны, ионы и дырки. Если нет замкнутой цепи, то нет и тока. Частицы, способные нести электрический заряд, существуют не во всех веществах; те, которые их содержат, называются проводниками и полупроводниками. Вещества, не содержащие таких частиц, называются диэлектриками.

Принято считать, что направление тока — от плюса к минусу, а электроны движутся от минуса к плюсу!

Единицей измерения тока является ампер (A). В формулах и расчетах ток обозначается буквой I. Ток в 1 ампер возникает, когда через точку электрической цепи за одну секунду проходит заряд в 1 кулон (6,241-10 18 электронов).

Вернемся к аналогии между водой и электрическим током. Только теперь возьмем два бака и наполним их одинаковым количеством воды. Разница между баками — диаметр сливной трубы.

Мы включаем краны и обнаруживаем, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Этот опыт является наглядным доказательством зависимости скорости потока от диаметра трубы. Давайте теперь попробуем уравнять эти два расхода. Для этого добавим воду (груз) в правый бак. Это повышает давление (напряжение) и увеличивает скорость потока (ток). В электрической цепи диаметр трубы является сопротивлением.

Эксперименты показывают взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении мы поговорим позже, но сначала несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет своей полярности и ток течет в том же направлении, это постоянный ток и, следовательно, постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет полярность и ток течет то в одном, то в другом направлении, то это переменный ток и переменное напряжение. Максимальное и минимальное значения (обозначенные на схеме как Io) — это амплитудные или пиковые значения тока. В бытовых розетках напряжение меняет полярность 50 раз в секунду, то есть ток колеблется туда-сюда, а значит, частота этих колебаний составляет 50 герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например, в США, принята частота 60 Гц.

Сопротивление

Электрическое сопротивление — это физическая величина, описывающая свойство проводника препятствовать прохождению тока (сопротивление). Единицей измерения сопротивления является ом (обозначается ом или греческая буква омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Проводник имеет сопротивление 1 Ом, на полюса которого подается напряжение 1 В и ток 1 А.

Проводники проводят ток по-разному. Их проводимость зависит в основном от материала проводника, а также от его сечения и длины. Чем больше сечение, тем больше проводимость, но чем больше длина, тем меньше проводимость. Сопротивление является обратной величиной проводимости.

Используя в качестве примера модель водопроводной трубы, сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и тем больше сопротивление.

Сопротивление трубы выражается, например, в нагреве трубы при прохождении по ней тока. Чем больше ток и чем меньше поперечное сечение проводника, тем больше нагрев.

Мощность

Электрическая мощность — это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы знаете фразу «лампочка имеет столько-то и столько-то ватт». Это мощность, которую лампочка потребляет в единицу времени во время работы, то есть она преобразует одну форму энергии в другую с определенной скоростью.

Источники энергии, например, генераторы, также характеризуются мощностью, но она вырабатывается в единицу времени.

Единицей измерения мощности является ватт (Вт или W ). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока используется термин полная мощность, а единицей измерения является вольт-ампер (V-A), обозначаемый буквой S.

Последнее слово относится к электрическим цепям. Цепь — это совокупность электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соответствующим образом соединенных между собой.

То, что мы видим на этом рисунке, является элементарным электрическим устройством (фонарь). Когда на источник питания (батарею) подается напряжение U (В), электрический ток I (А) течет от положительного к отрицательному току по проводникам и другим компонентам с различным сопротивлением R (Ω), заставляя лампу мощностью P (Вт) загораться. Не обращайте внимания на яркость лампы, это связано с низким давлением и малым расходом воды в батареях.

Фонарик на картинке собран на базе производителя «Знаток». С помощью этого набора ребенок может в игровой форме изучить основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Он выпускается в наборах с разным количеством схем и разным уровнем сложности.

Определение силы тока

Ток — это физическая величина, соответствующая электрическому заряду q, который протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени:

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

Единицей измерения силы тока в Международной системе единиц (СИ) является ампер, названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775-1836), который впервые сформулировал понятие тока. Единица сокращенно обозначается заглавной буквой А.

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

Протекание электрического тока проявляется в различных химических реакциях (в электролитах), в свечении или нагревании вещества и в магнитном волновом эффекте проводников. Было показано, что из всех известных проявлений тока только магнитное взаимодействие воспроизводится вместе с электрическим током всегда, при любых условиях, в любой среде и в вакууме.

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

В системе СИ ампер является одной из семи основных единиц измерения физических величин, из которых могут быть выведены все остальные единицы. Помимо ампера, существуют также метр (м), килограмм (кг), секунда (с), молекула (моль) и температура (кельвин, К). Сила, например, измеряется в ньютонах (Н), что одно и то же:

Определение единицы силы тока

Когда ток течет через два параллельных проводника в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу, а когда ток течет в противоположном направлении, они отталкиваются друг от друга. Это явление было открыто Ампером, и он назвал его электромагнитным взаимодействием.

Современное определение единицы силы тока было сформулировано и принято в 1948 году:

Один ампер — это сила постоянного тока, который, протекая через два параллельных прямых проводника бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенных на расстоянии 1 метра друг от друга в вакууме, оказывал бы силу взаимодействия 2*1 0-7 Н (Ньютонов) на каждый участок проводника длиной 1 метр.

Дополнительные единицы

На практике для упрощения записи для очень малых или очень больших токов часто используются кратные и дольные единицы. Следует помнить, что кратные единицы намного больше базовой, а дробные единицы намного меньше базовой:

• Наноампер — 1 нА = 0,000000001=1,0*10 -9 А;
• Микроампер — 1 мкА = 0,000001 А;
• Миллиампер — 1 мА = 0,001 А;
• Килоампер — 1 кА = 1000 А;
• Мегаампер — 1МА = 1000000 А= 1,0*10 6 А.

Международное бюро мер и весов (расположенное в Севре, Франция), которое отвечает за существование системы СИ, планирует некоторые изменения в определениях базовых единиц в 2019 году. Будут изменены определения кельвина, килограмма, моля и ампера. Эта реформа не повлияет на жизнь большинства людей. Необходимость этой меры обусловлена требованиями к повышению точности научных экспериментов и приборов. На основе опубликованных документов будут разработаны и приняты национальные стандарты в странах, использующих систему СИ. На следующем этапе будут внесены коррективы в школьные и университетские учебники по физике. На данный момент определение ампера, данное в 1948 году, остается в силе.

Токи в электрических цепях измеряются амперметрами. Для калибровки шкал этих приборов