Как определяется единица силы тока. В чём измеряется ток

Содержание:

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.

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:

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.

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:

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.

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.

С самого рождения и в течение всей жизни человека окружают электрические приборы. К ним относятся: бытовая техника, освещение наших жилищ и улиц, средства мобильной связи, даже современные автомобили переходят на электроэнергию. Все эти приборы потребляют электрический ток, одни берут его из электросетей, другие черпают от батарей и аккумуляторов, третьи от альтернативных источников энергии («ветряки», солнечные батареи и прочее). А многие ли из людей знают, какова единица измерения и что такое электрический ток? В данной статье мы ответим на эти вопросы.

Начнем, пожалуй, с основных понятий. называют направленное упорядоченное движение в проводнике заряженных частиц. Рассмотрим условия существования тока:

• наличие свободных электронов в металлическом проводнике;
• наличие электрического поля (такое поле создается благодаря источнику тока).

Теперь перейдем к рассмотрению такого понятия, как единица измерения силы тока. Эта скалярная величина обозначается латинской литерой I. Определение единицы силы тока осуществляется отношением заряда q, проходящего через поперечное сечение металлического проводника, к отрезку времени t, за которое электрический ток прошел через проводник. Соответственно формула имеет следующий вид: I = q/ t. тока показывает, какой заряд пройдет через поперечное за единицу времени.

Все довольно элементарно. Теперь разберем, какие существуют общепринятые единицы измерения силы тока. Для этого достаточно заглянуть в международную систему единиц (СИ). Из нее следует, что единица измерения силы тока - Ампер. Эта единица получила свое название в честь французского физика-математика Андре-Мари Ампера (1775-1836). Он ввел такие термины, как электродинамика, электростатика, соленоиды, ЭДС, гальванометр, электрический и другие. Ученый А. М. Ампер предугадал возникновение такой науки, как «кибернетика», он стал первооткрывателем механического взаимодействия проводников с электрическим током, ввел правило определения

Теперь попробуем разобрать это понятие с точки зрения элементарной физики. Для этого необходимо осветить свойства прохождения электрического тока по двум параллельным проводникам. Если заряженные частицы движутся по двум проводам в одном направлении, то такие проводники начнут притягиваться, а если частицы будут двигаться в разных направлениях, то проводники будут стремиться оттолкнуться друг от друга. За единицу силы тока в один ампер принято считать такую силу, благодаря которой два параллельных провода длиной в один метр, разнесенных на расстояние одного метра, начнут взаимодействовать с силой 0,0000002Н.

Подведя итог, скажем, что знание о таком понятии, как сила тока, поможет определить количество потребляемой энергии электрическими приборами. Благодаря этому легко рассчитать нагрузку проводки в вашем доме и, соответственно, обезопасить свое жилье от пожара или повреждения электрооборудования, которое часто возникает при неправильном распределении бытовых электрических приборов.

Как становится известно любому школьнику, начинающему знакомиться с физикой, каждое физическое «количество» обязательно связано с его единицей. В области электричества ампер, вольт и ватт настолько распространены, что каждый, кто сменил лампочку или предохранитель, знаком с этими названиями. Это относится к подавляющему большинству людей, независимо от их образования.

Что такое ампер

Сила тока определятся количественным показателем заряда, прошедшего по сечению провода в единичный отрезок времени. Так как I = q/t, то единица силы тока будет Кл/с (заряд измеряется в кулонах, а время в секундах).

Все электрические процессы можно описать формулами, а расчеты по этим выражениям должны производиться в определенных единицах. За единицу измерения электрического тока, кроме расчетной – Кл/с, приняли ампер.

Ампер – это базовая единица СИ, единственная из электрических, полученная из результатов эксперимента. Определение единицы измерения силы тока происходит из исследования магнетизма. Электрические токи в проводах приводят к возникновению магнитных полей (закон Био-Савара). Магнитные поля характеризуются действием магнитных сил (закон Ампера).

Официальное определение ампера в системе СИ выглядит так: если постоянный ток силой в 1 А поддерживается в двух параллельных проводниках бесконечной длины и пренебрежимо малого поперечного сечения, размещенных на дистанции 1 м в вакууме, то созданная между ними сила равна 2 х 10 (в минус седьмой степени) Н на метр длины.

Диапазон тока в разных условиях сильно варьируется, на много порядков, поэтому удобно использовать кратные величины:

• 1 мкА (микроампер) равен 0,000001 А;
• 1 мА (миллиампер) равен 0,0001 А;
• 1кА (килоампер) равен 1000 А.

Другие электрические единицы связаны с ампером и между собой. Так, например, единица напряжения вольт (В) – это Вт/А, где Вт – единица мощности, а единичная величина сопротивления Ом – это В/А. Измерение напряженности электрического поля производят в В/м.

Повседневные примеры использования силы тока:

• устройство для слухового аппарата – 0,7 мА;
• 56-дюймовый телевизор с плазменной технологией – 250/290 мА;
• небольшая духовка или тостер – 120 мА;
• лампа накаливания – 500/830 мА;
• фен – 15 мА.

История

В 80-е годы 19-го века фактическое значение ампера было определено и электролитическим методом – путем определения веса металла, который он способен осаждать из раствора за определенное время. Количество осажденного металла пропорционально всему количеству проходящего электричества.

Интересно. Результаты, полученные разными исследованиями, находились в тесном соответствии, вывод состоял в следующем: ампер представлен тем количеством тока, которое способно осаждать 4,025 грамма серебра в час или 0,001118 грамм в секунду.

Единица силы тока ампер названа в честь французского физика и математика Андре-Мари Ампера. Он провел много экспериментов, связанных с ранней наукой об электричестве. Учитывая эту новаторскую работу, многие считают его отцом электродинамики. В знак признания большого вклада Ампера в создание фундаментальных основ современной электротехники название «ампер» было установлено как стандартная единица измерения силы тока на международной конференции электриков в 1881 году.

В 2011 г. принято решение о пересмотре определения отдельных единиц, в частности ампера. Предполагается, что он будет привязан к заряду электрона, который составляет 1, 602176565 х 10 (в минус 19 степени) Кл. Тогда и 1 Кл равен 6,241509343 х 10 (в 18 степени) заряда электрона.

Другие системы единиц

В альтернативных системах, не получивших широкого распространения, присутствуют другие единицы измерения тока:

1. Система СГСМ (электромагнитная). Один абампер, или био, определяется, исходя из измерения силы в динах, а длины – в сантиметрах. Физический смысл абампера идентичный. 1 абампер = 10 ампер;
2. Система СГСЭ (электростатическая). Взаимосвязь между ампером и статампером: 1 А = 2997924536,843 статА.

Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется . Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление , но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.

Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I , а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква А . Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.

На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак "~ ", а предназначенных для измерения постоянного тока ставится "– ". Например, –А означает, что прибор предназначен для измеренная силы постоянного тока.

О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока» . Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного ток величиной до 3 Ампер.

Схема измерения силы тока Амперметром

Согласно закону, ток по проводам течет в любой точке замкнутой цепи одинаковой величины. Следовательно, чтобы измерять величину тока, нужно прибор подключить, разорвав цепь в любом удобном месте. Надо отметить, что при измерении величины тока не имеет значение, какое напряжение приложено к электрической цепи. Источником тока может быть и батарейка на 1,5 В, автомобильный аккумулятор на 12 В или бытовая электросеть 220 В или 380 В.

На схеме измерения также видно, как обозначается амперметр на электрических схемах. Это прописная буква А обведенная окружностью.

Приступая к измерению силы тока в цепи необходимо, как и при любых других измерениях, подготовить прибор, то есть установить переключатели в положение измерения тока с учетом рода его, постоянного или переменного. Если не известна ожидаемая величина тока, то переключатель устанавливается в положение измерения тока максимальной величины.

Как измерять потребляемый ток электроприбором

Для удобства и безопасности работ по измерению потребляемого тока электроприборами необходимо сделать специальный удлинитель с двумя розетками. По внешнему виду самодельный удлинитель ничем не отличается от обыкновенного удлинителя.

Но если снять крышки с розеток, то не трудно заметить, что их выводы соединены не параллельно, как во всех удлинителях, а последовательно.

Как видно на фотографии сетевое напряжение подается на нижние клеммы розеток, а верхние выводы соединены между собой перемычкой из провода с желтой изоляцией.

Все подготовлено для измерения. Вставляете в любую из розеток вилку электроприбора, а в другую розетку, щупы амперметра. Перед измерениями, необходимо переключатели прибора установить в соответствии с видом тока (переменный или постоянный) и на максимальный предел измерения.

Как видно по показаниям амперметра, потребляемый ток прибора составил 0,25 А. Если шкала прибора не позволяет снимать прямой отсчет, как в моем случае, то необходимо выполнить расчет результатов, что очень неудобно. Так как выбран предел измерения амперметра 0,5 А, то чтобы узнать цену деления, нужно 0,5 А разделить на число делений на шкале. Для данного амперметра получается 0,5/100=0,005 А. Стрелка отклонилась на 50 делений. Значит нужно теперь 0,005×50=0,25 А.

Как видите, со стрелочных приборов снимать показания величины тока неудобно и можно легко допустить ошибку. Гораздо удобнее пользоваться цифровыми приборами, например мультиметром M890G.

На фотографии представлен универсальный мультиметр, включенный в режим измерения переменного тока на предел 10 А. Измеренный ток, потребляемый электроприбором составил 5,1 А при напряжении питания 220 В. Следовательно прибор потребляет мощность 1122 Вт.

У мультиметра предусмотрено два сектора для измерения тока, обозначенные буквами А– для постоянного тока и А~ для измерения переменного. Поэтому перед началом измерений нужно определить вид тока, оценить его величину и установить указатель переключателя в соответствующее положение.

Розетка мультиметра с надписью COM является общей для всех видов измерений. Розетки, обозначенные mA и 10А предназначены только для подключения щупа при измерении силы тока. При измеряемом токе менее 200 мA штекер щупа вставляется в розетку mA, а при токе величиной до 10 А в розетку 10А.

Внимание, если производить измерение тока, многократно превышающего 200 мА при нахождении вилки щупа в розетке mA, то мультиметр можно вывести из строя.

Если величина измеряемого тока не известна, то измерения нужно начинать, установив предел измерения 10 А. Если ток будет менее 200 мА, то тогда уже переключить прибор в соответствующее положение. Переключение режимов измерения мультиметра допустимо делать только обесточив измеряемую цепь .

Рассчет мощности электроприбора по потребляемому току

Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца .

Абстрактное понятие об электрическом токе есть у каждого человека. Для электрического прибора источник питания - это нечто вроде источника воздуха для любого дышащего организма. Но на этих сравнениях понимание природы явления ограничивается, и только специалисты понимают суть глубже.

В школьной программе все проходят курс физики, в котором описаны основные понятия и законы электричества. Сухой, научный подход не вызывает интерес у детей, поэтому большинство взрослых не имеют никакого представления о том, что из себя представляет электрический ток, почему он возникает, как у него единица измерения, и как вообще что-то может двигаться сквозь неподвижные металлические провода, да еще заставлять работать электроприборы.

Простыми словами об электрическом токе

Стандартное определение из школьного учебника по физике лаконично описывает явление электрического тока. Но если говорить откровенно, то полноценно понять это можно, если изучить предмет гораздо глубже. Ведь информация изложена на другом языке - научном. Гораздо легче разобраться в природе физического явления, если описать все привычным языком, понятному любому человеку. Например, ток в металле.

Начать следует с того, что все, что мы считаем твердым и неподвижным, является таким только в нашем представлении. Кусок металла, лежащий на земле - это монолитное неподвижное тело в человеческом понимании. Для аналогии представим нашу планету в космосе, взглянув на нее с поверхности Марса. Земля кажется целостным, неподвижным телом. Если же приблизиться к ее поверхности, то станет очевидно, что это не монолитный кусок материи, а постоянное движение: вода, газы, живые существа, литосферные плиты - все это безостановочно перемещается, хотя из далекого космоса этого и не видно.

Вернемся к нашему лежащему на земле куску металла. Он неподвижен, потому что мы смотрим на него со стороны как на монолитный объект. На атомном же уровне он состоит из постоянно движущихся мельчайших элементов. Они бывают разные, но среди всех, нам интересны электроны, которые и создают в металлах электромагнитное поле, порождающее тот самый ток. Слово «ток» нужно понимать буквально, потому что когда элементы с электрическим зарядом перемещаются, то есть «текут», из одного заряженного объекта в другой - тогда и происходит «электрический ток».

Разобравшись с основными понятиями, можно вывести общее определение:

Электрический ток - это поток заряженных частиц, движущихся из тела с более высоким зарядом в тело с более низким зарядом.

Чтобы еще точнее понять суть, нужно углубиться в детали и получить ответы на несколько основных вопросов.

Видео сюжет

Ответы на главные вопросы об электрическом токе

После формулировки определения, возникает несколько логичных вопросов.

1. Что заставляет ток «течь», то есть перемещаться?
2. Если мельчайшие элементы металла постоянно перемещаются, то почему он не деформируется?
3. Если что-то перетекает из одного объекта в другой, то меняется ли масса этих объектов?

Ответ на первый вопрос прост. Как вода течет с высокой точки в низкую - так и электроны будут течь из тела с высоким зарядом в тело с низким, повинуясь законам физики. А «заряд» (или же потенциал) - это количество электронов в теле, и чем их больше - тем заряд выше. Если между двумя телами с разными зарядами будет проложен контакт - электроны из более заряженного тела потекут в менее заряженное. Так возникнет ток, который закончится тогда, когда заряды двух контактирующих тел уравняются.

Чтобы понять, почему провод не меняет структуру, несмотря на то, что в нем постоянно происходит движение, нужно представить его в виде большого дома, в котором живут люди. Размер дома не будет меняться о того, сколько людей в него заходят и выходят, а также перемещаются внутри. Человек в данном случае аналог электрона в металле - он свободно перемещается и не имеет особой массы по сравнению с целым зданием.

Если электроны перемещаются из одного тела в другое - почему масса тел не меняется? Дело в том, что вес электрона настолько мал, что, даже если удалить из тела все электроны, его масса не изменится.

Что такое единица измерения силы тока

• Сила тока.
• Напряжение.
• Сопротивление.

Если попытаться описать понятие силы тока простыми словами, лучше всего представить поток автомобилей, проходящих через тоннель. Автомобили - это электроны, а тоннель - провод. Чем больше автомобилей проходит в один момент времени через поперечное сечение тоннеля - тем больше сила тока, которая измеряется прибором под названием «амперметр» в Амперах (А), а в формулах обозначается буквой (I).

Напряжение - это относительная величина, выражающая разницу зарядов тел, между которыми идет ток. Если у одного объекта заряд очень высокий, а другого очень низкий, то между ними будет высокое напряжение, для измерения которого используют прибор «вольтметр» и единицы под названием Вольт (V). В формулах идентифицируется буквой (U).

Сопротивление характеризует способность проводника, условно медного провода, пропускать через себя определенное количество тока, то есть электронов. Оказывающий сопротивление проводник генерирует тепло, расходуя часть энергии проходящего через него тока, тем самым понижая его силу. Сопротивление вычисляют в Омах (Ом), а в формулах используют букву (R).

Формулы для вычисления характеристик тока

Применяя три физические величины, можно вычислять характеристики тока, используя Закона Ома. Он выражается формулой:

I=U/R

Где I - сила тока, U - напряжение на участке цепи, R - сопротивление.

Из формулы мы видим, что сила тока вычисляется путем деления величины напряжения на величину сопротивления. Отсюда мы имеем формулировку закона:

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Из данной формулы математическим путем можно вычислить другие ее составляющие.

Сопротивление:

R=U/I

Напряжение:

U=I*R

Важно отметить, что формула действительна только для конкретного участка цепи. Для полной, замкнутой цепи, а также других частных случаев есть другие законы Ома.

Видео сюжет

Влияние тока на разные материалы и живых существ

Разные химические элементы под действием тока ведут себя по-разному. Некоторые сверхпроводники не оказывают сопротивления движущимся сквозь них электронам, не вызывая никакой химической реакции. Металлы же при излишнем для них напряжении могут разрушаться, плавиться. Диэлектрики, не пропускающие ток, вообще не вступают с ним ни в какое взаимодействие и тем самым ограждают от него окружающую среду. Это явление успешно используется человеком при изоляции проводов резиной.

Для живых организмов ток неоднозначное явление. Он способен оказывать как благотворное, так и разрушительное воздействие. Люди давно используют контролируемые разряды в лечебных целях: от легких стимулирующих мозговую деятельность разрядов, до мощных ударов электричеством, способных запустить остановившееся сердце и вернуть человека к жизни. Сильный разряд способен привести к серьезным проблемам со здоровьем, ожогам, отмиранию тканей и даже мгновенной смерти. Работая с электрическими приборами, нужно соблюдать правила техники безопасности.

Главная » Международное право » Как определяется единица силы тока. В чём измеряется ток