назовите 4 основные единицы измерения электрического тока: -)
P — мощность тока — (ватт) ,
U — напряжение между концами проводника — (вольт) ,
I — сила тока — (ампер) ,
R — сопротивление проводника — (Ом)
Ампер, единица силы электрического тока, – одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2Ч10-7 Н.
Силой тока называется величина, которая равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к времени его протекания. Единицей измерения заряда является кулон (Кл) , время измеряется в секундах (с) . В этом случае единица силы тока выражается в Кл/с.
В 1992 г. в качестве государственного первичного эталона силы постоянного электрического тока в диапазоне 10-16 . .30 А утвержден эталон, позволяющий значительно повысить точность воспроизведения и передачи размера единицы силы тока (1 мА и 1А) с использованием косвенных измерений силы тока I = U/r, причем размер единицы электрического напряжения U – вольт – воспроизводиться с помощью квантового эффекта Джозефсона, а размер единицы электрического сопротивления r – Ом – с помощью квантового эффекта Холла.
Khan Academy does not support this browser.
Чтобы пользоваться «Академией Хана», необходимо обновить ваш веб-браузер. Чтобы начать обновление, выберите один из предложенных ниже вариантов.
If you’re seeing this message, it means we’re having trouble loading external resources on our website.
Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.
Основное содержание
Course: Физика > Модуль 12
Урок 1: Ohm’s law and circuits with resistors
Основные электрические величины: сила тока, напряжение, мощность
© 2024 Khan Academy
Основные электрические величины: сила тока, напряжение, мощность
Составьте интуитивное представление о силе тока, напряжении и мощности. Автор — Уилли МакАллистер.
Напряжение и сила тока являются основными понятиями в электричестве. Мы постараемся понять их интуитивно и построить первые мысленные модели для этих основных электрических величин. Также расскажем вам о другом важном понятии — мощность,, которая равна произведению мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.
Заряд
Понятие электричества возникло из наблюдений человеком за природой. Мы наблюдаем взаимодействие между объектами, которое, подобно гравитации, действует на расстоянии. Источник этого взаимодействия получил название заряд . Электрическая сила примечательна тем, что она гораздо больше, чем та же сила гравитации. Однако, в отличие от гравитации, существует два вида электрических зарядов, причём разные заряды притягиваются, а одинаковые — отталкиваются. Сила гравитации бывает только одна, она всегда притягивает предметы друг к другу и никогда не отталкивает.
Проводники и диэлектрики
Проводники состоят из атомов, внешние, то есть валентные, электроны которых слабо связаны с ядром, как показано на этой иллюстрации, где изображён атом меди. Когда атомы металла оказываются рядом, они охотно делятся друг с другом своими электронами, образуя «стаю» электронов, каждый из которых теряет связь со своим ядром. Достаточно даже небольшой электрической силы, чтобы эта «стая» электронов пришла в движение. Примеры хороших проводников: медь, золото, серебро, алюминий, а также солёная вода.
Кроме них, существуют ещё и слабые проводники. Вольфрам (металл, используемый в спиралях ламп накаливания) и углерод (в форме алмаза) являются относительно слабыми проводниками, потому что их электроны менее подвержены движению.
Диэлектрики — это материалы, внешние электроны которых тесно связаны с ядром. Небольшой электрической силы недостаточно, чтобы оторвать эти электроны от ядра. При воздействии на атом диэлектрика электрической силой его электронные облака вокруг атома растягиваются и деформируются, но электроны остаются привязанными к атому. В качестве примеров диэлектриков можно привести стекло, пластик, камень и воздух. Однако если к диэлектрику приложить достаточно большую электрическую силу, тогда электроны могут оторваться от ядер, такое явление называется «электрический пробой». Именно это явление вы наблюдаете, если видите в воздухе искру.
Полупроводники занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Они, как правило, способны проводить электрический ток, но лишь в определённых условиях. Самым известным полупроводником является кремний (атомный номер 14
). Благодаря тому, что мы научились контролировать проводящие и диэлектрические свойства кремния, появились такие чудеса современного мира как компьютеры и сотовые телефоны. Теория квантовой механики объясняет принципы работы полупроводниковых приборов на атомном уровне.
Электрический ток
Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Заряженные частицы движутся, образуя электрический ток. .
Зачем вы повторили это дважды?
Обратите внимание на корректность грамматики. Электрический ток представляет собой поток частиц, поэтому формально правильнее говорить «заряд течёт», а не «ток течёт». Однако среди электротехников устоялось выражение «электрический ток течёт». Это настолько устоявшаяся привычка, что сейчас такая фраза воспринимается вполне нормально, но вы при этом должны понимать, что в действительности перемещается не ток, а заряд.
Сила тока определяется как количество заряда, проходящего сквозь воображаемую преграду за единицу времени. Представьте, что вы мысленно рассекли провод в определённой точке, встали рядом и считаете, сколько зарядов проходит через это сечение за секунду. Положительным направлением тока считается направление, в котором двигались бы положительно заряженные частицы.
Поскольку сила тока — это количество заряда, проходящего сквозь воображаемую преграду за единицу времени, поэтому его можно выразить математически при помощи следующей формулы:
i = d q d t
Что такое d?
— это обозначение, из математического анализа d q / d t
, и оно означает дифференциал.
Можете воспринимать d
как небольшое изменение величины.
Например, выражение d t
означает небольшое изменение времени. Когда d
стоит в дроби, например, d q / d t
, это значит «небольшое изменение q
(заряда) произошедшее за небольшой период времени t
». Такие выражения как d q / d t
В математическом анализе d
означает настолько маленькое изменение, что его считают «бесконечно малым», то есть стремящимся к нулю. Также в этой статье вы встретите ещё одно обозначение для изменения, которое обозначается символом Δ
— это изменение высоты. Символ Δ
используется для обозначения достаточно большого конечного изменения, например, 1
секунда. Символ d
используется для обозначения очень малых изменений, близких к нулю.
Вот краткое объяснение, что такое ток.
Несколько замечаний относительно электрического тока
Чем создаётся ток в металлах? Поскольку электроны во многих металлах могут свободно перемещаться, ток в них образуется благодаря движению электронов. Положительно заряженные ядра в атомах металлов стоят на месте и в электрическом токе не участвуют. Несмотря на то, что электроны заряжены отрицательно, а почти во всех цепях электрический ток обусловливается именно движением электронов, однако положительным направлением электрического тока считается направление, в котором двигались бы положительно заряженные частицы. Это очень давняя, исторически сложившаяся договорённость.
Может ли ток создаваться движением положительных зарядов? Да, тому есть множество примеров. В частности, в солёной воде ток создаётся движением как отрицательно, так и положительно заряженных частиц. Если в обычной воде растворить столовую соль, она становится хорошим проводником. Столовая соль — это хлорид натрия, NaCl. В воде происходит его диссоциация на свободно плавающие ионы Na +
. Оба иона реагируют на электрическую силу и могут двигаться по раствору в различных направлениях. В этом случае ток создаётся движущимися атомами, заряженными как отрицательно, так и положительно. В нашем организме электрический ток также вызван движениями положительных и отрицательных ионов. Определение силы тока при этом остаётся прежним: мы точно так же считаем количество заряда, проходящего за определённый промежуток времени.
Как появляется электрический ток? Заряженные объекты движутся в ответ на приложенные электрические и магнитные силы. Эти силы могут быть вызваны электрическими или магнитными полями, которые, в свою очередь, зависят от положения и движения других зарядов.
С какой скоростью движется электрический ток? Мы редко говорим о скорости электрического тока. Чтобы ответить на вопрос о скорости тока, мы должны погрузиться в изучение сложных физических явлений, но чаще всего это не требуется. В электрическом токе нас, как правило, волнуют не метры в секунду, а заряды в секунду. Гораздо чаще нам приходится отвечать на вопрос: «Чему равна сила электрического тока?»
Как нужно говорить об электрическом токе? Когда мы обсуждаем электрический ток, мы чаще используем предлоги через, в и по. Например: ток течёт через резистор, ток течёт по проводнику или в проводнике. Если вы услышите о ток сквозь. , это должно показаться вам странным.
Единицы работы электрического тока, применимые на практике
В повседневной жизни далеко не всегда удобно использовать единицы измерения системы СИ. На этом уроке мы познакомимся с такой внесистемной единицей работы, как киловатт-час.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Единицы работы электрического тока, применимые на практике»
Все вы знаете, что в конце месяца нужно платить за электроэнергию, которая была использована в вашей квартире. В системе СИ время измеряется в секундах, но каждый раз переводить недели или месяцы в секунды — это неудобно, да и не нужно. Поэтому люди придумали единицу измерения, которой удобнее пользоваться на практике. Энергия, потребляемая из сети, будет зависеть от времени работы и от мощности того или иного прибора. Например, стиральная машина за час работы потребит больше энергии, чем лампочка за весь вечер. Итак, исходя из количества потребляемой энергии, единицей измерения, которую применяют на практике, является киловатт-час.
Так можно переводить любые единицы измерения.
Существует стоимость использования одного киловатт-часа энергии. Эта стоимость умножается на количество киловатт-часов, использованных за месяц, и мы, таким образом, получаем счет за электроэнергию. Например, 1 кВт∙ч стоит 3 рубля. Скажем, за месяц использовали 150 кВт∙ч электроэнергии. Тогда мы умножаем количество киловатт-часов на стоимость одного киловатт-часа и получаем сумму в рублях.
Для примера рассчитаем, сколько энергии израсходует утюг за месяц, если его мощность 1800 Вт и им пользуются по полчаса каждый второй день.
Поскольку в месяце 30 дней, утюг используется 15 раз в месяц по полчаса. Итого получается, что утюг работает 7,5 часов в месяц.
Ещё одна всем известная единица измерения — это лошадиная сила. Обычно именно в лошадиных силах измеряют мощность многих двигателей. Если речь идет о мощности электрического тока, то лошадиная сила равна 1 л. с. = 746 Вт. Например, мы можем вычислить, какую работу совершает двигатель мощностью 85 л. с. за 2 часа работы. Как правило, двигатель не работает постоянно на полную мощность, поэтому, будем считать, что в среднем за эти 2 часа он работал на 80 % мощности.
Появление таких единиц измерения не означает, что система СИ чем-то плоха. Наоборот, подавляющее большинство вычислений следует производить в системе СИ, а уже потом переводить полученный результат в какие угодно единицы измерения. Просто для некоторых ситуаций единицы измерения системы СИ не подходят.
Скажем, в астрономии расстояния такие большие, что километры использовать неудобно: получаются огромные числа. Например, от Солнца до Земли почти 150 млн км, а до Меркурия — около 60 млн км. Поэтому, ученые решили ввести единицу расстояния, известную, как астрономическая единица (а. е.). За астрономическую единицу как раз таки взято расстояние между Солнцем и Землей. Таким образом, расстояние от Солнца до Меркурия составляет примерно 0,4 а. е. Несмотря на это, в астрономии речь идет и о таких расстояниях, которые значительно больше астрономической единицы. В этих случаях используется световой год (несмотря на слово «год» — это единица измерения расстояния). Световой год — это расстояние, которое проходит свет в вакууме за один год.
Например, расстояние от Земли до центра нашей галактики составляет примерно 26 000 световых лет.
Производя какие-либо вычисления, нужно в первую очередь убедиться, что единицы измерения всех величин соответствуют друг другу. Например, если машина едет со средней скоростью 60 км/ч, то за 2 ч она проедет 120 км. Как мы это узнали? Мы умножили километры в час на часы и получили километры, потому что часы сократились. А вот если нам дано, что скорость машины 20 м/с, то чтобы посчитать, какое расстояние она проедет за 2 ч, нужно часы перевести в секунды, а потом только умножать на скорость. Теперь уже полученное расстояние будет измеряться в метрах, потому что скорость была дана в метрах в секунду.
Электрическая мощность. Мощность электрического тока.
В этой теме хотелось бы раскрыть понятие электрической мощности в простой и понятной форме. И, пожалуй, прежде чем говорить об электрической мощности, сперва следует определиться с понятием мощности в общем смысле. Обычно, когда люди говорят о мощности, они подразумевают некую «силу», которой обладает тот или иной предмет (мощный электродвигатель) либо действие (мощный взрыв). Но как мы знаем из школьной физики, сила и мощность — это разные понятия, но зависимость у них есть.
Первоначально мощность (N), это характеристика, относящаяся к определённому событию (действию), а если оно привязано к некоторому предмету, то с ним также условно соотносят понятие мощности. Любое физическое действие подразумевает воздействие силы. Сила (F), с помощью которой был пройден определённый путь (S) будет равняться совершенной работе (А). Ну, а работа, проделанная за определённое время (t) и будет приравниваться к мощности.
Мощность — это физическая величина, которая равна отношению совершенной работы, что выполняется за некоторый промежуток времени, к этому же промежутку времени. Поскольку работа является мерой изменения энергии, то ещё можно сказать так: мощность — это скорость преобразования энергии системы.
Разобравшись с понятием механической мощности, перейдём к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока). Как Вы должны знать U — это работа, выполняемая при перемещении одного кулона, а ток I — количество кулонов, проходящих за 1 сек. Поэтому произведение тока на напряжение показывает полную работу, выполненную за 1 сек, то есть электрическую мощность или мощность электрического тока.
Анализируя приведённую формулу, можно сделать очень простой вывод: поскольку электрическая мощность «P» в одинаковой степени зависит от тока «I» и от напряжения «U», то, следовательно, одну и ту же электрическую мощность можно получить либо при большом токе и малом напряжении, или же, наоборот, при большом напряжении и малом токе (Это используется при передачи электроэнергии на удалённые расстояния от электростанций к местам потребления, путём трансформаторного преобразования на повышающих и понижающих электроподстанциях).
Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т.д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт). Она равна произведению 1 вольта на 1 ампер. В быту и на производстве мощность удобней измерять в кВт (киловаттах, 1 кВт = 1000 Вт). На электростанциях уже используются более крупные единицы — мВт (мегаватты, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).
Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, что создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой «Q».
Простым языком активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: у нас имеется электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна, электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.
Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).
Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости от индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.
Более подробно о свойствах реактивной мощности мы поговорим в соответствующей статье, а в завершении этой темы хотелось сказать о взаимном влиянии индуктивности и ёмкости. Поскольку и индуктивность, и ёмкость обладают способностью к сдвигу фазы, но при этом каждая из них делает это с противоположным эффектом, то такое свойство используют для компенсации реактивной мощности (повышение эффективности электроснабжения). На этом и завершу тему, электрическая мощность, мощность электрического тока.
P.S. Говоря об электрической мощности электротехнических устройств мы должны помнить, что она в них ограничивается номинальными и максимальными значениями тока и напряжения, а эти ограничения уже зависят от материала, рабочих частот, технологии изготовления и прочих факторов.