Текуща сила. Текущи единици

И проектирането на електрически уреди.

Електрическият ток е еднопосочно движение на заредени частици. Силата на тока е понятие, което характеризира този процес. Физическото му значение е количеството заряд, преминаващо през напречното сечение на проводник за единица време.

Единици

В системата от международни единици токът обикновено се измерва в ампери (A). Това е решението на международната конференция на електротехниците през 1881 г.

Ампер Андре-Мари е френски учен, работил в областта на физиката и математиката и вложил много работа в изучаването на електричеството. Заслугите му в тази област са толкова високи, че много представители на научния свят смятат Ампер за достоен за званието основател на електродинамиката.

Ток от 1 A ​​е доста силен, така че често се използват единици милиампер (mA, 0,001 A) и микроампер (μA, 10^-6 A).

В системата от единици:

• SGSM (електромагнитни),Много по-рядко токът се измерва в ампери или био. Съотношението на единиците е както следва: 1 ампер = 0,1 ампер;
• SGSE (електростатичен)Използва се единицата статампер. Съотношение: 1 ампер = 2997924536,843 печатни марки.

Единиците абампер и статампер се използват широко в теоретичната физика.

Формула

При извършване на изчисления силата на тока се обозначава с буквата I.

Формулата за силата на тока е представена, както следва: I = q / t, където:

• q - заряд, C (кулон);
• T - време, s.

Това предполага размерите на ампера: (A) = (C/s). 1 C е равен на заряда на 6,241509343 x 10 18 електрона. През 2011 г. беше решено да се промени дефиницията на единицата ампер, подобно на някои други, като се свърже със заряда на електрона.

При известни - и силата на тока се определя от I = U / R, където:

• U - напрежение, V;
• R е електрическото съпротивление на секцията на веригата, Ohm.

Определение

В системата SI ток от 1 A ​​се определя като този, който, когато протича през два безкрайно дълги проводника с незначително напречно сечение, разположени във вакуум и разделени на разстояние от 1 m, предизвиква сила на привличане между тях от 2x10 -7 нютона (N).

Абамперът в системата SGSM се определя по същия начин, само в този случай силата се измерва в дини, а разстоянието се измерва в сантиметри. Привличането между жиците се дължи на наличието на магнитни полета, които винаги възникват около движещи се заредени частици (закон на Био-Савар).

В края на 19 век е в сила друга дефиниция, основана на способността на електрическия ток да извършва електролиза, тоест да отделя различни елементи от разтвор.

Тази способност се дължи на факта, че сложните химикали винаги съдържат два компонента: окислител и редуциращ агент.

Окислителят привлича електрони от редуциращия агент и придобива отрицателен заряд, докато редуциращият агент придобива положителен заряд.

Когато ток преминава през разтвор, отрицателно заредените окислителни атоми се привличат към електрода с положителен потенциал, а атомите на редуциращия агент се привличат към отрицателен. Количеството освободено вещество зависи от количеството електричество, преминало през разтвора.

По време на експериментите е установено, че ток от 1 A ​​освобождава 4,025 g от този метал на час (0,001118 g в секунда) от разтвор на сребърна сол.

Сила на тока на различни устройства

Силата на тока, протичащ в различните устройства и вериги, варира значително, ето някои примери:

• слухов апарат: 0,7 mA;
• 56-инчов плазмен телевизор: 250–290 mA;
• тостер, мини-фурна: 5-6 A;
• : 500–830 mA;
• сешоар: 4,5 A.

В електрическа верига

Токът в електрическата верига се подчинява на законите, открити от Г. Кирхоф:

Работата на превключвател за диференциален ток, известен като него, се основава на това явление. Единият контакт на устройството е свързан към фазата, а другият към нулевия проводник, които по същество са началото и краят на веригата, обслужвана от този RCD.

Съгласно този закон токовете в двете части на устройството при нормална работа на веригата ще бъдат равни, независимо от вида и мощността на свързания товар. Ако внезапно се появи разлика (диференциален ток), това ще означава теч на ток.

От своя страна течът означава едно от трите неща:

1. скъсана фаза на електроуред;
2. възникнал е контакт между части под напрежение и заземени метални конструкции, опасен от пожар.

RCD е проектиран да се изключва при наличие на диференциален ток. Сигналът е магнитното поле, което се появява в устройството по време на теч, докато при равни токове магнитните полета, които те създават, се компенсират взаимно.

Амперметърът, за разлика от волтметъра, е свързан последователно с товара, т.е. в отворена верига (волтметърът е свързан паралелно).

Размер на проводника

Електрическият ток, протичащ в проводник, действа по два начина:

• създава електромагнитно поле;
• причинява нагряване на проводника.

Ако магнитното поле е незначително (жицата не е навита), почти цялата текуща мощност се изразходва за отопление.

Напречно сечение на проводника за ток и мощност

Отоплителната мощност се определя по формулата W = I 2 * R, където:

• W - мощност на отопление, W;
• I - сила на тока, A;
• R - съпротивление на проводника, Ohm.

Съпротивлението на проводниците зависи от тяхната площ: колкото по-голямо е, толкова по-ниско е съпротивлението. Ето защо при проектирането на електрическото окабеляване е важно да изберете напречното сечение на проводниците (използват се специални таблици), така че да не се прегряват при номинално натоварване. В противен случай изолацията може да се стопи, последвано от късо съединение или пожар.

Ток на късо съединение

По-горе имаше формула, свързваща силата на тока с напрежението и съпротивлението: I = U / R. Очевидно, когато стойността на R е близо до нула, което се намира например в алуминий и (използван за производството на кабелни сърцевини), силата на тока клони към безкрайност.

Това явление се нарича "ток на късо съединение" (SC). Това се случва, когато възникне електрически контакт между фазовия и нулевия проводник, заобикаляйки товара.

Токът на късо съединение причинява значително нагряване на проводниците, което може да доведе до пожар.Поради това електрическите мрежи са защитени със специални устройства - прекъсвачи или предпазители.

Когато силата на тока е по-висока от номиналната стойност, проводникът вътре в устройството се стопява (предпазители) или се задейства термичното реле (прекъсвачи), в резултат на което веригата се прекъсва.

AC захранване

Извършването на изчисления с помощта на моментната стойност е доста неудобно: трябва да се справите с изключително трудни за решаване тригонометрични уравнения. За да се опрости задачата, променливият ток се заменя с неговата ефективна стойност.Това е еквивалентно на дадена променлива, тоест произвежда същата работа.

Ефективната стойност на синусоидален променлив ток е 1,41 пъти по-малка от неговата амплитудна стойност. Тоест, ако се каже, че ток от 5 A протича във верига с променлив ток, то всъщност токът в нея варира между 7,05 A и -7,05 A.

Същото важи и за променливото напрежение. Тоест в еднофазна 220-волтова мрежа напрежението действително варира с амплитуда 311 V.

Видео по темата

Каква е силата на тока? Обяснение във видеото:

Силата на тока е най-важният параметър, характеризиращ състоянието на електрическата верига. Следователно, радиолюбител често трябва да го измерва с помощта на амперметър или. Важно е да запомните, че някои устройства нямат защита от претоварване и в резултат на това диапазонът на измерване, когато редът на измерената стойност е неизвестен, трябва да бъде избран, като се започне от най-голямата стойност.

Концепцията за силата на тока е в основата на съвременната електротехника. Без тези основни знания е невъзможно да се правят изчисления за вериги, да се извършват електрически операции, да се предотвратяват, идентифицират и премахват повреди във веригата.

Как възниква

За да разберете какво е силата на тока, трябва да знаете условието за възникването му - съществуването на частици със свободен заряд. Той се движи през проводника (неговото напречно сечение) от една точка до друга. Физиката на тока се състои от подредено движение на електрони, върху които се въздейства електрическо поле от източник на енергия. Колкото повече заредени частици се прехвърлят и колкото по-бързо се движат в една посока, толкова повече заряд ще достигне местоназначението си.

В допълнение към източника на захранване, елементите на затворена верига са свързващи проводници, през които преминава електричество и потребители на енергия (инсталации, резистори).

Допълнителна информация.В металните проводници електроните действат като предаватели на заряд; в газообразните проводници действат йони; в течните проводници преносът на заредени частици се извършва с помощта на двата вида частици. Нарушаването на реда на преминаване показва хаотично движение на заряди, при което веригата ще бъде изключена.

Определение

Силата на тока в проводник е количеството електричество, преминало през напречно сечение за единица времеви интервал. За да увеличите тази стойност, трябва да премахнете лампата от веригата или да увеличите магнитното поле, създадено от батерията.

Единицата за измерване на електрически ток според системата SI (Systeme International) е ампер (A), кръстен на изключителния френски учен от 19 век Андре-Мари Ампер.

Допълнителна информация.Амперът е доста впечатляваща електрическа мярка. Стойност на тока до 0,1А представлява смъртна опасност за човешкия живот. Горяща домашна крушка от 100 W предава електричество приблизително 0,5 A. В стаен нагревател тази стойност достига 10 A, преносимият калкулатор ще се нуждае от една хилядна от ампера.

В електротехническата практика измерванията на малки величини могат да бъдат изразени в микро- и милиампери.

Силата на тока се определя от измервателно устройство (ампер или галванометър), последователно свързващо го към желания участък от веригата. Малки количества се измерват с микро- или милиамперметър. Основните методи за намиране на количеството електроенергия с помощта на инструменти са:

• Магнитоелектрически – с постоянна стойност на тока. Този метод се характеризира с повишена точност и ниска консумация на енергия;
• Електромагнитни – за стационарни и променящи се количества. Използвайки този метод, токът във веригата се намира в резултат на преобразуването на магнитното поле в изходния сигнал на сензора за модулация;
• Индиректен - базиран на измерване на напрежение при известно съпротивление. След това изчислете желаната стойност, като използвате закона на Ом, показан по-долу.

Според определението силата на тока (аз) може да се намери по формулата:

I = q/t, където:

• q – заряд, преминаващ през проводника (C);
• t е продължителността на времето, прекарано в движение на частици (s).

Формулата за силата на тока гласи следното: необходимата стойност I е съотношението на заряда, преминал през проводника, към използвания период от време.

Забележка!Силата на тока се определя не само чрез заряда, но и чрез изчислителни формули, базирани на закона на Ом, който гласи: силата на електричеството е право пропорционална на напрежението на проводника и обратно пропорционална на неговото съпротивление.

Формулата на закона на Ом ще ви помогне да намерите текущата сила, която изглежда като съотношението:

I = U/R, тук:

• U – напрежение (V);
• R – съпротивление (Ohm).

Тази установена връзка на физическите величини се използва за различни изчисления:

• като се вземат предвид характеристиките на източника на захранване;
• за изчисления в токови вериги от всяка посока;
• за многофазни вериги.

Забележка!Ако проводниците са свързани последователно, то електричеството на всеки от тях е равно. Паралелната връзка осигурява брой ампери, което е сумата от текущите стойности на всеки проводник.

Как да намерим мощност (скорост на трансфер или преобразуване на енергия), използвайки текущата стойност? За да направите това, трябва да използвате формулата:

P = U*I, където умножените стойности бяха споменати по-горе.

Видове

При постоянно и променливо електричество силата му варира. За верига с движение на частиците в постоянна посока всички параметри остават непроменени. Един променлив вид е способен да променя своята величина със същата или променяща се посока. Количеството електроенергия в този случай е:

• мигновено, в зависимост от амплитудата и честотата на трептенията, свързани с ъгловата честота;
• амплитуда - максималната стойност на моментния ток за определен период;
• ефективен - при преобразуване на енергия количеството топлина от двата вида ток е еднакво.

Битовите електрически мрежи преминават променлив ток, който се преобразува в постоянен ток, когато преминава през захранването на електрически уред (компютър, телевизор).

Големината на тока е понятие, тясно свързано с електрическата енергия, което е от голямо значение за бита, националната икономика и стратегически обекти. Освен това електроенергетиката е икономическата основа на държавата и определящият вектор на развитие в страната и на международно ниво.

Видео

« Физика - 10 клас"

Електричество- насочено движение на заредени частици. Благодарение на електрическия ток апартаментите се осветяват, машините се задвижват, горелките на електрическите печки се нагряват, радиото работи и др.

Нека разгледаме най-простия случай на насочено движение на заредени частици - постоянен ток.

Какъв електрически заряд се нарича елементарен?
Какъв е елементарният електрически заряд?
Каква е разликата между зарядите в проводник и диелектрик?

Когато заредените частици се движат в проводник, електрическият заряд се прехвърля от една точка в друга. Въпреки това, ако заредените частици претърпят произволно топлинно движение, като например свободни електрони в метал, тогава не се извършва прехвърляне на заряд (фиг. 15.1, а). Напречното сечение на един проводник пресича средно еднакъв брой електрони в две противоположни посоки. Електрическият заряд се прехвърля през напречното сечение на проводник само ако, заедно с произволното движение, електроните участват в насочено движение (фиг. 15.1, b). В този случай те казват, че диригентът отива електричество.

Електрическият ток е подредено (насочено) движение на заредени частици.

Електрическият ток има определена посока.

Посоката на тока се приема за посока на движение на положително заредени частици.

Ако преместите като цяло неутрално тяло, тогава, въпреки подреденото движение на огромен брой електрони и атомни ядра, няма да възникне електрически ток. Общият заряд, пренесен през всяко напречно сечение, ще бъде равен на нула, тъй като зарядите с различни знаци се движат с еднаква средна скорост.

Посоката на тока съвпада с посоката на вектора на напрегнатостта на електрическото поле. Ако токът се формира от движението на отрицателно заредени частици, тогава посоката на тока се счита за противоположна на посоката на движение на частиците.

Изборът на посока на тока не е много успешен, тъй като в повечето случаи токът представлява подредено движение на електрони - отрицателно заредени частици. Изборът на посоката на тока беше направен във време, когато нищо не се знаеше за свободните електрони в металите.

Действие на тока.

Ние не виждаме директно движението на частиците в проводник. За наличието на електрически ток трябва да се съди по действията или явленията, които го придружават.

Първо, проводникът, през който протича токът, се нагрява.

Второ, електрическият ток може да промени химическия състав на проводника: например да освободи неговите химически компоненти (мед от разтвор на меден сулфат и др.).

Трето, токът упражнява сила върху съседни токове и намагнитизирани тела. Това действие на тока се нарича магнитен.

Така магнитна стрелка в близост до проводник с ток се върти. Магнитният ефект на тока, за разлика от химическия и топлинния, е основният, тъй като се проявява във всички проводници без изключение. Химическият ефект на тока се наблюдава само в разтвори и стопилки на електролити, а нагряването отсъства в свръхпроводниците.

В крушка с нажежаема жичка, поради преминаването на електрически ток, се излъчва видима светлина и електрическият двигател извършва механична работа.

Текуща сила.

Ако във верига протича електрически ток, това означава, че през напречното сечение на проводника непрекъснато се пренася електрически заряд.

Пренесеният заряд за единица време служи като основна количествена характеристика на тока, т.нар сила на тока.

Ако заряд Δq се пренесе през напречното сечение на проводник за време Δt, тогава средната стойност на тока е равна на

Средната сила на тока е равна на отношението на заряда Δq, преминаващ през напречното сечение на проводника през интервала от време Δt към този период от време.

Ако силата на тока не се променя с времето, тогава се извиква токът постоянен.

Силата на променливия ток в даден момент също се определя по формула (15.1), но периодът от време Δt в този случай трябва да бъде много малък.

Силата на тока, подобно на заряда, е скаларна величина. Тя може да е като положителен, така отрицателен. Знакът на тока зависи от това коя от посоките около веригата се приема за положителна. Сила на тока I > 0, ако посоката на тока съвпада с условно избраната положителна посока по протежение на проводника. Иначе аз< 0.

Връзка между силата на тока и скоростта на насоченото движение на частиците.

Нека цилиндричен проводник (фиг. 15.2) има напречно сечение с площ S.

За положителна посока на тока в проводник приемаме посоката отляво надясно. Зарядът на всяка частица ще се счита за равен на q 0. Обемът на проводника, ограничен от напречни сечения 1 и 2 с разстояние Δl между тях, съдържа nSΔl частици, където n е концентрацията на частици (носители на ток). Общият им заряд в избрания обем е q = q 0 nSΔl. Ако частиците се движат отляво надясно със средна скорост υ, тогава през времето всички частици, съдържащи се в разглеждания обем, ще преминат през напречно сечение 2. Следователно силата на тока е равна на:

Единицата SI за ток е ампер (A).

Тази единица е създадена на базата на магнитното взаимодействие на токовете.

Измерете силата на тока амперметри. Принципът на проектиране на тези устройства се основава на магнитното действие на тока.

Скоростта на подредено движение на електрони в проводник.

Нека намерим скоростта на подредено движение на електрони в метален проводник. Съгласно формула (15.2), където e е модулът на заряда на електрона.

Нека, например, силата на тока I = 1 A и площта на напречното сечение на проводника S = 10 -6 m 2. Модул на електронен заряд e = 1,6·10 -19 C. Броят на електроните в 1 m 3 мед е равен на броя на атомите в този обем, тъй като един от валентните електрони на всеки меден атом е свободен. Това число е n ≈ 8,5 10 28 m -3 (това число може да се определи чрез решаване на задача 6 от § 54). следователно

Както можете да видите, скоростта на подреденото движение на електроните е много ниска. Тя е в пъти по-малка от скоростта на топлинно движение на електроните в метала.

Необходими условия за съществуване на електрически ток.

За възникването и съществуването на постоянен електрически ток в дадено вещество е необходимо да има Безплатнозаредени частици.

Това обаче все още не е достатъчно, за да възникне ток.

За да се създаде и поддържа подреденото движение на заредените частици, е необходима сила, която да действа върху тях в определена посока.

Ако тази сила престане да действа, тогава подреденото движение на заредените частици ще престане поради сблъсъци с йони на кристалната решетка на метали или неутрални молекули на електролити и електроните ще се движат произволно.

Заредените частици, както знаем, се въздействат от електрическо поле със силата:

Обикновено електрическото поле вътре в проводника причинява и поддържа подреденото движение на заредените частици.
Само в статичен случай, когато зарядите са в покой, електрическото поле вътре в проводника е нула.

Ако вътре в проводника има електрическо поле, тогава има потенциална разлика между краищата на проводника в съответствие с формула (14.21). Както показа експериментът, когато потенциалната разлика не се променя с времето, a постоянен електрически ток. По дължината на проводника потенциалът намалява от максималната стойност в единия край на проводника до минимума в другия, тъй като положителният заряд под въздействието на силите на полето се движи в посока на намаляване на потенциала.

Какво е напрежение и ток?

Днес ще говорим за най-основните понятия за ток и напрежение, без общо разбиране на които е невъзможно да се изгради каквото и да е електрическо устройство.

И така, какво е напрежението?

Просто казано волтаж- потенциална разлика между две точки в електрическа верига, измерено във волтове. Заслужава да се отбележи, че напрежението винаги се измерва между две точки! Тоест, когато казват, че напрежението на крака на контролера е 3 волта, се има предвид, че потенциалната разлика между крака на контролера и земята е същите 3 волта.

Земята (Ground, Zero) е точка в електрическа верига с потенциал от 0 волта. Заслужава обаче да се отбележи, че напрежението не винаги се измерва спрямо земята. Например, чрез измерване на напрежението между два извода на контролера, ще получим разликата в електрическите потенциали на тези точки във веригата. Тоест, ако на единия крак има 3 волта (тоест тази точка има потенциал от 3 волта спрямо земята), а на втория 5 волта (отново потенциал спрямо земята), получаваме стойност на напрежението равно на 2 волта, което е равно на потенциалната разлика между точките 5 и 3 волта.

От понятието напрежение следва следващото понятие - електрически ток. Това си спомняме от курса по обща физика електрическият ток е насочено движение на заредени частици по протежение на проводник,измерено в ампери. Заредените частици се движат поради потенциалната разлика между точките. Общоприето е, че токът протича от точка с голям заряд към точка с по-малък заряд. Тоест напрежението (потенциалната разлика) създава условията за протичане на ток. При липса на напрежение токът е невъзможен, тоест няма ток между точки с еднакъв потенциал.

По пътя си токът среща препятствие под формата на съпротивление, което пречи на протичането му. Съпротивлението се измерва в ома. Ще говорим повече за това в следващия урок. Отдавна обаче е установена следната връзка между ток, напрежение и съпротивление:

Където I - ток в ампери, U - напрежение във волтове, R - съпротивление в омове.

Тази връзка се нарича закон на Ом. Следните заключения от закона на Ом също са верни:

Ако все още имате въпроси, задайте ги в коментарите. Само благодарение на вашите въпроси ще можем да подобрим материалите, представени на този сайт!

Това е всичко, в следващия урок ще говорим за съпротивата.

Всяко копиране, възпроизвеждане, цитиране на материала или части от него е разрешено само с писменото съгласие на администрацията на MKPROG .RU. Незаконното копиране, цитиране, възпроизвеждане се наказва от закона!

Невъзможен. Концепцията за ток е основата, върху която, подобно на къща на надеждна основа, се изграждат по-нататъшни изчисления на електрически вериги и се дават нови и нови определения. Силата на тока е една от международните стойности, следователно универсалната мерна единица е ампер (A).

Физическото значение на тази единица се обяснява по следния начин: ток от един ампер възниква, когато заредени частици се движат по два проводника с безкрайна дължина, между които има разстояние от един метър. В този случай енергията, генерирана на всеки метър от проводниците, е числено равна на 2*10 на степен -7 Нютона. Обикновено се добавя, че проводниците са разположени във вакуум (което позволява да се неутрализира влиянието на междинната среда), а напречното им сечение клони към нула (в същото време проводимостта е максимална).

Въпреки това, както обикновено се случва, класическите определения са разбираеми само за специалисти, които всъщност вече не се интересуват от основите. Но човек, който не е запознат с електричеството, ще се обърка още повече. Затова нека обясним какво е силата на тока буквално „на пръстите“. Нека си представим обикновена батерия, от полюсите на която два изолирани проводника отиват към електрическата крушка. Превключвател е свързан към празнината в единия проводник. Както знаете от началния курс по физика, електрическият ток е движението на частици, които имат свои собствени. Те обикновено се считат за електрони (всъщност електронът има единичен отрицателен заряд), въпреки че в действителност всичко е малко по-сложно. Тези частици са характерни за проводими материали (метали), но в газообразни среди йоните носят допълнително заряд (запомнете термините „йонизация“ и „разрушаване на въздушната междина“); в полупроводниците проводимостта е не само електронна, но и дупка (положителен заряд); в електролитните разтвори проводимостта е чисто йонна (например автомобилни акумулатори). Но да се върнем към нашия пример. В него токът формира движението на свободните електрони. Докато превключвателят е включен, веригата е отворена, няма къде да се движат частиците, следователно силата на тока е нула. Но след като „сглобите веригата“, електроните се втурват от отрицателния полюс на батерията към положителния, преминавайки през електрическата крушка и я карат да свети. Силата, която ги кара да се движат, идва от електрическото поле, създадено от батерията (ЕМП - поле - ток).

Токът е отношението на заряда към времето. Тоест, всъщност говорим за количеството електричество, преминаващо през проводник за условна единица време. Може да се направи аналогия с водата: колкото повече е отворен кранът, толкова по-голям обем вода ще премине през тръбопровода. Но ако водата се измерва в литри (кубични метри), тогава токът се измерва в броя на носителите на заряд или, което също е вярно, в ампери. Толкова е просто. Лесно е да се разбере, че можете да увеличите тока по два начина: чрез премахване на електрическата крушка от веригата (съпротивление, пречка за движение), а също и чрез увеличаване на електрическото поле, създадено от батерията.

Всъщност стигнахме до това как се изчислява силата на тока в общия случай. Има много формули: например за пълна верига, която отчита влиянието на характеристиките на източника на захранване; за редуващи се и за многофазни системи и т.н. Всички те обаче са обединени от едно правило - известният закон на Ом. Затова представяме неговата обща (универсална) форма:

където I е ток, в ампери; U е напрежението на клемите на източника на захранване във волтове; R е съпротивлението на веригата или секцията в ома. Тази зависимост само потвърждава всичко по-горе: увеличаването на тока може да се постигне по два начина, чрез съпротивление (нашата електрическа крушка) и напрежение (параметър на източника).