Единица измерения силы тока: как обозначается и вычисляется по формуле

Электрический ток

Электричество течет по проводам. И просто «течет», почти как вода. Представьте, что вы счастливый фермер, который решил полить свой сад из шланга. Он слегка повернул кран, и вода тут же потекла по шлангу. Медленно, но не двигаясь, он бежал.

Мощность струи очень слабая. Итак, вы решили, что вам нужно больше давления, и открыли кран на полную мощность. В результате струя прорастет настолько сильно, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.

Теперь представьте, что вы наполняете два ведра двумя шлангами. У зеленого давление сильнее, у желтого слабее. Ведро, наполненное водой из шланга с сильным напором, наполнится быстрее. Все дело в том, что объем воды за один и тот же период времени из двух разных шлангов тоже разный. Другими словами, количество молекул воды в зеленом шланге будет истощено гораздо больше, чем в желтом за тот же период времени.

Если взять проводник с током, произойдет то же самое: по проводнику будут двигаться заряженные частицы, как молекулы воды. Если по проводнику будет двигаться больше заряженных частиц, то и «напор» будет увеличиваться.

• Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Сила тока

Сразу возникает потребность в величине, с помощью которой мы будем измерять «напор» электрического тока. Таким образом, что она зависит от количества частиц, которые циркулируют по проводнику.

Сила тока — физическая величина, показывающая, какое количество заряда прошло через проводник в единицу времени.

Как определяется сила тока?

Сила тока обозначается буквой I

Сила тока I = кв/т I — сила тока А q — нагрузка С т — время с

Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана неспроста.

Прежде всего, он назван в честь физика Андре-Мари Ампера, изучавшего электрические явления. А во-вторых, единица этой величины выбрана исходя из явления взаимодействия двух проводников.

Здесь аналогия с водопроводом, к сожалению, не пройдет. Водяные шланги не притягиваются и не отталкиваются друг от друга рядом друг с другом (а жаль, это было бы весело).

Когда ток течет по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу. А когда они идут в обратном направлении (по тем же проводникам) они отталкиваются друг от друга.

За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

Домашнее задание

Найти силу тока в цепи, если за 2 с через нее проходит заряд, равный 300 мКл.

Решение:

Возьмем формулу силы тока

I = кв/т

Подставьте значения

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: ток в цепи 150мА

Чтобы хорошо запомнить теорию, требуется много практики. Курс классической физики для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — отличная возможность попрактиковаться в решении задач.

Ампер – единица измерения силы тока в СИ

Единица напряжения

По наиболее популярному международному стандарту (СИ) один ампер (1А) постоянного тока соответствует прохождению единичного заряда (1 кулон) за 1 с:

1А = 1Кл/1с.

Еще одно базовое определение создается с дополнительным использованием механических компонентов. В соответствии с этим аналогичный ток создает силу взаимодействия 2*10-7 Ньютон на погонный метр конструкции, состоящей из двух параллельных проводников. Он предполагает размещение такого устройства в нейтральной (пустой) среде, полностью изолированной от внешнего электромагнитного излучения.

Формулы для вычисления характеристик тока

Люмен — единица измерения светового потока

Если к проводнику подключен источник постоянного тока, то основные параметры можно рассчитать по классической формуле. Сила тока в амперах равна напряжению в вольтах, деленному на электрическое сопротивление в омах:

Я = У/Р.

Зависимость от мощности представлена ​​следующим образом:

I = P/U = √P/R.

Остальные величины рассчитываются простым преобразованием:

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

Довожу до вашего сведения. В цепях переменного тока учитывается синусоидальная форма волны. Резистивные нагрузки (конденсаторы, катушки) создают фазовый сдвиг между напряжением и током.

Единицы измерения в других системах единиц

Таблица, какие есть единицы измерения силы тока

Система единиц Полное и сокращенное обозначение Формулы преобразования

ДА	Ампер (А)	—
SMS	Абампер (abA), биография	1био = 10А
СГСЭ	Статоампер (statA)	1 A = 2 997 924 536,8 статистики

Влияние силы тока на разные материалы

Одна и та же сила тока имеет разный эффект при прохождении через разные материалы. Металлы, например, являются хорошими проводниками. Примеси повышают сопротивление, поэтому для улучшения экономических показателей линии электропередач создают из хорошо очищенной меди. Полимерные соединения являются диэлектриками, часто используемыми для создания изоляции.

Вода проводит электричество из-за содержащихся в ней ионов. Это свойство используется для фильтрации, создания тонких слоев и автономных источников питания. Достаточно опустить в жидкость пластины с противоположными зарядами, чтобы обеспечить движение частиц в противоположных направлениях.

Слабый электрический ток стимулирует мозговую деятельность, оказывает возбуждающее действие на кожу. Специализированные аппараты используются в медицинских учреждениях и салонах красоты. Сильный ток опасен для человека, поэтому при работе с электричеством необходимо использовать соответствующие средства защиты.

Проводники и диэлектрики

Одни делят мир на черное и белое, а мы делим его на проводники и диэлектрики.

• Проводники – это материалы, проводящие электричество. Металлы являются лучшими проводниками.
• Диэлектрики – это материалы, не проводящие электричество. Легкий!

Водители	Диэлектрики
Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам	Воздух, дистиллированная вода, ПВХ, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухая древесина, каучук

То, что диэлектрик не проводит электричество, не означает, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передачи.

Направление тока

Раньше в учебниках по физике писали так: однажды решили, что ток идет от плюса к минусу, а потом узнали, что по проводам текут электроны. Но эти электроны отрицательные, а это значит, что они не могут опуститься. Но так как мы уже договорились о направлении, то оставим как есть. Вот и возник вопрос у всех: почему нельзя изменить направление тока? Но никто не получил ответа.

Сейчас пишут немного иначе: положительные частицы текут по проводнику от плюса к минусу, туда и направлен ток. Здесь ни у кого нет вопросов.

Так какая версия правильная? На самом деле оба. Носители заряда в каждом типе материала разные. В металлах это электроны, в электролитах — ионы. Каждый вид частиц имеет свои признаки и необходимость бежать к полюсу противоположного заряда от источника тока. Мы не будем выбирать направление тока для каждого типа материала, чтобы решить проблему! Поэтому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве школьных курсовых заданий направление тока роли не играет, но есть то коварное меньшинство, где этот момент будет очень важен. Поэтому помните: мы направляем ток от большего к меньшему.

Источник тока

Вода в шланг берется из водопровода, кран с водой в земле, в общем не из ничего. Электрический ток также имеет свой источник.

В качестве источника может выступать, например, гальванический элемент (семейная батарея). Аккумулятор работает на основе химических реакций внутри него. Эти реакции высвобождают энергию, которая затем передается в электрическую цепь.

Любой источник обязательно имеет полюса: «плюс» и «минус». Полюса – это его крайние положения. По сути клеммы, к которым подключается электрическая цепь. На самом деле ток просто течет от «+» к «-».

Амперметр

Мы знаем, куда идет ток, в чем измеряется сила тока, как ее рассчитать, зная нагрузку и время, за которое эта нагрузка прошла. Осталось только измерить.

Прибор для измерения силы тока называется амперметром. Его включают в электрическую цепь последовательно с проводником, на котором измеряют силу тока.

Амперметры бывают самые разные в зависимости от принципа действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индуктивные, и это только самые распространенные.

Мы рассмотрим только принцип работы теплового амперметра, потому что для понимания принципа работы других приборов необходимо знать, что такое магнитное поле и катушки.

Термоамперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Он устроен следующим образом: тонкий трос крепится к двум неподвижным зажимам. Эта тонкая проволока натянута шелковой нитью, прикрепленной к пружине. По пути эта нить вращается вокруг неподвижной оси, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подается на неподвижные зажимы и проходит по кабелю (на рисунке стрелками показан путь тока).

Под действием тока проволока немного нагревается, за счет чего удлиняется, в результате чего пружина оттягивает шелковую нить, прикрепленную к проволоке. Движение нити будет вращать ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет значение измерения.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз посмотрим на водяной шланг и зададим себе вопросы. Что определяет расход воды? Первое, что приходит на ум, это давление. Почему молекулы воды движутся слева направо на рисунке ниже? Потому что давление слева больше, чем справа. Чем выше давление, тем быстрее вода будет бежать по шлангу, это элементарно.

Теперь вопрос: как можно увеличить количество электронов в площади поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум, это повышение давления. При этом расход воды увеличится, но сильно вы его не увеличите, так как шланг порвется, как грелка во рту Тузика.

Второй – поставить шланг большего диаметра. В этом случае количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге.

Все те же выводы можно применить и к обычному кабелю. Чем больше его диаметр, тем больше он может «протащить» через себя ток. Чем меньше диаметр, желательно меньше нагружать, иначе он «порвется», то есть тупо сгорит. Это принцип плавких предохранителей. Внутри предохранителя находится тонкий провод. Его толщина зависит от величины тока, на которую он рассчитан.

Как только ток через тонкую проволоку предохранителя превышает ток, на который рассчитан предохранитель, проволока предохранителя сгорает и размыкает цепь. Ток больше не может течь через перегоревший предохранитель, так как проводка к предохранителю разомкнута.

Поэтому силовые кабели, по которым «бегают» 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 в физике загадки с вопросом: какая сила тока действует на проводник? Проводник, он же провод, может иметь разные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого изготовлена ​​проволока; длина, что тоже играет немаловажную роль.

Как измерить силу тока?

Для измерения величины тока мы должны пользоваться специальными приборами — амперметрами. В настоящее время ток можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который может измерять ток, напряжение, сопротивление и многое другое. Чтобы измерить силу тока, мы должны таким образом вставить наш прибор в разомкнутую цепь.

Формулами

Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение значения нагрузки отображается в показателях других величин. Кроме того, эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике часто используют соответствующие формулы для нахождения силы тока.

Через заряд и время

Вспомните определение (рис. 1): электричеством называется величина движимого силами электрического поля заряда, превышающего условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника, в единицу времени.

Рис. 1. Определение понятия силы тока

Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник в данное время, то нетрудно найти величину этого заряда, прошедшего в единицу времени, то есть: I = q/t

Через мощность и напряжение

В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы в которой он предназначен. Имея в своем распоряжении эти данные, можно рассчитать действующую силу по формуле: I = P/U.

Это выражение получено из формулы расчета мощности: P = UI.

Через напряжение или мощность и сопротивление

Сила электричества в цепи определяется законом Ома. Для этого нужно знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Итак, я = U/R. Если мощность нагрузки известна, то ее можно выразить через произведение квадрата силы тока на сопротивление сечения: P = I2R, откуда

Для полной схемы это значение рассчитывается по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.

Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R

Применяя закон Ома, адаптированный ко всей цепи, максимальный ток можно рассчитать по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:

• внешнее сопротивление проводников (R);
• ЭДС источника питания (ε);
• внутреннее сопротивление источника с ЭДС (r′).

Примечание! Реальные источники питания имеют внутреннее сопротивление. Так как в электрической цепи
показатель силы тока может уменьшиться из-за увеличения сопротивления источника питания или в результате падения ЭДС. Именно из-за увеличения внутреннего сопротивления аккумулятор садится и ЭДС аккумуляторов ослабевает.

Закон Джоуля-Ленца

Казалось бы, расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагрева проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Давайте посмотрим на это на примере.

Пусть необходимо найти силу тока при работе электрочайника. Для этого вскипятите 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура была 10 ºС. Значит Q = См (τ — τ0) = 4200 Дж/кг × 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.

Рис. 2. Закон Джоуля–Ленца

Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) следует формула:

Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.

Измерительными приборами

Если под рукой есть измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Нужно только соблюдать правила измерения и не забывать о правилах техники безопасности.

Амперметром

При использовании приборов для измерения силы тока помните, что в цепь они включаются последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень мало, поэтому прибор легко вывести из строя, если измерения проводить за пределами его расчетных значений.

Схема подключения амперметра представлена ​​на рисунке 3. Учтите, что на измеряемом участке электрической цепи должна быть нагрузка.

Рис. 3. Схема подключения амперметра

Большинство аналоговых амперметров, подобных показанным на рис. 4, предназначены для измерения параметров в цепях постоянного тока.

Рис. 4. Аналоговый амперметр

Обратите внимание на расположение шкалы амперметра. Цена первого деления — 50 А, а всех последующих — 10 А. Максимальное значение, которое можно измерить этим амперметром, не должно превышать 300 А. Для измерения электрических величин в меньших или больших пределах необходимы соответствующие приборы, рассчитанные на такие диапазоны его следует использовать. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

При измерении постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Чтобы подключить устройство, нужно разорвать цепь. Это не всегда удобно. Иногда расчет силы тока по формуле предпочтительнее, особенно если предстоит измерение в сложных электрических цепях.

Мультиметром

Преимущество мультиметра в том, что это устройство многофункционально. Современные цифровые мультиметры. Имеют режимы для измерений в цепях постоянного и переменного тока. В режиме измерения тока это измерительное устройство включается в цепь так же, как и амперметр.

Перед подключением мультиметра к цепи всегда проверяйте режим измерения и выбирайте пределы измерения, заведомо превышающие ожидаемую силу тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

Для работы с переменным напряжением переведите прибор в соответствующий режим. Прочтите отображаемые значения после того, как цифры перестанут мигать.

Примеры

Покажем на простых примерах, как решать задачи на расчет силы тока по формуле.

Домашнее задание 1.

На участке цепи параллельно соединены три резистора (см рис. 5). Значения сопротивления резисторов: R1 = 5 Ом; R2 = 25 Ом; R3 = 50 Ом. Требуется рассчитать силу тока для каждого резистора и для всей секции, если поддерживается постоянное напряжение 100 В.

Рис. 5. Пример 1

Решение: При параллельном соединении элементов нагрузки U = постоянная, т е напряжение на всех резисторах одинаково и равно 100 В. Итак, по закону Ома I = U/R

• I1 = U/R1 = 100/5 = 20 А;
• I2 = U/R2 = 100/25 ≈ 4 А;
• I3 = U/R3 = 100/50 = 2 А.

Для расчета нужного параметра для всего участка цепи нам необходимо знать полное сопротивление этого участка. Учитывая, что при параллельном соединении элементов нагрузки в цепи их полное сопротивление равно:

Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3,85 (Ом)

Итак: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.

Отвечать:

• Сила тока в резисторах: I1 = 20 А; I2 = 4А; I3 = 2А
• Сила тока, подаваемого на рассматриваемый участок цепи, равна 26 А.

Задача 2.

Мощность электрочайника 2 кВт. Питается чайник от городской сети 220 В. Сколько электроэнергии потребляет этот прибор?

Решение:

Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включая напряжение и мощность: I = P/U.

• перевести 2 кВт в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
• Подставляем данные: I = 2000 Вт/220 В ≈ 9 А
• Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9А.

Задача 3.

Рассчитайте силу тока в цепи, если известно, что сопротивление 5 Ом, ЭДС источника питания 6 В, а его внутреннее сопротивление 1 Ом.

Решение.

Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)

I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.

Ответ: сила тока 1А.

Задача 4.

Сколько энергии потребляет электрическая плита за 2 часа работы, если сопротивление нагревательного элемента 40 Ом?

Решение:

За время t электричество совершит работу A = U*I*t.

Напряжение сети известно – оно равно 220 В. Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U2/R)*к

A = ((220В)2/40 Ом) * 2ч = 2420Втч = 2,42кВтч

Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВтч электроэнергии.

Используя формулы расчета параметров электричества, используя фундаментальные законы физики, можно найти неизвестные данные о составных элементах электрических цепей и приборов для оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить текущие известные параметры, которые можно использовать в последующих расчетах. Обычно это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.

Если можно обойтись без измерения амперметром, лучше прибегнуть к расчетам, даже если для этого требуется измерение напряжения. Такое измерение можно сделать без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать с помощью амперметра.

Сила тока некоторых электроприборов

Для лучшего понимания того, сколько на практике составляет ампер, в таблице 1 приведены средние значения силы тока для некоторых электрических устройств.

Устройство	Значение тока $I$, А
Фонарик лампочка	0,1
Обычная лампа накаливания	0,3 — 0,5
Холодильник	0,8 — 1
Телевидение	1,2 — 2
Электрический утюг	3
Пылесос	4 — 9
Стиральная машина	6 — 10
Троллейбусный двигатель	160 — 220
Вспышка молнии	более 400 000

Таблица 1. Текущие значения у различных потребителей электроэнергии