Формула силы тока в проводнике: Определение силы тока. Единицы измерения силы тока

Сила и плотность тока. Линии тока

Сила тока I для тока, протекающего через некоторую площадь сечения проводника S эквивалентна производной заряда q по времени t и количественно характеризует электрический ток.

Определение 1

Таким образом выходит, что сила тока — это поток заряженных частиц через некоторую поверхность S.

Определение 2

Электрический ток является процессом движения как отрицательных, так и положительных зарядов.

Перенос заряда одного знака в определенную сторону равен переносу заряда, обладающего противоположным знаком, в обратном направлении. В ситуации, когда ток образуется зарядами и положительного, и отрицательного знаков (dq+ и dq−), справедливым будет заключение о том, что сила тока равна следующему выражению:

I=dq+dt+dq-dt.

В качестве положительного определяют направление движения положительных зарядов. Ток может быть постоянным, когда ни сила тока, ни его направление не претерпевают изменений с течением времени, или, наоборот, переменным. При условии постоянства, формула силы тока может выражаться в следующем виде:

I=q∆t,

где сила тока определена в качестве заряда, который пересекает некоторую поверхность S в единицу времени. В системе СИ роль основной единицы измерения силы тока играет Ампер (А).

1A=1 Кл1 с.

Плотность тока. Связь плотности тока с зарядом и силой тока, напряженностью

Выделим в проводнике, в котором протекает ток, малый объем dV случайной формы. С помощью следующего обозначения υ определим среднюю скорость движения носителей зарядов в проводнике. Пускай n0 представляет собой концентрацию носителей заряда. На поверхности проводника выберем пренебрежительно малую площадку dS, которая расположена ортогонально скорости υ (рис. 1).

Рисунок 1

Проиллюстрируем на поверхности площадки dS очень короткий прямой цилиндр, имеющий высоту υdt. Весь массив частиц, которые располагались внутри такого цилиндра за время dt пересекут плоскость dS и перенесут через нее, в направлении скорости υ, заряд, выражающийся в виде следующего выражения:

dq=n0qeυdSdt,

где qe=1,6·10-19 Кл является зарядом электрона, другими словами отдельной частицы или же носителя тока. Разделим приведенную формулу на dSdt и получим:

j=dqdSdt,

где j представляет собой модуль плотности электрического тока.

j=n0qeυ,

где j является модулем плотности электрического тока в проводнике, в котором заряд переносится электронами. В случае, если ток появляется как результат движения нескольких типов зарядов, то формула плотности тока может быть определена в виде следующего выражения:

j=∑niqiυii,

где i представляет собой носитель заряда. Плотность тока — это векторная величина. Снова обратим внимание на рисунок 1. Пускай n→ представляет собой единичный перпендикуляр к плоскости dS. В случае, если частицы, переносящие заряд, являются положительными, то переносимый ими заряд в направлении нормали больше нуля. В общем случае переносимый в единицу времени элементарный заряд может быть записана в следующем виде:

dqdt=j→n→dS=jndS.

Формула приведенная выше справедлива также в том случае, когда плоскость площадки dS неортогональная по отношению к вектору плотности тока. По той причине, что составляющая вектора j→, направленная под прямым углом к нормали, через сечение dS электричества не переносит. Исходя из всего вышесказанного, плотность тока в проводнике окончательно запишем, применяя формулу j=n0qeυ в таком виде:

j→=-n0qeυ→.

Таким образом, плотность тока эквивалентна количеству электричества, другими словами заряду, который протекает за одну секунду через единицу сечения проводника. В отношении однородного цилиндрического проводника справедливым будет записать, что:

j=IS∆t,

где S играет роль площади сечения проводника. Плотность постоянного тока равна по всей площади сечения проводника. Для двух разных сечений проводника (S1,S2) с постоянным током справедливо следующее равенство:

j1j2=S2S1.

Основываясь на законе Ома для плотности токов можно записать такое выражение:

j→=λE→,

где λ обозначает коэффициент удельной электропроводности. Определив плотность тока, мы имеем возможность выразить силу тока в следующем виде:

I=∫SjndS,

где интегрирование происходит по всей поверхности S любого сечения проводника. Единица плотности тока Aм2.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Линии тока

Определение 3

Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, носят название линий тока.

Направления движения положительных зарядов также определяются в качестве направлений линий тока. Изобразив линии тока, можно получить наглядное представление о движении электронов и ионов, которые формируют собой ток. Если внутри проводника выделить трубку с током, у которой боковая поверхность состоит из линий тока, то движущиеся заряженные частицы не будут пересекать боковую поверхность данной трубки. Такую трубка представляет собой так называемую трубку тока. К примеру, поверхность металлической проволоки в изоляторе будет определяться как труба тока.

Пример 1

Сила тока в проводнике равномерно возрастает от 0 до 5 А на протяжении 20 с. Определите заряд, который прошел через поперечное сечение проводника за данный отрезок времени.

Решение

В качестве основы решения данной задачи возьмем формулу, которая характеризует собой силу тока, то есть:

I=dqdt.

Таким образом, заряд будет найден как:

q=∫t1t2Idt.

В условии задачи сказано, что сила тока изменяется равномерно, а это означает то, что мы можем записать закон изменения силы тока в следующем виде:

I=kt.

Найдем коэффициент пропорциональности в приведенном выражении, для чего необходимо запишем закон изменения силы тока еще раз для момента времени, при котором сила тока эквивалентна I2=3А (t2):

I2=kt2→k=I2t2.

Подставим выражение выше в I=kt и проинтегрируем в соответствии с q=∫t1t2Idt, получим формулу такого вида: q=∫t1t2ktdt=∫t1t2I2t2tdt=I2t2∫t1t2tdt=t22t1t2=I22t2t22-t12.

В качестве начального момента времени возьмем момент, когда сила тока эквивалентна нулю, другими словами t1=0, I1=0 A; t2=20, I2=5 А. Проведем следующие вычисления:

q=I22t2t22=I2t22=5·202=50 (Кл).

Ответ: q=50 Кл.

Пример 2

Определите среднюю скорость движения электронов в проводнике, молярная масса вещества которого эквивалентна μ, поперечное сечение проводника S. Сила тока в проводнике I. Примем, что на каждый атом вещества в проводнике приходится два свободных электрона.

Решение

Силу тока (I) в проводнике можно считать постоянной, что позволяет нам записать следующее выражение:

I=q∆t=Nqe∆t,

где заряд q определим как произведение числа электронов проводимости в проводнике, на заряд одного электрона qe, представляющего собой известную величину. ∆t играет роль промежутка времени, за который через поперечное сечение проводника проходит заряд q. Найти N можно, если применять известное в молекулярной физике соотношение:

N’NА=mμ=ρVμ,

где N′ играет роль количества атомов в проводнике, объем которого V, плотность ρ, а молярная масса μ. NA представляет собой число Авогадро. По условию задачи N=2N′. Найдем из N’NА=mμ=ρVμ число свободных электронов: N=2ρVμNA.

Подставим выражение, приведенное выше, в I=q∆t=Nqe∆t, в результате чего получим:

I=2ρVμNAqe∆t=2ρqeNASlμ∆t,

где объем проводника найден как V=Sl, где l — длина проводника. Выразим ее.

l=μ∆tI2ρqeNAS.

Среднюю скорость движения электронов или, другими словами, скорость тока в проводнике можно определить следующим образом: υ=l∆t=μI2ρqeNAS.

Ответ: υ=μI2ρqeNAS.

Что такое сила тока — пояснения и формулы

Движение заряженных частиц в проводнике в электротехнике называется электрическим током. Электроток не характеризуется только прошедшим через проводник значением количества электрической энергии, так как за 60 минут через него может пройти электричество равное 1 Кулону, но и такое же количество электричества можно пропустить через проводник за одну секунду.

Что такое сила тока

Когда рассматривается количество электричества, протекающее через проводник за разные интервалы времени, понятно, что за меньший промежуток времени ток течет интенсивней, поэтому в характеристику электротока вводится еще одно определение — это сила тока, которая характеризуется протекающим в проводнике током за секунду времени. Единицей измерения величины силы проходящего тока в электротехнике принят ампер.

Иными словами, сила электрического тока в проводнике — это количество электричества, которое прошло через его сечение за секунду времени, маркировка литерой I. Силу тока измеряют в амперах — это единица измерения, которая равняется силе неизменяющегося тока, проходящего по бесконечным параллельным проводам с наименьшим круговым сечением, удаленным друг от друга на 100 см и расположенным в вакууме, который вызывает взаимодействие на метре длины проводника силой = 2*10 минус 7 степени Ньютона на каждые 100 см длины.

Специалисты часто определяют величину проходящего тока, на Украине (сила струму) она равна 1 амперу, когда через сечение проводника проходит каждую секунду 1 кулон электричества.

Формула определения силы тока:

Формула определения силы тока

В электротехнике можно увидеть частое применение других величин в определении значения силы проходящего тока: 1 миллиампер, который равен единица/ Ампер, 10 в минус третьей степени Ампер, один микроампер — это десять в минус шестой степени Ампер.

Зная количество электричества, прошедшее через проводник за определенный промежуток времени, можно вычислить силу тока (как говорят на Украине — силу струму) по формуле:

Формула силы тока

Когда электрическая цепь замкнута и не имеет ответвлений, тогда в каждом месте ее поперечного сечения протекает за секунду одинаковое количество электричества. Теоретически это объясняется невозможностью накапливания электрических зарядов в каком либо месте цепи, по этой причине сила тока везде одинакова.

Правило постоянства электрического тока в замкнутой цепи

Данное правило справедливо и в сложных цепях, когда есть ответвления, но относится к некоторым участкам сложной цепи, которые можно рассматривать в виде простой электроцепи.

Как измеряется сила тока

Величину силы тока измеряют прибором, который называется амперметр, а также для небольших значений — миллиамперметр и микроамперметр, который можно увидеть на фото внизу:

Амперметр Основы

Среди людей бытует мнение, что когда измеряется сила тока в проводнике до нагрузки (потребителя), то значение будет выше, чем после нее. Это ошибочное мнение, основанное на том, что якобы какое-то значение силы будет расходоваться на то, чтобы привести потребитель в действие. Электроток в проводнике — это процесс электромагнитный, в котором участвуют заряженные электроны, они направленно двигаются, но энергию передают не электроны, а электромагнитное поле, которое окружает проводник.

Количество электронов, вышедших из начала цепи, будет равно количеству электронов и после потребителя в конце цепи, они не могут быть израсходованы.

Измерение силы тока

Какие проводники бывают? Специалисты дают определение понятию «проводник» — это материал, в котором частицы, имеющие заряд, могут перемещаться свободно. Такие свойства на практике имеют почти все металлы, кислота и солевой раствор. А материал или вещество, в котором движение заряженных частиц затруднено или вообще невозможно, называются изоляторами (диэлектриками). Часто встречающиеся материалы-диэлектрики — это кварц или эбонит, искусственный изолятор.

Вывод

На практике современное оборудование работает с большими величинами тока, до сотни, а то и тысячи ампер, а также и с малыми значениями. Примером в повседневной жизни величины тока в разных приборах может быть электрическая плита, где она достигает значения в 5 А, а простая лампа накаливания может иметь величину 0,4 А, в фотоэлементе величина проходящего тока измеряется в микроамперах. В линиях городского общественного транспорта (троллейбус, трамвай) значение проходящего тока достигает 1000 А.

Похожие статьи:

Что означает сила тока. Сила тока: определение, формулы

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как “сила тока”. А для чего нужна сила? Ну как для чего, для того чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать. Наше тело тоже обладает силой. У кого-то сила такая, что может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, другой не сможет поднять даже и ложку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с которым вы поливаете свой огород.

Пусть шланг – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода побежала по шлангу. Медленно, но все таки побежала. Сила струи очень слабая. А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из краника или шланга вы его быстрее наполните? Диаметр шланга и краника при этом одинаковы



Разумеется, напором из желтого шланга! Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из краника и желтого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из краника за одно и то же время.

Что такое сила тока

С проводами точно такая же история). То есть за равный промежуток времени количество электронов, бегущих по проводу может быть абсолютно разное. Отсюда можно вывести определение силы тока.

Итак, сила тока – это количество электронов, проходящих через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени , ну скажем, за секунду. Ниже на рисунке заштрихована зелеными линиями та самая площадь поперечного сечения провода, через который бежит электрический ток.


И чем бОльшее количество электронов “пробежит” по проводу через поперечное сечение проводника за какое-то время, тем больше будет сила тока в проводнике.

Или иначе формулой для чайника:

где

I – собственно сила тока

N – количество электронов

t – период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника.

Сила тока измеряется в так называемых Амперах , в честь французского ученого Андре-Мари Ампера.

Имейте также ввиду, что каждый отдельно взятый шланг выдерживает только определенный максимальный поток воды, иначе он или где-то продырявиться от такого напора, либо его просто разнесет по кускам. Так же и с проводами. Мы должны знать, какой максимальный ток мы можем прогонять через этот провод. Например, для медного провода сечением в 1мм 2 нормальное значение составляет 10 Ампер. Если мы будем подавать больше, то провод либо начнет греться, либо плавиться. На этом принципе завязаны . Поэтому, силовые кабели, через которые “бегут” сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное очень мало.

Электрическим током в электротехнике называется движение заряженных частиц по какому-либо проводнику. Эта величина не характеризуется лишь количеством энергии электричества, проходящей через проводник, так как за один и тот же проводник можно пропустить ток как разной, так и равной силы за разные промежутки времени. Именно поэтому не все так просто, как кажется. Рекомендуется ознакомиться с более развернутыми определениями электротока, чему он равен и как вычисляется. В этой статье будет объяснено, как найти силу тока в проводнике, будет дана формула этого уравнения.

Рассматривая количество электроэнергии, которое протекает через определенный проводник за различные временные интервалы, станет ясно, что за малый промежуток ток протечет более интенсивно, поэтому нужно ввести еще одно определение. Оно означает силу тока, протекающую в проводнике за секунду времени.

Основные величины, характеризующие поток электронов

Если сформулировать определение на основе всего вышеперечисленного, то сила электротока – это количество электроэнергии, проходящее через поперечное сечение проводника за секунду. Маркируется величина латинской буквой «I».

Гальванометр для измерения небольшой силы тока

Важно! Специалисты определяют силу электротока, равную одному амперу, когда через поперечное сечение проводника проходит один кулон электричества за одну секунду.

Часто в электротехнике можно увидеть другие единицы измерения силы электротока: миллиамперы, микроамперы и так далее. Связано это с тем, что для питания современных схем таких величин будет вполне достаточно. 1 ампер – это очень большое значение, так как человека может убить ток в 100 миллиампер, и потому электророзетка для человека ничуть не менее опасна, чем, к примеру, несущийся на скорости автомобиль.

Схема, определяющая рассматриваемое понятие

Если известно количество электроэнергии, которое прошло через проводник за конкретный промежуток времени, то силу (не мощность) можно вычислить по формуле, изображенной на картинке.

Когда электросеть замкнута и не имеет никаких ответвлений, через каждое поперечное сечение за секунду протекает одно и то же количество электричества. Теоретически это обосновывается так: заряд не может накапливаться в определенном месте, и сила электротока везде одинакова.

Виды токов

Источники тока

Источником электротока называется такой электротехнический прибор, который конвертирует определенный вид энергии в электрическую. Такие устройства делятся на физические и химические.

Принцип действия химических источников основан на преобразовании химической энергии в электрическую. Это преобразование происходит самостоятельно и не требует участия извне. В зависимости от возобновляемости элементов и типа реакций, они делятся на:

  • Первичные (батарейки) Первичные источники нельзя использовать второй раз, если они разрядились, так как химические реакции, протекающие в них, необратимы. Они делятся на топливные и полутопливные элементы. Топливные аналогичны батарейкам, но химические вещества в них заправляются отдельно, как продукты химической реакции они выходят наружу. Это помогает им работать долгое время. Полутопливные включают в себя один из химических элементов, а второй постепенно поступает на протяжении всего использования. Их срок службы определяется запасом невозобновляемого вещества. Если для такого элемента возможна регенерация через зарядку, то он возобновляет свои возможности как аккумулятор.

Батарейки – как первичные химические источники тока

  • Вторичные (аккумуляторы) перед использованием проходят цикл зарядки. Заряд, который они получают в процессе, можно транспортировать вместе с устройствами. После расходования заряда возможна его регенерация за счет зарядки и обратимости химической реакции. Также к вторичным относятся возобновляемые элементы, которые механическим или химическим путем заряжаются и восстанавливают способность питать приборы. Они разработаны таким образом, что после определенного срока требуют замены определенных частей для продолжения реакции.

Виды источников питания электрическим током

Важно! Следует понимать, что разделение на батарейки и аккумуляторы условно. Свойства аккумулятора могут проявляться, например, у щелочных батарей, которые можно реанимировать при определенной степени заряда.

Также по типу реагентов химические источники делятся на:

  • Кислотные.
  • Солевые.
  • Щелочные.

Физические же источники электротока основаны на преобразовании механической, а также ядерной, тепловой или световой энергии в электрическую.

Промышленный генератор трехфазного тока

Сила тока – чему равна, в каких единицах она измеряется, как найти силу тока по формуле

Как уже стало понятно, сила электротока – это физическая величина, показывающая заряд, который проходит через проводник за единицу времени. Основная формула для ее вычисления выглядит так: I = q/t, где q – это заряд, который идет по проводнику в кулонах, а t – это временной интервал в секундах.

Рассчитать силу электротока можно и с помощью закона Ома. Он гласит, что эта величина равна напряжению сети в вольтах, деленному на ее сопротивление в омах. В связи с этим имеет место формула такого рода — I = U/R. Этот закон применим для расчета значений постоянного тока.

Чтобы вычислить переменные параметры электричества, нужно разделить найденные величины на квадратный корень из двух.

К сведению! Это более практичный метод измерения, и им приходится пользоваться часто, так как все приборы в доме или в офисе работают от розеток, которые подают переменный ток. Делается это из-за того, что с ним легче работать, его удобнее трансформировать.

Закон Ома в таблице

Важно! Наглядный пример работы переменного электротока можно наблюдать при включении люминесцентных ламп. Пока они полностью не загорятся, они будут моргать, потому что ток двигается в них то туда, то сюда.

Единицей измерения силы тока является ампер. Он определяется как сила неизменяющегося тока, который проходит по бесконечным параллельным проводникам с наименьшим круговым сечением (с минимальной площадью кругового сечения), отдаленным друг от друга на 1 метр и расположенным в безвоздушном вакуумном пространстве. Это взаимодействие на одном метре длины этих проводников, равное 2 × 10 в минус 7-й степени Ньютона. Если в проводнике за одну секунду времени проходит один кулон заряда, то сила тока в нем равна одному амперу.

Аккумуляторы являются вторичными источниками, но неразрывно связаны с батарейками

Зачем нужно измерять силу тока

Силу тока в проводнике или на участке электрической цепи измеряют для того, чтобы иметь понятие о характеристиках данного проводника или цепи. Так как сила тока – один из основных параметров электричества, он неразрывно связан с другими значениями по типу напряжения и сопротивления. Более того, как уже стало понятно, три этих величины могут пропорционально определять друг друга.

Солнечная панель также является источником, преобразующим световую энергию

Расчеты силы электротока делаются в разных случаях:

  • При прокладке электрических сетей.
  • При создании приборов.
  • В образовательных целях.
  • При выборе подходящих деталей для совершения тех или иных действий.

Схема устройства генератора тока

Электроприбор для измерения силы тока

Для измерения силы электротока используют специальный прибор под названием амперметр. Если требуется измерить токи самых разных сил, то прибегают к использованию миллиамперметров и макроамперметров. Чтобы измерить им требуемую величину, его подключают в цепь последовательно. Ток, который проходит через устройство, будет изменяться им, и данные будут выведены на цифровой дисплей или аналоговые шкалы.

Важно! Стоит помнить, что включать амперметр можно на любом участке сети, поскольку сила тока в простой замкнутой цепи без ответвлений одинакова во всех точках.

Современные тестеры и мультиметры содержат функцию измерения силы электротока, поэтому нет необходимости прибегать к габаритным приборам, предназначенным для промышленного использования

Силу тока в домашних условиях можно измерить с помощью мультиметра

Таким образом, сила электротока – это основополагающая характеристика движущихся частиц. Она не только дает понять, какое в сети напряжение и сопротивление, но и определяет другие важные величины по типу ЭДС и т. д.

«Физика — 10 класс»

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. Благодаря электрическому току освещаются квартиры, приводятся в движение станки, нагреваются конфорки на электроплитах, работает радиоприемник и т. д.

Рассмотрим наиболее простой случай направленного движения заряженных частиц — постоянный ток.

Какой электрический заряд называется элементарным?
Чему равен элементарный электрический заряд?
Чем различаются заряды в проводнике и диэлектрике?

При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического заряда из одной точки в другую. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит (рис. 15.1, а). Поперечное сечение проводника в среднем пересекает одинаковое число электронов в двух противоположных направлениях. Электрический заряд переносится через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в направленном движении (рис. 15.1, б). В этом случае говорят, что по проводнику идёт электрический ток .

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Электрический ток имеет определённое направление.

За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Если перемещать нейтральное в целом тело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый через любое сечение, будет при этом равным нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.

Направление тока совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Выбор направления тока не очень удачен, так как в большинстве случаев ток представляет собой упорядоченное движение электронов — отрицательно заряженных частиц. Выбор направления тока был сделан в то время, когда о свободных электронах в металлах ещё ничего не знали.

Действие тока.

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

Во-первых, проводник, по которому идёт ток, нагревается.

Во-вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника: например, выделять его химические составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.).

В-третьих, ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Это действие тока называется магнитным .

Так, магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока в отличие от химического и теплового является основным, так как проявляется у всех без исключения проводников. Химическое действие тока наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов, а нагревание отсутствует у сверхпроводников.

В лампочке накаливания вследствие прохождения электрического тока излучается видимый свет, а электродвигатель совершает механическую работу.

Сила тока.

Если в цепи идёт электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника всё время переносится электрический заряд.

Заряд, перенесённый в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока .

Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq, то среднее значение силы тока равно

Средняя сила тока равна отношению заряда Δq прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным .

Сила переменного тока в данный момент времени определяется также по формуле (15.1), но промежуток времени Δt в таком случае должен быть очень мал.

Сила тока, подобно заряду, — величина скалярная. Она может быть как положительной , так и отрицательной . Знак силы тока зависит от того, какое из направлений обхода контура принять за положительное. Сила тока I > 0, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае I

Связь силы тока со скоростью направленного движения частиц.

Пусть цилиндрический проводник (рис. 15.2) имеет поперечное сечение площадью S.

За положительное направление тока в проводнике примем направление слева направо. Заряд каждой частицы будем считать равным q 0 . В объёме проводника, ограниченном поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием Δl между ними, содержится nSΔl частиц, где n — концентрация частиц (носителей тока). Их общий заряд в выбранном объёме q = q 0 nSΔl. Если частицы движутся слева направо со средней скоростью υ, то за время все частицы, заключенные в рассматриваемом объёме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока равна:

В СИ единицей силы тока является ампер (А).

Эта единица установлена на основе магнитного взаимодействия токов.

Измеряют силу тока амперметрами . Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике.

Найдём скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле (15.2) где е — модуль заряда электрона.

Пусть, например, сила тока I = 1 А, а площадь поперечного сечения проводника S = 10 -6 м 2 . Модуль заряда электрона е = 1,6 10 -19 Кл. Число электронов в 1 м 3 меди равно числу атомов в этом объёме, так как один из валентных электронов каждого атома меди является свободным. Это число есть n ≈ 8,5 10 28 м -3 (это число можно определить, если решить задачу 6 из § 54). Следовательно,

Как видите, скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала. Она во много раз меньше скорости теплового движения электронов в металле.

Условия, необходимые для существования электрического тока.

Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц.

Однако этого ещё недостаточно для возникновения тока.

Для создания и поддержания упорядоченного движения заряженных частиц необходима сила, действующая на них в определённом направлении.

Если эта сила перестанет действовать, то упорядоченное движение заряженных частиц прекратится из-за столкновений с ионами кристаллической решётки металлов или нейтральными молекулами электролитов и электроны будут двигаться беспорядочно.

На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой:

Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц.
Только в статическом случае, когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника равно нулю.

Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника в соответствии с формулой (14.21) существует разность потенциалов. Как показал эксперимент, когда разность потенциалов не меняется во времени, в проводнике устанавливается постоянный электрический ток . Вдоль проводника потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального на другом, так как положительный заряд под действием сил поля перемещается в сторону убывания потенциала.

Что такое напряжение, и сила тока ?

Сегодня речь пойдет о самых базовых понятиях силы тока, напряжения, без общего понимания которых невозможно построение любого электротехнического устройства.

Итак, что же такое напряжение?

Попросту говоря напряжение — разница потенциала между двумя точками электрической цепи , измеряется в Вольтах. Стоит заметить что, напряжение всегда измеряется между двумя точками! То есть, когда говорят что напряжение на ножке контроллера 3 Вольта, подразумевается что разница потенциалов между ножкой контроллера и землей те самые 3 Вольта.

Земля(Масса, Ноль) — это точка электрической схемы с потенциалом 0 Вольт . Однако стоит заметить, что напряжение не всегда измеряется относительно земли. Например, замерив напряжение между двумя выводами контроллера, мы получим разницу электрических потенциалов данных точек схемы. То есть если на одной ножке 3 Вольта(То есть данная точка обладает потенциалом 3 Вольта относительно земли), а на второй 5Вольт(Опять же потенциал относительно земли), мы получим значение напряжения равное 2 вольтам, что равняется разнице потенциалов между точками 5 и 3 Вольта.

Из понятия напряжение вытекает следующее понятие — электрический ток. Из курса общей физики мы помним, что электрический ток есть направленное движение заряженных частиц по проводнику, измеряется в Амперах. Заряженные частицы движутся благодаря разнице потенциалов между точками. Принято считать, что ток происходит из точки с большим зарядом, в точку, обладающую меньшим зарядом. То есть, именно напряжение (разность потенциалов) создает условия протекания тока. При отсутствии напряжения — невозможен ток, то есть между точками с равным потенциалом ток отсутствует.

На своем пути, ток встречает препятствие в виде сопротивления, что препятствует его протеканию. Сопротивление измеряется в Омах. Подробнее о нем мы поговорим в следующем уроке. Однако, между током, напряжением и сопротивлением уже давно выведена следующая зависимость:

Где I — Сила тока в Амперах,U — Напряжение в Вольтах,R — Сопротивление в Омах.

Данное соотношение называется законом Ома. Так же справедливы следующие выводы из закона Ома:

Если у Вас ещё остались вопросы, задавайте их в комментариях. Лишь благодаря Вашим вопросам Мы сможем улучшить материал представленный на данном сайте!

На этом всё, в следующем уроке поговорим о сопротивлении.

Любое копирование, воспроизведение, цитирование материала, или его частей разрешено только с письменного согласия администрации MKPROG .RU . Незаконное копирование, цитирование, воспроизведение преследуется по закону!

Прохождение электрического тока через любую проводящую среду объясняется наличием в ней некоторого количества носителей заряда: электронов – для металлов, ионов – в жидкостях и газах. Как найти её величину, определяет физика силы тока.

В спокойном состоянии носители движутся хаотично, но при воздействии на них электрического поля движение становится упорядоченным, определяемым ориентацией этого поля – возникает сила тока в проводнике. Количество носителей, участвующих в переносе заряда, определяется физической величиной – силой тока.

От концентрации и заряда частиц-носителей, или количества электричества, напрямую зависит сила тока, проходящего через проводник. Если принять во внимание время, в течение которого это происходит, тогда узнать, что такое сила тока, и как она зависит от заряда, можно, используя соотношение:

Входящие в формулу величины:

  • I – сила электрического тока, единицей измерения является ампер, входит в семь основных единиц системы Си. Понятие «электрический ток» ввёл Андре Ампер, единица названа в честь этого французского физика. В настоящее время определяется как ток, вызывающий силу взаимодействия 2×10-7 ньютона между двумя параллельными проводниками, при расстоянии 1 метр между ними;
  • Величина электрического заряда, применённая здесь для характеристики силы тока, является производной единицей, измеряется в кулонах. Один кулон – это заряд, проходящий через проводник за 1 секунду при токе 1 ампер;
  • Время в секундах.

Сила тока через заряд может вычисляться с применением данных о скорости и концентрации частиц, угла их движения, площади проводника:

I = (qnv)cosαS.

Также используется интегрирование по площади поверхности и сечению проводника.

Определение силы тока с использованием величины заряда применяется в специальных областях физических исследований, в обычной практике не используется.

Связь между электрическими величинами устанавливается законом Ома, который указывает на соответствие силы тока напряжению и сопротивлению:

Сила электрического тока здесь как отношение напряжения в электрической цепи к её сопротивлению, эти формулы используются во всех областях электротехники и электроники. Они верны для постоянного тока с резистивной нагрузкой.

В случае косвенного расчета для переменного тока следует учитывать, что измеряется и указывается среднеквадратичное (действующее) значение переменного напряжения, которое меньше амплитудного в 1,41 раза, следовательно, максимальная сила тока в цепи будет больше во столько же раз.

При индуктивном или емкостном характере нагрузки вычисляется комплексное сопротивление для определённых частот – найти силу тока для такого рода нагрузок, используя значение активного сопротивления постоянному току, невозможно.

Так, сопротивление конденсатора постоянному току практически бесконечно, а для переменного:

Здесь RC – сопротивление того же конденсатора ёмкостью С, на частоте F, которое во многом зависит от его свойств, сопротивления разных типов ёмкостей для одной частоты значительно различаются. В таких цепях сила тока по формуле, как правило, не определяется – используются различные измерительные приборы.

Для нахождения значения силы тока при известных значениях мощности и напряжения, применяются элементарные преобразования закона Ома:

Тут сила тока – в амперах, сопротивление – в омах, мощность – в вольт-амперах.

Электрический ток имеет свойство разделяться по разным участкам цепи. Если их сопротивления различны, то и сила тока будет разной на любом из них, так находим общий ток цепи.

Общий ток цепи равен сумме токов на её участках – при полном проходе через электрическую замкнутую цепь ток разветвляется, затем принимает исходное значение.

Видео

Сила тока: природа, формула, измерение амперметром

 

Наверное, каждый хотя бы раз в жизни ощущал на себе действие тока. Обыкновенная батарейка едва ощутимо пощипывает, если приложить ее к языку. Ток в квартирной розетке довольно сильно бьет, если коснуться оголенных проводов. А вот электрический стул и линии электропередач могут лишить жизни.

Во всех случаях мы говорим о действии электрического тока. Чем же так отличается один ток от другого, что разница в его воздействии столь существенна? Очевидно, есть некая количественная характеристика, которой можно объяснить такое различие. Ток, как известно, это передвигающиеся по проводнику электроны. Можно предположить, что чем больше через сечение проводника пробежит электронов, тем большее действие произведет ток.

Формула силы тока

Для того, чтобы охарактеризовать заряд, проходящий через проводник, ввели физическую величину, называемую силой электрического тока. Сила тока в проводнике – это количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Сила тока равна отношению электрического заряда ко времени его прохождения. Для расчета силы тока применяют формулу:

I=q/t,

где I- сила тока,
q — электрический заряд,
t — время.

За единицу силы тока в цепи принят 1 Ампер (1 А) в честь французского ученого Андре Ампера. На практике часто применяют кратные единицы: миллиамперы, микроамперы и килоамперы.

Измерение силы тока амперметром

Для измерения силы тока применяют амперметры. Амперметры бывают различными в зависимости от того, для каких измерений они рассчитаны. Соответственно, шкалу прибора градуируют в требуемых величинах. Амперметр подключается в любом месте сети последовательно. Место подключения амперметра не имеет значения, так как количество электричества, проходящее через цепь, в любом месте будет одинаково. Электроны не могут скапливаться в каких-либо местах цепи, они текут равномерно по всем проводам и элементам. При подключении амперметра до и после нагрузки он покажет одинаковые значения.

Первые ученые, исследовавшие электричество, не имели приборов дл измерения силы тока и величины заряда. Они проверяли наличие тока собственными ощущениями, пропуская его через свое тело. Довольно неприятный способ. На то время силы токов, с которыми они работали, были не очень велики, поэтому большинство исследователей отделывались лишь неприятными ощущениями. Однако, в наше время даже в быту, не говоря уже про промышленность, используются токи очень больших значений.

Следует знать, что для человеческого организма безопасной признана величина силы тока до 1 мА. Величина тока больше 100 мА может привести к серьезным повреждениям организма. Величина тока в несколько ампер может убить человека. При этом еще нужно учитывать индивидуальную восприимчивость организма, которая различна у каждого человека. Поэтому следует помнить о главном требовании при эксплуатации электроприборов – безопасность.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Ток в металлах: действия тока и направление тока
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭлектрическое напряжение: определение, формула, вольтметр

Урок 3. Три друга, один треугольник и много законов

Незнание закона не освобождает от ответственности.
Афоризм

Интересно, о каких законах пойдет речь в уроке под номером три. Неужели в электротехнике этих законов целая гора или даже куча и их все нужно запомнить? Сейчас узнаем. Здравствуйте, уважаемые! Наверное, многие из вас уже с досадой в глазах глядят на очередной урок и думают про себя: «Какая же скукотища!», а, может, даже собираются покинуть наши стройные ряды? Не спешите, всё только начинается! Начальный этап всегда скучный… С этого урока и пойдёт всё самое-самое интересное. Сегодня я расскажу, кто в электротехнике кому друг, а кому и враг, что будет, если студента-электронщика разбудить посреди ночи, и как с помощью одного пальца понять половину всей электротехники. Интересно? Тогда поехали!

С первым нашим другом мы познакомились на прошлом уроке – это сила тока. Она характеризует электричество с точки зрения скорости переноса заряда из одной точки пространства в другую под действием поля. Но, как было замечено, сила тока зависит и от свойств проводника, по которому этот ток «бежит». На силу тока прямо влияет величина удельной электропроводности материала. Теперь представим себе некий проводник (подойдёт такой, как на рисунке 3) с движущимися в нём электронами. Основным недостатком электрона я бы назвал отсутствие у него руля. Из-за этого недостатка движение электронов определяется только воздействующим на них полем и структуры материала, в котором они движутся.

Поскольку электроны «не умеют» поворачивать, некоторые из них могут столкнуться с колеблющимися под действием температуры узлами кристаллической решётки, потерять свою скорость от столкновения, и тем самым снизить скорость переноса заряда, то есть понизить силу тока. Некоторые электроны могут потерять так много энергии, что «прилипнут» к иону и превратят его в нейтральный атом. Теперь, если мы увеличим длину проводника, очевидно, что количество подобных столкновений так же увеличится, и электроны будут отдавать еще больше энергии, то есть сила тока будет снижаться. А вот при увеличении площади поперечного сечения проводника возрастает только количество свободных электронов, а количество столкновений на единицу площади практически не меняется, поэтому с ростом площади растёт и ток. Итак, мы выяснили, что электропроводность (она уже стала не удельной, так как учитывает геометрические размеры конкретного проводника) зависит сразу от трёх характеристик проводника: длины, площади сечения и материала.

Однако, чем лучше материал проводит электрический ток, тем меньше он «сопротивляется» его прохождению. Эти утверждения равнозначны. Пришло время познакомиться с нашим вторым другом – электрическим сопротивлением. Это величина, обратная величине проводимости и зависит от тех же характеристик проводника.

Рисунок 3.1 – От чего зависит сопротивление проводника

Чтобы учесть при численном расчете влияние рода вещества на его электрическое сопротивление, введена величина удельное электрическое сопротивление, характеризующая способность вещества проводить электрический ток. Заметим, что определения электропроводности и электросопротивления идентичны, так же как и утверждения выше. Удельное сопротивление определяется как сопротивление проводника длиной 1м и площадью сечения 1м2. Обозначается латинской буквой &#961 («ро») и имеет размерность Ом•м. Ом – единица измерения сопротивления, которая является обратной величине сименс. Так же для определения удельного сопротивления может использоваться размерность Ом•мм2/м, которая в миллион раз меньше основной размерности.
Таким образом, электрическое сопротивление проводника может быть описано через его геометрические и физические свойства следующим образом:

где &#961 – удельное электрическое сопротивление материала проводника;
l – длина проводника;
S – площадь поперечного сечения проводника.

Из зависимости видно, что сопротивление проводника возрастает при увеличении длины проводника и уменьшается при увеличении площади сечения, а так же напрямую зависит от величины удельного сопротивления материала.

А теперь вспомним, что на величину силы тока в проводнике оказывает влияние напряженность электрического поля, под действием которого возникает электрический ток. Ох, сколько миллионов тысяч раз уже упоминалось, что электрический ток возникает под действием электрического поля! Этот факт должен всегда держаться в голове. Есть, конечно, и другие способы создать ток, но пока мы будем рассматривать только этот. Как уже говорилось выше, увеличение напряженности поля приводит к росту тока, а совсем недавно мы выяснили, что чем больше энергии сохранит электрон при движении по проводнику, тем выше значение электрического тока. Из курса механики известно, что энергия тела определяется его кинетической и потенциальной энергией. Так вот, помещённый в электрическое поле точечный заряд обладает в начальный момент времени только потенциальной энергией (поскольку его скорость равна нулю). Для характеристики этой потенциальной энергии поля, которой обладает заряд была введена величина электростатического потенциала, равная отношению потенциальной энергии к величине точечного заряда:

где Wp – потенциальная энергия,
q – величина точечного заряда.

После того, как заряд попадёт под действие электрического поля, он начнёт движение с определённой скоростью и часть его потенциальной энергии перейдёт в кинетическую. Таким образом, в двух точках поля заряд будет обладать различным значением потенциальной энергии, то есть две точки поля можно охарактеризовать различными значениями потенциала. Разность потенциалов определяется как отношение изменения потенциальной энергии (совершённой работы поля) к величине точечного заряда:

Причём работа поля не зависит от пути движения заряда и характеризует только величину изменения потенциальной энергии. Разность потенциалов так же называют электрическим напряжением. Напряжение принято обозначать английской буквой U («у»), единицей измерения напряжения является величина вольт (В), названная в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, который изобрёл первую электрическую батарею.

Ну вот мы и познакомились с тремя неразлучными друзьями в электротехнике: ампер, вольт и ом или ток, напряжение и сопротивление. Любой компонент электрической цепи может быть однозначно охарактеризован при помощи этих трёх электрических характеристик. Первым, кто познакомился и подружился со всеми тремя сразу был Георг Ом, который обнаружил, что напряжение, ток и сопротивление связаны друг с другом определённым соотношением:

которое было впоследствии названо законом Ома.


Сила электрического тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Данную формулировку необходимо знать от заглавной буквы С до точки в конце. Ходят слухи, что первая фраза любого студент-электронщик, разбуженного среди ночи, будет именно формулировкой закона Ома. Это один из основных законов электротехники. Данная формулировка носит название интегральной. Кроме неё существует так же дифференциальная формулировка, отражающая зависимость плотности тока от характеристик поля и материала проводника:

где &#963 – удельная проводимость проводника,
E – напряженность электрического поля.

Данная формулировка вытекает из формулы, приведённой во втором уроке, и отличается от интегральной тем, что не учитывает геометрические характеристики проводника, принимая во внимание только его физические характеристики. Эта формулировка интересна только с точки зрения теории и на практике не применяется.
Для быстрого запоминания и использования закона Ома можно применить диаграмму, изображённую на рисунке ниже.

Рисунок 3.2 – «Треугольный» закон Ома

Правило использования диаграммы простое: достаточно закрыть искомую величину и два других символа дадут формулу для её вычисления. Например.

Рисунок 3.3 – Как запомнить закон Ома

С треугольником мы закончили. Стоит добавить, что законом Ома называется только одна из представленных выше формул – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют. Так что не перепутайте!
Хорошей интерпретацией закона Ома является рисунок, который наиболее наглядно отражает сущность этого закона:

Рисунок 3.4 – Закон Ома наглядно

Как мы видим, на этом рисунке изображены как раз три наших новых друга: Ом, Ампер и Вольт. Вольт пытается протолкнуть Ампер через сечение проводника(сила тока прямо пропорциональна напряжению), а Ом наоборот – мешает этому (и обратно пропорциональна сопротивлению). И чем сильнее Ом «стягивает» проводник, тем тяжелее Амперу будет пролезть. Но если Вольт посильнее пнёт…

Осталось разобраться, почему в названии урока фигурирует термин «много законов», ведь закон-то у нас один – закон Ома. Ну, во-первых, для него существует две формулировки, во-вторых, мы узнали только так называемый закон Ома для участка цепи, а ведь есть ещё закон Ома для полной цепи, который мы рассмотрим на следующем уроке, в-третьих, мы имеем, по крайней мере, два следствия из закона Ома, позволяющих находить значение сопротивления участка цепи и напряжение на этом участке. Так что закон всего один, а использовать его можно по-разному.

Напоследок расскажу ещё один интересный факт. Через 10 лет после появления «закона Ома» один французский физик (а во Франции работы Ома ещё не были известны) на основе экспериментов пришел к таким же выводам. Но ему было указано, что установленный им закон еще в 1827г. был открыт Омом. Оказывается, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под другим именем – для них это закон Пулье. Вот так вот. На этом очередной урок закончен. До новых встреч!

  • Любой участок или элемент электрической цепи можно однозначно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления.
  • Сопротивление (R) – характеристика проводника, отражающая степень его электропроводности и зависящая от геометрических размеров проводника и рода материала, из которого он изготовлен.
  • Напряжение (U) – то же самое, что и разность потенциалов; величина равная отношению работы электрического поля для перемещения точечного заряда из одной точки пространства в другую.
  • Ток, напряжение и сопротивление связаны между собой отношением I=U/R, называемым законом Ома (сила электрического тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника).

А также задачки:

  • Если длину проволоки вытягиванием увеличить вдвое, то как изменится её сопротивление?
  • Какой проводник представляет большее сопротивление: медный сплошной стержень или медная трубка, имеющая внешний диаметр, равный диаметру стержня?
  • Разность потенциалов на концах алюминиевого проводника равна 10В. Определить плотность тока, протекающего через проводник, если его длина 3м.

← Урок 2: Как пересчитать электроны | Содержание | Урок 4: Когда есть ток? →

Сила тока делить на время

На чтение 9 мин Просмотров 112 Опубликовано

Электроника сейчас получила большое распространение, у всех дома много радиоприёмников, телефонов, компьютеров, планшетов, телевизоров фонариков и т.д. Это всё радиоэлектроника, поэтому некоторые люди заинтересовываются этим хобби, но не знают с чего начать. Наша цель рассказать в данном материале всё о Законе Ома.

Обозначения напряжения, тока, сопротивления

Всё же многие радиолюбители начинают с закона Ома. В закон Ома входят три единицы: напряжение, ток, сопротивление.

  • Напряжение измеряется в вольтах (В) и обозначается U.
  • Сопротивление измеряется в Омах (Ом) и обозначается R.
  • Ток в Амперах (А) и обозначается I.

Расчёт напряжения, тока и сопротивления

Закон Ома предназначен для того, чтобы найти неизвестную третью, если известны первая и вторая. С этого по подробней, чтобы облегчить закон Ома, будем пользоваться треугольником Ома. Вот этот треугольник:

Давайте разберёмся с напряжением, чтобы найти напряжение, используя треугольник Ома, надо закрыть рукой напряжение — U, остались только I-ток и R-сопротивление, передними стоит вертикальная черта, вертикальная это черта снизу вверх, это вертикальная линия обозначает умножение, значит, чтобы найти напряжение надо ток умножить на сопротивление.

Вот такая формула получилась: U=I*R, где U-напряжение, I-ток, R-сопротивление.

Теперь давайте попробуем найти ток, прикроем рукой I, теперь перед напряжением и сопротивление стоит горизонтальная черта, горизонтальная, это та черта, которая идёт слева направо. Горизонтальная черта означает деление. Значит, чтобы найти ток, надо напряжение разделить на сопротивление.

Формула получилась следующая: I= UR, где I-ток, U-напряжение, R-сопротивление.

Найдём сопротивление, закроем рукой R, то получим опять горизонтальную черту перед напряжением и током, значит нужно делить.

Формула получилась для расчёта сопротивления: R=UI, где R-сопротивление, U-напряжение, I-ток. Итак, мы научились пользовать треугольником Ома и узнали о Законе Ома. Теперь, пожалуй, поучимся на примерах.

Примеры расчётов закона Ома

Давайте, найдём напряжение, если ток равен 0,9 Ампер, а сопротивление 100 Ом, пользуясь треугольником, прикрываем напряжение рукой, смотрим, вертикальная черта, значит умножить. Опять пользуемся той формулой, только подставляем числа, U = 0,9 А * 100 Ом, считаем, получиться 90, значит U = 90 вольт.

Теперь рассчитываем сопротивление, берём те же единицы, только убираем сопротивление, получиться вот такая формула: R = 90 В 0,9 А, получим 100 Ом.

Чтобы рассчитать ток, опять же убираем ток, получаем эту формулу I = 90 В 100 Ом, получаем 0,9 Ампер. Итак, на этом всё, кстати, закон Ома действует там, где нет катушек индуктивности и конденсаторов, не забивайте голову конденсаторами и катушками индуктивности, просто, запомните, что закон Ома действует, там, где нет катушек индуктивности и конденсаторов. Надеюсь, моя статья была полезной, всем удачи, с вами был Дмитрий Цывцын.

Электрическим током в электротехнике называется движение заряженных частиц по какому-либо проводнику. Эта величина не характеризуется лишь количеством энергии электричества, проходящей через проводник, так как за один и тот же проводник можно пропустить ток как разной, так и равной силы за разные промежутки времени. Именно поэтому не все так просто, как кажется. Рекомендуется ознакомиться с более развернутыми определениями электротока, чему он равен и как вычисляется. В этой статье будет объяснено, как найти силу тока в проводнике, будет дана формула этого уравнения.

Сила тока – что это

Рассматривая количество электроэнергии, которое протекает через определенный проводник за различные временные интервалы, станет ясно, что за малый промежуток ток протечет более интенсивно, поэтому нужно ввести еще одно определение. Оно означает силу тока, протекающую в проводнике за секунду времени.

Если сформулировать определение на основе всего вышеперечисленного, то сила электротока – это количество электроэнергии, проходящее через поперечное сечение проводника за секунду. Маркируется величина латинской буквой «I».

Важно! Специалисты определяют силу электротока, равную одному амперу, когда через поперечное сечение проводника проходит один кулон электричества за одну секунду.

Часто в электротехнике можно увидеть другие единицы измерения силы электротока: миллиамперы, микроамперы и так далее. Связано это с тем, что для питания современных схем таких величин будет вполне достаточно. 1 ампер – это очень большое значение, так как человека может убить ток в 100 миллиампер, и потому электророзетка для человека ничуть не менее опасна, чем, к примеру, несущийся на скорости автомобиль.

Если известно количество электроэнергии, которое прошло через проводник за конкретный промежуток времени, то силу (не мощность) можно вычислить по формуле, изображенной на картинке.

Когда электросеть замкнута и не имеет никаких ответвлений, через каждое поперечное сечение за секунду протекает одно и то же количество электричества. Теоретически это обосновывается так: заряд не может накапливаться в определенном месте, и сила электротока везде одинакова.

Источники тока

Источником электротока называется такой электротехнический прибор, который конвертирует определенный вид энергии в электрическую. Такие устройства делятся на физические и химические.

Принцип действия химических источников основан на преобразовании химической энергии в электрическую. Это преобразование происходит самостоятельно и не требует участия извне. В зависимости от возобновляемости элементов и типа реакций, они делятся на:

  • Первичные (батарейки) Первичные источники нельзя использовать второй раз, если они разрядились, так как химические реакции, протекающие в них, необратимы. Они делятся на топливные и полутопливные элементы. Топливные аналогичны батарейкам, но химические вещества в них заправляются отдельно, как продукты химической реакции они выходят наружу. Это помогает им работать долгое время. Полутопливные включают в себя один из химических элементов, а второй постепенно поступает на протяжении всего использования. Их срок службы определяется запасом невозобновляемого вещества. Если для такого элемента возможна регенерация через зарядку, то он возобновляет свои возможности как аккумулятор.

  • Вторичные (аккумуляторы) перед использованием проходят цикл зарядки. Заряд, который они получают в процессе, можно транспортировать вместе с устройствами. После расходования заряда возможна его регенерация за счет зарядки и обратимости химической реакции. Также к вторичным относятся возобновляемые элементы, которые механическим или химическим путем заряжаются и восстанавливают способность питать приборы. Они разработаны таким образом, что после определенного срока требуют замены определенных частей для продолжения реакции.

Важно! Следует понимать, что разделение на батарейки и аккумуляторы условно. Свойства аккумулятора могут проявляться, например, у щелочных батарей, которые можно реанимировать при определенной степени заряда.

Также по типу реагентов химические источники делятся на:

Физические же источники электротока основаны на преобразовании механической, а также ядерной, тепловой или световой энергии в электрическую.

Сила тока – чему равна, в каких единицах она измеряется, как найти силу тока по формуле

Как уже стало понятно, сила электротока – это физическая величина, показывающая заряд, который проходит через проводник за единицу времени. Основная формула для ее вычисления выглядит так: I = q/t, где q – это заряд, который идет по проводнику в кулонах, а t – это временной интервал в секундах.

Рассчитать силу электротока можно и с помощью закона Ома. Он гласит, что эта величина равна напряжению сети в вольтах, деленному на ее сопротивление в омах. В связи с этим имеет место формула такого рода — I = U/R. Этот закон применим для расчета значений постоянного тока.

Чтобы вычислить переменные параметры электричества, нужно разделить найденные величины на квадратный корень из двух.

К сведению! Это более практичный метод измерения, и им приходится пользоваться часто, так как все приборы в доме или в офисе работают от розеток, которые подают переменный ток. Делается это из-за того, что с ним легче работать, его удобнее трансформировать.

Важно! Наглядный пример работы переменного электротока можно наблюдать при включении люминесцентных ламп. Пока они полностью не загорятся, они будут моргать, потому что ток двигается в них то туда, то сюда.

Единицей измерения силы тока является ампер. Он определяется как сила неизменяющегося тока, который проходит по бесконечным параллельным проводникам с наименьшим круговым сечением (с минимальной площадью кругового сечения), отдаленным друг от друга на 1 метр и расположенным в безвоздушном вакуумном пространстве. Это взаимодействие на одном метре длины этих проводников, равное 2 × 10 в минус 7-й степени Ньютона. Если в проводнике за одну секунду времени проходит один кулон заряда, то сила тока в нем равна одному амперу.

Зачем нужно измерять силу тока

Силу тока в проводнике или на участке электрической цепи измеряют для того, чтобы иметь понятие о характеристиках данного проводника или цепи. Так как сила тока – один из основных параметров электричества, он неразрывно связан с другими значениями по типу напряжения и сопротивления. Более того, как уже стало понятно, три этих величины могут пропорционально определять друг друга.

Расчеты силы электротока делаются в разных случаях:

  • При прокладке электрических сетей.
  • При создании приборов.
  • В образовательных целях.
  • При выборе подходящих деталей для совершения тех или иных действий.

Электроприбор для измерения силы тока

Для измерения силы электротока используют специальный прибор под названием амперметр. Если требуется измерить токи самых разных сил, то прибегают к использованию миллиамперметров и макроамперметров. Чтобы измерить им требуемую величину, его подключают в цепь последовательно. Ток, который проходит через устройство, будет изменяться им, и данные будут выведены на цифровой дисплей или аналоговые шкалы.

Важно! Стоит помнить, что включать амперметр можно на любом участке сети, поскольку сила тока в простой замкнутой цепи без ответвлений одинакова во всех точках.

Современные тестеры и мультиметры содержат функцию измерения силы электротока, поэтому нет необходимости прибегать к габаритным приборам, предназначенным для промышленного использования

Таким образом, сила электротока – это основополагающая характеристика движущихся частиц. Она не только дает понять, какое в сети напряжение и сопротивление, но и определяет другие важные величины по типу ЭДС и т. д.

Единица силы тока – ампер (А).

Сила тока равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:

q
I = —

t

I – сила тока, q – электрический заряд, t – время прохождения электрического заряда через поперечное сечение проводника.

Другая формула силы тока (закон Ома):

U
I = —

R

I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на этом участке, R – сопротивление участка.

Применяют также дольные и кратные единицы силы тока: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (кА).

формулы и определения / Блог / Справочник :: Бингоскул

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

 

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

  1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
    • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
    • Формула: I=\frac{U}{R}
  2. U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
    • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
    • Формула: U=IR
  3. R — электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
    • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
    • Формула R=\frac{U}{I}

 

    Определение единицы сопротивления — Ом

    1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

     

    Закон Ома для полной цепи

    Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

     

    Формула I=\frac{\varepsilon}{R+r}

    • \varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
    • I — сила тока в цепи, А;
    • R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
    • r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

     

    Как запомнить формулы закона Ома

    Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

    .

     

    • U — электрическое напряжение;
    • I — сила тока;
    • P — электрическая мощность;
    • R — электрическое сопротивление

     

    Смотри также:

     

    Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

    Электрический ток в проводниках – формула, единица СИ и направление тока

    Электрический ток – это поток электронов через проводник. Движение этих заряженных частиц создает напряжение или разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. Эту разность потенциалов можно использовать для питания электронных устройств и приборов. Для изучения электрического тока в проводниках важно понять, как движутся эти электроны и какие факторы влияют на их движение.Поняв основы электричества, вы сможете более эффективно узнать об электрическом токе в проводниках и о том, как применять его в своей жизни.

    Влияние на поток электронов

    Есть несколько вещей, влияющих на поток электронов через проводник. Наиболее очевидным фактором является величина тока, протекающего по цепи. Измеряется в амперах (А) и может зависеть от сопротивления материала, а также количества и размера проводников.Сопротивление материала определяется его удельным сопротивлением, которое является мерой того, насколько трудно электронам двигаться через вещество. Более высокое сопротивление означает, что сопротивление току будет больше, и наоборот.

    Что такое ток?

    Когда мы применяем разность потенциалов к любому материалу, возникает поток электронов (зарядов). Скорость потока этого электрона называется током. Если материал, к которому приложена разность потенциалов, является проводником, то мы говорим, что этот ток является током в проводнике.Если количество заряда Q проходит через любое поперечное сечение проводника за время t, то ток определяется как скорость потока электронов, т.е.

    \[I = \frac{Q}{t}\]

    Единицей силы тока в системе СИ является Ампер (А).

    Ток в основном делится на две группы, т. е. переменный ток и постоянный ток, в зависимости от потока электрического заряда. В постоянном токе заряды текут в одном направлении, в то время как в переменном токе заряды текут в обоих направлениях.

    Направление тока

    В соответствии с электронной теорией, когда разность потенциалов прикладывается к любому проводнику в цепи, в него втекает некоторая материя, которая фактически составляет поток тока. Считается, что материя течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу, т. е. от положительного полюса к отрицательному полюсу батареи. Поскольку ток имеет направление, технически он должен быть векторной величиной, потому что у него есть и направление, и значение, но на самом деле это скалярная величина.

    (Изображение будет загружено в ближайшее время)

     

    Таким образом, обычно направление тока от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.

    Ток в проводнике

    Все мы знаем, что проводники — это вещества, пропускающие через себя ток. Когда проводник не подключен к батарее, свободные электроны имеют тенденцию свободно перемещаться туда и сюда. Этот электрон беспорядочно движется внутри проводника с определенной скоростью.Эта скорость называется тепловой скоростью. Поскольку все движение носит случайный характер, средняя скорость равна нулю.

    Затем прикладывается внешнее электрическое поле. Как только батарея прикладывается к проводнику, электрон начинает двигаться к положительному полюсу батареи. Когда электроны движутся к положительному выводу батареи, они ускоряются. Поскольку электрон движется только в одном направлении, он также сталкивается с положительными ионами. При этом столкновении электроны имеют тенденцию терять скорость, которую они приобрели из-за ускорения.Всякий раз, когда любая заряженная частица попадает в любой проводник, она не движется по прямой линии, а сталкивается с другой заряженной частицей. Из-за этой потери происходит очень небольшое увеличение скорости. Среднее значение этого небольшого увеличения скорости называется скоростью дрейфа. Скорость дрейфа можно определить как среднее значение скорости, полученной в материале под действием электрического поля.

    \[V = \frac{I}{nAq}\]

    Где,

    v — скорость дрейфа

    I — электрический ток

    n — количество электронов

    A — площадь поперечного сечения проводник

    q — заряд электрона в кулонах

    Подвижность электрона

    Подвижность электрона определяется как дрейфовая скорость электрона в единице электрического поля.Подвижность зависит от приложенной разности потенциалов, длины проводника, плотности носителей заряда, силы тока и площади поперечного сечения проводника.

    \[\mu = \frac{V_{d}}{E}\]

    Где, μ = подвижность электрона

    В d = дрейфовая скорость электрона

     E = приложенное электрическое поле

    Важность электрического тока в проводнике

    Электрический ток в проводнике важен по нескольким причинам:

    1. Это средство, с помощью которого электронные устройства и приборы питаются.

    2. Без электрического тока мы не смогли бы использовать многие из устройств, которые мы считаем само собой разумеющимися в нашей повседневной жизни. От компьютеров и смартфонов до телевизоров и холодильников — всем этим приборам для работы требуется электрический ток. Поняв, как работает электричество, вы сможете лучше использовать эти устройства и немного облегчить себе жизнь.

    3. Электричество также используется для питания многих промышленных приложений.Заводы используют большие двигатели для работы своего оборудования, и этим двигателям требуется постоянный источник электрического тока. Если бы в проводниках не было электрического тока, наш мир действительно выглядел бы совсем иначе.

    Электронный ток

    Электронный ток
      Electron Current Flow  

    Greg Zipprich Bloom Trail High School
    Cottage Grove & Sauk Trail
    Chicago Heights, IL 60411
    (708) 758-7000

    Цели :

    через проводник
    из-за разности потенциалов.
    Учащийся обнаружит пропорциональную зависимость между напряжением и сопротивлением
    и их влияние на измерение тока.
    Учащийся обнаружит, что при постоянном напряжении
    чем меньше диаметр проводника, тем меньше ток.

    Необходимые материалы :

    Ведро на пять галлонов с шаровым клапаном, прикрепленным к нижней части внешнего края, 3/4
    x 18 труба из ХПВХ с резьбовым переходником, 1/2 x 18 труба из ХПВХ с резьбовым переходником 3/4 , 1/4 x
    18 трубопровод питьевой воды, залитый эпоксидной смолой, к переходнику с резьбой 3/4, U-образная трубка, состоящая из 2
    12-унциевых пластиковых бутылок, вклеенных в 2 3/4 CPVC 90 или , соединенных с 18-дюймовым
    длина трубы 3/4 CPVC, 10-футовая лестница, достаточно 3/4 трубы CPVC и соединений для
    , прикрепите ведро, подвешенное к лестнице, к отрезкам трубы на столешнице, секундомер
    и 3-литровая бутылка из-под газированных напитков ( окончил).

    Стратегия :

    Работая над принципом, согласно которому вода и электричество текут с одинаковыми
    характеристиками, проводится обсуждение потока электрического тока, проводя
    аналогии с потоком воды. В U-образной трубке с использованием воды, окрашенной в синий цвет пищевым красителем
    , объясняется тот факт, что вода не движется, если в одну сторону не наливается дополнительная вода
    , вызывающая разницу потенциалов. Это вызывает движение
    в воде, пока не будет достигнуто потенциальное равновесие.
    Объясняя, что избыток электронов на одном конце проводника вызывает
    разность электрических потенциалов, электроны будут течь аналогичным образом, пока не будет достигнуто электрическое
    равновесие. Сколько течет (введите термин, ток) зависит от
    разности потенциалов или давления (введите термин, напряжение) и
    противодействия потоку (введите термин, сопротивление).
    Используя ведро с водой на уровне столешницы с трубами
    трех разных размеров, соединенными с резьбовыми адаптерами 3/4, измерьте объем воды, которая
    проходит через каждую трубу за десять секунд, используя градуированную 3-литровую поп-бутылку.Один ученик
    использует секундомер, другой измеряет громкость, а третий ведет таблицу результатов
    на доске.
    Теперь видно, что при постоянном напряжении меньшая труба (проводник)
    пропускает меньший ток. Теперь формула E = I x R помещается на доску
    . Учащиеся обсуждают взаимосвязь значений и просят вывести уравнение I = E / R. Мы видели, что если сопротивление велико (меньший проводник
    ), ток мал, и, наоборот, малое сопротивление (меньший проводник
    ).
    больший проводник), передает больший ток.В настоящее время введены величины
    для измерения вольт, омов и ампер.
    Студентов спрашивают: "Глядя на формулу, как еще мы можем увеличить
    ток помимо уменьшения сопротивления?" Студент ответит: «На
    увеличив напряжение». В это время ковш можно разместить на полке
    10-футовой лестницы. Дополнительная труба 3/4 из ХПВХ и соединители используются для расширения
    подачи воды к столешнице, где раньше были трубы. Опять же, три
    студентов, таймер, измеритель и самописец составляют график объема воды из
    каждой трубы за десять секунд.Через диаграмму выльется больше воды, потому что
    давление воды увеличится. Его разность потенциалов увеличивается. Таким образом, студенты
    обнаруживают, что увеличение напряжения также увеличивает ток
    .
    Если позволяет время, можно указать фактические значения напряжения и сопротивления
    , а значение тока можно рассчитать математически или начать
    на следующем собрании класса.

    Вернуться к индексу физики

    ЗАКОН О ТОКАХ И ОМАХ

    ЗАКОН О ТОКАХ И ОМАХ
    Рисунок 28.1. Электрическое поле в проводе. При подключении провода к клеммам аккумулятора внутри провода создается электрическое поле (см. рис. 28.1). Свобода электроны в проводе будут двигаться в направлении, противоположном направлению поля линии. Электрический заряд попытается перераспределиться таким образом, чтобы суммарное электрическое поле в проводе равно нулю. Тем не менее, положительный клемма батареи действует как сток для электронов, а отрицательная клемма действует как источник электронов, и непрерывный поток электронов будет созданный.Этот непрерывный поток электронов называется электрическим током. текущий . Символом тока является I, а его единицей СИ является Ампер (А). Ток определяется как

    (28.1)

    где dq — количество заряда, прошедшего через некоторую заданную точку провода. в течение периода времени dt. Ток в 1 А равен 1 Кл/с. То плотность тока Дж определяется как

    (28.2)

    где I — сила тока, протекающая по проводнику, а A — сила тока. площадь поперечного сечения проводника. Несмотря на то, что электроны чувствуют электрического поля внутри проводника, они не будут ускоряться. Электроны будет испытывать значительное трение в результате столкновений с положительные ионы в проводнике. В среднем электроны будут двигаться со постоянная скорость от отрицательной клеммы аккумулятора к положительной Терминал. Их средняя скорость, также называемая скоростью дрейфа v d , пропорциональна электрическому полю E

    (28.3)

    При заданной плотности электронов в проводнике увеличение дрейфа скорость каждого из электронов будет увеличивать число электронов, проходящих по заданной точке проводника в единицу времени. Это проиллюстрировано в Рисунок 28.2. За время dt электроны в среднем покроют расстояние равно dx, где

    (28.4)

    Рисунок 28.2. Движение среднего электрона в проводнике. Все электроны на расстоянии dx от точки P будут поэтому пройти эту точку в течение интервала времени dt.Предположим, что плотность электронов в проводнике n электронов/м 3 . Номер электронов dN, которые пройдут через P за время dt, будет равно

    (28.5)

    Поскольку каждый электрон несет заряд e, общий заряд dQ, который пройдет точка P в интервале времени dt равна

    (28.6)

    Таким образом, ток через проводник равен

    . (28.7)

    Уравнение (28.7) показывает, что ток в проводнике пропорционален площади поперечного сечения проводника и пропорциональна скорости дрейфа. Поскольку скорость дрейфа пропорциональна электрическому полю E, для тока в проводнике выполняется соотношение:

    (28.8)

    Электрическое поле в проводнике определяется его длиной L и разность потенциалов [Delta]V между двумя его концами (E = [Delta]V/L).Таким образом, уравнение (28.8) можно переписать как

    (28.9)

    Уравнение (28.9) можно переписать как

    (28.10)

    Константа пропорциональности [rho] называется удельным сопротивлением материал. Удельное сопротивление [rho] зависит от характеристик проводника ([ро] мало для хорошего проводника, а [ро] очень велико для изолятор). Сопротивление R проводника определяется как

    (28.11)

    Единицей сопротивления в системе СИ является ом ([Омега]). Используя сопротивление R, мы можем переписать уравнение (28.10)

    (28.12)

    Уравнение (28.12) называется Закон Ома . Уравнение (28.12) показывает что сила тока в проводнике пропорциональна потенциалу разность между концами проводника и обратно пропорциональна его сопротивление. Уравнение (28.12) также показывает, что 1 [Омега] равняется 1 В/А.

    Пример: Задача 28.5

    Алюминиевый провод имеет сопротивление 0,10 Ом. Если ты нарисуешь это проволоку через плашку, сделав ее тоньше и в два раза длиннее, какой будет ее новая сопротивление ?

    Начальное сопротивление R i алюминиевого провода длиной L и площадь поперечного сечения А равна

    (28.13)

    Начальный объем проволоки л. А.После прохождения провода через матрицу ее длина изменилась на L’, а площадь поперечного сечения равна равно А’. Таким образом, его конечный объем равен L’A’. Поскольку плотность алюминий не меняется, объем проволоки не меняется, и поэтому начальный и конечный размеры проволоки связаны:

    (28.14)

    или

    (28.15)

    В задаче говорится, что длина провода увеличилась вдвое (L’ = 2 L).То Таким образом, конечная площадь поперечного сечения A’ связана с начальной площадь поперечного сечения А следующим образом:

    (28.16)

    Конечное сопротивление R f провода равно

    (28.17)

    Сопротивление провода увеличилось в четыре раза и теперь составляет 0,40 Ом. [Омега].

    Удельное сопротивление [ро] имеет в качестве единиц ом-метр ([Омега] . м). То удельное сопротивление большинства проводников находится в пределах 10 -8 [Омега] . м и 10 -7 [Омега] . м. Удельное сопротивление проводник зависит не только от типа материала, но и от его температура. Удельное сопротивление изолятора варьируется в пределах 10 11 [Омега] . м и 10 17 [Омега] . м. Во всех материалах удельное сопротивление уменьшается с понижением температуры.В некоторых материалов, таких как свинец, цинк, олово и ниобий, удельное сопротивление исчезает когда температура приближается к абсолютному нулю. При таких низких температурах эти материалы проявляют сверхпроводимость .

    Пример: Задача 28.17

    Кондиционер в доме потребляет ток 12 А. Предположим, что пара проводов, соединяющая кондиционер с блоком предохранителей — №10 медные провода диаметром 0.259 см и длиной 25 м каждая.

    а) Чему равно падение потенциала на каждом проводе? Предположим, что напряжение доставил домой ровно 110 В на блоке предохранителей. Какое напряжение доставлен кондиционер?

    б) В некоторых старых домах используется медная проволока № 12 диаметром 0,205 мм. см. Повторите расчет части (а) для этого провода.

    Рисунок 28.3. Схема подключения кондиционера в проблеме 28.17.

    а) Удельное сопротивление меди равно 1.7 x 10 -8 [Омега] . м (см. Таблицу 28.1). Сопротивление R Cu каждого медного провода равно до

    (28.18)

    где L — длина провода, d — его диаметр. ток я есть течет по проводам и I = 12 A. Падение напряжения [Delta]V на каждом провод равен

    (28.19)

    На рис. 28.3 схематично показана электрическая схема кондиционера. схема.Напряжение на блоке кондиционера равно 110 — 2 . [Delta]V, где [Delta]V определяется уравнением (28.19). Длина каждый медный кабель 25 м, а его диаметр равен 0,259 см. Напряжение падение на каждом проводе таким образом равно

    (28.20)

    Таким образом, напряжение на блоке переменного тока равно 108,1 В.

    б) Проволока № 12 имеет диаметр, равный 0,205 см. Падение напряжения на этот провод равен

    (28.21)

    а напряжение на блоке переменного тока равно 106,9 В.

    Пример: Задача 28.12

    Высоковольтная линия электропередачи имеет алюминиевый кабель диаметром 3,0 см, длина 200 км. Какое сопротивление у этого кабеля?

    Удельное сопротивление алюминия 2,8 х 10 90 109 -8 90 110 Омега м. длина кабель 200 км или 2 х 10 5 м. Диаметр кабеля 3 см. и его площадь поперечного сечения равна [pi] (d/2) 2 или 7.1 х 10 -4 м 2 . Подставляя эти значения в уравнение (28.11), получаем сопротивление кабеля можно определить

    (28.22)

    Устройство, специально разработанное для обеспечения высокого сопротивления, называется резистор. Обозначение резистора на принципиальной схеме — зигзагообразная линия (см. Рисунок 28.4).

    Рисунок 28.4. Символ резистора. На рис. 28.5 показаны два резистора сопротивлением R 1 и R 2 соединены последовательно.Предположим, что ток, протекающий через цепи равно I. Падение напряжения [Delta]V 1 на резисторе R 1 равно

    (28.23)

    а падение напряжения [Delta]V 2 на резисторе R 2 равно равно

    (28.24)

    Разность потенциалов [Delta]V в последовательной цепи равна

    (28.25)

    Уравнение (28.25) показывает, что два последовательно соединенных резистора действуют как один резистор с сопротивлением, равным сумме сопротивлений резистора 1 и сопротивление резистора 2

    (28.26)

    Рисунок 28.5. Два резистора соединены последовательно. На рис. 28.6 показаны два резистора, соединенные параллельно. В В этой схеме ток через каждый резистор будет разным, но падение напряжения [Delta]V на каждом резисторе будет одинаковым. Используя закон Ома ток I 1 , протекающий через резистор R 1 , можно рассчитано

    (28.27)

    а ток I 2 , протекающий через резистор R 2 , равен до

    (28.28)

    Полный ток, протекающий по цепи, равен сумме токи через каждый резистор

    (28.29)

    Сеть резисторов, показанная на рис. 28.6, поэтому эквивалентна одиночному резистор R, где R можно получить из следующего соотношения

    (28.30)

    Уравнение (28.30) показывает, что сопротивление параллельной комбинации резисторов всегда меньше, чем сопротивление каждого из отдельных резисторы.

    Рисунок 28.6. Два резистора соединены параллельно.

    Пример: Задача 28.41

    Сверхпроводящие кабели промышленного производства состоят из нитей сверхпроводящего провода, встроенного в медную матрицу. Пока нити сверхпроводящие, в них течет весь ток, а не ток течет в меди.Но если сверхпроводимость внезапно выйдет из строя из-за повышение температуры, ток может пролиться на медь; это предотвращает повреждение нитей сверхпроводника. Рассчитать сопротивление на метр длины медной матрицы. Медная матрица имеет диаметр 0,7 мм, а каждая из 2100 нитей имеет диаметр 0,01 мм.

    Рассмотрим 1 метр кабеля. Площадь поперечного сечения каждой нити [пи] . (д/2) 2 = 7.9 x 10 -11 м 2 . То площадь поперечного сечения 2100 нитей равна 1,65 х 10 -7 м 2 . Диаметр медной матрицы равен 0,7 мм, а ее площадь поперечного сечения равна 1,54 х 10 -6 м 2 . То Таким образом, площадь самой меди равна 1,37 x 10 -6 м 2 . Сопротивление медной матрицы на единицу длины равно до

    (28.31)

    Предположим, что удельное сопротивление нити при комнатной температуре равно удельное сопротивление меди. Сопротивление каждой сверхпроводящей нити равно равно

    (28.32)

    Провод можно рассматривать как параллельную цепь одного резистора, представляющего сопротивление медной матрицы и резисторы 2100, представляющие собой 2100 пряди сверхпроводящего провода. Доля тока, протекающего через медная матрица может быть легко определена.Предположим, что потенциал разница по проводнику равна [Delta]V. Электрический ток I Cu , протекающая через медную матрицу, равна

    (28.33)

    Ток I fil , протекающий через нити 2100, равен

    (28.34)

    Доля F полного тока, протекающего через медную матрицу, равна до

    (28.35)

    Необходимо рассмотреть два частных случая.

    1. Температура ниже критической. На уровне или ниже этого температуры сопротивление нитей обращается в нуль (R fil = 0 [Омега]). Уравнение (28.35) показывает, что в этом случае ток не будет течь через медную матрицу.

    2. Если температура провода выше критической температуры, Текущий поток резко изменится. В этом случае доля ток, протекающий через медь, равен

    (28.36)

    Медная матрица будет проводить 90% всего тока.

    Пример: Задача 28.42

    Чему равно сопротивление комбинации из четырех резисторов, показанных на рис. Рисунок 28.7. Каждый из резисторов имеет номинал R.

    Рисунок 28.7. Задача 28.42.

    Чтобы найти чистое сопротивление цепи, показанной на рис. 28.7, начнем расчет чистого сопротивления R 34 параллельной цепи резисторы R 3 и R 4 :

    (28.37)

    или

    (28.38)

    Таким образом, схема, показанная на рис. 28.7, эквивалентна схеме, показанной на рис. на рис. 28.8. Резисторы R 2 и R 34 образуют серию сети и может быть заменен одним резистором с сопротивлением Р 234 где

    (28.39)

    Рисунок 28.8. Задача 28.42. Рисунок 28.9. Задача 28.42. Схема, показанная на рисунке 28.8 теперь можно заменить на эквивалентная схема показана на рис. 28.9. Сопротивление R to эта схема может быть получена из следующего соотношения

    (28.40)

    или

    (28.41)

    В рассматриваемом частном случае R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R. Таким образом,

    (28.42)

    (28.43)

    (28.44)

    Для R = 3 [Омега] общее сопротивление равно 1,8 [Омега].


    Присылайте комментарии, вопросы и/или предложения по электронной почте [email protected] и/или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса.

    Как рассчитать средний ток, протекающий по проводу | Физика

    Этапы расчета среднего тока, протекающего по проводу

    Шаг 1 : Составьте список заданных величин, включая заряд (Q), протекающий по проводу, и время (t), необходимое для протекания заряда.

    Шаг 2 : Рассчитайте средний ток, взяв соотношение заряда и времени.

    Словарь и формула для расчета среднего тока, протекающего по проводу

    Ток : Ток, измеряемый в амперах (А), является мерой того, сколько заряда проходит мимо данной точки в проводнике каждую секунду. Формула для тока (I) в проводе с учетом величины потока заряда (Q) за время (t):

    $$I = \dfrac{Q}{t} $$

    Следующие две задачи демонстрируют, как вычислить средний ток, протекающий по проводу.

    Пример задачи 1. Расчет среднего тока, протекающего по проводу

    Если фен получает заряд 45 Кл за 5 секунд, какой ток протекает через фен?

    Шаг 1 : Составьте список заданных величин, включая заряд (Q), протекающий по проводу, и время (t), необходимое для протекания заряда.

    Нам дали сумму заряда и время:

    Шаг 2 : Рассчитайте средний ток, взяв соотношение заряда и времени.

    Значение тока через фен:

    $$I = \dfrac{Q}{t} = \dfrac{45\ \rm{C}}{5\ \rm{s}} = 9\ \rm{A} $$

    Фен потребляет ток 9 ампер.

    Пример задачи 2. Расчет среднего тока, протекающего по проводу

    Аккумулятор заряжает 0,25 C через небольшой светодиодный индикатор за 30 секунд. Какой ток выталкивает батарея?

    Шаг 1 : Составьте список заданных величин, включая заряд (Q), протекающий по проводу, и время (t), необходимое для протекания заряда.

    Нам известно следующее:

    • {экв} Q = 0,25\ \rm{C} {/экв}

    Шаг 2 : Рассчитайте средний ток, взяв соотношение заряда и времени.

    Ток:

    $$I = \dfrac{Q}{t} = \dfrac{0,25\ \rm{C}}{30\ \rm{s}} = 0,0083\ \rm{A} $$

    Аккумулятор выдает ток 0,0083 А.

    Получите доступ к тысячам практических вопросов и пояснений!

    11.5: Сила магнитного поля, действующая на проводник с током

    На движущиеся заряды действует сила магнитного поля. Если эти движущиеся заряды находятся в проводе, то есть если по проводу течет ток, на провод также должна действовать сила. Однако, прежде чем мы обсудим силу, действующую на ток со стороны магнитного поля, мы сначала исследуем магнитное поле, создаваемое электрическим током. Здесь мы изучаем два отдельных эффекта, которые тесно взаимодействуют друг с другом: проводник с током создает магнитное поле, и магнитное поле воздействует на проводник с током.

    Магнитные поля, создаваемые электрическими токами

    Обсуждая исторические открытия в области магнетизма, мы упомянули открытие Эрстеда о том, что провод, по которому течет электрический ток, вызывает отклонение расположенного поблизости компаса. Была установлена ​​связь, что электрические токи создают магнитные поля. (Эта связь между электричеством и магнетизмом обсуждается более подробно в «Источниках магнитных полей».)

    На стрелку компаса рядом с проводом действует сила, которая выравнивает стрелку по касательной к окружности вокруг провода.Следовательно, провод с током создает круговые петли магнитного поля. Чтобы определить направление магнитного поля, создаваемого проводом, мы используем второе правило правой руки. В RHR-2 большой палец указывает в направлении тока, а пальцы обхватывают провод, указывая в направлении создаваемого магнитного поля (рис. \(\PageIndex{1}\)). Если магнитное поле исходило от вас или исходило от страницы, мы обозначаем это точкой. Если бы магнитное поле попадало на страницу, мы обозначаем это знаком ×.

    Эти символы возникли при рассмотрении векторной стрелки: стрелка, направленная к вам, с вашей точки зрения выглядела бы как точка или кончик стрелки. Стрелка, направленная от вас, с вашей точки зрения выглядела бы как крестик или ×. Составной эскиз магнитных кругов показан на рисунке \(\PageIndex{1}\), где показано, что напряженность поля уменьшается по мере удаления от провода за счет петель, которые находятся дальше друг от друга.

    Рисунок \(\PageIndex{1}\): (a) Когда провод находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге.Обратите внимание на символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвост стрелы), и поля, указывающего наружу (например, кончик стрелки). (b) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими круглые петли.

    Расчет магнитной силы

    Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряда. Следовательно, проводник с током в магнитном поле должен испытывать силу, обусловленную полем. Чтобы исследовать эту силу, давайте рассмотрим бесконечно малый отрезок проволоки, как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\).Длина и площадь поперечного сечения сечения равны dl и A соответственно, поэтому его объем равен \(V = A \cdot dl\). Проволока сформирована из материала, содержащего 90 715 n 90 716 носителей заряда в единице объема, поэтому число носителей заряда в сечении равно \(nA \cdot dl\). Если носители заряда движутся со скоростью дрейфа \(\vec{v}_d\), то ток в проводе I (из тока и сопротивления)

    \[I = neAv_d.\]

    Магнитная сила, действующая на любой отдельный носитель заряда, равна \(e\vec{v}_d \times \vec{B}\), поэтому полная магнитная сила \(d\vec{F}\) на \(nA\ cdot dl\) носителей заряда в сечении провода

    \[d\vec{F} = (nA \cdot dl)e\vec{v}_d \times \vec{B}.\]

    Мы можем определить dl как вектор длины dl , указывающий вдоль \(\vec{v}_d\), что позволяет нам переписать это уравнение как

    \[d\vec{F} = neAv_dd\vec{l} \times \vec{B},\] или

    \[d\vec{F} = Id\vec{l} \times \vec{B}. \метка{11.12}\]

    Это сила магнитного поля, действующая на сечение провода. Обратите внимание, что на самом деле это чистая сила, действующая со стороны поля на сами носители заряда. Направление этой силы задается RHR-1, где вы указываете пальцами в направлении тока и скручиваете их в сторону поля.Затем ваш большой палец указывает направление силы.

    Рисунок \(\PageIndex{2}\): Бесконечно малый участок провода с током в магнитном поле.

    Чтобы определить магнитную силу \(\vec{F}\) на проводе произвольной длины и формы, мы должны проинтегрировать уравнение \ref{11.12} по всему проводу. Если сечение провода прямое, а B однородное, дифференциалы уравнения становятся абсолютными величинами, что дает нам

    \[\vec{F} = I\vec{l} \times \vec{B}.\]

    Это сила, действующая на прямой провод с током в однородном магнитном поле.

    Пример \(\PageIndex{1}\): уравновешивание гравитационных и магнитных сил на проводе с током

    Проволока длиной 50 см и массой 10 г подвешена в горизонтальной плоскости на паре гибких проводов (рис. \(\PageIndex{3}\)). Затем провод подвергается воздействию постоянного магнитного поля величиной 0,50 Тл, которое направлено, как показано на рисунке. Каковы величина и направление тока в проводе, необходимые для снятия напряжения в опорных выводах?

    Рисунок \(\PageIndex{3}\): (a) Провод, подвешенный в магнитном поле.(b) Диаграмма свободного тела для проволоки.

    Стратегия

    Судя по диаграмме свободного тела на рисунке, напряжения в опорных проводах стремятся к нулю, когда гравитационные и магнитные силы уравновешивают друг друга. Используя RHR-1, мы обнаруживаем, что магнитная сила направлена ​​вверх. Затем мы можем определить ток I , приравняв две силы.

    Раствор

    Приравняйте две силы веса и магнитной силы, действующие на провод:

    \[мг = IlB.2)}{(0,50 \, т)(0,50 \, Т)} = 0,39 \, А.\]

    Значение

    Это сильное магнитное поле создает значительную силу на длине провода, чтобы противодействовать весу провода.

    Пример \(\PageIndex{2}\): Расчет силы магнитного поля на проводе с током

    Длинный жесткий провод, проложенный вдоль оси y , несет ток силой 5,0 А, текущий в положительном y -направлении. а) Если постоянное магнитное поле величиной 0.30 Тл направлена ​​вдоль положительной оси х , чему равна магнитная сила на единицу длины провода? б) Если постоянное магнитное поле 0,30 Тл направлено под углом 30 градусов от оси +x к оси +y, то какова магнитная сила на единицу длины провода?

    Стратегия

    Магнитная сила, действующая на провод с током в магнитном поле, определяется выражением \(\vec{F} = I\vec{l} \times \vec{B}\). Для части а, поскольку в этой задаче ток и магнитное поле перпендикулярны, мы можем упростить формулу, чтобы получить величину и найти направление через RHR-1.Угол θ равен 90 градусам, что означает \(sin\, \theta = 1.\). Кроме того, длину можно разделить на левую часть, чтобы найти силу на единицу длины. Для части b текущая длина записывается в виде единичного вектора, а также магнитное поле. После взятия перекрестного произведения направленность очевидна по результирующему единичному вектору.

    Раствор

    1. Начнем с общей формулы магнитной силы, действующей на провод. Мы ищем силу на единицу длины, поэтому мы делим на длину, чтобы вывести ее в левую часть.Мы также устанавливаем \(sin\,\theta\). Таким образом, решение: {l} = 1,5 \, Н/м.\] Направленность: Укажите пальцами в положительном направлении y и согните пальцы в положительном направлении x . Ваш большой палец будет указывать в направлении \(-\vec{k}\). Следовательно, с учетом направленности решение равно \[\frac{\vec{F}}{l} = -1,5 \vec{k} \, Н/м.\]
    2. Текущая длина и магнитное поле записываются в виде единичного вектора.о)\шат{i}\] \[\vec{F}/l = -1,30 \шат{к} \, Н/м.\]

    Значение

    Это большое магнитное поле создает значительную силу на проводе небольшой длины. По мере того, как угол магнитного поля становится ближе к току в проводе, на него действует меньшая сила, как видно из сравнения частей а и б.

    Упражнение \(\PageIndex{1}\)

    Прямая гибкая медная проволока погружена в магнитное поле, направленное на страницу.а) Если ток в проводе течет в направлении + x -, в какую сторону будет изгибаться провод? б) В какую сторону изгибается провод, если ток течет в направлении – x ?

    Раствор

    а. наклоняется вверх; б. наклоняется вниз

    Пример \(\PageIndex{3}\): сила на круглом проводе

    Круговой контур с током радиуса R , по которому течет ток I , расположен в плоскости xy . Постоянное однородное магнитное поле прорезает петлю параллельно оси y (рис. \(\PageIndex{4}\)).Найдите магнитную силу, действующую на верхнюю половину петли, нижнюю половину петли и полную силу, действующую на петлю.

    Рисунок \(\PageIndex{4}\): Петля из провода, по которому течет ток в магнитном поле.

    Стратегия

    Магнитная сила на верхнем контуре должна быть выражена через дифференциальную силу, действующую на каждый сегмент контура. Если мы проинтегрируем по каждой дифференциальной части, мы найдем общую силу на этом участке петли. Аналогично находится сила на нижней петле, а полная сила есть сложение этих двух сил.

    Раствор

    Дифференциальная сила на произвольном отрезке проволоки, расположенном на верхнем кольце:

    \[dF = I B \, sin \, \theta \, dl,\], где \(\theta\) — угол между направлением магнитного поля (+ y ) и отрезком провода. Дифференциальный сегмент расположен на том же радиусе, поэтому, используя формулу длины дуги, мы имеем:

    \[dl = Rd\тета\]

    \[dF = IBR \, sin \, \theta \, d\theta.\]

    Чтобы найти силу, действующую на отрезок, интегрируем по верхней половине окружности от 0 до \(\pi\).0 sin \, \theta \, d\theta = IBR(-cos 0 + cos \pi) = -2 IBR.\]

    Чистая сила равна сумме этих сил, которая равна нулю.

    Значение

    Суммарная сила, действующая на любой замкнутый контур в однородном магнитном поле, равна нулю. Несмотря на то, что на каждую часть петли действует сила, результирующая сила, действующая на систему, равна нулю. (Обратите внимание, что в петле есть чистый крутящий момент, который мы рассмотрим в следующем разделе.)

    Что такое сила тока (сила тока)? Формула и определение

    Сила тока – это электрический заряд, проходящий через сечение проводника в секунду.Он представляет собой движение электрического заряда.

    Электрический ток в проводе, где носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны, является мерой количества заряда, проходящего через любую точку провода в единицу времени.

    Поток положительных зарядов (таких как протоны или положительные ионы) оказывает такое же действие на цепь, как и равный поток электронов в противоположном направлении.

    Следующая формула дает силу тока:

    I = Q / t

    Где:

    • «I» представляет силу электрического тока, выраженную в амперах (А).

    • «Q» представляет собой электрический заряд, выраженный в кулонах (Кл).

    • «t» представляет время, выраженное в секундах (с).

    С этим определением мы можем сказать, что электрический ток имеет силу в 1 ампер, когда нагрузка в 1 колумбий проходит через сечение проводника за 1 секунду.

    Какая единица измерения силы электрического тока?

    Единицей измерения интенсивности является Ампер А в Международной системе единиц.

    Единица измерения ампер названа в честь Андре-Мари Ампера. Это единица измерения силы электрического тока в цепи.

    Сила электрического тока измеряется гальванометром. Для правильного измерения гальванометр должен быть включен последовательно с электрическим проводником, сила тока которого должна быть измерена.

    Амперметр представляет собой гальванометр, калиброванный в амперах.

    Что такое ампер-часы?

    Ампер-час — это единица измерения количества электрического заряда, протекающего через запоминающее устройство, если оно обеспечивает ток силой 1 ампер в течение 1 часа.Ампер-час равен 3600 кулонам.

    Как создается сила тока?

    Представьте себе два конца одного и того же проводника. Каждая партия подвергается воздействию различных электрических полей с различными электрическими потенциалами.

    Из-за этой разности потенциалов электроны, находящиеся в проводнике, испытывают силы притяжения и отталкивания. Эти электрические силы заставляют свободные электроны двигаться.

    Электрические заряды движутся с определенной скоростью. Мы рассматриваем любое сечение, расположенное в точке между двумя крайними точками.Через этот участок будет проходить определенное количество электронов в секунду, что равносильно определенному количеству электричества в секунду.

    Это количество электроэнергии в секунду называется силой электрического тока, выраженной в амперах.

    В электрической цепи могут существовать два типа электрического тока:

    Какова плотность тока?

    С помощью плотности тока мы можем выразить среднее количество электричества на единицу кости проводника.Плотность тока обозначается символом J. При определении плотности тока предполагается, что ток течет равномерно по поперечному сечению проводника.

    Дж=I/S

    Дж измеряется в единицах Международной системы А/м 2 (ампер на квадратный метр). Однако, учитывая размеры проводников, принято выражать их в А/мм2. Поскольку это сечение проводника, его удобнее измерять в квадратных миллиметрах.

    Формулы руководства по проектированию | Mersen

    Расчет размера проводника очень важен для электрических и механических свойств шины.Требования по пропусканию электрического тока определяют минимальную ширину и толщину проводников. Механические соображения включают жесткость, монтажные отверстия, соединения и другие элементы подсистемы. Ширина проводника должна быть не менее чем в три раза больше толщины проводника.

    Дополнительные выступы и монтажные отверстия изменяют площадь поперечного сечения проводника, создавая потенциальные горячие точки на шине. Необходимо учитывать максимальный ток для каждого вывода или клеммы, чтобы избежать горячих точек.

     

    Площадь поперечного сечения и длина определяют размер проводника шины. Площадь поперечного сечения (..4) равна толщине проводника (t), умноженной на ширину проводника (w).

    Значение примерно 400 круговых мил на ампер является традиционной основой для проектирования одиночных проводников. Так как шины не круглые, круглые милы должны быть преобразованы в милы в квадрате (просто умножьте значение круглых мил на 0,785).

    Следующая формула определяет минимальную площадь поперечного сечения проводника.Эта площадь должна быть увеличена на пять процентов для каждого дополнительного проводника, ламинированного в структуру шины. Эти дополнительные пять процентов являются коэффициентом безопасности, компенсирующим прирост тепла внутри проводников.

    Это уравнение вычисляет минимальную площадь поперечного сечения, необходимую для протекания тока:

    A = площадь поперечного сечения проводника в дюймах ²
    l = максимальный постоянный ток в амперах
    N = количество проводников в сборке шины

     

    Для расчета площади поперечного сечения источника переменного тока необходимо учитывать частоту (см. раздел о скин-эффекте).

    Примечание:  Эта формула имеет предел прочности при силе тока приблизительно 300 ампер. Для расчетов, связанных с большими токами, мы рекомендуем вам связаться с инженером Mersen и свериться с таблицей допустимых токов. Кроме того, вы можете найти диаграммы пропускной способности и сравнительные графики на веб-сайте Ассоциации развития меди, Copper.

0 comments on “Формула силы тока в проводнике: Определение силы тока. Единицы измерения силы тока

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.