Единицей измерения силы тока в электрической цепи является

Сила тока является количественной характеристикой тока. Силу тока ($I$) определяют как заряд ($Delta q$), проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени:

Это алгебраическая величина. Не смотря на то, что величину $I$ называют силой, в общепринятом понимании она силой не является. Мгновенное значение силы тока находят как:

Ампер — единица измерения силы тока в Международной системе единиц

В системе СИ единицей измерения силы тока является ампер. Его обозначают буквой А. Один ампер — это сила такого постоянного электрического тока, при котором через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит заряд, равный одному кулону:

Ампер (единица измерения силы тока) — это одна из семи основных единиц системы СИ. Еще в 1948 году в качестве определения единицы силы тока было принять явление взаимодействия пары параллельных проводников, по которым текут токи. Мы помним, что когда по двум параллельным проводникам текут токи, имеющие одинаковые направления, то они притягиваются, если токи противоположно направлены, то проводники отталкиваются, возникает сила Ампера. Один ампер определяют используя понятие о силе Ампера. Говорят, что ампер — это сила тока, проходящего в двух прямых бесконечно тонких и длинных проводниках, находящихся в вакууме порождающая силу Ампера (сила взаимодействия проводников) равную $2cdot ^Н$ на каждый метр проводника.

Свое название ампер получил в честь французского физика А.М. Ампера.

Один ампер, это достаточно большая сила тока. Считают, что для человека сила тока становится опасной от 0,001 А, сила тока от 0,1 А может нанести к значительный вред здоровью. В практических расчетах используют кратные и дольные единицы силы тока, используя при этом стандартные приставки системы СИ. Например, микроампер $1мкА=^А;;килоампер 1кА=1000 А.$

Сила тока

Си́ла то́ка, скалярная физическая величина I I I , характеризующая упорядоченное движение электрических зарядов и равная отношению заряда Δ q Delta q Δ q , протекающего через определённую поверхность S S S за время Δ t Delta t Δ t , к величине этого промежутка времени: I = Δ q / Δ t I = Delta q/Delta t I = Δ q /Δ t , или I = d q / d t . I = dq/dt. I = d q / d t . В Международной системе единиц (СИ) единица силы тока является основной и называется ампер (обозначается А). 1 А – это ток, при котором через поперечное сечение проводника проходит заряд в 1 Кл за 1 с. Сила тока связана со скоростью v v v движения электрических зарядов ( электронов ) в проводнике соотношением Упорядоченное движение электрических зарядов в проводнике. Упорядоченное движение электрических зарядов в проводнике. I = d q / d t = e n S ⋅ d l / d t = e n S v I = dq/dt = enS cdot dl/dt = enSv I = d q / d t = e n S ⋅ d l / d t = e n S v , где e e e – заряд электрона, n n n – концентрация электронов, l l l – длина проводника (рис. 1).

Физика 8 класс (Урок№15 — Электрическая цепь. Направление электрического тока. Сила тока.)

Измерения силы тока обычно осуществляют по магнитному действию тока с помощью амперметра (в том числе милли -, микро -, наноамперметра) или гальванометра . Эти приборы включают в электрическую цепь последовательно с тем элементом цепи, в котором измеряют силу тока.

Опубликовано 16 марта 2023 г. в 13:37 (GMT+3). Последнее обновление 16 марта 2023 г. в 13:37 (GMT+3). Связаться с редакцией

Информация

Области знаний: Электрический ток

Формула для расчета

Для теоретического определения рассматриваемого параметра сети применяется простейшая зависимость:

Ст – сила электрического тока, которая в данной формуле измеряется в стандартно принятых единицах измерения – амперах.

Нс – напряжение на участке, выражаемое в вольтах.

Рп – сопротивление проводника в омах.

С точки зрения полезного преобразования электроэнергии рассчитываемая характеристика растет или уменьшается прямо пропорционально мощности. Поэтому чем больше мощность оборудования, тем сильнее в нем электроток.

Измерение – приборы, способы, правила

На практике чаще всего рассматриваемый параметр сети не вычисляется, а измеряется. Для этой цели применяется специальный прибор – амперметр. Его механизм работы основан на взаимодействии магнитного поля с проводной катушкой – главным рабочим элементом. Чем выше величина, тем сильнее действие и больше отклонение стрелки по шкале.

Для практического определения используются как аналоговые (стрелочные), так и цифровые модели. В обоих случаях в качестве единиц измерения силы тока используются амперы А, а также каратные им значения – мкА, мА и кА.

По способу измерения приборы разделяются на такие виды:

1. Магнитоэлектрические.
2. Электромагнитные.
3. Тепловые.
4. Электродинамические.
5. Индукционные.
6. Термоэлектрические.
7. Детекторные.
8. Фотоэлектрические.

Для постоянного тока применяют магнитоэлектрические модели, а для переменного – детекторные и индукционные. При этом чаще всего применяются многофункциональные измерители – мультиметры. Основными единицами измерения для них являются – сила тока, напряжение и сопротивление.

Процедура измерения проводится по следующим правилам:

• Прибор подбирается в соответствии с типом цепи.
• Подключение к электроцепи выполняется последовательно и в разрыв.
• Контакты подсоединяются с соблюдением полярности.
• Тестируемая линия отключается.
• При достаточно высоком напряжении измеритель подключается с трансформатором, шунтом или магнитным усилителем.

Кроме того, прибор должен быть изначально правильно настроен по шкале чувствительности в соответствии с диапазоном измеряемой величины.

Примеры типичных токов

Значения силы тока можно прочитать на информационных табличках на электроприёмниках или в руководствах к этим устройствам. В таблице ниже приведены типичные значения электрических токов для различных электроприёмников.

Единицы измерения силы тока

По определению сила электрического тока I равна величине электрического заряда q, проходящего в единицу времени t, через поперечное сечение проводника:

Единица измерения силы тока в системе СИ названа в честь французского физика Адре-Мари Ампера, внесшего огромный вклад в изучение электромагнитных явлений. В системе СИ эта единица является одной из семи основополагающих единиц измерения (метр, секунда, килограмм и др.).

Это означает, что единицы измерения всех остальных физических величин могут быть выведены через основные.

Одно из открытий Ампера заключалось в обнаружении им силы взаимодействия между двумя проводниками, по которым идет электрический ток. На основании этого фундаментального факта в системе СИ величина тока в 1 А соответствует силе взаимодействия (отталкивания или притяжения) 0,0000002 H двух параллельных проводников, расположенных в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга.

Кроме основной единицы измерения используются внесистемные единицы, которые могут быть как больше, так и меньше ампера:

• 1 мкА = 0,000001 А;
• 1 мА = 0,001 А;
• 1 кА = 1000 А.

Необходимо всегда помнить, что воздействие электрического тока представляет опасность для здоровья человека. Ток, величина которого превышает 0,05 А представляет собой смертельную опасность. При этом действие переменного тока существенно опаснее действия постоянного тока.

Амперметр — прибор для измерения силы тока

Принцип работы всех амперметров основан на электромагнитных свойствах тока. Стрелка прибора соединена с катушкой, которая получает вращательный момент в магнитном поле, когда через нее течет измеряемый амперметром ток. Основное требование, которым должны удовлетворять все эти приборы — весь электрический заряд, протекающий по проводнику, должен пройти через амперметр.

Основные особенности амперметров, общие для всех моделей:

• На измерительной шкале должна присутствовать буква А;
• На амперметрах постоянного тока около контактных клемм должны быть символы “+” и “-“. Если “-” отсутствует, то по умолчанию все равно считается, что это прибор постоянного тока;
• Клемму “+” соединяют с проводом, идущим от положительного полюса тока, а клемму со знаком “-” — с проводом от отрицательного полюса;
• На амперметрах переменного тока должен присутствовать символ “~”. Для этой же маркировки могут использоваться обозначения на базе английских слов AC/DC (Alternating Сurrent — переменный ток, Direct Сurrent — постоянный ток);
• Все амперметры подключаются в электрическую цепь последовательно. Схему измерения можно условно представить так: амперметр включается в разрыв электрической цепи, чтобы пропустить через себя весь ток цепи;

Рис. 2. Принципиальная схема подключения амперметра

Подключение амперметра в цепь, где отсутствуют потребители тока (нагрузки), амперметр производить нельзя, так как это может привести к его поломке.

Дольные и кратные единицы силы тока

На практике вы часто можете увидеть следующие единицы: миллиампер ($мА$), микроампер ($мкА$), килоампер ($кА$).

$1 space мА = 0.001 space А = 1 cdot 10^ space А$;
$1 space мкА = 0.000001 space А = 1 cdot 10^ space А$;
$1 space кА = 1000 space А = 1 cdot 10^3 space А$.

Сила тока некоторых электроприборов

Для лучшего понимания, сколько же составляет один ампер на практике, в таблице 1 приведены средние значения силы тока для некоторых электроприборов.

Таблица 1. Значения силы тока в различных потребителях электроэнергии

Формулы и соотношения

Для расчетов следует знать основные законы и следствия из них.

Они указывают на зависимость искомой физической величины от других.

Используя основные соотношения, можно выполнить расчет других параметров (мощности, падения напряжения на одном из потребителей и т. д.).

К основным законам следует отнести следующие:

1. Правила Ома.
2. Закон теплового действия тока.
3. Законы Кирхгофа (I и II).

Первый связывает ток с электросопротивлением, ЭДС и напряжением. Для переменного он сильно отличается, поскольку вводится понятие активной и реактивной нагрузок. Второй применяется для расчета количества теплоты, выделяемого проводником при прохождении через него электротока.

Законы Кирхгофа применяются в электронике для расчета токов. Примером такого прибора является УЗО (устройство защитного отключения). Его принцип действия основан на I законе Кирхгофа.

Закон Ома

Закон Ома радиолюбители применяют для расчета не только участка электроцепи, но и всей схемы. Он представлен в двух формулировках: для участка цепи и полной. В первом случае берется какой-либо участок без учета источника питания. Во втором — появляется ЭДС и внутреннее сопротивления гальванического элемента (источника питания).

Формулировка в первом случае следующая: ток, протекающий через заданный участок цепи, прямо пропорционально зависит от значения напряжения (U), и обратно пропорционален электрическому сопротивлению этого участка (R). Формула силы тока имеет такой вид: I = U / R. Если рассматривать полную цепь, состоящую из резистора, источника питания и амперметра, то появляются параметры ЭДС и внутреннее сопротивление элемента питания (Rип).

Формулировка имеет следующий вид: сила тока (i или I) прямо пропорционально зависит от ЭДС (e) в полной цепи и обратно пропорционально от алгебраической суммы сопротивлений резистора (R) и гальванического элемента (Rип). Запись закона в математической форме следующая: i = e / (R + Rип).

На основании формул можно вывести некоторые соотношения. Они связывают одну физическую величину с другой. Это позволяет без особых проблем находить неизвестные параметры. Формулы называют еще следствием из законов. Вот некоторые из них:

1. Нахождение сопротивлений резистора и источника питания: R = U / I, R = (e / i) — Rип и Rип = (e / i) — R.
2. Напряжение и ЭДС: U = I * R и e = i * (R + Rип).

Кроме того, нужно знать еще одну формулу, с помощью которой находится мощность: P = U * I = U^2 / R = R * I^2.

Формула теплого действия

Электроток, протекающий через проводник, оказывает на последний тепловое воздействие. При этом происходит преобразование электроэнергии в тепловую. Объясняется этот феномен взаимодействием свободных носителей заряда с узлами кристаллической решетки, т. е. приводит к выделению некоторого количества теплоты Q.

Два ученых открыли (независимо друг от друга) закон вычисления тепловой энергии, которая выделяется при протекании электричества за некоторое время (t). Он получил название «закон Джоуля- Ленца». Его формулировка следующая: количество теплоты, которое выделяет проводник в результате прохождения через него электричества, прямо пропорционально зависит от I, U и t. Математическая форма следующая: Q = UIt = RtI^2 = (tU^2) / R = Pt.

Физики рекомендуют воспользоваться формулами-следствиями из него:

1. Ток: I = Q / (Ut) = [(Q / (Rt)]^(1/2).
2. Напряжение: U = Q / (It) = [QRt]^(1/2).
3. Время протекания тока: t = Q / (UI) = Q / (RI^2) = Q / (U^2 / R) = Q / P.

Когда ток не совершает какую-либо механическую работу и не действует на какой-либо элемент цепи, тогда выполняется преобразование всей электроэнергии в тепловую, т. е. Q = A.

Правила Кирхгофа

В физике всего два закона Кирхгофа. Формулировка первого имеет следующий вид: ток, входящий в узел цепи, равен исходящему току. Для примера следует рассмотреть схему 1. Она состоит из потребителей, которые являются резисторами.

Схема 1. Первый закон Кирхгофа

Ток I1 входит в узел А. После него распределяется на I2 и I3. Следовательно, I1 = I2 + I3. С узла D выходит ток I1, который состоит из I2 и I6.

Однако для расчета электрических цепей недостаточно одного закона Кирхгофа. Рекомендуется использовать также и второй (схема 2). Его формулировка следующая: в произвольном замкнутом контуре всегда выполняется равенство алгебраической суммы всех ЭДС и падений U на каждом элементе резистивного типа. Необходимо отметить, что е и U являются векторными величинами. Их направление указывается с помощью знаков «+» и «-», которые определяются по такому алгоритму:

1. Сделать выбор направления, по которому осуществляется обход: по часовой или против часовой стрелки.
2. Осуществить выбор направления протекания токов по цепи.
3. Расставить знаки е: совпадение с направлением — «+», а в другом случае — «-».

Физики рекомендуют рассматривать любой закон на практическом примере. На схеме 2 показаны следующие элементы: резистор R, источники питания с ЭДС Е1 и Е2. Следует отметить, что r1 и r2 — внутренние сопротивления источников питания с Е1 и Е2 соответственно.

Схема 2. Второй закон Кирхгофа

На схеме 2 видно, что Е1 направлена по часовой стрелке, а Е2 — в обратную сторону. Закон запишется таким образом: Е1 — Е2 = I1 * r1 — I2 * r2. Чтобы выразить величину Е2, следует рассмотреть правую ветвь: Е2 = I2 * r2 + I * R. Таким же образом находится и Е1: Е1 = I1 * r1 + I * R. Ток через резистор R будет равен алгебраической сумме I1 и I2.

Пример решения

Для закрепления знаний следует перейти к их практическому применению. Используя данные на схеме 2, следует вычислить ток, который протекает через резистор R. Кроме того, известно, что I1 в 2 раза больше I2. Нужно определить количество теплоты при следующих параметрах: максимальный ток I и время 5 минут. Решение осуществляется следующим образом:

1. Общий ток через R: I = I1 + I2 = 2 * I2 + I2 = 3 * I2.
2. Необходимо рассмотреть левую ветвь: Е1 = I1 * r1 + I * R = 2 * I2 * r1 + 3 * I2 * R.
3. Составить уравнение: 12 = 2 * I2 * 0,1 + 3 * I2 * 2.
4. Упростить его: I2 * (2 * 0,1 + 3 * 2) = I2 * (0,2 + 6) = 6,2 * I2 = 12.
5. Решить равенство: I2 = 12 / 6,2 = 1,94 (A).
6. Вычислить искомое значение тока: I = 3 * I2 = 3 * 1,94 = 5,81 (А).
7. Количество теплоты (t = 5 минут = 5 * 60 = 300 секунд): Q =t * R * I^2 = 300 * 20 * 33,76 = 202536,6 Дж = 0,2 МДж.

Для проверки правильности решения специалисты рекомендуют воспользоваться специальными приложениями для построения и расчета электрических принципиальных схем.

Таким образом, начинающему радиолюбителю необходимо ознакомиться с основными законами физики, а затем приступать к расчетам схем. Не следует упускать из вида силу тока, поскольку от этого параметра зависит правильность работы любого устройства.