Меню

Сила вектор единицы измерения силы тока



Единица измерения силы тока

Электрические параметры изучают в рамках школьных программ. После экзаменов быстро забываются научные определения и формулы. Между тем, базовые знания в соответствующей области нужны не только специалистам и радиолюбителям. Они пригодятся обычным пользователям для подключения бытовой техники, решения других практических задач. В этой публикации рассказано о том, что такое единица силы тока.

 Классическое определение силы тока

Об электрическом токе

Для облегчения понимания темы можно применить аналоги (сравнения) из окружающего мира. Электрические величины иногда объясняют на примере обычного трубопровода:

  • ток электронов подобен движению жидкости;
  • напряжение (разница потенциалов) – различные уровни давления;
  • при уменьшении сечения проводника увеличивается сопротивление току – таким же образом приходится повышать напор для перемещения большего количества воды за единицу времени.

Через прозрачные стенки можно наблюдать движение потока жидкости. Упростит визуальный эксперимент наличие визуальных маркеров – загрязнений. Однако самый зоркий человек не в состоянии увидеть перемещение микроскопически малых электронов.

Тем не менее, именно движение потока заряженных частиц является электрическим током. Почему такое действие даже при продолжительном времени опыта не изменяет массу (размеры) отдельных участков проводника?

Как и в случае с наблюдением, ответ на вопрос объясняется очень малой величиной рассматриваемых параметров. Электроны можно сравнить с муравьями. При переселении в другой «дом» старый муравейник сохраняет размеры (форму). Так и масса проводника не изменится заметно даже при полном удалении из него частиц с электрическими зарядами.

Что такое единица измерения силы тока

Ниже отмечены основные параметры типичной электрической цепи (в скобках приведены стандартные обозначения для формул и сокращенные наименования):

  • единицы измерения силы тока (I) – Амперы (А);
  • напряжения (U) – Вольты (В);
  • сопротивления (R) – Омы (Ом).

Для полноты изучения необходимо вспомнить о количественном показателе, мощности (W). Ее измеряют в Ваттах (Вт).

Если продолжить аналог с водой, можно сделать несколько важных промежуточных выводов. Чтобы пропустить больше жидкости (электронов) увеличивают диаметр трубы (проводника). Это решение сопровождается увеличением тока. Напряжение измеряют разницей потенциалов между двумя точками цепи. Для его увеличения изменяют нужным образом соотношение зарядов.

Сопротивление препятствует прохождению электронов. Этот процесс сопровождается преобразованием электрической энергии в тепловую. В некоторых устройствах данная особенность выполняет полезные функции.

Нагревательный элемент в бойлере отличается высоким сопротивлением (R)

Потребляемую мощность можно сравнить с количеством воды, которая поступает через определенное сечение транспортной системы за единицу времени.

Ампер единица измерения силы тока в СИ

По самому популярному международному стандарту (СИ) силе постоянного тока один ампер (1А) соответствует прохождение единичного заряда (1 кулон) за время 1 с:

Другое базовое определение создано с дополнительным использованием механических составляющих. В соответствии с ним, аналогичный ток создает силу взаимодействия 2*10-7 Ньютонов на каждый метр погонный конструкции, состоящей из двух параллельных проводников. Подразумевается размещение такого устройства в нейтральной среде (вакууме), полностью изолированной от внешних электромагнитных излучений.

Формулы для вычисления характеристик тока

Если к проводнику подключить источник постоянного тока, базовые параметры можно вычислить с помощью классической формулы. Ток в амперах равен напряжению в вольтах, деленному на электрическое сопротивление в омах:

Зависимость от мощности отображается следующим образом:

Простым преобразованием вычисляют другие величины:

  • R=U/I=U2/P=P/I2;
  • U= √P*R=I*R=P/U;
  • P=I2*R=U2/I=U*I.

Графическое представление основных формул

К сведению. В цепях переменного тока учитывают синусоидальную форму сигнала. Активные нагрузки (конденсаторы, катушки) создают фазовый сдвиг между напряжением и током.

Единицы измерения в других системах единиц

Таблица, какие есть единицы измерения тока

Система единиц Полные и сокращенные обозначения Формулы перевода
СИ Ампер (А)
СГСМ Абампер (абА), био 1 био = 10 А
СГСЭ Статоампер (статА) 1 А = 2 997 924 536,8 статА

Влияние силы тока на разные материалы

Одна и та же сила тока оказывает разное влияние при прохождении через различные материалы. Металлы, например, отличаются хорошей проводимостью. Примеси повышают сопротивление, поэтому для улучшения экономических показателей линии электропередач создают из хорошо очищенной меди. Полимерные соединения – диэлектрики, их часто используют для создания изоляции.

Вода проводит электрический ток, благодаря находящимся в ней ионам. Это свойство используют для фильтрации, создания тонких покрытий и автономных источников питания. Достаточно опустить в жидкость пластины с разноименными зарядами, чтобы обеспечить перемещение частиц в противоположных направлениях.

Слабым электрическим током стимулируют мозговую деятельность, оказывают стимулирующее воздействие на кожные покровы. Специализированные аппараты применяют в медицинских учреждениях и салонах красоты. Сильный ток опасен для человека, поэтому при работе с электричеством следует применять соответствующие средства защиты.

Амперметр

Для измерения параметра используют амперметр. Этот прибор включают в разрыв цепи, чтобы обеспечить прохождение тока через рабочий элемент. Простейшие стрелочные устройства постепенно вытесняются цифровыми. Для измерения сильных токов показания снимают с помощью специального шунта, который устанавливается параллельно.

Видео

Источник

Определение и единицы измерения силы тока и плотности тока

За количественную меру тока в проводнике (обычном металлическом проводе) принимают величину электрического заряда, проходящую через поперечное сечение

проводника в единицу времени: СИ. (А = Кл/с).

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности ее плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока: . Единица измерения — 1 А/м2.

50. Физический смысл сопротивления проводника. От чего и как зависит?(стр. 32)

Сопротивление проводника должно отражать его внутренние свойства, определяющие условия протекания по проводнику носителей тока. При данной температуре оно зависит от материала проводника и его геометрии (длины l и площади поперечного сечения проводника S ):

Удельное сопротивление проводника (единица измерения – Ом·м) характеризует электрические свойства материала проводника.

52. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС , в интегральной форме. В чем состоит физический смысл этого равенства?(стр. 36)

Равенство называют законом Ома для участка цепи, содержащего ЭДС. Из закона видно , что падение напряжения на участке цепи, содержащем ЭДС, не равно разности потенциалов на его концах : .

R- сопротивление всей внешней электрической цепи. [Ом]

I- сила постоянного тока. [А]

ε – ЭДС источника

r- внутреннее сопротивление источника ЭДС

54. Формулы для расчета эквивалентной ЭДС при параллельном и последовательном соединении проводников. (взято со справочника!)

Причина возникновения ЭДС – сила Лоренца.

ЭДС – электродвижущая сила [Вольт].

Эта формула используется в любом проводнике, движущемся в магнитном поле, если . Если между векторами и есть угол, то используется формула . Так как , а , то .

● Другой способ вывода формулы ЭДС в движущемся проводнике.

Т.к. электроны начинают под действием силы Лоренца перемещаться к одному из концов проводника, то возникает электрическое поле. Оно будет возрастать до тех пор, пока электрическая сила не уравновесит силу Лоренца.

. Учитывая, что получим:

( — угол между направлениями тока и ).

Явление существенно при движении проводников значительной длины или с большой скоростью. Знак можно определить по правилу правой руки.

56. Напишите уравнение баланса мощностей в замкнутой электрической цепи. При каком условии мощность во внешней цепи будет максимальна? (стр. 36)

1. Используя закон Ома , => — баланс мощностей в замкнутой цепи: мощность, вырабатываемая источником, расходуется на мощность, выделяющуюся во внешней цепи, и мощность, теряемую в источнике.

— полная мощность источника

R- сопротивление всей внешней электрической цепи. [Ом]

I- сила постоянного тока. [А]

ε – ЭДС источника

r- внутреннее сопротивление источника ЭДС

2. Максимального значения ( ) мощность достигает при силе тока . Таким образом, получением максимально возможной мощности от данного источника тока происходит при , что называется согласованием нагрузки.

58. Напишите закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах. Поясните смысл отдельных величин. (стр. 40; http://frutmrut.ru/zakon-dzhoulya-lenca/)

Закон Джоуля-Ленца в локальной (дифференциальной) форме предполагает связь локальных характеристик протекания тока с теплом, выделяющимся в единице объема проводника в единицу времени (удельной тепловой мощностью ).

Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме (в тонких проводах):

— Количество теплоты, выделяемое током силой I, текущим по проводнику с сопротивлением R за промежуток времени от 0 до t.

— удельная тепловая мощность [Вт]

— Плотность электрического тока ( вектор плотности тока) [A/м 2 ]

— Напряжённость электрического поля [В/м]

— Проводимость среды ( удельная проводимость)

— Сила тока в проводнике [А]

60. В чем состоит опыт Стюарта и Толмена и его результат? (стр. 40)

(1916) С помощью баллистического гальванометра был измерен заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за время торможения. Расчеты показали, что удельный заряд носителя очень близок к удельному заряду электрона. Таким образом, было доказано, что носителями тока в металлах являются свободные электроны.

62. От чего и как зависит проводимость металлов согласно классической электронной теории ? (стр. 42-43)

Из следует, что в отсутствии столкновений, когда длина свободного пробега неограниченно велика, так же велика и проводимость металла. Получается, что, электрическое сопротивление металла, согласно классической теории, обусловлено столкновениями с ионами кристаллической решетки.

64. Какие утверждения можно сделать, опираясь на совокупность опытных фактов, касающихся взаимодействия движущихся зарядов? (стр. 45)

Многочисленные опытные факты, касающиеся взаимодействия движущихся электрических зарядов (притяжение или отталкивание электрических токов, действие тока на магнитную стрелку, рамку с током и т.п.), позволяют сформулировать следующие утверждения, базирующиеся на полевом принципе взаимодействия:

— движущиеся электрические заряды (токи) видоизменяют свойства окружающего их пространства, порождают магнитное поле;

— магнитное поле проявляет себя тем, что действует на находящиеся в нем другие движущиеся электрические заряды (токи) с некоторой силой.

66. Напишите формулы сил Ампера и Лоренца, по какому правилу определяется их направление? Сформулируйте это правило. (стр. 48)

● Сила Лоренца. На заряд q, движущийся со скоростью в магнитном поле индукцией ,действует сила (Лоренца) .

Направление силы проще всего определить с помощью правила левой руки — расположить левую руку так, чтобы вытянутые пальцы указывали направление движения положительного заряда, вектор индукции входил в ладонь, тогда отогнутый большой палец укажет направление действия силы (рис. 18.5). Если заряд отрицательный, направление вектора силы будет противоположным. Важно помнить, что вектор силы Лоренца перпендикулярен плоскости, в которой лежат вектора и . Формула силы Лоренца является результатом обобщения многочисленных опытных фактов.

● Сила Ампера. Сила, действующая на проводник с током расположенный в магнитном поле, есть результат действия сил Лоренца на движущиеся по проводнику электрические заряды.

Так как проводник – объект протяженный, и отдельные его участки расположены в разных областях поля, имеет смысл говорить о силе, действующей на элемент тока. Эта сила называется силой Ампера.

Принцип суперпозиции сил Лоренца позволяет написать:

68. В чем состоит смысл вектора магнитной индукции? (стр. 45 и http://ru.wikipedia.org/wiki/Магнитная _индукция)

Согласно правилу векторного произведения , вектор индукции перпендикулярен плоскости, в которой лежат вектора, и направлен по правилу правого винта.

Магнитная индукция определяет, с какой силой F магнитное поле действует на заряд q, движущийся со скоростью .

Более конкретно, B — это такой вектор, что сила Лоренца F, действующая со стороны магнитного поля на заряд q, движущийся со скоростью , равна , где α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора F перпендикулярно им обоим и направлено по правилу буравчика).

70. Сформулируйте словесно и в виде формулы теорему Гаусса для магнитного поля. (стр. 49)

Поток вектора магнитной индукции поля точечного заряда через произвольную замкнутую поверхность будет равен нулю .

Таким образом, поток вектора магнитной индукции через произвольную замкнутую поверхность равен нулю.

B — Магнитная индукция [Тесла=Тл]

72. Какая величина называется магнитным моментом? (стр. 56)

Магнитный момент рамки с током – вектор, равный произведению силы тока в рамке на вектор площади рамки. , где I – сила тока в контуре [А], – площадь контура [м 2 ], — магнитный дипольный момент [A∙ м 2 ].

Магнитный момент можно считать количественной мерой, определяющей индукцию магнитного поля диполя на больших расстояниях от источника.

74. В чем состоит причина изменения вектора магнитной индукции в присутствии вещества? (стр. 54)

Присутствие вещества оказывает определенное влияние на магнитное поле, образованное, например, макротоками (токами, текущими по проводам).Для большого класса веществ (исключая ферромагнетики) выполняется прямая пропорциональность между индукцией внешнего поля и индукцией поля в веществе. Этот факт записывают в виде .

Формально, учет влияния среды сводится к введению коэффициента пропорциональности μ , характеризующего ее магнитные свойства и определяемого опытным путем. Величина μ , показывает, как и во сколько раз индукция поля в веществе отличается от индукции поля в вакууме при тех же источниках и называется относительной магнитной проницаемостью вещества.

С учетом , для индукции поля в присутствии вещества, соответственно, находим . Напряженность магнитного поля в СИ измеряется в А/м (ампер/метр).

76. Дайте определение вектору намагниченности, как он связан с напряженностью внешнего магнитного поля?(стр. 57-58)

Намагниченность – векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела.

Намагниченность вещества – упорядочение, моментов относительно этого поля. Чем сильнее поле , тем лучше упорядоченность , тем сильнее намагниченность вещества.

, — [А·м −1 ], V – объем [м 3 ], P – мощность [Вт].

Намагниченность принято связывать не с магнитной индукцией, а с напряженностью поля. Полагают, что в каждой точке магнетика , где χ – магнитная восприимчивость.

78. Каковы характерные особенности диамагнетиков? (стр. 60)

Появление в веществе индуцированного магнитного момента в направлении противоположном внешнему полю, что ослабляет его.

80. Каковы характерные особенности парамагнетиков?(стр. 62)

Для парамагнетиков характерно – магнитный момент атома отличен от нуля мало по величине и уменьшается с ростом температуры; .

82. Каковы характерные особенности ферромагнетиков?(стр. 63)

Сильномагнитные вещества, , обладающие явлением магнитного гистерезиса.

84. Что называют магнитным доменом?

Домен – область спонтанной намагниченности в ферромагнитном кристалле.

86. В чем состоит правило Ленца? Поясните ответ рисунками.(стр. 66)

Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит: Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.

88. В чем состоит гипотеза Максвелла?(стр. 68)

Максвелл предположил, что появление ЭДС индукции в неподвижном контуром вызвано вихревым электрическим полем, порождаемое переменным магнитным полем.

90. Поясните физический смысл индуктивности проводника применительно к замкнутому контуру.(стр. 69)

Индуктивность контура показывает, какой магнитный поток пронизывает контур при силе тока в нём равном 1 А. Единица измерения индуктивности: [L]=Гн (генри).

92. Напишите дифференциальное уравнение и закон изменения силы тока при замыкании электрической цепи.(стр. 71)

Любое изменение тока в цепи порождает появление в ней ЭДС самоиндукции.

94. Напишите формулы для энергии магнитного поля. На каком основании можно утверждать, что магнитное поле обладает энергией?(стр. 72)

Опыт с лампочкой доказывает о существовании энергии магнитного поля, т.к. после отключения источника питания некоторое время лампочка продолжает гореть.

96. Какое из уравнений Максвелла отражает тот факт, что источником электрического поля являются электрические заряды?(стр. 75)

Согласно уравнениям Максвелла (первое и третье), источниками электрического поля могут быть либо непосредственно электрические заряды, либо меняющиеся во времени магнитные поля.

98. Что называют током смещения?(стр. 73)

, ток протекает через конденсатор, где dq- заряд, пришедший на обкладку конденсатора за время dt.

100. В чем состоит физический смысл теоремы о циркуляции, входящей в уравнения Максвелла? (стр. 73)

Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.

¨ Карев А. С., Флеров В. Д. , Михайлова А.А., Прахова К. А.

Источник

Сила вектор единицы измерения силы тока

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

Сила тока

Сила тока с точки зрения гидравлики

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

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород

дети поливают огород

Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же 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.

В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод – это шланг. Тонкий провод – это тонкий в диаметре шланг, толстый провод – это толстый в диаметре шланг, можно сказать – труба. Молекулы воды – это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, “разрезал” его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

I – собственно сила тока, Амперы

N – количество электронов

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

Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

сила тока формула

Δq – это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt – тот самый промежуток времени, секунды

I – сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10 -19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅10 18 электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.

Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅10 18 электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока – это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам, Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову – это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу – это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум – это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе – это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет “протащить” через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его “порвет”, то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

Как только сила тока через тонкий проводок предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.

сгоревший плавкий предохранитель

Поэтому, силовые кабели, через которые “бегут” сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

сопротивление проводника

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

удельное сопротивление материалов

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

формула закона Омазакон Ома

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм 2 . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

сила тока в проводнике

задача на силу тока в проводнике

решение задачи сила тока в проводнике

Как измерить силу тока?

Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы – амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.

как измерить силу тока

Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.

Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое “сила тока”.

Источник

Формула силы тока

Определение и формула силы тока

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.

Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока. Эффективной величиной силы переменного тока (Ieff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равную работе переменного тока в течение одного периода (T):

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

$$I=I_ \sin \omega t$$

то Im – амплитуда силы тока ($\omega$ – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока ($\bar$). При этом:

где $\alpha$ – угол между векторами $\bar$ и $\bar$ ( $\bar$ – нормаль к элементу поверхности dS), jn – проекция вектора плотности тока на направление нормали ($\bar$).

Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:

где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S ($\alpha \equiv 0$)

Для постоянного тока имеем:

Если рассматривать два проводника с сечениями S1 и S2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:

Сила тока в соединениях проводников

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:

При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):

Закон Ома

Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):

где $\varphi_<1>$ — $\varphi_<2>$ – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, $\varepsilon$ — ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи.

Единицы измерения силы тока

Основной единицей измерения силы тока в системе СИ является: [I]=A(ампер)=Кл/с

Примеры решения задач

Задание. Какой заряд (q) проходит через поперечное сечение проводника за промежуток времени от t1=2c до t2=6c, если сила тока изменяется в соответствии с уравнением: I=2+t, где сила тока в амперах, время в секундах?

Решение. За основу решения задачи примем определение мгновенной силы тока:

В таком случае, заряд, который проходит через поперечное сечение проводника, равен:

Подставим в выражение (1.2) уравнение для силы тока из условий задачи, примем во внимания границы изменения участка времени:

Ответ. q=24 Кл

Формула силы тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A, находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U. Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока, которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна $\varepsilon$.

Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:

При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине) рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движении удобно искать в виде:

Емкость при параллельном соединении конденсаторов равна:

Формула для расчета емкостей C1 и C2 плоских конденсаторов имеет вид:

где $\varepsilon_<0>$ – электрическая постоянная, переменной величиной при погружении системы в керосин является площадь обкладок S:

$$S_<2>=A \cdot v \cdot t ; S_<1>=A \cdot(A-v t)$$

Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:

Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:

Ответ. $I=\frac <\varepsilon_<0>U A v>(\varepsilon-1)$

Источник

Читайте также:  Допустимые токи для кабелей до 1кв