Меню

Электрическое напряжение мощность электрического тока электрический заряд



Электрическое напряжение мощность электрического тока электрический заряд

Характеристикой тока в цепи служит величина, называемая силой тока ( I ). Сила тока – физическая величина, характеризующая скорость прохождения заряда через проводник и равная отношению заряда q, прошедшeгo через пoперeчное сечение проводника за промежуток времени t, к этому промежутку времени: I = q/t . Единица измерения силы тока – 1 ампер (1 А).

Определение единицы силы тока основано на магнитном действии тока, в частности на взаимодействии параллельных проводников, по которым идёт электрический ток. Такие проводники притягиваются, если ток по ним идёт в одном направлении, и отталкиваются, если направление тока в них противоположное.

За единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2*10 -7 Н. Эта единица и называется ампером (1 А).

Зная формулу силы тока, можно получить единицу электрического заряда: 1 Кл = 1А * 1с.

Амперметр

Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называется амперметром. Его работа основана на магнитном действии тока. Основные части амперметра магнит и катушка. При прохождении по катушке электрического тока она в результате взаимодействия с магнитом, поворачивается и поворачивает соединённую с ней стрелку. Чем больше сила тока, проходящего через катушку, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки. Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить, и потому он имеет малое внутреннее сопротивление, которое практически не влияет на сопротивление цепи и на силу тока в цепи.

Сила тока. Напряжение

У клемм амперметра стоят знаки «+» и «—», при включении амперметра в цепь клемма со знаком «+» присоединяется к положительному пoлюсу источника тока, а клемма со знаком «—» к отрицательному пoлюсу истoчникa тока.

Напряжение

Источник тока создаёт электрическое поле, которое приводит в движение электрические заряды. Характеристикой источника тока служит величина, называемая напряжением. Чем оно больше, тем сильнее созданное им поле. Напряжение характеризует работу, которую совершает электрическое поле по перемещению электрического заряда.

Напряжение ( U ) — это физическая величина, равную отношению работы (А) электрического поля по перемещению электрического заряда к заряду (q): U = A/q .

Возможно другое определение понятия напряжения. Если числитель и знаменатель в формуле напряжения умножить на время движения заряда (t), то получим: U = At/qt. В числителе этой дроби стоит мощность тока (Р), а в знаменателе — сила тока (I). Получается формула: U = Р/I , т.е. напряжение — это физическая величина, равная отношению мощности электрического тока к силе тока в цепи.

Единица напряжения: [U] = 1 Дж/1 Кл = 1 В (один вольт).

Вольтметр

Напряжение измеряют вольтметром. Он имеет такое же устройство, что и амперметр и такой же принцип действия, но он подключается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором хотят. Внутреннее сопротивление вольтметра достаточно большое, соответственно проходящий через него ток мал по сравнению с током в цепи.

У клемм вольтметра стоят знаки «+» и «—», при включении вольтметра в цепь клeмма со знаком «+» присоединяется к положительному полюсу источника тока, а клеммa со знаком «—» к отрицательному полюсу источника тока.

Формулы и определения.

Сила тока. Напряжение. Мощность. Таблица

1. Все проводники, используемые в электрических цепях, имеют условные обозначения для изображения на схемах и могут образовывать последовательные, параллельные и смешанные соединения.

2. Мощность тока – физическая величинa, хаpактеpизующая скорость превращения электрической энергии в другие её виды. Единица для измерения – 1 ватт (1 Вт). Измерительный прибор – ваттметр.

3. Сила тока – физическaя вeличина, характеpизующaя скоpость прохождения заряда через проводник и равная отношению заряда, пpoшедшего через попеpeчное сечение проводника, ко времени перемещения. Единица – 1 ампер (1 А). Измерительный прибор – амперметр (подключают последовательно).

4. Электрическое напряжение – физическaя вeличина, характеризующая электрическое поле, создающее ток, и равная отношению мощности тока к его силе. Единица – 1 вольт (1 В). Измерительный прибор – вольтметр (подключают параллельно)

5. Работа тока – физичeская величинa, хаpактеpизующая количество электроэнергии, превратившейся в другие виды энергии. Единица – 1 джоуль (1 Дж). Измерительный прибор – электрический счётчик, использующий единицу 1 киловатт-час (1 кВт·ч).

сила тока

Конспект урока «Сила тока. Напряжение».

Источник

Основные электрические величины: заряд, напряжение, ток, мощность, сопротивление

Основные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление и мощность.

Важнейшим физическим явлением в электрических цепях является движение электрического заряда. В природе существуют два вида зарядов — положительные и отрицательные. Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. Это ведет к тому, что имеется тенденция к группированию положительных зарядов с отрицательными в равных количествах.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Полный отрицательный заряд по модулю равен положительному заряду ядра. Следовательно, атом имеет нулевой полный заряд, также говорят, что он электрически нейтрален.

В материалах, которые могут проводить электричество, некоторые электроны отделяются от атомов и имеют возможность передвигаться в проводящем материале. Эти электроны называются подвижными зарядами или носителями заряда.

Так как каждый атом в исходном состоянии нейтрален, то после отрыва отрицательно заряженного электрона он становится положительно заряженным ионом. Положительные ионы не могут свободно передвигаться и образуют систему неподвижных, фиксированных зарядов (смотрите — Какие вещества проводят электрический ток).

В полупроводниках, составляющих важный класс материалов, подвижные электроны могут передвигаться двумя способами: или электроны ведут себя просто как отрицательно заряженные носители. Или сложная совокупность многих электронов движется таким образом, как будто в материале имеются положительно заряженные подвижные носители. Фиксированные заряды также могут быть обоих знаков.

Проводящие материалы можно представить как материалы, содержащие подвижные носители заряда (которые могут иметь один из двух знаков) и фиксированные заряды противоположной полярности.

Существуют также материалы, называемые изоляторами, которые не проводят электричества. Все заряды в изоляторе фиксированы. Примерами изоляторов служат воздух, слюда, стекло, тонкие слои окислов, образующихся на поверхностях многих металлов, и, конечно, вакуум (в котором вообще нет зарядов).

Заряд измеряется в кулонах (Кл) и обычно обозначается Q.

Величина заряда или количество отрицательного электричества электрона было установлено посредством многочисленных экспериментов и оказалось равным 1,601•10 -19 Кл или 4,803•10 — 10 электростатических единиц заряда.

Некоторое представление о количестве электронов, протекающих по проводнику даже при сравнительно слабых токах, можно получить следующим образом. Так как заряд электрона равен 1,601•10 -19 Кл , то число электронов, создающих заряд, равный кулону, является величиной, обратной данной, т. е. приблизительно равно 6• 10 18 .

Ток в 1 А соответствует протеканию 1 Кл в секунду, а при токе всего лишь 1 мкмка (10 -12 А ) через поперечное сечение проводника протекает примерно 6 млн. электронов в секунду. Токи такой величины в то же время являются настолько малыми, что обнаружение и измерение их связаны со значительными эспериментальными трудностями.

Заряд положительного иона представляет собой целое кратное заряда электрона, но имеет противоположный знак. Для частиц, однократно ионизованных, заряд оказывается равным заряду электрона.

Плотность ядра значительно выше, чем плотность электрона. Большая часть объема, занимаемого атомом в целом, является пустой.

Измерение постянного напряжения

Понятие об электрических явлениях

Путем трения двух разнородных тел, а также с помощью наведения (индуцирования) телам могут быть сообщены особые свойства — электрические. Такие тела называют наэлектризованными.

Явления, связанные с взаимодействием наэлектризованных тел, называются электрическими явлениями.

Взаимодействие, между наэлектризованными телами определяется так называемыми электрическими силами, которые отличаются от сил другой природы тем, что они обусловливают взаимное отталкивание и притяжение заряженных тел независимо от скорости их движения.

Этим взаимодействие между заряженными телами отличается, например, от гравитационного, которое характеризуется только притяжением тел, или от сил магнитного происхождения, зависящих от относительной скорости движения зарядов, обусловливающих магнитные явления.

Читайте также:  Таблица тока для узо

Электротехника в основном изучает законы внешнего проявления свойств наэлектризованных тел — законы электромагнитных полей.

Вследствие сильного притяжения между противоположными зарядами большинство материалов электрически нейтрально. Для разделения положительных и отрицательных зарядов требуется энергия.

На рис. 1 показаны две проводящие, первоначально не заряженные пластины, отстоящие одна от другой на расстояние d. Предполагается, что пространство между пластинами заполнена изолятором, например воздухом, или же они находятся в вакууме.

Две проводящие, первоначально не заряженные пластины

Рис. 1. Две проводящие, первоначально не заряженные пластины: а — пластины электрически нейтральны; б — заряд -Q перенесен на нижнюю пластину (между пластинами существует разность потенциалов и электрическое поле).

На рис. 1, а обе пластины нейтральны, и полный нулевой заряд на верхней пластине может быть представлен суммой зарядов +Q и -Q. На рис. 1,б заряд -Q перенесен с верхней пластины на нижнюю. Если бы на рис. 1,б мы соединили пластины с помощью проводника, то силы притяжения противоположных зарядов произвели бы быстрый перенос заряда обратно и мы вернулись бы к ситуации, изображенной на рис. 1,а. Положительные заряды переместились бы на отрицательно заряженную пластину, а отрицательные заряды — на положительно заряженную.

Мы говорим, что между заряженными пластинами, показанными на рис. 1,б, существует разность потенциалов и что на положительно заряженной верхней пластине потенциал выше, чем на отрицательно заряженной нижней пластине. В общем случае между двумя точками существует разность потенциалов, если осуществление проводимости между этими точками приводит к переносу заряда.

Положительные заряды перемещаются от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом, направление движения отрицательных зарядов противоположно — от точки с низким потенциалом к точке с высоким потенциалом.

Единицей измерения разности потенциалов выбран вольт (В). Разность потенциалов называется напряжением и обычно обозначается буквой U .

Для количественного определения напряжения между двумя точками используется понятие электрическое поле. В случае, показанном на рис, 1,б, между пластинами существует однородное электрическое поле, направленное от области с более высоким потенциалом (от положительной пластины) к области с более низким потенциалом (к отрицательной пластине).

Напряженность этого поля, выраженная в вольтах на метр, пропорциональна заряду на пластинах и может быть рассчитана из законов физики, если известно распределение зарядов. Соотношение между величиной электрического поля и напряжением U между пластинами имеет вид U = E х d ( вольт = вольт/метр х метр) .

Итак, движение от более низкого потенциала к более высокому соответствует перемещению против направления поля. При более сложной структуре электрическое поле может быть не везде однородным, и для определения разности потенциалов между двумя точками необходимо многократно использовать уравнение U = E х d .

Промежуток между интересующими нас точками разбивается на много участков, каждый из которых достаточно мал, чтобы поле в нем было однородно. Затем последовательно к каждому отрезку применяется уравнение U = E х d и разности потенциалов для каждого участка суммируются. Таким образом, для любого распределения зарядов и электрических полей можно найти разность потенциалов между двумя любыми точками.

При определении разности потенциалов необходимо указать не только величину напряжения между двумя точками, но также и то, какая точка имеет больший потенциал. Однако в электрических цепях, содержащих несколько различных элементов, не всегда можно определить заранее, какая точка имеет более высокий потенциал. Чтобы избежать путаницы, необходимо принять условие для знаков (рис. 2).

Определение полярности напряжения

Рис. 2 . Определение полярности напряжения (напряжение может быть положительным или отрицательным).

Двухполюсный элемент цепи представляется ящиком, снабженным двумя клеммами (рис. 2,а). Линии, ведущие от ящика к клеммам, предполагаются идеальными проводниками электрического тока. Одна клемма обозначается знаком плюс, другая — знаком минус. Эти знаки фиксируют относительную полярность. Напряжение U на рис. 2, а определяется условием U = (потенциал на клемме «+») — (потенциал на клемме » — «).

На рис. 2, б заряженные пластины соединены с клеммами так, то клемма «+» связана с пластиной, имеющей более высокий потенциал. Здесь напряжение U является положительным числом. На рис. 2,в клемма «+» связана с пластиной, имеющей меньший потенциал. В итоге получаем отрицательное напряжение.

Важно помнить об алгебраической форме представления напряжения. Как только определена полярность, положительное напряжение означает, что клемма «+» имеет (более высокий потенциал, а отрицательное напряжение означает, что более высокий потенциал имеет клемма «-«.

Выше отмечалось, что положительные носители заряда движутся из области высокого потенциала в область низкого потенциала тогда как отрицательные носители заряда — из области низкого потенциала в область высокого потенциала. Любой перенос заряда означает протекание электрического тока.

На рис. 3 показаны некоторые простые случаи протекания электрического тока, выбрана поверхность S и показано условное положительное направление. Если в течение времени d t через сечение S пройдет полный заряд Q в выбранном направлении, то ток I через S будет равен I = d Q / d t. Единицей измерения тока выбран ампер (А) (1А=1Кл/с).

Связь между направлением тока и направлением потока подвижных зарядов

Рис. 3 . Связь между направлением тока и направлением потока подвижных зарядов. Ток положителен (а и в), если результирующий поток положительных зарядов через некоторую поверхность S совпадает с выбранным направлением. Ток отрицателен (б и г), если результирующий поток положительных зарядов через поверхность противоположен выбранному направлению.

При определении знака тока I часто возникают затруднения. Если подвижные носители заряда положительны то положительный ток описывает реальное движение подвижных носителей в выбранном направлении, тогда как отрицательный ток описывает поток подвижных носителей заряда, противоположный выбранному направлению.

Если подвижные носители отрицательны, нужно быть осторожным при определении направления тока. Рассмотрим рис. 3,г, на котором отрицательные подвижные носители заряда пересекают S в выбранном направлении. Предположим, что каждый носитель имеет заряд -q и что скорость потока через S равна n носителей в секунду. За время d t полный заряд, пересекающий S в выбранном направлении, будет d Q = -n х q х dt , что соответствует току I = d Q /d t .

Следовательно, ток на рис. 3,г отрицателен. Более того,этот ток совпадает с током, создаваемым движением положительных носителей с зарядом +q через поверхность S со скоростью n носителей в секунду в направлении, противоположном выбранному (рис. 3,б). Таким образом, двузначность зарядов отражается в двузначности тока. Для большинства случаев в электронных схемах существенным является знак тока, и при этом неважно, какие носители заряда (положительные или отрицательные) переносят этот ток. Поэтому часто, когда говорят об электрическом токе подразумевают, что носители заряда положительны (смотрите — Направление электрического тока).

Однако в полупроводниковых приборах различие между положительными и отрицательными носителями заряда критично для работы прибора. При детальном рассмотрении работы этих приборов знаки подвижных носителей заряда необходимо четко различать. Понятие тока, протекающего через определенную площадку, легко обобщить на ток через элемент цепи.

На рис. 4 показан двухполюсный элемент. Направление положительного тока показано стрелкой.

Ток через элемент цепи

Рис. 4. Ток через элемент цепи. Заряды входят в элемент через клемму А со скоростью i (кулонов в секунду) и выходят из элемента через клемму А’ с той же скоростью.

Если положительный ток протекает через элемент цепи, положительный заряд входит через клемму А со скоростью i кулонов в секунду. Но, как уже отмечалось, материалы (и элементы цепей) в целом остаются электрически нейтральными. (Даже «заряженный» элемент на рис. 1 имеет нулевой полный заряд.) Следовательно, если заряд втекает в элемент через клемму А, равное количество заряда должно одновременно вытекать из элемента через клемму А’. Эта непрерывность протекания электрического тока через элемент цепи следует из нейтральности элемента в целом.

На каждом двухполюсном элементе цепи может существовать напряжение между его клеммами, и через него может протекать ток. Знаки тока и напряжения могут быть определены независимо, однако между полярностями напряжения и тока существует важное физическое соотношение, для выяснения которого обычно принимают некоторое дополнительное условие.

Читайте также:  Устройство инверторного генератора переменного тока

На рис. 4 показано, как определяются относительные полярности напряжения и тока. При выбранном направлении тока он втекает в клемму «+». При выполнении этого дополнительного условия можно определить важную электрическую величину — электрическую мощность. Рассмотрим элемент цепи на рис. 4.

Если напряжение и ток положительны, то имеется непрерывный поток положительных зарядов от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом. Чтобы поддерживать этот поток, надо отделять положительные заряды от отрицательных и вводить их в клемму «+». Это непрерывное разделение требует непрерывных затрат энергии.

Когда заряды проходят через элемент, они отдают эту энергию. А так как энергия должна сохраняться, то она или выделяется в элементе цепи в виде тепла (например, в тостере), или накапливается в нем (например, при зарядке автомобильного аккумулятора). Скорость, с которой происходит это преобразование энергии, называется мощностью и определяется выражением Р = U х I ( ватт=вольт х ампер ).

Единицей измерения мощности выбран ватт (Вт), который соответствует преобразованию энергии 1 Дж в 1 с. Мощность, равная произведению напряжения на ток с полярностями, определенными на рис. 4, является алгебраической величиной.

Если Р>0, как в рассмотренном выше случае, мощность или рассеивается, или поглощается в элементе. Если Р

Резистивные элементы

Для каждого элемента цепи можно написать определенное соотношение между напряжением на клеммах и током через элемент. Резистивным элементом является элемент, для которого соотношение между напряжением и током можно представить в виде графика. Этот график называется вольт-амперной характеристикой. Пример такой характеристики показан на рис. 5.

Вольт-амперная характеристика резистивного элемента

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика резистивного элемента

Если известно напряжение на клеммах элемента D, то по графику можно определить ток через элемент D. Аналогично, если известен ток, можно определить напряжение.

Идеальное сопротивление

Идеальным сопротивлением (или резистором) является линейный резистивный элемент. По определению линейности соотношение между напряжением и током в линейном резистивном элементе такое, что при удвоении тока напряжение также удваивается. В общем случае напряжение должно быть пропорционально току.

Пропорциональная зависимость между напряжением и током называется законом Ома для участка цепи и записывается двумя способами: U = I х R , где R — сопротивление элемента, и I = G х U, где G = I/R — проводимость элемента. Единицей измерения сопротивления является ом (Ом), а единицей проводимости — сименс (См).

Вольт-амперная характеристика идеального сопротивления приведена на рис. 6. График является прямой линией, проходящей через начало координат, с наклоном, равным I / R .

Обозначение и вольт-амперная характеристика идеального резистора

Рис. 6. Обозначение (а) и вольт-амперная характеристика (б) идеального резистора.

Мощность в идеальном сопротивлении

Выражение для мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении:

P = U х I = I 2 х R , P = U 2 /R

Так как мощность, поглощаемая,в идеальном сопротивлении, зависит от квадрата тока (или напряжения), знак мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении, зависит от знака R. Хотя иногда при моделировании некоторых типов приборов, работающих в определенных режимах, используются отрицательные значения сопротивления, все реальные сопротивления, как правило, положительны. Для этих сопротивлений поглощаемая мощность всегда положительна.

Электрическая энергия, поглощаемая сопротивлением, согласно закону сохранения энергии, должна п реобразовываться в другие виды. Наиболее часто электрическая энергия превращается в тепловую энергию, называемую джоулевым теплом. Скорость выделения джоулева тепла в сопротивлении совпадает со скоростью поглощения электрической энергии . И сключением являются те резистивные элементы (например, лампочка или громкоговоритель), в которых часть поглощаемой энергии преобразуется в другие виды (энергию светового излучения и звуковую энергию).

Взаимосвязь основных электрических величин

Для постоянного тока основные единицы представлены на рис. 7.

Взаимосвязь основных электрических величин

Рис. 7. Взаимосвязь основных электрических величин

Четыре основные единицы — ток, напряжение, сопротивление и мощность взаимосвязаны достоверно установленными зависимостями, что позволяет проводить не только прямые, но и косвенные измерения или вычислять нужные нам величины по другим — измеренным. Так, для измерения напряжения на участке цепи следовало бы иметь вольтметр, но и при отсутствии его, зная ток в цепи и сопротивление току на этом участке, можно рассчитать значение напряжения.

Источник

Электричество, ток, напряжение, сопротивление и мощность

Что такое электричество?

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Как увидеть статическое электричество

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10 -19 Кл (Кулон). Обозначается е или е – .

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Напряжение можно представить как давление, создаваемое водой

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

Электрический ток

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Направление тока и движения электронов в замкнутой цепи

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10 18 электронов) за 1 секунду.

Читайте также:  Поведение токов в схеме

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Разная скорость потоков – разная сила тока

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Одинаковая скорость потоков – одинаковая сила тока

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

График переменного и постоянного токов

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

Электрическое сопротивление на примере водопроводной трубы

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

Мощность

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Электрическая цепь на примере фонарика

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора « Знаток ». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.

Источник

Основные электрические величины

Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.

Величина Единица измерения в СИ Название электрической величины
q Кл — кулон заряд
R Ом – ом сопротивление
U В – вольт напряжение
I А – ампер Сила тока (электрический ток)
C Ф – фарад Емкость
L Гн — генри Индуктивность
sigma См — сименс Удельная электрическая проводимость
e0 8,85418781762039*10 -12 Ф/м Электрическая постоянная
φ В – вольт Потенциал точки электрического поля
P Вт – ватт Мощность активная
Q Вар – вольт-ампер-реактивный Мощность реактивная
S Ва – вольт-ампер Мощность полная
f Гц — герц Частота

Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.

Десятичный множитель Произношение Обозначение (русское/международное)
10 -30 куэкто q
10 -27 ронто r
10 -24 иокто и/y
10 -21 зепто з/z
10 -18 атто a
10 -15 фемто ф/f
10 -12 пико п/p
10 -9 нано н/n
10 -6 микро мк/μ
10 -3 милли м/m
10 -2 санти c
10 -1 деци д/d
10 1 дека да/da
10 2 гекто г/h
10 3 кило к/k
10 6 мега M
10 9 гига Г/G
10 12 тера T
10 15 пета П/P
10 18 экза Э/E
10 21 зета З/Z
10 24 йотта И/Y
10 27 ронна R
10 30 куэкка Q

Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.

Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c

В практике встречаются

Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).

1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.

В практике встречаются

Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.

1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.

Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:

R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.

Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.

Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.

Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.

Емкость измеряется в фарадах (1Ф).

1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.

В практике встречаются

Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.

Индуктивность измеряется в генри.

1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.

В практике встречаются

Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.

Электропроводность измеряется в сименсах.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник