Сила тока через заряд и время
Действия электрического тока, которые были описаны ранее, могут проявляться в разной степени — сильнее или слабее. Опыты показывают, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда,проходящего по цепи в 1 с.
Когда свободная заряженная частица — электрон в металле или ион в растворе кислот, солей или щелочей — движется по электрической цепи, то вместе с ней происходит и перемещение заряда. Чем больше частиц переместится от одного полюса источника тока к другому или просто от одного конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд q, перенесенный частицами.
Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 с, определяет силу тока в цепи.
Значит, сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t, т. е. I=q/t, где I — сила тока.
На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. Ознакомимся сначала с этим явлением на опыте.
На рисунках изображены два гибких прямых проводника, расположенных параллельно друг другу. Оба проводника подсоединены к источнику тока. При замыкании цепи по проводникам протекает ток, вследствие чего они взаимодействуют — притягиваются или отталкиваются, в зависимости от направления токов в них. Силу взаимодействия проводников с током можно измерить. Эта сила, как показывают расчеты и опыты, зависит от длины проводников, расстояния между ними, среды, в которой находятся проводники, и, что самое важное для нас, от силы тока в проводниках. Если одинаковы все условия, кроме силы токов, то, чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой они взаимодействуют между собой.
Представим теперь себе, что взяты очень тонкие и очень длинные параллельные проводники. Расстояние между ними 1 м, и находятся они в вакууме. Сила тока в них одинакова.
За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 0,0000002 Н. Эту единицу силы тока называют ампером (обозначается А) в честь французского ученого Ампера.
Применяют также дольные и кратные единицы силы тока: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер(кА). 1 мА = 0,001 А; 1 мкА=0,000001 А; 1 кА = 1000 А.
Чтобы представить себе, что такое ампер, приведем примеры: сила тока в спирали лампы карманного фонаря 0,25 А = 250 мА.
В осветительных лампах, используемых в наших квартирах, сила тока составляет от 7 до 400 мА (в зависимости от мощности лампы).
Через единицу силы тока — 1 А определяется единица электрического заряда — 1 Кл.
Так как I=q/t, то q = It. Полагая I=1 A, t = 1 с, получим единицу электрического заряда — 1 Кл.
1 кулон = 1 ампер · 1 секунда, или 1 Кл = 1 А·1 с = 1 А·с.
Кулон равен электрическому заряду, проходящему сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1с.
Из формулы q=It следует, что электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, зависит от силы тока и времени его прохождения. Например, в осветительной лампе, в которой сила тока равна 400 мА, сквозь поперечное сечение спирали за 1 мин проходит электрический заряд, равный 24 Кл.
Электрический заряд имеет также другое название — количество электричества.
Работа электрического тока, формула
Электрическую энергию можно получать из других видов энергии и преобразовывать в другие виды энергии. Для нее справедлив закон сохранения энергии. В проводнике носители заряда движутся под действием электрического поля, а при переносе заряда совершается работа.
Если:
W — работа электрического тока (Дж = Вт·с),
U — напряжение (В),
I — сила тока (A),
R — сопротивление цепи (Ом),
t — время протекания тока (c),
Q — переносимый током заряд,
То, работа электрического тока:
Работа электрического тока через напряжение и ток
или используя закон ома:
Работа электрического тока через напряжение и сопротивление
Работа электрического тока через ток и сопротивление
Работа электрического тока, формула
Электрическую энергию можно получать из других видов энергии и преобразовывать в другие виды энергии. Для нее справедлив закон сохранения энергии. В проводнике носители заряда движутся под действием электрического поля, а при переносе заряда совершается работа.
Если:
W — работа электрического тока (Дж = Вт·с),
U — напряжение (В),
I — сила тока (A),
R — сопротивление цепи (Ом),
t — время протекания тока (c),
Q — переносимый током заряд,
То, работа электрического тока:
Что такое сила тока
Электрический ток представляет собой направленное движение электрических зарядов. Величина тока определяется количеством электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Одним количеством электричества, проходящим по проводнику, мы еще не можем полностью охарактеризовать электрический ток. Действительно, количество электричества, равное одному кулону, может проходить по проводнику в течение одного часа, и тоже самое количество электричества может быть пропущено по нему в течение одной секунды.
Интенсивность электрического тока ко втором случае будет значительно больше, чем в первом, так как то же самое количество электричества проходит в значительно меньший промежуток времени.
Для характеристики интенсивности электрического тока количество электричества, проходящее по проводнику, принято относить к единице времени (секунде). Количество электричества, проходящее по проводнику в одну секунду, называется силой тока. В качестве единицы силы тока в системе принят ампер (а).
Сила тока — количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в одну секунду.
Сила тока обозначается английской буквой I .
Ампер — единица силы электрического тока (одна из основных единиц СИ), обозначается А. 1 А равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2•10 –7 Н на каждый метр длины.
Сила тока в проводнике равна одному амперу, если ежесекундно через поперечное сечение его проходит один кулон электричества.
Ампер — сила электрического тока, при котором через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит количество электричества, равное одному кулону: 1 ампер = 1 кулон/1 секунду.
Часто применяют вспомогательные единицы: 1 миллиампер (ма) = 1/1000 ампер = 10 -3 ампер, 1 микроампер (мка) = 1/1000000 ампер = 10 -6 ампер.
Если известно количество электричества, прошедшее через сечение проводника за некоторый промежуток времени, то силу тока можно найти по формуле: I=q/t
Если в замкнутой цепи не имеющей разветвлений, проходит электрический ток, то через любое поперечное сечение (в любом месте цепи) проходит в секунду одно и тоже количество электричества, независимо от толщины проводников. Это объясняется тем, что заряды не могут накапливаться в каком-нибудь месте проводника. Следовательно, сила тока в любом месте электрической цепи одинакова.
В сложных электрических цепях с различными ответвлениями это правило (постоянство тока во всех точках замкнутой цепи) остается, конечно, справедливым, но оно относится только к отдельным участкам общей цепи, которые могут рассматриваться как простые.
Измерение силы тока
Для измерения силы тока служит прибор, который называется амперметром. Для измерения очень малых сил тока применяются миллиамперметры и микроамперметры, или гальванометры. На рис. 1. показано условное графическое изображение амперметра и миллиамперметра на электрических схемах.
Рис. 1. Условные обозначения амперметра и миллиамперметра
Рис. 2. Амперметр
Для того, чтобы измерит силу тока нужно включить амперметр в разрыв цепи (см. рис. 3). Измеряемый ток проходит от источника через амперметр и приемник. Стрелка амперметра показывает силу тока в цепи.
Где именно включить амперметр, т. е. до потребителя (считая по направлению тока) или после него, совершенно безразлично, так как сила тока в простой замкнутой цепи (без разветвлений) будет одинакова во всех точках цепи.
Рис. 3. Включение амперметра
Иногда ошибочно считают, что амперметр, включенный до потребителя, будет показывать большую силу тока, чем включенный после потребителя. В этом случае считают, что «часть тока» тратится в потребителе для приведения его в действие. Это, конечно, неверно, и вот почему.
Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой электромагнитный процесс, сопровождаемый упорядоченным движением электронов по проводнику. Однако энергия переносится не электронами, а электромагнитным полем, окружающим проводник.
Через любое поперечное сечение проводников простой электрической цепи проходит в точности одно и то же количество электронов.
Какое количество электронов вышло от одного полюса источника электрической энергии, такое же количество их пройдет через потребитель и, конечно, поступит к другому полюсу, источника, ибо электроны как материальные частички израсходоваться при своем движении не могут.
Рис. 4. Измерение силы тока с помощью мультиметра
В технике встречаются очень большие силы тока (тысячи ампер) и очень маленькие (миллионные доли ампера).
Например, сила тока электрической плитки примерно 4 — 5 ампер, лампы накаливания — от 0,3 до 4 ампер (и больше). Ток, проходящий через фотоэлементы, составляет всего несколько микроампер. В главных проводах подстанций, дающих электроэнергию для трамвайной сети, сила тока достигает тысяч ампер.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Сила тока
Электричество играет огромную роль в современном мире. Многие бытовые устройства бесполезны, когда отсутствует электроэнергия. При этом любое из них требует ток определенного напряжения и силы, эти значения практически всегда есть на шильдиках устройств. В данной статье мы поговорим о том, что такое сила электрического тока, дадим её определение, приведём формулу силы тока.
Физический смысл силы электрического тока
Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. При таком движении заряды совершают полезную работу. Очевидно, что чем быстрее заряды проходят по проводнику, тем совершённая работа будет больше.
Однако использование обычной линейной скорости движения в случае электрического тока недостаточно. Дело в том, что ток — это движение большого числа носителей заряда, и их число может быть различно для одной и той же работы. Необходимо учитывать эту разницу наряду с линейной скоростью движения зарядов.
Поэтому гораздо целесообразнее для характеристики движения зарядов использовать не их линейную скорость, а скорость протекания общего заряда через сечение проводника. Чем больший заряд пройдёт через сечение проводника за единицу времени, тем больше «скорость» электрического тока, тем большую работу он сможет совершить.
Величина, равная отношению заряда, прошедшего по проводнику, ко времени прохождения, называется силой тока (для обозначения используется латинская буква $I$):
Из данной формулы можно вывести единицу измерения силы тока. Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, то единица силы тока равна кулону в секунду, или амперу (в честь физика А. Ампера):
Постоянный и переменный ток
Поскольку сила тока — это фактически скорость протекания заряда по проводнику, эта величина, как и обычная линейная скорость, может быть мгновенной, изменяющейся или средней. Если величина $\Delta t$ при расчете близка к нулю, то сила тока получается мгновенной. Если эта величина значительно больше нуля, то сила тока получается средней за это время.
Как и обычная линейная скорость, сила тока может расти, уменьшаться и даже становиться отрицательной. Отрицательная сила тока означает, что заряды движутся в противоположную сторону относительно направления, принятого в проводнике за положительное.
Если мгновенное значение силы тока не меняет знак, ток называется постоянным. Если изменение знака силы тока происходит, такой ток называется переменным.
Постоянный ток может быть:
- «строго постоянным» — когда мгновенное значение не меняется;
- изменяющимся — если мгновенное значение изменяется, но не до нуля;
- пульсирующим — если мгновенное значение падает до нуля.
Для переменного тока принято считать, что мгновенные положительные и отрицательные значения силы тока равны, и такой переменный ток называется симметричным. Если мгновенные положительные и отрицательные значения силы тока не равны, то такой ток называется «ассиметричным». Он рассматривается как сумма постоянного и симметричного переменного токов.
Отметим, что поскольку работа электрического тока происходит при любом движении зарядов, независимо от направления, приведённая формула силы тока не годится для нахождения средней силы переменного тока. Если ток переменный, то заряды фактически не движутся по проводнику, а только колеблются с некоторой амплитудой. Получается, что в среднем через сечение проводника заряды не идут, а работа тока при этом все равно происходит. Сила переменного тока вычисляется с помощью специальных формул, учитывающих изменение направление движения зарядов по проводнику.
Что мы узнали?
Сила тока — это физическая величина, характеризующая скорость прохождения заряда через сечение проводника. Она равна отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени прохождения. Если мгновенная сила тока не меняется, такой ток называется постоянным. Ток, в котором сила меняет знак, называется переменным.