Сила тока: определение, формулы. Что означает термин 'сила тока' Что такое сила тока определение
И конструирования электроприборов.
Электрическим током называют однонаправленное движение заряженных частиц. Сила тока - понятие, характеризующее данный процесс. Его физический смысл состоит в количестве заряда, протекающем через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Единицы измерения
В Системе международных единиц силу тока принято измерять в амперах (А). Так решила международная конференция электриков в 1881 г.
Ампер Андре-Мари - французский ученый, работавший в сфере физики и математики и приложивший немало труда в исследовании электричества. Его заслуги в данной области столь высоки, что многие представители ученого мира считают Ампера, достойным звания основателя электродинамики.
Ток в 1 А - достаточно сильный, потому зачастую применяют единицы миллиампер (мА, 0,001 А) и микроампер (мкА, 10^-6 А).
В системе единиц:
- СГСМ (электромагнитной), гораздо менее распространенной, силу тока измеряют в абамперах или био. Соотношение единиц следующее: 1 ампер = 0,1 абампер;
- СГСЭ (электростатической) применяют единицу статампер. Соотношение: 1 ампер = 2997924536,843 статампер.
Единицы абампер и статампер широко применяются в теоретической физике.
Формула
При выполнении расчетов силу тока обозначают литерой I.
Формула силы тока представляется такой I = q / t, где:
- q - заряд, Кл (кулон);
- T - время, с.
Отсюда следует размерность ампера: {А} = {Кл / с}. 1 Кл равен заряду 6,241509343 х 10 18 электронов. В 2011 году определение единицы ампер, как и некоторых других, было решено изменить, привязав его к заряду электрона.
При известных - и , силу тока определяют по I = U / R, где:
- U - напряжение, В;
- R - электрическое сопротивление участка цепи, Ом.
Определение
В системе СИ ток силой в 1 А определяют как такой, который при протекании по двум бесконечно длинным проводам пренебрежимо малого сечения, находящимся в вакууме и удаленным друг от друга на расстояние в 1 м, вызывает силу притяжения между ними в 2х10 -7 ньютон (Н).
Абампер в системе СГСМ определяется так же, только при этом сила измеряется в динах, а расстояние - в сантиметрах. Притяжение между проводами обусловлено наличием магнитных полей, всегда возникающих вокруг движущихся заряженных частиц (закон Био-Савара).
В конце 19-го века имело силу иное определение, основанное на способности электротока осуществлять электролиз, то есть выделять из раствора различные элементы.
Данная способность обусловлена тем, что в сложных химических веществах всегда присутствуют два компонента: окислитель и восстановитель.
Окислитель притягивает электроны восстановителя и приобретает отрицательный заряд, восстановитель - соответственно, положительный.
При пропускании тока через раствор отрицательно заряженные атомы окислителя притягиваются к электроду с положительным потенциалом, атомы восстановителя - к отрицательному. Количество выделенного вещества зависит от величины пропускаемого через раствор электричества.
В ходе опытов было определено, что ток силой в 1 А выделяет из раствора соли серебра 4,025 г этого металла в час (0,001118 г за секунду).
Сила тока разных устройств
Сила тока, протекающего в различных приборах и схемах, довольно сильно варьируется, вот несколько примеров:
- слуховой аппарат: 0,7 мА;
- плазменный телевизор с диагональю экрана 56 дюймов: 250–290 мА;
- тостер, мини-духовка: 5-6 А;
- : 500–830 мА;
- фен для волос: 4,5 А.
В электрической цепи
Ток в электрической цепи подчиняется законам, открытым Г. Кирхгофом:
На этом явлении основано действие выключателя дифференциального тока, известного в обиходе под названием . Один контакт прибора подключается к фазе, другой - к нулевому проводу, которые по сути, являются началом и концом обслуживаемой данным УЗО цепи.
Согласно этому закону, токи в обеих частях прибора при нормальной работе цепи будут равными, независимо от вида и мощности подключенной нагрузки. Если вдруг появится разница (дифференциальный ток), это будет свидетельствовать об утечке тока.
В свою очередь, утечка означает одно из трех:
- пробило фазу на электроприбора;
- возник контакт между токоведущими частями и заземленными металлическими конструкциями, чреватый пожаром.
УЗО устроено так, чтобы при наличии дифференциального тока отключиться. Сигналом служит магнитное поле, появляющееся в приборе при утечке, тогда как при равных токах создаваемые ими магнитные поля взаимно уничтожаются.
Амперметр, в отличие от вольтметра, включается последовательно с нагрузкой, то есть в разрыв цепи (вольтметр включается параллельно).
Сечение провода
Протекающий в проводнике электрический ток действует двояко:
- создает электромагнитное поле;
- вызывает нагрев проводника.
Если магнитное поле пренебрежимо мало (провод не смотан в ), почти вся мощность тока затрачивается на нагрев.
Сечение провода по току и мощности
Мощность нагрева определяется формулой W = I 2 * R, где:
- W - мощность нагрева, Вт;
- I - сила тока, А;
- R - сопротивление проводника, Ом.
Сопротивление проводов зависит от площади их : чем она больше, тем ниже сопротивление. Потому при проектировании электропроводки важно так подобрать сечение проводов (используются специальные таблицы), чтобы они при номинальной нагрузке не перегревались. В противном случае возможны оплавление изоляции с последующим коротким замыканием либо пожар.
Ток короткого замыкания
Выше приводилась формула, увязывающая силу тока с напряжением и сопротивлением: I = U / R. Очевидно, что при значении R близком к нулю, каковое имеется, к примеру, у и алюминия (используются для изготовления жил кабелей), сила тока стремится к бесконечности.
Данное явление называют «током короткого замыкания» (КЗ). Оно имеет место при возникновении электрического контакта между фазным и нулевым проводниками, минуя нагрузку.
Ток КЗ вызывает значительный нагрев проводов, что чревато пожаром. Поэтому электросети защищают специальными аппаратами - автоматическими выключателями или предохранителями.
При силе тока выше номинального значения, внутри аппарата плавится проводник (предохранители) или срабатывает термореле (автоматические выключатели), в результате чего цепь разъединяется.
Сила переменного тока
Значение силы постоянно меняется по синусоидальному закону. Силу тока в определенный момент времени называют мгновенным значением.Вести расчеты с использованием мгновенного значения довольно неудобно: приходится иметь дело с крайне сложно решаемыми тригонометрическими уравнениями. Для упрощения задачи, переменный ток заменяют его действующим значением. Это , эквивалентный данному переменному, то есть производящий такую же работу.
Действующее значение синусоидального переменного тока в 1,41 раза меньше его амплитудного значения. То есть если говорится, что в цепи переменного тока протекает ток силой 5 А, значит на самом деле ток в ней колеблется между 7,05 А и -7,05 А.
Аналогично поступают с переменным напряжением. То есть в однофазной 220-вольтовой сети напряжение на самом деле колеблется с амплитудой в 311 В.
Видео по теме
Что такое сила тока? Объяснение в видео:
Сила тока - важнейший параметр, характеризующий состояние электрической цепи. Потому радиолюбителю часто приходится измерять ее при помощи амперметра или . При этом важно помнить, что некоторые приборы не имеют защиты от перегрузки и как следствие диапазон измерений при неизвестном порядке измеряемой величины, следует подбирать начиная с наибольшего значения.
16. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока
Электрический ток - направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.
Сила тока (I) - скалярная величина, равная отношению заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени (t), в течение которого шёл ток.
I=q/t, где I- сила тока, q - заряд, t - время.
Единица измерения силы тока в системе СИ: [I]=1A (ампер)
17. Источники тока. Эдс источника
Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
ЭДС - энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду:
Измеряется в вольтах (В).
Источник ЭДС - двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия.
18. Закон Ома : сила тока, текущего по однородному участку проводника, прямо пропорциональна падению напряжения на проводнике:
-закон Ома в интегральной форме R – электрическое сопротивление проводника
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью: Единица, обратная Ом, называется Сименсом [См].
- закон Ома в дифференциальной форме.
19. Обобщенный закон Ома
Обобщенный закон Ома определяет связь между основными электрическими величинами на участке цепи постоянного тока, содержащем резистор и идеальный источник ЭДС (рис.1.2):
Формула справедлива для указанных на рис.1.2 положительных направлений падения напряжения на участке цепи (Uab ), идеального источника ЭДС (Е ) и положительного направления тока (I ).
Закон Джоуля-Ленца
Выражение закона Джоуля - Ленца
Интегральная форма закона
Если принять, что сила тока и сопротивление проводника не меняется в течение времени, то закон Джоуля - Ленца можно записать в упрощенном виде:
Применив закон Ома и алгебраические преобразования, получаем приведенные ниже эквивалентные формулы:
Эквивалентные выражения теплоты согласно закона Ома
Словесное определение закона Джоуля - Ленца
Если принять, что сила тока и сопротивление проводника не меняется в течение времени, то закон Джоуля - Ленца можно записать в упрощенном виде:
20. Магни́тное по́ле - силовое поле, действующее на движущиесяэлектрические заряды и на тела, обладающиемагнитным моментом, независимо от состояния ихдвижения; магнитная составляющаяэлектромагнитного поля
Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/илимагнитными моментамиэлектроноватомах (и магнитными моментами другихчастиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты).
Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.
Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения- векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).
Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал .
Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле , проявлениями которого являются, в частности свет и все другие электромагнитные волны .
Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц или изменяющимся во времени электрическим полем , или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам)
Графическое изображение магнитных полей
Для графического изображения магнитных полей используются линии магнитной индукции. Линия магнитной индукции –это линия, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней.
| " |
16. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока
Электрический ток - направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.
Сила тока (I) - скалярная величина, равная отношению заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени (t), в течение которого шёл ток.
I=q/t, где I- сила тока, q - заряд, t - время.
Единица измерения силы тока в системе СИ: [I]=1A (ампер)
17. Источники тока. Эдс источника
Источник тока - это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
ЭДС - энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду:
Измеряется в вольтах (В).
Источник ЭДС - двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока, протекающего через источник и равно его ЭДС. ЭДС источника может быть задана либо постоянным, либо как функция времени, либо как функция от внешнего управляющего воздействия.
18. Закон Ома : сила тока, текущего по однородному участку проводника, прямо пропорциональна падению напряжения на проводнике:
-закон Ома в интегральной форме R – электрическое сопротивление проводника
Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью: Единица, обратная Ом, называется Сименсом [См].
- закон Ома в дифференциальной форме.
19. Обобщенный закон Ома
Обобщенный закон Ома определяет связь между основными электрическими величинами на участке цепи постоянного тока, содержащем резистор и идеальный источник ЭДС (рис.1.2):
Формула справедлива для указанных на рис.1.2 положительных направлений падения напряжения на участке цепи (Uab ), идеального источника ЭДС (Е ) и положительного направления тока (I ).
Закон Джоуля-Ленца
Выражение закона Джоуля - Ленца
Интегральная форма закона
Если принять, что сила тока и сопротивление проводника не меняется в течение времени, то закон Джоуля - Ленца можно записать в упрощенном виде:
Применив закон Ома и алгебраические преобразования, получаем приведенные ниже эквивалентные формулы:
Эквивалентные выражения теплоты согласно закона Ома
Словесное определение закона Джоуля - Ленца
Если принять, что сила тока и сопротивление проводника не меняется в течение времени, то закон Джоуля - Ленца можно записать в упрощенном виде:
20. Магни́тное по́ле - силовое поле, действующее на движущиесяэлектрические заряды и на тела, обладающиемагнитным моментом, независимо от состояния ихдвижения; магнитная составляющаяэлектромагнитного поля
Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/илимагнитными моментамиэлектроноватомах (и магнитными моментами другихчастиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты).
Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.
Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения- векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).
Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал .
Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле , проявлениями которого являются, в частности свет и все другие электромагнитные волны .
Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц или изменяющимся во времени электрическим полем , или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам)
Графическое изображение магнитных полей
Для графического изображения магнитных полей используются линии магнитной индукции. Линия магнитной индукции –это линия, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней.
| " |
Сила тока – это движение заряженных частиц в одном направлении. Найти силу тока можно на практике с использованием специальных приборов для измерения, а можно рассчитать с помощью уже выведенных готовых формул, если есть исходные данные.
Физическая величина, которая показывает заряд, что проходит за какую-то единицу времени через проводник, называется силой тока. Основная формула, согласно которой можно рассчитать эту силу: I = q/t. То есть отношение прошедшего через поперечное сечение заряда к интервалу времени, в течение которого шло электричество, равно искомой величине I.Расшифровка обозначений:
- I – обозначение силы электричества, измеряется в Амперах (А) или 1 Кулон/секунду;
- q – заряд, идущий по проводнику, единица измерения Кулоны (Кл);
- t – интервал прохождения заряда, измеряется в секундах (с).
- Е – электродвижущая сила, ЭДС, Вольт;
- R – внешнее сопротивление, Ом;
- r – внутреннее сопротивление, Ом.
Законы Ома применимы для вычисления постоянного тока, если же требуется узнать величину силы переменного электричества, то добытые значения следует поделить на корень из двух.
Основные способы определения силы тока с помощью систем приборов на практике:- Магнитоэлектрический метод измерения, преимуществом которого является чувствительность и точность показаний, а также незначительное потребление энергии. Этот способ можно применять только для определения величины силы постоянного тока.
- Электромагнитный – это нахождение силы переменного и постоянного токов методом трансформации из электромагнитного поля в сигнал магнитомодульного датчика.
- Косвенный, с помощью вольтметра находится напряжение на определенном сопротивлении.
Определение силы потребляемого тока не так часто востребовано, как измерение сопротивления или напряжения, но без нахождения физической величины силы тока невозможен расчет потребляемой мощности.
Понятие о силе тока является основой современной электротехники. Без этих базовых знаний невозможно сделать расчеты к схемам, выполнить действия по электрике, предотвратить, выявить и устранить повреждение в цепи.
Как возникает
Для понимания, что такое сила тока, следует знать условие его возникновения – существование частиц со свободным зарядом. Он перемещается через проводник (его поперечное сечение) от одной точки к другой. Физика силы тока заключается в упорядоченном движении электронов, на которые действует электрическое поле от источника питания. Чем большее количество заряженных частиц переносится, и чем быстрее их передвижение в одном направлении, тем больший заряд дойдет до места назначения.
Помимо источника питания, элементами замкнутой цепи являются соединительные провода, по которым проходит электричество, и потребители энергии (установки, резисторы).
Дополнительная информация. В проводниках из металла в роли передатчика зарядов выступают электроны, газообразных – ионы, жидких – перенесение заряженных частиц выполняется с помощью обоих видов частиц. Нарушение порядка прохождения говорит о хаотичном движении зарядов, цепь при котором станет обесточенной.
Определение
Сила тока в проводнике – это количество электричества, перемещаемое через поперечное сечение за единичный интервал времени. Чтобы увеличить данное значение, нужно изъять из схемы лампу либо повысить магнитное поле, создаваемое батарейкой.
Единицей измерения силы электрического тока по международной системе СИ (Systеme International) считается ампер (А), названный по фамилии выдающегося французского научного деятеля XIX века Андре-Мари Ампера.
Дополнительная информация. Ампер – достаточно внушительная электрическая мера. Для жизни человека представляет смертельную опасность токовая величина до 0,1A. Горящая бытовая лампочка на 100 Вт пропускает электричество примерно в 0,5 А. В комнатном обогревателе это значение доходит до 10 А, портативному калькулятору будет достаточной одна тысячная доля ампера.
В электротехнической практике замеры малых величин могут выражаться в микро,- и миллиамперах.
Силу тока находят измерительным приспособлением (ампер,- или гальванометром), последовательно включая его в нужный участок цепи. Малые величины измеряют микро,- или миллиамперметром. Основными методами нахождения количества электричества при помощи приборов являются:
- Магнитоэлектрический – при неизменной токовой величине. Такой способ отличают повышенная точность и малое потребление энергии;
- Электромагнитный – для стационарных и изменяющихся величин. При использовании этого метода сила тока в цепи находится в результате преобразования магнитного поля в выходной сигнал модуляционного датчика;
- Косвенный – основан на замере напряжения при известном сопротивлении. Далее вычисляют искомую величину по закону Ома, показанному ниже.
Согласно определению, силу тока (I ) можно найти по формуле:
I = q/t, где:
- q – заряд, идущий поперек проводника (Кл);
- t – длительность времени, затраченного на перемещение частиц (с).
Формула силы тока читается следующим образом: необходимая величина I – это отношение прошедшего через проводник заряда к используемому отрезку времени.
Обратите внимание! Сила тока определяется не только через заряд, но и расчетными формулами на основе закона Ома, который гласит: сила электричества прямо пропорциональна напряжению проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.
Формула закона Ома поможет найти силу тока, которая выглядит отношением:
I = U / R, здесь:
- U – напряжение (В);
- R – сопротивление (Ом).
Эта установленная связь физических величин используется для различных расчетов:
- учитывающих характеристики источника питания;
- для вычислений в цепях токов любого направления;
- для многофазных цепей.
Обратите внимание! Если проводники соединяются последовательным способом, то электричество каждого из них равно. Параллельное соединение предусматривает количество амперов, которое складывается из суммы токовых значений каждого проводника.
Как найти мощность (скорость передачи или преобразования энергии) с помощью токового значения? Для этого нужно воспользоваться формулой:
Р = U*I, где умножаемые значения упоминались выше.
Виды
При постоянном и переменном электричестве его сила бывает разного характера. Для цепи с движением частиц в постоянном направлении все параметры остаются неизменными. Переменный вид способен менять свою величину при одном и том же или меняющемся направлении. Количество электричества при этом бывает:
- мгновенным, зависящим от амплитудной величины и частоты колебаний, связанной с угловой частотой;
- амплитудным – максимальным значением мгновенной силы тока за определенный период;
- эффективным – при превращении энергии количество теплоты от обоих видов тока одинаково.
Электросети бытового назначения пропускают переменный ток, преобразующийся в постоянный при прохождении через блок питания электроприбора (компьютера, телевизора).
Величина силы тока – понятие, тесно связанное с электрической энергией, имеющей огромное значение для сферы быта, народного хозяйства, объектов стратегического назначения. Более того, электроэнергетика является экономической основой государства и определяющим вектором развития внутри страны и на международном уровне.
Видео
