Электрический ток измеряется. Сила тока: что это такое, формула, единицы измерения и способы измерения

Что такое сила электрического тока. Как обозначается сила тока в формулах. В каких единицах измеряется сила тока. Как рассчитать силу тока по формуле. Какими приборами можно измерить силу тока в цепи. Чем отличается сила тока от напряжения.

Что такое сила электрического тока

Сила электрического тока — это физическая величина, характеризующая интенсивность направленного движения электрических зарядов в проводнике. Она показывает, какое количество электричества проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Проще говоря, сила тока определяет, насколько «сильно» течет электричество по проводам. Чем больше сила тока, тем больше электронов движется по проводнику за секунду.

Обозначение силы тока в формулах

В формулах и расчетах сила электрического тока обозначается латинской буквой I.

Это обозначение происходит от английского слова «Intensity» (интенсивность). Иногда также можно встретить обозначение силы тока буквой J.

Единицы измерения силы тока

Основной единицей измерения силы электрического тока в Международной системе единиц (СИ) является ампер (А).

Один ампер — это сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2 × 10−7 Н на каждый метр длины.

Также используются кратные и дольные единицы:

• Миллиампер (мА) = 0,001 А
• Микроампер (мкА) = 0,000001 А
• Килоампер (кА) = 1000 А

Формула для расчета силы тока

Основная формула для расчета силы электрического тока выглядит следующим образом:

I = q / t

где:

• I — сила тока (А)
• q — электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника (Кл)
• t — время прохождения заряда (с)

Таким образом, сила тока численно равна электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Как измерить силу тока

Для измерения силы электрического тока используется специальный прибор — амперметр. Он включается в электрическую цепь последовательно с тем участком, на котором нужно измерить ток.

Существует несколько типов амперметров:

• Магнитоэлектрические — работают на принципе взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с током в катушке
• Электромагнитные — основаны на взаимодействии магнитного поля катушки с током и ферромагнитного сердечника
• Электродинамические — используют взаимодействие магнитных полей двух катушек с током
• Цифровые — преобразуют аналоговый сигнал в цифровой и выводят значение на дисплей

Современные цифровые мультиметры позволяют измерять не только силу тока, но и напряжение, сопротивление и другие электрические величины.

Чем отличается сила тока от напряжения

Сила тока и напряжение — это две разные, но связанные между собой характеристики электрического тока:

• Сила тока показывает количество электричества, проходящего через проводник за единицу времени
• Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению заряда между двумя точками цепи

Образно говоря, если сравнивать с водопроводом:

• Сила тока аналогична количеству воды, протекающей по трубе в единицу времени
• Напряжение можно сравнить с давлением воды в трубе

Связь между силой тока и напряжением устанавливает закон Ома: I = U / R, где U — напряжение, а R — сопротивление участка цепи.

Примеры значений силы тока

Чтобы лучше представлять, что означают те или иные значения силы тока, приведем несколько примеров:

• 0,001 А — ток, проходящий через светодиодную лампочку
• 0,1-0,5 А — ток зарядки смартфона
• 10-16 А — максимальный ток в бытовой розетке
• 100-200 А — пусковой ток автомобильного стартера
• 1000-5000 А — ток в линиях электропередач
• До 200 000 А — сила тока в молнии

Влияние силы тока на организм человека

Сила электрического тока имеет большое значение с точки зрения безопасности. При прохождении через тело человека ток оказывает различное воздействие в зависимости от силы:

• 0,5-1,5 мА — слабое покалывание
• 2-3 мА — ощутимый удар
• 5-7 мА — болезненные сокращения мышц
• 20-25 мА — паралич дыхания
• Более 100 мА — фибрилляция сердца, высокая вероятность смертельного исхода

Поэтому при работе с электрическими устройствами важно соблюдать правила техники безопасности и использовать средства защиты.

Применение понятия силы тока

Понимание силы электрического тока важно во многих областях:

• Электротехника — расчет и проектирование электрических цепей
• Энергетика — передача и распределение электроэнергии
• Электроника — разработка электронных устройств
• Медицина — использование токов в диагностике и лечении
• Промышленность — работа электродвигателей, сварочных аппаратов

Знание основ электричества, в том числе понятия силы тока, необходимо для безопасного и эффективного использования электроприборов в быту и на производстве.

Все способы измерения силы электрического тока.

Многие помнят из школьной физики закон Ома: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

СИЛА ТОКА является количественной характеристикой электрического тока- это физическая величина, равная количеству электричества, протекающего через сечение проводника за единицу времени.

Измеряется в амперах.

Для электропроводки в квартире сила тока  играет огромную роль, потому что исходя из максимально возможного значения для отдельной линии, идущей от электрощита зависит сечение проводника и величина максимального тока автоматического выключателя, защищающего электрический кабель от повреждений в случае возникновения короткого замыкания или токов перегрузки.

Поэтому, если не правильно выбрано сечение и автоматический выключатель- его будет просто выбивать, а заменить его на более мощный просто не получится.

Например, самые распространенные провода и кабеля в электропроводке сечением 1.5 квадратных миллиметра- из меди или 2.5- из алюминия. Они рассчитаны на максимальный ток 16 Ампер или подключение  мощности не более 3 с половиной киловатт. Если Вы подключите мощные электропотребители превышающие эти пределы, то просто заменить автомат на 25 А нельзя- не выдержит электропроводка и придется от щита перекладывать медный кабель сечением 2. 5 кв. мм, который рассчитан на максимальный ток 25 А.

Единицы измерения мощности электрического тока.

Кроме Амперов, Мы часто сталкиваемся с понятием мощности электрического тока. Эта величина показывает работу тока, совершенную в единицу времени.

Мощность равняется отношению совершенной работы ко времени, в течение которого она была совершена. Мощность измеряется в Ваттах и обозначается буквой Р. Высчитывается по формуле  P  =  А х B, т. е. для того что бы узнать мощность- необходимо величину напряжения электросети умножить на потребляемый ток, подключенными к ней электроприборами, бытовой техникой, освещением и т. д.

На электропотребителях часто на табличках или в паспорте только указывается потребляемая мощность, зная которую легко можно высчитать ток. Например, потребляемая мощность телевизором 110 Ватт. Что бы узнать величину потребляемого тока- делим мощность на напряжение

220 Вольт и получаем 0. 5 А.
Но учтите, что это максимальная величина, в реальности она может быть меньше т. к. телевизор на низкой яркости и при других условиях будет меньше расходовать электроэнергии.

Приборы для измерения электрического тока.

Для того что бы узнать реальный расход электроэнергии с учетом работы в разных режимах для электроприборов, бытовой техники и т. п. — нам понадобятся электроизмерительные приборы:

1. Амперметр— хорошо всем знакомый с практических уроков физики в школе (рисунок 1). Но в быту и профессионалами они не используются из-за непрактичности.
2. Мультиметр— это электронное устройство выполняет многоразличных замеров, в том числе и силы тока (рисунок 2). Очень широко распространен, как среди электриков так и в быту. Как с его помощью измерять силу тока Я уже рассказывал в этой статье.
3. Тестер— то же самое практически, что и мультиметр, но без использования электронники со стрелкой, которая указывает величину измерения по делениям на экране. Сегодня редко можно встретить, но они широко использовались в советское время.
4. Измерительные клещи электрика (рисунок 3), именно ими Я пользуюсь в своей работе, потому что они не требуют разрыва проводника для измерения, нет необходимости лезть под напряжение и отключать нагрузку. Ими измерять одно удовольствие- быстро и легко.

Как правильно измерять силу тока.

Для того что бы измерить силу  для потребителей постоянного тока, необходимо  один зажим от амперметра, тестера или мультиметра присоединить к плюсовой клемме  аккумулятора или  проводу от блока питания или трансформатора, а второй зажим- к проводу идущему к потребителю и после включения режима измерения постоянного тока с запасом по верхнему максимальному пределу- делать замеры.

Будьте аккуратны при размыкании работающей цепи возникает дуга, величина которой возрастает вместе с силой тока.

Для того что бы измерить ток для потребителей подключаемых напрямую в розетку или к электрическому кабелю от домашней электросети,  измерительное устройство переводится в режим измерения переменного тока  с запасом по верхнему пределу. Далее тестер или мультиметр включаются в разрыв фазного провода. Что такое фаза читаем в этой статье.

Все работы необходимо проводить только после снятия напряжения.

После того как все готово, включаем и проверяем силу тока. Только следите, что бы Вы не касались оголенных контактов или проводов.

Согласитесь, что выше описанные методы очень не удобны и да же опасны!

Я уже давно в своей профессиональной деятельности электрика пользуюсь для измерения силы тока токоизмерительными клещами (на картинке справа). Они не редко идут в одном корпусе с мультиметром.

Мерить ими просто- включаем и переводим в режим измерения переменного тока, затем разводим находящиеся сверху усы и пропускаем во внутрь фазный провод, после этого следим что бы они плотно прилегли к друг другу и производим измерения.

Как видите- быстро, просто и можно измерять силу тока под напряжением данным способом, только будьте аккуратны не закоротите в электрощите случайно соседние провода.

Только помните, что для правильного замера- нужно делать обхват только одного фазного провода, а если обхватить цельный кабель, в котором вместе идут фаза и ноль- измерения провести будет не возможно!

Что такое сила тока, формула

Что такое сила тока

Представим обычный водопроводный кран. Открываем вентиль — бежит вода. Чем больше мы будем поворачивать ручку, тем сильнее станет напор и тем больше воды будет выливаться из крана за определённое время. 

Похоже обстоит дело и с электрическим током. Только вместо крана — проводник, молекулы воды — заряженные частицы, напор — напряжение, а расход воды — сила тока.  

Сила тока (I) — это отношение электрического заряда (

q), прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения (t).

Единица измерения силы тока — Ампер (A). Она названа в честь Андре-Мари Ампера — французского физика, который совершил несколько важных открытий, связанных с электричеством. 

‍Андре-Мари Ампер (1775-1836)
‍

Один Ампер — это сила тока, при которой за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд, равный одному Кулону, то есть заряд чуть больше, чем шести квинтиллионов (миллиард миллиардов) электронов. 

Чтобы понять, Ампер — много это или мало, обратимся к фактам. 

Ток силой в 0,05 Ампер вызывает неприятные ощущения, а ток в 0,1 Ампер может убить человека за несколько секунд. В светодиодных лампочках течёт ток в 0,02 Ампер, мобильный телефон при максимальной нагрузке потребляет до 0,5 Ампер, автомобильный аккумулятор способен выдавать несколько сотен Ампер, а ток в молнии достигает 200 000 Ампер. 

<<Форма демодоступа>>

Сила тока и сопротивление

Как усилить поток воды из шланга? Можно добавить напор (увеличить давление), но не слишком сильно, иначе шланг разорвёт. А можно взять шланг большего диаметра. 

То же справедливо и для проводника: чем больше он в сечении, тем больший поток электронов может пропустить. Но если сила тока окажется слишком большой, проводник перегреется и сгорит.

Именно так работают плавкие предохранители в электронных приборах: при резком скачке силы тока тонкий проводок перегорает, и устройство отключается от сети. 

‍Плавкие предохранители: новый и отработанный
‍

Чем короче и шире шланг, тем большее количество воды он способен пропустить за единицу времени. Также и с электричеством: сила тока, проходящего через проводник за секунду, зависит от сопротивления проводника. Только кроме длины и площади сечения на сопротивление влияет материал, из которого проводник сделан. 

Формула сопротивления выглядит так:

l — это длина проводника, S — площадь его сечения, а ρ — удельное сопротивление, у каждого материала оно своё. 

Вещества с низким удельным сопротивлением называются проводниками, они проводят электричество наиболее эффективно. Вещества с высоким удельным сопротивлением называют диэлектриками — их можно использовать в качестве изоляторов. Среднее положение занимают полупроводники — они проводят электричество, но не так хорошо, как проводники. 

Сопротивление измеряется в Омах. Проводник обладает сопротивлением в 1 Ом, если на его концах возникает напряжение в 1 Вольт при силе тока в 1 Ампер. 

Учите физику вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду PHYSICS82021 вы получите бесплатный доступ к курсу физики 8 класса, в котором изучается сила тока! 

Как измерить силу постоянного тока

Существует специальный прибор для измерения силы тока — амперметр. Он подключается последовательно к проводнику, в котором нужно измерить силу тока. Для этого один из концов нужного проводника отсоединяют от электрической цепи и в получившийся разрыв включают амперметр с помощью двух клемм — со знаками «+» и «−». Клемму со знаком «+» подключают к точке разрыва, которая сохранила связь с положительным полюсом источника тока. 

Поскольку сила тока на всех последовательных участках цепи одинакова (он нигде не «застаивается»), амперметр можно включать как до потребителя тока, так и после.       

На схемах амперметр изображается буквой «А» в круге. 

Существует много разных видов амперметров, различающихся по принципу действия. Проще всего устроен тепловой амперметр. Между двумя зажимами натянута проволока, соединённая нитью с пружиной. Нить охватывает петлёй неподвижную ось со стрелкой. Когда к зажимам подаётся ток, он проходит через проволоку и нагревает её. Нагретая проволока становится немного длиннее, из-за этого нить сильнее оттягивается пружиной. При движении нить поворачивает ось, и стрелка на ней показывает, чему равна сила тока. 

‍Схема работы теплового амперметра
‍

Современные электрики пользуются мультиметрами — приборами, которые позволяют измерить и силу тока, и напряжение, и сопротивление.

‍Цифровой мультиметр

Сила тока ?. Формула силы тока. Как обозначается ? единица измерения силы тока?

Автор Даниил Леонидович На чтение 5 мин. Просмотров 6.4k. Опубликовано 18 ноября Обновлено 18 ноября

Электрический ток — это направленный поток отрицательно заряженных частиц. Величину электрического тока определяют по числу электронов, протекающих сквозь проводник с неким поперечным сечением за определенную единицу времени.

Однако в полной мере охарактеризовать ток только движением электронов невозможно. Он также имеет другие параметры. Действительно, объем электричества, равного одному кулону способно проходить через металлический проводник в течение одной секунды или другого промежутка времени.

Если принять во внимание временной промежуток как характеристику, то можно увидеть, что интенсивность потоков в разных случаях будет не одинаковой. Тот объем, который можно пропустить сквозь проводник за секунду именуют силой тока. В качестве обозначения используют Ампер, как международную единицу измерения.

Общее описание силы тока

Сила тока является объемом электрических зарядов, проходящих сквозь поперечные профили проводников в интервале времени, равному одной секунде. Как уже было выше сказано, что за единиц силы тока принимают Ампер, которая и принадлежит к Международной СИ, используемой во всех странах мира.

Один ампер равен силе изменения потока электричества при прохождении по параллельным, парным линейным проводникам бесконечной длины, имеют ничтожно малую площадь кругового сечения. Эти материалы находятся в вакууме друг от друга на расстоянии одного метра. Он вызывает силу взаимного влияние равную 2*10-7. Единица исчисления силы тока Ампер соответствует одному кулону, пройденному за одну секунду через поперечный профиль материала проводника.

В математическом исчислении характеристика выглядит как 1 А = 1 кулон/1 секунда. Величина показателя относительно большая, поэтому для бытовых электроприборов и микросхем применяют дополнительные единицы: 1 мА и 1 мкА, которые равны одной тысячной и одной миллионной части ампера.

Если известна величина электрозаряда, прошедшего сквозь проводник с нужным сечением за требуемый промежуток времени, то параметр можно выразить следующей формулой: l=q/t.

В замкнутой сети без ответвлений за одну секунду времени проходит одинаковое количество электронов в любом участке проводника. Поскольку заряды не могут накапливаться исключительно в одном участке электрической цепи, то его интенсивность не зависит от толщины и сечения кабеля.

Для более сложных цепей с ответвлениями такое утверждение также остается истинным. Но такое определение действует только для отдельных участков схемы, которые следует рассматривать как элементарная сеть.

Способы измерения силы тока

Для того чтобы узнать силу тока на требуемом участке цепи, одних теоретических вычислений не достаточно. Да, можно использовать формулы и узнать величину, но она будет приблизительной. Поскольку приборостроение, электроника и электрика — науки точные и не терпят погрешностей, был изобретен индукционный, а позднее электронный прибор, который способен показывать точные величины.

Амперметр предназначен для измерений силы тока на отдельных участках электрической цепи. Но значения, равные 1 Амперу и более можно увидеть только в силовых установках и сетях. Для снятия показаний с них используют специальные понижающие трансформаторы. Из курсов физики многие знают от чего зависит интенсивность действий электрического тока. Инициатором движения электронов является магнитное поле. От его силы зависит и мощность потока.

Ток подается на основные катушки, в которых создается индукция. С ее помощью во второстепенной катушке генерируется электричество меньшей величины. Показатель зависит от числа витков обмоток. Они прямо пропорциональны. Поэтому даже на крупных предприятиях, где напряжение достигает нескольких тысяч вольт применяют микроамперметры или миллиамперметры. Это связано, прежде всего, с безопасностью обслуживающего персонала.

Довольно часто в обиходе можно услышать термин мультиметр. Его отличие от амперметра заключается в возможности измерять несколько характеристик одновременно, тогда как амперметр является узкоспециализированным прибором.

Включают устройство в разрыв электрической цепи. При таком способе замеров, ток протекает через измеритель к потребителю. Следовательно, соединять прибор нужно до или после элемента нагрузки, так как в простой схеме без ответвлений он будет всегда одинаковым.

Существует ошибочное убеждение, что ток до потребителя и после не одинаковый, так как часть электричества тратится на компонента. Такое утверждение ошибочно, поскольку в ток представляет собой электромагнитный процесс, выполняемый в теле металлического проводника. Результатом становится упорядоченное движение электронов вдоль всей длины проводника. Но саму энергию переносят не электроны, а магнитное поле, которое окружает тело проводника.

Важно!

Через любой поперечный профиль металла простых электрических цепей проходит одинаковое количество электрического заряда. Сколько электронов вышло из положительного полюса источника питания, столько заходит в отрицательный полюс, пройдя через элемент нагрузки. В ходе движения электроны не могут расходоваться, как другие частицы материала. Они составляют единое целое с проводником и их количество всегда одинаковое.

Отличие напряжения от силы тока

Электричество, как и любая другая материя, имеет собственные характеристики, используемые для определения эффективности работы и контроля заданных параметров. В физике существуют такие понятия как «напряжение» и «сила тока». Они описывают одно и тоже явление, но сами по себе как показатели они отличаются друг от друга.

Такие различия заключены в принципе действия электричества. Под силой тока понимают объем потока электронов, способных пройти на расстояние одного метра за установленный интервал времени. Напряжение наоборот выражено в количестве потенциальной энергии. Оба понятия тесно связаны между собой. К внешним факторам влияния на них относят:

• материал, из которого изготовлен проводник;
• температура;
• магнитное поле;
• условия окружающей среды.

Отличия также заключаются в способах получения этих параметров. Когда на заряды проводника воздействует внешнее магнитное поле, формируется напряжение, которое генерирует поток между точками цепи. Так же специалисты выделяют отличия в энергопотреблении, называемым мощностью. Если напряжение характеризует параметры потенциальной энергии, то ток — кинетической.

Заключение

Сила тока является одним из важных параметров, характеризующих электричество. Он показывает, какой объем электрического заряда проходит через поперечный профиль металлического проводника. Данная характеристика широко применяется в электронике и энергетике.

2.1. Электрический ток в проводниках. Направление электрического тока. Сила и плотность тока — ЗФТШ, МФТИ

Направленное движение электрических зарядов называется электрическим током. Носителями зарядов в зависимости от типа проводника могут быть электроны и ионы. В металлических проводниках – это свободные электроны, или электроны проводимости, в гальванических ваннах, т. е. в растворах электролитов, – положительные и отрицательные ионы. Тела или вещества, в которых можно создать электрический ток, называют проводниками электрического тока. Проводниками являются все металлы, водные растворы солей или кислот, ионизованные газы.

При движении свободных заряженных частиц происходит перенос заряда. Количественной характеристикой – силой $$ I$$ тока – принято считать скорость переноса заряда через любое поперечное сечение проводника, т.(-7) «Н»`.

Единица измерения силы тока ампер, наряду с метром, секундой, килограммом, является основной единицей системы СИ. Единица измерения заряда кулон (Кл) является производной и вводится в соответствии с (1): один кулон – это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока $$ 1\mathrm{A}$$ за $$ 1\mathrm{c}$$, т. е. $$ 1\mathrm{Кл}=1\mathrm{A}·1\mathrm{c}.$$

За направление электрического тока принимают направление, в котором движутся положительно заряженные носители тока.

Отношение силы `I` тока к площади `S` поперечного сечения проводника называется плотностью тока:

`j=I/S`,                                                       (2)

которая равна силе тока в расчёте на единицу площади поперечного сечения.

По проводу течёт постоянный ток. Через произвольное поперечное сечение за время  `t=2` мин протёк заряд `q=1,2` Кл.(-3) «А»`.

Поскольку электрон – отрицательно заряженная частица, то направление рассматриваемого тока противоположно направлению движения электронов.

Сила тока в физике — что это такое?

Электрический ток

По проводам течет электрический ток. Причем он именно «течет», практически как вода. Представим, что вы — счастливый фермер, который решил полить свой огород из шланга. Вы чуть-чуть приоткрыли кран, и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала.

Сила струи очень слабая. Потом вы решили, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете два ведра из двух шлангов. У одного из них напор сильнее, у другого слабее. Быстрее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных шлангов тоже разный. Иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Если мы возьмем проводник с током, то будет происходить то же самое: заряженные частицы будут двигаться по проводнику, как и молекулы воды. Если больше заряженных частиц будет двигаться по проводнику, то «напор» тоже увеличится.

• Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.

Сила тока

Сразу возникает потребность в величине, которой мы будем «напор» электрического тока измерять. Такая, чтобы она зависела от количества частиц, которые протекают по проводнику.

Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой заряд прошел через проводник.

Сила тока I = q/t I — сила тока [A] q — заряд [Кл] t — время [с]

Сила тока измеряется в Амперах. Единица измерения выбрана не просто так.

Во-первых, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался изучением электрических явлений. А во-вторых, единица этой величины выбрана на основе явления взаимодействия двух проводников.

Здесь аналогии с водопроводом провести, увы, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются вблизи друг друга (а жаль, было бы забавно).

Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в противоположном направлении (по этим же проводникам) — отталкиваются.

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

Задача

Найти силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.

Решение:

Возьмем формулу силы тока

I = q/t

Подставим значения

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА

Проводники и диэлектрики

Некоторые делят мир на черное и белое, а мы — на проводники и диэлектрики.

• Проводники — это материалы, через которые электрический ток проходит. Самыми лучшими проводниками являются металлы.
• Диэлектрики — материалы, через которые ток не проходит. Изи!

Проводники	Диэлектрики
Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам	Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук

То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не значит, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передавать.

Направление тока

Раньше в учебниках по физике писали так: когда-то давно решили, что ток направлен от плюса к минуса, а потом узнали, что по проводам текут электроны. Но электроны эти — отрицательные, а значит к минусу идти не могут. Но раз уже условились о направлении, поэтому оставим, как есть. Вопрос тогда возникал у всех: почему нельзя поменять направление тока? Но ответ так никто и не получил.

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

Так и какая версия верна? На самом деле, обе. Носители заряда в каждом типе материала разные. В металлах — это электроны, в электролитах — ионы. У каждого типа частиц свои знаки и потребность в том, чтобы бежать к противоположно заряженному полюса источника тока. Не будем же мы для каждого типа материала выбирать направление тока, чтобы решить задачу! Поэтому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве задач школьного курса направление тока роли не играет, но есть то самое коварное меньшинство, где этот момент будет очень важным. Поэтому запомните — направляем ток от плюса к минусу.

Источник тока

Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.

В качестве источника может выступить, например, гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения. По сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».

Амперметр

Мы знаем, куда ток направлен, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.

Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в котором ток измеряют.

Амперметры бывают очень разными по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные — и это только самые распространенные.

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

Тепловой амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум неподвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта тонкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей охватывает неподвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к неподвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).

Под действием тока проволока немного нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.

Работа электрического тока — Основы электроники

Протекая по цепи электрический ток совершает работу. Опять сравним протекание электрического тока с потоком воды в трубе. Если этот поток направить, например, на лопасти генератора, то поток будет совершать работу, вращая генератор. Таким же образом электрический ток совершает работу, протекая по проводнику. И эта работа тем больше, чем больше сила тока и напряжение в цепи.

Таким образом, работа электрического тока, совершаемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока в цепи, напряжению на этом участке и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинской буквой A.

Формула работы электрического тока имеет вид:

A = I*U*t

Произведение I*U есть не что иное, как мощность электрического тока.

Тогда формула работы электрического тока примет вид:

A = P*t

Работа электрического тока измеряется в ваттсекундах или иначе говоря в джоулях.

Поэтому, если мы хотим узнать, какую работу про­извел ток, протекая по цепи в течение нескольких секунд, мы должны умножить мощность на это число секунд.

Например, через реостат с сопротивлением 5 Ом протекает ток си­лой 0,5 А. Нужно определить, какую работу произведет ток в течение 4 часов (14 400 сек.). Так как работа тока в одну секунду будет равна:

P=I²R = 0,5²*5= 0,25*5 =1,25 Вт,

то за время t=14400 сек. она будет в 14 400 раз больше. Следователь­но, работа электрического тока А будет равна:

А = Р*t= 1,25*14 400= 18 000 вт-сек.

Ваттсекунда (джоуль) являет­ся слишком малой единицей для измерения работы тока. По­этому на практике пользуются единицей, называемой ваттчас (втч).

Один ваттчас равен 3 600 Дж, так как в часе 3 600 сек.

1втч = 3 600 Дж.

В нашем последнем примере работа тока, выраженная в ваттчасах, будет равна:

А = 1,25*4=5 втч.

В электротехнике для измерения работы тока применяют­ся еще большие единицы, называемые гектоваттчас (гвтч) и киловаттчас (квтч):

1 квтч =10 гвтч =1000 втч = 3600000 Дж,

1 гвтч =100 втч = 360 000 Дж,

1 втч = 3 600 Дж.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

как и в чём измеряется, по каким формулам находится, как обозначается

Определение понятия силы тока звучит так: это заряженные частицы (электрические заряды), которые двигаются в определённом направлении и называются электронами.

Представим, что через участок цепи проходит определённое количество электричества, например, один кулон.

Он может пройти за одну секунду, а может за целый час. Поэтому сила его определяется именно количеством электричества, которое проходит через проводник за конкретную единицу времени — секунду.

Виды тока и единицы измерения

Ток бывает двух видов:

• Постоянный — это тот, что не меняется со временем.
• Переменный — это тот, что находится в розетке.

Обычные батарейки или аккумуляторы телефонов выдают именно постоянный. А переменный может изменяться. Когда вы включаете в одну розетку настольную лампу, которой не требуется большая сила, и вместе с ней включаете, например, мощный пылесос, то работают оба прибора, так как ток в сети переменный, в отличие от напряжения, он «подстроился» под приборы. Если бы он был постоянным, то в зависимости от его величины у вас либо сгорит лампа, либо не заработает пылесос.

Измеряется в амперах (А) — эта единица измерения одна из основных в СИ, обозначается величина английской буквой I.

Сила может измеряться основными и вспомогательными единицами:

• Ампер (А).
• миллиампер (мА) — это одна тысячная ампера.
• микроампер (мкА) — одна миллионная ампера.

Если в замкнутой простой цепи проходит постоянный тoк, то в каждом месте цепи за секунду или минуту проходит абсолютно равное его количество, так как он не может накапливаться в отдельных участках цепи. Если рассматривать сложные цепи, то это правило тоже работает, но уже для отдельных участков цепи, которые можно считать простыми.

Количество его измеряется в кулонах. Если через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит точно один кулон — то это один ампер. Для нахождения её можно использовать специальные приборы либо формулы.

Формулы для расчета величины

Начнём с формул, по которым можно вычислить эту самую силу. Например, если знать, сколько электричества прошло через проводник за определённый и известный промежуток времени, то можно узнать его силу по такой формуле: I = q/t, где:

• q — это электрический заряд, который измеряется в кулонах;
• t — время прохождения этого заряда, измеряется в секундах.

Закон Ома звучит так: сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению и прямо пропорциональна напряжению. Этот закон применяется для вычисления силы постоянного тока.

Если вам нужно найти значение для переменного, то результат формулы нужно разделить на корень из двух.

Если опустить слова и перейти к обозначениям, то выглядит формула так: I = U/R. Буква I — сила тока в амперах. Буквой U обозначается напряжение в цепи, которое измеряется в вольтах. Буква R — это сопротивление, оно измеряется в Омах.

Зная эту формулу, можно без проблем вычислять и напряжение или сопротивление в цепи.

Можно ещё встретить такую запись закона: I = U/R+r. Это полный Закон Ома, который, помимо сопротивления внешних элементов цепи, учитывает сопротивление внутри источника питания и позволяет вычислить потребляемый ток.

Измерение с помощью приборов

Амперметр — специальный прибор, с помощью которого можно узнать, какая в цепи сила тока. Обозначение на амперметре покажут вам результат. Он подключается в разрыв таким образом, чтобы электричество протекало через прибор. Такое подключение называется последовательным. Подключать можно в любом месте, так как сила одинакова на любом участке замкнутой цепи. Применяется этот метод для измерения постоянного тока.

Если амперметра нет под рукой, то можно воспользоваться вольтметром — прибором для измерения напряжения в цепи. Для этого его нужно подключить параллельно в электрическую цепь. Замерив напряжение в цепи и зная сопротивление, мы можем высчитать силу тока по формуле Ома.

Также существует электромагнитный способ измерения постоянного и переменного тoка. Для этого требуется специальный магнитомодульный датчик. Он находит нужное значение, анализируя электромагнитное поле.

Не стоит забывать, что ток, как огонь — он полезен точно так же, как и опасен. Даже одна десятая ампера может быть опасна и даже смертельна для человека. А ведь в некоторых бытовых приборах он может достигать 10 и больше ампер. Даже в обычной лампочке накаливания его может быть достаточно для того, чтобы убить человека. Не говоря уже про технику где-нибудь на производствах, где он порой достигает нескольких тысяч ампер. Так что будьте осторожны.

единиц СИ — электрический ток

Ампер определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602176634 × 10 ⁻¹⁹ при выражении в единицах C, которые равны A s, где секунда определяется в единицах ∆ ν _Cs .

Единицей измерения разности электрических потенциалов в системе СИ является вольт (В) 1 В = 1 Вт / А.

Единица измерения электрического сопротивления в системе СИ — Ом (Ом).1 Ом = 1 В / А.

При полном написании названия единиц обрабатываются как обычные английские существительные. Таким образом, названия всех единиц начинаются с строчной буквы, за исключением начала предложения или в материалах с заглавной буквы, таких как заголовок. В соответствии с этим правилом, символы единиц измерения ампер — это заглавная буква «А», а вольт — буква «V», потому что оба названия единиц основаны на именах ученых.

Андре Мари Ампер (1775 — 1836) Имя переносит в повседневной жизни ампер, прибор для измерения электрического тока.Эти биографические сайты могут помочь вам узнать больше:

Алессандро Вольта (1745 — 1827) Имя переносится в повседневной жизни в вольте, производной единице для измерения электрического потенциала, а также изобретателе первой батареи. Эти биографические сайты могут помочь вам узнать больше:

Ресурсы для студентов и преподавателей

Кредит: Дж. Ван и Б. Хейс / NIST

Лига супергероев СИ — Мисс.Ампер

Эта серия анимационных видео в стиле комиксов была разработана, чтобы помочь учащимся средних школ узнать о 7 основных единицах измерения СИ. Г-жа Ампер обладает потрясающей властью над потоком электронов — электрическим током. На практике ампер — это мера потока электронов через точку — около 6 квинтиллионов электронов (это 6 с 18 нулями!) В секунду.

Перейдите к дополнительной информации о базовом блоке СИ:

Как измерить электрический ток, Руководство по измерению постоянного электрического тока

Введение: сантехника аналогия Возможно, вы слышали это раньше.Электричество и сантехника аналогична. В одном случае у вас есть электроны, текущие по проводу, и в другом случае вода течет по трубе. То, что делает воду движение в трубе происходит под давлением. То, что заставляет электроны двигаться в проводе, — это Напряжение. Количество воды, перемещаемой по трубе, измеряется в галлонах. Номер электронов, или количество заряда, перемещаемого по проводу, измеряется в кулонов (кулон — это фиксированное количество электронов, например дюжина, но больше). Вот таблица, показывающая аналогию Concept Сантехника Электричество Комментарии Движущая «сила» Давление Напряжение Кол-во галлонов Кулоны 6,24 x 10 18 электронов на кулон Расход галлонов в минуту Ампер 1 ампер — это один кулон в секунду Сантехнический вариант основной схемы Электрический вариант основной схемы Теперь вопрос в том, как измерить скорость течь, или ток по одному из путей? Давление или напряжение относительно легкий.В сантехническом случае вы просто просверливаете отверстие в трубе и добавляете давление измерять. В электрическом корпусе вы подключаете вольтметр между точкой интерес и почва. Для измерения давления просто просверлите отверстие и нарезайте резьбу в трубка и ввинтить манометр Измерение напряжения в любой точке цепи Для измерения расхода в трубе необходимо отрезать трубу и вставьте расходомер.Чтобы измерить силу тока, вам нужно отрезать схему и установить амперметр Расходомеры необходимо вставить в поток путем обрезки труба. Амперметры также должны быть вставлены в поток ток путем разрезания цепи Как на самом деле измеряется сила тока Есть два свойства движущихся зарядов, которые полезны для измерения тока Электрический ток, протекающий через сопротивление, приводит к падение напряжения по закону Ома Электрический ток всегда связан с магнитным поле. Давайте сначала посмотрим на использование закона Ома. Предполагая, что напряжение легко измерить, вам нужно ввести известное фиксированное сопротивление в схема. Тогда напряжение, измеренное на резисторе, пропорционально ток, протекающий через него. Для правильного измерения резистор должен быть точный по значению и стабильный (сопротивление не меняется в зависимости от температуры, давления, освещение и т. д.) И чтобы не нарушать цепь слишком сильно он также должен быть невысоким по стоимости.Этот резистор часто ошибочно называют шунтируют резистор , но лучше для него называть резистор смысл . Согласно закону Ома V = I · R, если сопротивление резистора 1 Ом, то напряжение на нем будет 1 вольт на ампер. Вот практическое использование этого техника. Вот практическое применение измерения тока. Это Применяется к проектированию источников питания: Здесь инженер пытается управлять силовой цепью.Q1 возбуждает импульсами трансформатор Т, но ему нужно знать, сколько во время импульса через транзистор протекает ток. Он использует резистор R8, который составляет всего 0,03 Ом в качестве резистора считывания. Для каждого усилителя, протекающего через резистор 0,03 В или 30 мВ появляется на нем, что определяется датчиком вход контроллера ШИМ, контакт 15. Контроллер ШИМ использует эти данные для контролировать ток, напряжение или выходную мощность источника питания в зависимости от остальная часть схемы. Одним из первых способов обнаружения электрического тока был несколько витков проволоки вокруг компаса. Д’Арсенваль расширил эту идею, чтобы устройство измерения силы тока (амперметр) путем помещения катушки внутрь магнитных полюсов с подшипниками и пружинами спуска часов. Так аналоговые измерители работа сегодня. Другой способ использования магнитное поле — зажимом на амперметре постоянного тока. Они используют эффект Холла, чтобы Измерьте очень слабые магнитные поля, создаваемые электричеством в проводе.Эти относительно недавние изобретения, и они чрезвычайно удобны, так как в этом случае вы не нужно обрезать провод, чтобы вставить традиционный амперметр.

Что такое электрический ток »Электроника

Электрический ток возникает при движении электрических зарядов — это могут быть отрицательно заряженные электроны или положительные носители заряда — положительные ионы.

---

Учебное пособие по электрическому току Включает:
Что такое электрический ток Единица измерения тока — Ампер ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

---

Электрический ток — одно из основных понятий, существующих в электротехнике и электронике. Электрический ток лежит в основе науки об электричестве.

Будь то электрический нагреватель, большая электрическая сеть, мобильный телефон, компьютер, удаленный сенсорный узел или что-то еще, понятие электрического тока является центральным для его работы.

Однако ток как таковой обычно нельзя увидеть, хотя его эффекты можно увидеть, услышать и почувствовать все время, и в результате иногда трудно получить представление о том, что это такое на самом деле.

Удар молнии — впечатляющее зрелище электрического тока.
Фотография сделана с вершины башен Петронас в Куала-Лумпуре Малайзия

Определение электрического тока

Определение электрического тока:

Электрический ток — это поток электрического заряда в цепи.Более конкретно, электрический ток — это скорость прохождения заряда через заданную точку в электрической цепи. Заряд может быть отрицательно заряженными электронами или положительными носителями заряда, включая протоны, положительные ионы или дырки.

Величина электрического тока измеряется в кулонах в секунду, обычно единицей измерения является ампер или ампер, обозначаемый буквой «А».

Ампер или усилитель широко используются в электрических и электронных технологиях вместе с умножителями, такими как миллиампер (0.001A), микроампер (0,000001A) и т. Д.

Ток в цепи обычно обозначается буквой «I», и эта буква используется в уравнениях, таких как закон Ома, где V = I⋅R.

Что такое электрический ток: основы

Основная концепция тока состоит в том, что это движение электронов внутри вещества. Электроны — это мельчайшие частицы, которые существуют как часть молекулярной структуры материалов. Иногда эти электроны плотно удерживаются внутри молекул, а иногда они удерживаются свободно, и они могут относительно свободно перемещаться по структуре.

Одно очень важное замечание относительно электронов — это то, что они заряженные частицы — они несут отрицательный заряд. Если они перемещаются, то перемещается количество заряда, и это называется током.

Также стоит отметить, что количество электронов, которые могут двигаться, определяет способность определенного вещества проводить электричество. Некоторые материалы позволяют току двигаться лучше, чем другие.

Движение свободных электронов обычно очень случайное — оно случайное — столько электронов движется как в одном направлении, так и в другом, и в результате отсутствует общее движение заряда.

Случайное движение электронов в проводнике со свободными электронами

Если на электроны действует сила, заставляющая их двигаться в определенном направлении, то все они будут дрейфовать в одном и том же направлении, хотя и в некоторой степени случайным образом, но в целом движение происходит в одном направлении. Одно направление.

Сила, действующая на электроны, называется электродвижущей силой или ЭДС, а ее величина — это напряжение, измеряемое в вольтах.

Электронный поток под действием приложенной электродвижущей силы

Чтобы лучше понять, что такое ток и как он действует в проводнике, его можно сравнить с потоком воды в трубе.У этого сравнения есть ограничения, но оно служит очень простой иллюстрацией тока и протекания тока.

Ток можно рассматривать как воду, текущую по трубе. Когда давление оказывается на один конец, вода движется в одном направлении и течет по трубе. Количество воды пропорционально давлению на конце. Давление или силу, приложенную к концу, можно сравнить с электродвижущей силой.

Когда к трубе прикладывается давление или вода течет в результате открытия крана, вода течет практически мгновенно.То же самое и с электрическим током.

Чтобы получить представление о потоке электронов, требуется 6,24 миллиарда миллиардов электронов в секунду для тока в один ампер.

Обычный ток и поток электронов

Часто существует множество недоразумений относительно обычного потока тока и потока электронов. Сначала это может немного сбивать с толку, но на самом деле все довольно просто.

Частицы, переносящие заряд по проводникам, являются свободными электронами.Направление электрического поля в цепи по определению является направлением, в котором проталкиваются положительные испытательные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю.

Электронный и обычный ток

Это произошло потому, что первоначальные исследования статических и динамических электрических токов были основаны на том, что мы теперь называем носителями положительного заряда. Это означало, что тогда раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено как направление, в котором будут двигаться положительные заряды.Это соглашение сохранилось и используется до сих пор.

Итого:

• Обычный ток: Обычный ток идет от положительного к отрицательному выводу и указывает направление, в котором будут протекать положительные заряды.
• Электронный поток: Электронный поток идет от отрицательного полюса к положительному. Электроны заряжены отрицательно и поэтому притягиваются к положительному полюсу так же, как притягиваются разные заряды.

Это соглашение, которое используется во всем мире по сей день, даже если оно может показаться немного странным и устаревшим.

Скорость движения электрона или заряда

Скорость передачи электрического тока сильно отличается от скорости реального движения электронов. Сам электрон подпрыгивает в проводнике и, возможно, движется по проводнику только со скоростью несколько миллиметров в секунду. Это означает, что в случае переменного тока, когда ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду, большая часть электронов никогда не выходит из провода.

Возьмем другой пример. В почти полном вакууме внутри электронно-лучевой трубки электроны движутся почти по прямым линиям со скоростью примерно в одну десятую скорости света.

Влияние тока

Когда электрический ток течет по проводнику, есть несколько признаков, указывающих на то, что ток течет.

• Тепло рассеивается: Возможно, наиболее очевидным является то, что тепло выделяется. Если ток небольшой, то количество выделяемого тепла, вероятно, будет очень небольшим и его можно не заметить.Однако, если ток больше, возможно, выделяется заметное количество тепла. Электрический огонь — яркий пример того, как ток вызывает выделение тепла. Фактическое количество тепла зависит не только от тока, но также от напряжения и сопротивления проводника.
• Магнитный эффект: Другой эффект, который можно заметить, — это создание магнитного поля вокруг проводника. Если в проводнике течет ток, это можно обнаружить.Поместив компас близко к проводу, по которому проходит достаточно большой постоянный ток, можно увидеть, что стрелка компаса отклоняется. Обратите внимание, что это не будет работать с сетью, потому что поле меняется слишком быстро, чтобы игла могла реагировать, а два провода (под напряжением и нейтраль), расположенные близко друг к другу в одном и том же кабеле, нейтрализуют поле.

  Магнитное поле, создаваемое током, находит хорошее применение во многих областях. Намотав провод в катушку, можно усилить эффект и создать электромагнит.Реле и множество других предметов используют этот эффект. Громкоговорители также используют переменный ток в катушке, чтобы вызвать колебания в диафрагме, которые позволяют электронным токам преобразовываться в звуки.

Как измерить ток

Одним из важных аспектов тока является знание величины тока, который может протекать в проводнике. Поскольку электрический ток является таким ключевым фактором в электрических и электронных схемах, очень важно знать, какой ток протекает.

Есть много разных способов измерения тока. Один из самых простых — использовать мультиметр.

Как измерить ток с помощью цифрового мультиметра:

Используя цифровой мультиметр, цифровой мультиметр, легко измерить ток, поместив цифровой мультиметр в цепь, по которой проходит ток. Цифровой мультиметр даст точные показания тока, протекающего в цепи

.

Узнайте, , как измерить ток с помощью цифрового мультиметра.

Хотя существуют и другие методы измерения тока, это наиболее распространенный.

Ток — один из самых важных и фундаментальных элементов в электрических и электронных технологиях. Ток, протекающий в цепи, можно использовать различными способами: от генерирования тепла до переключения схем или сохранения информации в интегральной схеме.

Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Напряжение Текущий Власть Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Электрический ток

Единица электрического заряда — кулон (сокращенно C). Обычная материя состоит из атомов, которые имеют положительно заряженные ядра и окружающие их отрицательно заряженные электроны. Заряд квантуется как кратное заряду электрона или протона:

Влияние зарядов характеризуется силами между ними (закон Кулона) и создаваемым ими электрическим полем и напряжением.Один кулон заряда — это заряд, который будет проходить через лампочку мощностью 120 ватт (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона каждый, разделенный метром, будет отталкивать друг друга с силой около миллиона тонн!

Скорость прохождения электрического заряда называется электрическим током и измеряется в амперах.

Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно указать, что мы используем упрощенные наброски и конструкции, чтобы представить концепции, и в этой истории неизбежно гораздо больше.Не имеет значения следует прикрепить к кружкам, представляющим протон и электрон, в чувство подразумевая относительный размер, или даже что они являются твердой сферой объекты, хотя это полезная первая конструкция. Самое важное начальная идея, электрически, состоит в том, что они обладают свойством, называемым «заряд», который такой же размер, но противоположные по полярности для протона и электрона. В протон имеет 1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера стоимость только скорее положительный, чем отрицательный.Даже термины «положительный» и «отрицательные» произвольные, но прочно укоренившиеся исторические ярлыки. Жизненноважный значение в том, что протон и электрон будут сильно притягивать друг друга. другое — исторический архетип клише «противоположности притягиваются». Два протоны или два электрона сильно отталкиваются друг от друга. Однажды ты имеют установил эти основные представления об электричестве, «как заряды отталкивать и в отличие от обвинений привлекают «, то у вас есть основание для электричество и можно строить оттуда.

Из точной электрической нейтральности объемного вещества, а также из подробных микроскопических экспериментов мы знаем, что протон и электрон имеют одинаковую величину заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, кратны этим фундаментальным зарядам. Хотя стандартная модель протона изображает его состоящим из дробно заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются изолированно — всегда в комбинациях, которые производят +/- заряд электрона.

Изолированный одиночный заряд можно назвать «электрическим монополем». Равные положительный и отрицательный заряды, помещенные близко друг к другу, составляют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс для любого числа полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят важное применение в физических явлениях.

Одна из фундаментальных симметрий природы — сохранение электрического заряда.Ни один из известных физических процессов не приводит к чистому изменению электрического заряда.

Что такое основная мера электроэнергии?

Все, что стоит измерить, связано с единицей измерения. В США мы используем дюймы и футы для измерения высоты объекта, фунты и унции для измерения веса объекта и градусы Фаренгейта для измерения температуры объекта. А как насчет электричества? Какие единицы измерения или используются, чтобы говорить об электричестве?

Прежде чем мы поговорим о том, как измерить электричество, нам сначала нужно понять, что это такое.На базовом уровне электричество — это движение электронов. Ваш компьютер, ваш свет, ваш телевизор, ваш холодильник и т. Д. — все работают с использованием одного и того же основного источника энергии — движения электронов.

Когда мы говорим о силе электричества, на самом деле мы говорим о заряде, создаваемом движущимися электронами.

Основными единицами измерения электричества являются ток, напряжение и сопротивление.

Ток (I)

Ток, измеряемый в амперах, — это скорость протекания заряда — скорость движения электронов.Амперы, или амперы, являются основной единицей измерения электричества и измеряют, сколько электронов проходит через точку каждую секунду. Один ампер равен 6,25 х 1018 электронов в секунду.

Напряжение (В)

Напряжение, измеряемое в вольтах, — это разница зарядов между двумя точками. Проще говоря, это разница в концентрации электронов между двумя точками.

Сопротивление (R)

Сопротивление — это способность материала сопротивляться прохождению заряда (тока).Измеряется в омах.

Аналогия с водопроводной трубой

А теперь давайте применим эти идеи. Наиболее распространенная аналогия, используемая для понимания этих идей, — это вода в трубе. Когда вы думаете о том, как быстро вода может двигаться по трубе, необходимо учитывать три основных компонента: давление воды, скорость потока и размер трубы. Чтобы объединить эти две идеи, напряжение эквивалентно давлению воды, ток — это скорость потока, а сопротивление — это размер трубы.

Итак, когда мы говорим об этих величинах, мы на самом деле описываем движение заряда и, следовательно, поведение электронов.Цепь — это замкнутый контур, который позволяет заряду перемещаться из одного места в другое. Компоненты схемы позволяют нам контролировать этот заряд и использовать его для работы.

Закон Ома

Закон Ома — это основное и очень важное уравнение, которое используется для определения взаимодействия тока, напряжения и сопротивления. В нем говорится, что ток равен напряжению, деленному на сопротивление, или I = V / R. Закон Ома можно использовать для точного описания проводимости большинства электропроводящих материалов.Если вам известны два значения, можно определить третье. Три варианта этого уравнения: I = V / R, V = IR, R = V / I

Ватт

Есть еще один термин, который вы, возможно, слышали применительно к электричеству: ватты. Ватты измеряют скорость использования или передачи энергии, а не только для электроники. Ватт — это основная единица измерения электрической, механической или тепловой мощности. Один ватт равен одному амперу при давлении в один вольт. (Ватт = Ампер x Вольт)

Для более подробного изучения напряжения, тока, сопротивления и закона Ома прочтите этот пост.

Использование гальванометра для обнаружения и измерения электрического тока

Как работает гальванометр

Проволока наматывается на кусок железа и помещается между двумя магнитами, при этом противоположные концы магнитов обращены друг к другу. Концы провода подключаются к клеммам, к которым можно подключить цепь.

Гальванометр

Когда электрический ток проходит через катушку, к сердечнику с проволочной обмоткой прилагается крутящий момент, скручивая его.Величина скручивания пропорциональна току в проводе. Игла останавливается, когда крутящий момент из-за электромагнитной силы равен крутящему моменту, создаваемому пружиной. Когда ток отключается, пружина возвращает иглу в положение 0.

Полное отклонение

Полное отклонение — это диапазон от 0 до максимального значения тока в проводе. Цепи могут иметь силу тока с очень маленькими значениями в диапазоне от наноампер (нА = 10–9 А) до сотен ампер.Пружина в гальванометре имеет ограничение на то, какое усилие можно приложить к ней, прежде чем она сломается, поэтому гальванометр необходимо отрегулировать, чтобы выдерживать больший ток.

Измерение силы тока

Создание гальванометра требует определения диапазона измеряемых токов. Когда нужно измерить большой ток, поворотный переключатель поворачивается, чтобы включить шунт , который представляет собой специальный резистор с гораздо меньшим сопротивлением, чем сердечник с проволочной обмоткой.На гальванометре есть несколько шкал, позволяющих измерять различные токи.

Значительно меньшее сопротивление шунта по сравнению с сопротивлением проводной петли позволяет большей части тока проходить через шунт. Меньший ток через устройство регистрирует значение, которое вы бы прочитали на меньшей шкале силы тока. Давайте определимся, как рассчитать сопротивление шунта для уменьшения прогиба.

Шунтирующее сопротивление

Допустим, мы разрабатываем гальванометр, который может измерять от 0 до 10 мА с использованием двух шкал.Поворотный переключатель на гальванометре имеет две настройки. Настройка 1 будет от 0 до 1 мА, а настройка 2 будет от 0 до 10 мА. Внутреннее сопротивление проводной схемы составляет 10 Ом, а из-за пружины она может выдерживать только 1 мА. Наша цель — определить сопротивление шунта, которое нам понадобится, чтобы разрешить второй диапазон больших значений тока. Начнем с принципиальной схемы, показывающей внутреннее сопротивление самого гальванометра и параллельного ему шунта.

Принципиальная схема шунта и гальванометра

• IT — общий ток
• IS — ток через шунт
• ID — ток через прибор (гальванометр)
• RS — сопротивление шунта
• RD — сопротивление прибора

Закон Кирхгофа для тока утверждает, что когда ток достигает ветви в цепи, он разделяется, но общий ток остается прежним.Исходя из нашей принципиальной схемы получаем

Общий ток при равном общем токе на выходе

Поскольку шунт параллелен внутреннему сопротивлению гальванометра, напряжения на них одинаковы, что дает нам

Напряжение на закрытии равно напряжению на гальванометре.

Максимальный ток, который гальванометр может измерить при полном отклонении, равен Id.Максимальная сила тока в цепи равна It. Теперь мы можем рассчитать сопротивление шунта, необходимое для максимального тока в цепи.

• Id, fs — ток через гальванометр при полном отклонении.

Решая уравнение для сопротивления шунта, Rs, получаем

Теперь мы можем рассчитать сопротивление шунта, который нам понадобится.

Шунт должен иметь сопротивление 1,11 Ом для измерения токов от 0 до 10 мА.

Краткое содержание урока

Гальванометр — это устройство для измерения электрического тока. Он состоит из твердой железной массы, обернутой медной проволокой с прикрепленной к ней иглой и помещенной между противоположными концами двух магнитов. К железному сердечнику прикреплена пружина, и когда по проволоке течет ток, на железный сердечник действует крутящий момент, перемещающий иглу.Когда крутящий момент на железном сердечнике больше не может заставить пружину растягиваться, игла перестает двигаться, и то, на что она указывает на шкале, является током.

Через устройство может пройти только небольшой ток, потому что пружина имеет ограничение на то, насколько она может растянуться, прежде чем она разрушится. Чтобы иметь возможность измерять большие токи, параллельно с устройством подключают шунт с меньшим сопротивлением, чем у устройства. Это приводит к тому, что общий ток в цепи разделяется на стыке между шунтом и устройством, причем основная часть тока проходит через шунт.Гальванометр имеет поворотный переключатель, позволяющий задействовать шунт, соответствующий шкале, на которой измеряется ток. Например, для токов от 0 до 1 мА устанавливается 1, а от 0 до 10 мА — 2.

Уравнение для расчета сопротивления необходимого шунта:

Измерение электрического тока — Airel

Электрические токи, накапливаемые на внешних электродах, очень малы, в диапазоне 1–3 фА на электрод в диапазоне кластерных ионов и еще меньше в диапазоне промежуточных ионов (Hõrrak 2001).

NAIS использует интегрирующие электрометрические усилители, в которых потоки электрического заряда собираются на высококачественных электрических конденсаторах (рис. 1). Выходные напряжения усилителей пропорциональны накопленному электрическому заряду, а изменение напряжения пропорционально входящему заряду, то есть току аэрозоля (Рисунок 2).

Рисунок 1: Схема интегрирующего усилителя Рисунок 2: Принцип интегрирующего усилителя

Интегрирующий принцип измерения обеспечивает наилучшее соотношение сигнал / шум при измерениях электрического тока.Кроме того, сигнал собирается непрерывно, практически без перерывов — ни один сигнал не пропадает независимо от частоты измерения.

Напряжение с выходов усилителя считывается от 10 до 15 раз в секунду. Этот необработанный сигнал проходит через несколько этапов обработки сигнала, прежде чем рассчитывается средний сигнал за период времени и выводится распределение частиц (рис. 3). При измерении высоких концентраций 1-секундные средние спектры имеют достаточно низкое отношение сигнал / шум, чтобы быть полезными.

Рисунок 3: Блок-схема обработки сигналов NAIS

Коррекция смещения

Сначала значения электрического тока корректируются с учетом токов смещения, периодически измеряемых в рабочем режиме смещения. Также предполагаемые уровни шума связаны с записями, и все дальнейшие шаги всегда будут учитывать сигнал и шум вместе и работать с ними. Коррекция смещения и оценки шума важны для обработки данных.

Сигнал смещения оценивается с использованием линейной регрессии по текущим измерениям из предыдущего и следующего циклов измерения смещения (рисунок 4).Это означает, что окончательный результат измерения будет доступен после завершения следующего цикла измерения смещения. Оценки шума вычисляются из разницы между оценкой регрессии и фактическими сигналами смещения.

Рисунок 4: Оценки смещения вычитаются из необработанного сигнала измерения. Результаты измерения считаются предварительными до тех пор, пока не будет завершено последующее измерение смещения. После этого рассчитывается окончательная текущая оценка смещения, записи обновляются и сохраняются.

Удаление выбросов

Часто в сигнале электрического тока возникают короткие всплески, которые не могут быть результатом фактического измерения аэрозоля.Скорее всего, их причина — случайный распад радиоактивных частиц, осевших на электродах. Частота всплесков увеличивается по мере того, как на электродах собирается больше грязи.

Используется простой алгоритм обнаружения выбросов, чтобы отбросить измерения ложного сигнала. Пока инструмент не слишком грязный, шипы можно надежно обнаружить. Количество отброшенных выборок указывается параметром измерения «Dropped outlier samples» для записей среднего блока. Каждая капля относится только к одному электрометру.

Фильтрация

Высокая скорость измерения позволяет использовать оптимальную обработку сигнала (фильтр ARMA). Сигнал электрического тока проходит через согласованный цифровой фильтр, чтобы уменьшить распространение шума. Это повышает эффективность усреднения в случае коротких периодов, например, от 1 до 10 секунд (Eller 2008)

Сброс электрометра

Накопленный на конденсаторах заряд необходимо время от времени очищать. В NAIS электрометры автоматически сбрасываются, когда выходной сигнал достигает верхнего или нижнего предела интегратора (обычно ниже -4 В или выше +4 В).Сигнал от этого электрометра игнорируется на время сброса и стабилизации, что занимает около десяти секунд.