Сила тока ампер: физический смысл одного ампера, в чем измеряется?

Содержание

Сила тока. Амперметр — урок. Физика, 8 класс.

В процессе своего движения вдоль проводника заряженные частицы (в металлах это электроны) переносят некоторый заряд. Чем больше заряженных частиц, чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесён за одно и то же время. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи.

Сила тока \(I\) — скалярная величина, равная отношению заряда \(q\), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени \(t\), в течение которого шёл ток.
I=qt, где \(I\) — сила тока, \(q\) — заряд, \(t\) — время.
Единица измерения силы тока в системе СИ — \([I]~=~1~A\) (ампер).

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током:


при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях — отталкиваются.

За единицу силы тока \(1~A\) принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной \(1\) м, расположенные на расстоянии \(1\) м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой \(0,0000002\)H (рис. 1.).

  

Рис. 1. Определение единицы силы тока

  

Единица силы тока называется ампером (\(A\)) в честь французского учёного А.-М. Ампера (рис. 2).

 

Андре-Мари Ампер

(1775 — 1836)

Рис. 2. Ампер Андре-Мари

 

А.-М. Ампер ввёл термины: электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток.


Ампер — довольно большая сила тока. Например, в электрической сети квартиры через включённую \(100\) Вт лампочку накаливания проходит ток с силой, приблизительно равной \(0,5A\). Ток в электрическом обогревателе может достигать \(10A\), а для работы карманного микрокалькулятора достаточно \(0,001A\).

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например, миллиампер (мА) и микроампер (мкА):
\(1 мA = 0,001 A\), \(1 мкA = 0,000001 A\), \(1 кA =1000 A\).
То есть \(1 A = 1000 мA\), \(1 A = 1000000 мкA\), \(1 A = 0,001 кA\).

Если электроны перемещаются в одном направлении, т.е. — от одного полюса источника тока к другому, то такой ток называют постоянным.

Переменным называется ток, сила и направление которого периодически изменяются.

В бытовых электросетях используют переменный ток напряжением \(220\) В и частотой \(50\) Гц. Это означает, что ток за \(1\) секунду \(50\) раз движется в одном направлении и \(50\) раз — в другом. У многих приборов имеется блок питания, который преобразует переменный ток в постоянный (у телевизора, компьютера и т.д.).

 

Силу тока измеряют амперметром. В электрической цепи он обозначается так:

Рис. 3. Схематичное изображение единицы силы тока

 

Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.

Обрати внимание!

Амперметр нельзя подсоединять к источнику тока, если в цепь не подключён потребитель!

Измеряемая сила тока не должна превышать максимально допустимую силу тока для измерения амперметром. Поэтому существуют различные амперметры (рис. 4), где измерительная шкала представлена с использованием кратных и дольных единиц 1 А (миллиампер — мА, микроампер — мкА, килоампер — кА).

 

Рис. 4. Изображение миллиамперметра

 

Различают амперметры для измерения силы постоянного тока и силы переменного тока (рис. 5).

Обозначения диапазона измерения амперметров:

  • «\(~\)» означает, что амперметр предназначен для измерения силы переменного тока; 
  • «\(—\)» означает, что амперметр предназначен для измерения силы постоянного тока.

Можно обратить внимание на клеммы прибора. Если указана полярность («\(+\)» и «\(-\)»), то это прибор для измерения постоянного тока.

Иногда используют буквы \(AC/DC\). В переводе с английского \(AC\) (alternating current) — переменный ток, а \(DC\) (direct current) — постоянный ток.

Для измерения силы постоянного тока

Для измерения силы переменного тока

Рис. 5. Амперметры для измерения силы постоянного и переменного токов

 

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр (рис. 6). Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

 

Рис. 6. Изображение мультиметра

 

Включая амперметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность (рис. 7):
  • провод, который идёт от положительного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «\(+\)»;

  • провод, который идёт от отрицательного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «\(-\)».

Если полярность на источнике тока не указана, следует помнить, что длинная линия соответствует плюсу, а короткая — минусу.

Рис. 7. Изображение электрической схемы (постоянный ток)

 

В цепь переменного тока включается амперметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

 

Амперметр подключается последовательно к тому прибору, на котором измеряется сила тока (рис. 7).

 

Безопасным для организма человека можно считать переменный ток силой не выше \(0,05~A\), ток силой более \(0,05\)-\(0,1~A\) опасен и может вызвать смертельный исход.

Источники:

Рис. 1. By Patrick Nordmann — http://schulphysikwiki.de/index.php/Datei:Definition_Ampere.png, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=91011035.

Рис. 2. By Ambrose Tardieu — The Dibner collection ::::::::::,,,;at the Smithsonian Institution (USA),, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6366734.

Рис. 3. Указание авторства не требуется, лицензия Pixabay, 2021-06-14, может использоваться в коммерческих целях, https://clck. ru/VVqyJ.

Рис. 4. Изображение миллиамперметра. © ЯКласс.

Рис. 5. Амперметры для измерения силы постоянного и переменного токов. © ЯКласс.

Рис. 6. Multimeter with probes on white, CC BY 2.0, 2021-06-14, https://www.flickr.com/photos/[email protected]/50838190626/in/photostream/.

Рис. 7. Изображение электрической схемы (постоянный ток). © ЯКласс.

Сила тока | Самое простое объяснение, формула, единица измерения

Сила тока с точки зрения гидравлики

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как “сила тока“. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать.  Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород

Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг  – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.

А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет  в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод – это шланг. Тонкий провод – это тонкий в диаметре шланг, толстый провод – это толстый в диаметре шланг, можно сказать – труба. Молекулы воды – это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Сила тока – это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, “разрезал” его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

 

где

I – собственно сила тока, Амперы

N – количество электронов

t – период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды

Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

где

Δq  – это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt – тот самый промежуток времени, секунды

I – сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10-19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅1018 электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.

Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅1018 электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока  – это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам,  Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову – это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу – это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум – это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе – это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет “протащить” через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его “порвет”, то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

плавкий предохранитель

Как только сила тока через тонкий проводок  предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.

сгоревший плавкий предохранитель

Поэтому, силовые кабели,  через которые “бегут” 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 задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

закон Ома

 

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм2 . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

задача на силу тока в проводнике

Решение:

 

Как измерить силу тока?

Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы – амперметры.

В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который  может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.

Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.

Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое “сила тока”.

Что измеряют в амперах: амперы

Из школьного курса физики известно, что ампер – это одна из основных единиц измерения при изучении физики электрических явлений. В амперах меряют силу тока.

Суть ампера

Определение

Единица измерения силы взаимодействия электронов названа в честь ученого из Франции А. Ампера. Он проводил опыты, направленные на изучение воздействия магнита на проводник и выявил взаимозависимость между его длиной, количеством частиц, которое перемещается по нему в промежуток времени, направлением магнитного воздействия и углом между вектором воздействия и движением частиц по проводнику.

В 1948 году было принято решение Международной организации по мерам и весам о том, что такой показатель измеряется в амперах. Физическое значение данного параметра состоит в следующем:

  • Элементарные частицы постоянно текут по бесконечно тонким и длинным проводникам в одном направлении;
  • Цепь находится в вакууме, и потенциалы расположены параллельно друг к другу с расстоянием в один метр;
  • Сила притяжения или отталкивания между ними составляет 2*10-7 Ньютона.

На практике такие условия даже в лаборатории воспроизвести невозможно, поэтому для установления эталона и тарирования измерительных приборов специалисты мерили уровень взаимодействия, возникающий между двумя катушками с большим количеством проводов минимального сечения.

С 1992 года ситуация изменилась, и описываемое физическое явление стали определять на основании закона Ома. Теперь под одним ампером (обозначение 1А) понимается сила тока, при которой за 1 секунду по проводнику перемещается количество электронов, равное одному кулону.

Определение ампера

Что такое сила тока

Как известно, все материальные вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Когда происходит химическая реакция между двумя разными веществами, электроны из одних атомов переходят в другие. Это объясняется тем, что одни атомы обладают избыточным количеством электронов, а у других – их недостаточно. Перемещение электронов из одного вещества при контакте с другим веществом и является электрическим током. Если не оказывать внешнего воздействия, такой переток элементарных частиц будет происходить до тех пор, пока заряды у атомов, из которых состоят контактирующие вещества, не выровняются.

Однако, одного перемещения частиц недостаточно. Необходимо, чтобы их движение было в определенном направлении. Только в таком случае можно говорить об электричестве и его параметрах. Для этого между полюсами или окончаниями должна существовать разница потенциалов (на одном конце расположено вещество с избытком электронов, а на другом – с недостатком). Если такая разница не меняется в течение времени, ток называется постоянным (ярким примером является батарейка). Если же в процессе движения частиц потенциалы меняются местами, то он будет называться переменным.

Сила тока

Закон Ома

Количеством перемещаемых по проводнику частиц можно управлять. Это эмпирическим (опытным) путем установил немецкий физик Георг Ом. После ряда опытов он выявил, что чем выше разница потенциалов между полюсами (другими словами, напряжение), тем выше скорость движения элементарных частиц. Поэтому бытует мнение, что высокое напряжение способно убить человека.

С точки зрения науки, это совершенно не так. Во-первых, убивает не напряжение (это всего лишь разница потенциалов между полюсами), а электроны, перемещаемые по проводнику за единицу времени. Проходящие через человека частицы, в силу свойств электричества, выделяют тепло, что и приводит к ожогам либо химическим изменениям внутренних органов. Поэтому при работе с электрическими цепями в соответствии с требованиями охраны труда требуется надевать резиновые перчатки и сапоги (резина не проводит электричества, а, значит, поражения не будет).

Закон Ома для участка цепи

Вместе с тем, встречались случаи, когда человек даже после контакта с электричеством оставался живой и невредимый. Это объясняется сопротивлением. Скорость движения и количество перемещаемых частиц уменьшается по мере увеличения сопротивления, которым обладает каждое вещество. Таким образом, при необходимости уменьшить данные параметры можно просто увеличить сопротивление.

Сила тока в быту

Основное ее назначение в быту – передача энергии. Электроны, взаимодействуя с различными веществами, меняют их свойства. Например, вольфрам начинает излучать свечение (так устроена обыкновенная лампочка), а другим химическим элементам, у которых высокие значения сопротивления, электричество отдает тепло (так устроена электроплитка). В некоторых случаях происходит отделение веществ друг от друга (при производстве алюминия).

Очень важно при монтаже электрических цепей в квартире или на предприятии избегать контакта полюсов. Если это произойдет, наступит «короткое замыкание», в результате которого резко увеличится сила тока в проводнике. Это приведет к его резкому нагреву и, возможно, даже пожару.

Электричество в быту

Итак, ответ на вопрос, что такое амперы, может быть следующим: это отражение скорости движения электронов по проводнику за единицу времени. Чем она больше, тем выше опасность поражения, но тем большее количество энергии передается.

Видео

Оцените статью:

обозначение и определение силы тока, как расписать единицу измерения математическим способом

Традиционный символ I происходит от французского словосочетания intensité du courant, что на русском языке означает «сила тока».

Эта фраза часто используется в старых текстах. В современной практике её зачастую укорачивают до слова «ток». Обозначение I было впервые использовано самим Андре-Мари Ампером, в честь которого названы единица электрического тока и разработанный им закон.

Великий учёный

Имя André-Marie Ampère увековечено среди имён других 72 учёных на первом этаже Эйфелевой башни. Его вклад в науку заложил фундамент для понимания явлений электромагнетизма. Хоть Андре-Мари был не первым человеком, обнаружившим связь между электричеством и магнетизмом, он впервые попытался теоретически объяснить и продемонстрировать, как в математических выражениях расписывается связь между этими явлениями. Ампер с помощью устройства собственного изобретения смог измерить ток, а не просто зафиксировать его присутствие.

Учёный родился в Лионе в 1775 году и был современником Французской революции. Будучи сыном коммерсанта и чиновника, он с ранних лет проявлял страсть к математике, а став подростком, читал сложные трактаты Эйлера и Лагранжа.

Получил должность профессора математики Парижской политехнической школы в 1809 году, а в 1814 г. был избран членом Академии наук. Хоть Андре-Мари преподавал математику, его интересы распространялись на многие области, в том числе на химию и физику.

Наиболее значимый документ Ампера по теории электричества был опубликован в 1826 году. Теоретические основы, представленные в этом труде, стали фундаментом для дальнейших открытий в области электричества и магнетизма. Получив известность и признание в высокоуважаемых академиях и научных организациях мира, Ампер избегал публичности и чувствовал себя счастливым только в скромной лаборатории в Париже.

Несмотря на достижения и место в обществе, судьба учёного сложилась довольна трагично. В 1793 году его отца гильотинировали за политические убеждения. Это событие стало причиной глубокой депрессии Андре-Мари и едва не свело его с ума.

Первая жена рано ушла из жизни после продолжительной болезни, второй брак был неудачным и несчастливым. Сам Ампер умер в 1836 году от воспаления лёгких в Марселе и был похоронен на кладбище Монмартр в Париже.

Электрический ток

Электричеством называют форму энергии, основанной на наличии электрических зарядов в веществе. Вся материя состоит из атомов, а атомы содержат заряженные частицы. Каждый протон в атомном ядре содержит одну единицу положительного электрического заряда, а каждый электрон, вращающийся вокруг ядра, несёт в себе единицу отрицательного. Электрические явления возникают, когда электроны покидают атомы: потеря одного или нескольких из них превращает атом в положительно заряженный ион. Все явления, происходящие с зарядами, могут быть отнесены к двум основным категориям:

  • статическое электричество;
  • электрический ток.

Первый термин описывает поведение зарядов в состоянии покоя. Подобные явления хорошо иллюстрируют наэлектризованные волосы — они будут отталкиваться друг от друга, поскольку обладают одним зарядом.

Электрический ток имеет отношение к поведению зарядов в движении. Чтобы они перемещались непрерывно, им нужно обеспечить беспрепятственный маршрут. Путь для зарядов называют электрической цепью. Простейшая электрическая цепь, как правило, состоит из следующих элементов:

  • источника;
  • нагрузки;
  • соединяющих проводников.

Электрическим током называют любое движение носителей электрических зарядов: субатомных частиц (электронов или протонов), ионов (атомов, потерявших или набравших электроны) или квазичастиц (дырок в полупроводниках, которые можно рассматривать в качестве положительно заряженных носителей).

Ток в проводнике представляет собой движение электронов в одном направлении (постоянный) или с периодической сменой направления движения (переменный). В газах и жидкостях он состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных в обратном. Существуют и другие его виды, например, пучки протонов, позитронов или других заряженных мюонов в ускорителях частиц.

В отношении общепринятого направления тока существует некоторое противоречие, основа которого была заложена более двух веков назад. Поскольку в те времена электроны ещё не были обнаружены, учёные предположили, что перемещаемые частицы несли положительный заряд. Традиция обозначать направление тока как направление движения положительных частиц не забыта и сейчас, хоть в проводниках носителями заряда являются электроны.

Единица и определение

Важнейшей характеристикой для описанных явлений является количественное измерение потока заряженных частиц. Этот показатель называют силой тока, его единица измерения — ампер (обозначается A). В численном выражении 1 ампер равен единичному заряду (1 кулону), проходящему через точку в цепи за единицу времени (1 секунду). Таким образом, A можно рассматривать как скорость потока I=Q/T, имеющую такой же смысл для заряда, как и скорость для физических тел. Широко применяются следующие кратные единицы:

  • 10 −6А — микроампер мкА;
  • 10 −3А — миллиампер мА;
  • 10 3А — килоампер кА.

Эволюция эталона

В знак признания фундаментальных работ великого физика André-Marie Ampère название ампер было принято в качестве электрической единицы измерения на международной конвенции в 1881 году. По международному определению 1883 года 1ампером являлся ток, способный при прохождении раствора нитрата серебра выделить 0,001118000 грамм серебра за секунду. Более поздние замеры показали, что принятый эквивалент составлял 0,99985 A, поэтому способы расписать ампер через явления электролиза со временем перестали удовлетворять из-за растущих требований к точности.

С 1948 года A (amper) был определён в Международной системе единиц как неизменяющийся ток, протекающий в двух параллельных проводниках бесконечной длины и ничтожно малого сечения, помещённых на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме, и производящий между ними силу взаимодействия, равную 2х10 -7 ньютонов на метр длины. Это определение базируется на явлении электромагнетизма, связывая метр, килограмм и электрические единицы магнитной постоянной (1.25663706х10 -6 м кг с -2 А -2).

Реализация такого эталона основана на работе сложных электромеханических устройств. Их точность ограничивается десятимиллионными долями, что недостаточно для современных нужд. Эта проблема классического определения ампера привела к новой практической реализации. В соответствии с ней все электрические единицы рассматриваются как производные от электрических квантовых стандартов на основе эффекта Джозефсона и квантового эффекта Холла. Подобная привязка позволяет воспроизводить единицу с точностью до миллиардных долей.

Будущее величины в СИ

В 2005 году Международный комитет мер и весов начал первые приготовления к переопределению единиц СИ с целью привязки их к естественным константам. В соответствии с таким взглядом на эталоны ампер будет определяться подсчётом одиночных частиц с элементарным зарядом e. На основании решения 2014 года пересмотр вступает в силу в 2018 году.

Элегантная реализация нового определения A теоретически возможна с помощью одноэлектронных насосов, производящих электрический ток через синхронизированный контролируемый транспорт одиночных электронов. Некоторые международные исследования в этом направлении уже близки к достижению такой амбициозной цели.

Воздействие на человека

В большинстве случаев электрический ток представляет собой поток электронов. Поскольку ампер является мерой количества заряда, проходящего в секунду, нетрудно будет посчитать количество электронов в перемещённом заряде: 1 Кл = 6,24151·10 18. То есть один ампер равен потоку 6340 квадриллионов частиц в секунду. Это колоссальная цифра, но вряд ли она иллюстративна для сравнительного понимания, когда показатель чего-либо измеряют в амперах. В этом помогут следующие повседневные примеры:

  • 160х10 -19 — один электрон в секунду;
  • 0,7х10 -3 — слуховой аппарат;
  • 5х10 -3 — пучок в кинескопе телевизора;
  • 150х10 -3 — портативный ЖК телевизор;
  • 0,2 — электрический угорь;
  • 0,3 — лампа накаливания;
  • 10 — тостер, чайник;
  • 100 — стартер автомобиля;
  • 30х10 3 — удар молнии;
  • 180х10 3 — дуговая печь для ферросплавов;
  • 5х10 6 — дуга между Юпитером и Ио.

Порог смертельно опасного воздействия на человеческий организм начинается с 18 мА. Ток, превышающий это значение и проходящий через грудную клетку, способен стимулировать мышцы груди таким образом, что их спазмы могут вызвать полную остановку дыхания. Другой опасный эффект при подобном воздействии связан с фибрилляцией желудочков сердца. Основные факторы летальности:

  1. Сила тока. Так как сопротивление между точками входа и выхода — постоянная величина, по закону Ома высокое напряжение делает вероятным высокий ампераж.
  2. Маршрут протекания. Наиболее опасны для сердечной мышцы направления рука-рука и передняя-задняя части грудной клетки.
  3. Индивидуальная чувствительность к воздействию электричества и особенности организма (сопротивление кожи и её влажность, возраст и пол, заболевания, наличие медицинских имплантов).
  4. Продолжительность воздействия.

Сила тока | Физика

Времена, когда ток обнаруживался с помощью личных ощущений ученых, пропускавших его через себя, давно миновали. Теперь для этого применяют специальные приборы, называемые амперметрами.

Амперметр — это прибор, служащий для измерения силы тока. Что понимают под силой тока?

Обратимся к рисунку 21, б. На нем выделено поперечное сечение проводника, через которое проходят заряженные частицы при наличии в проводнике электрического тока. В металлическом проводнике этими частицами являются свободные электроны. В процессе своего движения вдоль проводника электроны переносят некоторый заряд. Чем больше электронов и чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесен за одно и то же время.

Силой тока называется физическая величина, показывающая, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с.

Пусть, например, за время t = 2 с через поперечное сечение проводника носители тока переносят заряд q = 4 Кл. Заряд, переносимый ими за 1 с, будет в 2 раза меньше. Разделив 4 Кл на 2 с, получим 2 Кл/с. Это и есть сила тока. Обозначается она буквой I:

I — сила тока.

Итак, чтобы найти силу тока I, надо электрический заряд q, прошедший через поперечное сечение проводника за время t, разделить на это время:

I = q/t      (10.1)

Единица силы тока называется ампером (А) в честь французского ученого А. М. Ампера (1775—1836). В основу определения этой единицы положено магнитное действие тока, и мы на нем останавливаться не будем.

Если сила тока I известна, то можно найти заряд q, проходящий через сечение проводника за время t. Для этого надо силу тока умножить на время:

q = It.      (10.2)

Полученное выражение позволяет определить единицу электрического заряда — кулон (Кл):

1 Кл = 1 А · 1 с = 1 А·с.

1 Кл — это заряд, который проходит за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например миллиампер (мА) и микроампер (мкА):

1 мА = 0,001 А, 1 мкА = 0,000001 А.

Как уже говорилось, измеряют силу тока с помощью амперметров (а также милли- и микроамперметров). Демонстрационный гальванометр, о котором упоминалось выше, представляет собой обычный микроамперметр.

Существуют разные конструкции амперметров. Амперметр, предназначенный для демонстрационных опытов в школе, изображен на рисунке 28. На этом же рисунке приведено его условное обозначение (кружок с латинской буквой «А» внутри).

При включении в цепь амперметр, как и всякий другой измерительный прибор, не должен оказывать заметного влияния на измеряемую величину. Поэтому амперметр устроен так, что при его включении сила тока в цепи почти не изменяется.

В зависимости от назначения в технике используют амперметры с разной ценой деления. По шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Включать его в цепь с большей силой тока нельзя, так как прибор может испортиться.

Для включения амперметра в цепь ее размыкают и свободные концы проводов присоединяют к клеммам (зажимам) прибора. При этом необходимо соблюдать следующие правила:

1) амперметр включают последовательно с тем элементом цепи, в котором измеряют силу тока;

2) клемму амперметра со знаком «+» следует соединять с тем проводом, который идет от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком «–» — с тем проводом, который идет от отрицательного полюса источника тока.

При включении амперметра в цепь не имеет значения, с какой стороны (слева или справа) от исследуемого элемента его подключать. В этом можно убедиться на опыте (рис. 29). Как видим, при измерении силы тока, проходящего через лампу, оба амперметра (и тот, что слева, и тот, что справа) показывают одно и то же значение.

??? 1. Что такое сила тока? Какой буквой она обозначается? 2. По какой формуле находится сила тока? 3. Как называется единица силы тока? Как она обозначается? 4. Как называется прибор для измерения силы тока? Как он обозначается на схемах? 5. Какими правилами следует руководствоваться при включении амперметра в цепь? 6. По какой формуле находится электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, если известны сила тока и время его прохождения?

Физика 8 класс. Сила тока. Единицы силы тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. СИЛА ТОКА

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

Условия существования электрического тока в проводнике:
1. наличие свободных заряженных частиц ( в металлическом проводнике — свободных электронов),
2. наличие электрического поля в проводнике
(электрическое поле в проводнике создается источниками тока.).

Электрический ток имеет направление.
За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток.

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Единица измерения силы тока в системе СИ:
[I] = 1 A (ампер)

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух поводников с током:

……………………

при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях отталкиваются.

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

АНДРЕ-МАРИ АМПЕР
(1775 — 1836)
— французский физик и математик

— ввел такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т. д.;
— предположил, что, вероятно, возникнет новая наука об общих закономерностях процессов управления и предложил назвать ее «кибернетикой»;
— открыл явление механического взаимодействия проводников с током и правило определения направления тока;
— имеет труды во многих областях наук: ботанике, зоологии, химии, математике, кибернетике;

— его именем названа единица измерения силы тока — 1 Ампер.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ПРИРОДЕ.

Мы живем в океане электрических разрядов, создаваемых машинами, станками и людьми. Эти разряды — кратковременные электрические токи не так мощны, и мы их часто не замечаем. Но они все-таки существуют и могут принести немало вреда!

Что такое молния?

В результате движения и трения друг о друга воздушные слои в атмосфере электризуются. В облаках с течением времени скапливаются большие заряды. Они-то и являются причиной молний.
В момент, когда заряд облака станет большим, между его частями, имеющими противоположные по знаку заряды, проскакивает мощная электрическая искра – молния. Молния может образовываться между двумя соседними облаками и между облаком и поверхностью Земли. В этом случае под действием электрического поля отрицательного заряда нижней части облака поверхность Земли под облаком электризуется положительно. В результате молния ударяет в землю.
Природа молнии стала проясняться после исследований, проведенных в XVIII столетии русскими учеными М.В.Ломоносовым и Г.Рихманом и американским ученым Б.Франклином.

НЕУЖЕЛИ ?

Обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз. Между тем в действительности свечение
начинается снизу и только затем распространяется по вертикальному каналу.
Молния – точнее ее видимая фаза, оказывается, бьет снизу вверх!

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!

1. Как уберечься от молнии?
( или устройство громоотвода)
2. Эта загадочная молния!

А ЕСТЬ ЛИ ГРОМООТВОД У ТЕБЯ НА ДАЧЕ?

Одним из первых в мире громоотводов (молниеотводов) водрузил над крестом своего храма сельский священник из Моравии по имени Прокоп Дивиш, крестьянский сын, ученый и изобретатель.
Это было в июне 1754 года.
___

Первый в России молниеотвод появился в 1756 г. над Петропавловским собором в Петербурге.
Он был сооружен после того, как молния дважды ударила в шпиль собора и подожгла его.

Устали? — Отдыхаем!

Ампер-единица измерения силы тока

Как называется единица измерения силы тока? Именно такой вопрос наиболее часто задают учителя в школе ученикам на уроках физики. Именно этому вопросу и посвящена настоящая статья.

Единица измерения силы тока – ампер, в России обозначается буквой А, аналогично ампер обозначается и на международном уровне.

Ампер является единицей измерения силы тока, получившей свое название в честь известного французского физика, математика и естествоиспытателя Андре Ампера, который ввел в физику понятие «электрический ток» и является автором Закона Ампера.

В первые, единица измерения ампер была принята в 1881 году на 1-ом Международном конгрессе электриков.

Определение ампера, которое используется в физике в настоящее время было установлено Международным комитетом мер и весов (МКМВ) в 1946 году и принято IX Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1948 году.Ампер на ряду с метр, килограмм, секунда, кельвин, моль, кандела является одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

В Российской Федерации допускаются к применению основные единицы СИ, производные единицы СИ и отдельные внесистемные единицы величин.

В соответствии с Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. № 879 Об утверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», в Российской Федерации применяются единицы величин Международной системы единиц (СИ), принятые Генеральной конференцией по мерам и весам и рекомендованные к применению Международной организацией законодательной метрологии. ( -7) ньютона (Международный Комитет мер и весов (МКМВ), 1946 год, Резолюция 2, одобренная IX ГКМВ, 1948 год).

Стоит отметить , что сейчас физики обсуждают ревизию основных систем единиц с целью изменения определений основных единиц измерений, не является исключением и единица измерения ампер. Планируется, что ампер останется единицей силы электрического тока, но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения элементарного электрического заряда равным в точности 1,602 17X•10−19, когда он выражен единицей СИ c•А, что эквивалентно Кл.

Делается это для того чтобы определение базировалось на фундаментальных физических постоянных.

Каким прибором измеряется сила тока?

Сила тока измеряется прибором, который носит название – Амперметр.

Ампер в кроссворде и сканвордах.

Да-да, ампер не только единица измерения силы тока, но и регулярный участник множества кроссвордов и сканвордов.

Очень часто в кроссворде или сканворде можно встретить такой вопрос: «единица измерения силы электрического тока 5 букв». Правильный ответ, естественно: «Ампер».

Либо вопросы сканворда касаются физика Ампера : «имя физика ампера 5 букв». Правильный ответ: «Андре»

Единица электрического тока: ампер или ампер

Ампер или ампер — это единица измерения электрического тока в системе СИ, позволяющая определять величину тока в цепи.


Учебное пособие по электрическому току Включает:
Что такое электрический ток Текущая единица — Ампер ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК


Важно иметь возможность количественно оценить величину тока, протекающего в цепи, поскольку это позволяет определить характеристики цепи и обеспечить работу цепи должным образом.

Для этого необходимо иметь блок, а это ампер или усилок. Аббревиатура для этого — «А». Ток в десять ампер можно записать как 10 ампер или 10 А.

Примечание: имя физика Ампера пишется с заглавной буквы A и с ударением, единицей измерения тока является ампер или ампер без заглавной буквы или ударения.

Единица тока; определение ампер

Ампер эквивалентен заряду в один кулон в секунду, протекающему в цепи.Хотя это практическая реализация ампера, формальное определение связывает уровень тока с основными параметрами SI.

Определение ампер:

Формальное определение ампера — это постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии одного метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 × 10 −7 ньютон на метр длины.

Условия определения ампера

Ампер — это единица измерения электрического тока в системе СИ и одна из семи основных единиц СИ

Интересно, что один ампер приблизительно эквивалентен приблизительно 6,24 × 10 18 элементарным зарядам, таким как электроны или дырки, проходящим мимо заданной точки или границы за одну секунду.

Физики считают, что ток течет от относительно положительных точек к относительно отрицательным точкам; это называется обычным током или током Франклина.

Это определение использует электромагнетизм для определения единицы тока. Это приводит к неявному определению значения магнитной постоянной µ 0 = 4 π 10 -7 Hm -1 = 4 π 10 -7 м кг с 2 A -2 . Следовательно, ампер базовой единицы — и, следовательно, все другие электрические единицы — связаны с базовыми единицами измерения, килограмма и секунды через эту фундаментальную константу.

История ампер

Единица измерения тока; Ампер назван в честь Андре-Мари Ампера, одного из первых пионеров в области электротехники.

Записка об Андре-Мари Ампере:

Андре-Мари Ампер (1775–1836) был французским математиком и физиком. Он провел много экспериментов, связанных с ранней наукой об электричестве, и в связи с его новаторской работой многие считают его отцом электродинамики.

Подробнее о Андре-Мари Ампер.

Ввиду действительно фундаментальной работы, проделанной Ампером, единицей измерения электрического тока, ампер был назван в его честь.Это было признанием его большого вклада в установление многих основ современной электротехники. Название «ампер» было установлено как стандартная единица измерения электрических величин на международной конвенции, подписанной в 1881 году.

Кратные и подмножественные значения для ампер

Диапазон тока, переносимого в различных сценариях, сильно различается — на много порядков. Поэтому необходимо использовать стандартные кратные и подумножители.

Множители и субмножители ампер
Текущий Имя Аббревиатура
10 -15 ампер фемтоампы fA
10 -12 ампер пикоампер pA
10 -9 ампер наноампер нА
10 -6 ампер микроампер мкА
10 -3 ампер миллиампер мА
Ампер ампер А
10 3 ампер килоампер кА
10 6 ампер Мега ампер MA

Ток в амперах типовых устройств

Различные устройства используют разные уровни тока и часто задаются вопросом, сколько ампер может использовать устройство.В таблице ниже приведен список типичных значений тока в амперах, используемых рядом различных электрических и электронных устройств.

Типичный ток в амперах обычных устройств
Устройство Детали Типовой ток
Электрокамин Шина мощностью 1 кВт от сети 240 В 4 ампера
Настольный компьютер Компьютер используется и не находится в режиме ожидания ~ 0.5 ампер
Чайник Типовой чайник мощностью 2,5 кВт, работающий от 240 В 10 ампер
Портативный компьютер Взимается ~ 0,2 ампер
Телевидение Пример типичного 42-дюймового ЖК-телевизора с плоским экраном ~ 0,3 ампер

Ампер — одна из семи основных единиц СИ и, как таковая, является ключевой в электротехнике и электронике, а также во многих других областях науки.Определение основано на электромагнитном эффекте, который он вызывает, что дает ему фундаментальное определение.

Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .

Что означают вольт, ампер, ом и ватт?

Стандартные единицы измерения установлены официальной организацией, которая занимается стандартизацией международных весов и измерений, чтобы гарантировать, что во всем мире используются одни и те же стандарты веса и измерения.Французская организация называется Bureau International des Poids et Mesures или BIPM, что в переводе на английский означает Международное бюро мер и весов. Определения на этой странице взяты из официальных определений, которые можно найти в Международной системе единиц BIPM, или SI. Ссылки и ссылки включены для каждого определенного термина, который относится к информации, предоставленной BIPM.

Пожалуйста, свяжитесь с администратором веб-сайта, если вы считаете, что информация, которую вы видите на этой странице, неточна, чтобы мы своевременно решали любые проблемы.Спасибо.

Что такое вольт?

А «Вольт» — единица электрического потенциала, также известная как электродвижущая сила, и представляет «разность потенциалов между двумя точками проводящего провода, по которому проходит постоянный ток в 1 ампер, когда мощность, рассеиваемая между этими точками, равна 1. ватт.» [1] Другими словами, потенциал в один вольт появляется на сопротивлении в один Ом, когда через это сопротивление протекает ток в один ампер. Вольт можно выразить в основных единицах СИ следующим образом: 1 В = 1 кг умножить на м 2 умножить на -3 умножить на -1 (килограмм-метр в квадрате в секунду в кубе на ампер), или…

Что такое напряжение?

«Напряжение» (В) — это потенциал движения энергии, аналогично давлению воды. Характеристики напряжения подобны характеристикам воды, протекающей по трубам. Это известно как «аналогия с потоком воды», которую иногда используют для объяснения электрических цепей, сравнивая их с замкнутой системой заполненных водой труб или «водяным контуром», который нагнетается насосом. На изображении ниже показано, как работают напряжение и электрический ток…

Ток (I) — это скорость потока, измеряемая в амперах (A). Ом (R) — это мера сопротивления, аналогичная размеру водопровода. Ток пропорционален диаметру трубы или количеству воды, протекающей при этом давлении.

Напряжение — это выражение доступной энергии на единицу заряда, которая управляет электрическим током по замкнутой цепи в электрической цепи постоянного тока (DC). Увеличение сопротивления, сравнимое с уменьшением размера трубы в водяном контуре, будет пропорционально уменьшать ток или поток воды в водяном контуре, который движется через контур под действием напряжения, которое сравнимо с гидравлическим давлением в водяном контуре. .

Соотношение между напряжением и током определяется (в омических устройствах, например, резисторах) законом Ома. Закон Ома аналогичен уравнению Хагена – Пуазейля, поскольку оба являются линейными моделями, связывающими поток и потенциал в своих соответствующих системах. Электрический ток (I) — это скорость потока, измеряемая в амперах (A). Ом (R) — это мера сопротивления, сравнимая с размером водопровода.

Что такое усилок?

«Ампер», сокращенно от «ампер», представляет собой единицу электрического тока, которую СИ определяет в терминах других основных единиц путем измерения электромагнитной силы между электрическими проводниками, несущими электрический ток.Ампер — это тот постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с ничтожно малым круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии одного метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 × 10 −7 . ньютонов на метр длины. [2]

Что такое сила тока?

«Сила тока» — сила электрического тока, выраженная в амперах.

Что такое ом?

Ом — единица электрической цепи, которая определяется как электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в один вольт, приложенная к этим точкам, вызывает в проводнике ток в один ампер, проводник не являясь местом действия какой-либо электродвижущей силы. [3] Ом выражается как …

Что такое ватт?

Ватт — это мера мощности. Один ватт (Вт) — это скорость, с которой выполняется работа, когда один ампер (А) тока проходит через разность электрических потенциалов в один вольт (В). Ватт можно выразить как …

Как все эти термины относятся к солнечной энергии?

Важно знать термины и формулы на этой странице, потому что они помогают при расчете количества энергии и размера солнечной энергетической системы, вне зависимости от того, является ли она автономной или подключенной к сети.

Есть еще формула мощности. В этой формуле P — мощность, измеренная в ваттах, I — ток, измеренный в амперах, и V, — разность потенциалов (или падение напряжения) на компоненте, измеренная в вольтах. это также отображается как W = V * A или ватты равны вольтам, умноженным на амперы.

Давайте переупорядочим эту формулу для примера:

  • Вт = V * A
  • В = Вт / А
  • A = W / V

Этот пример покажет, почему более высокое напряжение постоянного тока лучше всего в больших солнечных системах.

Допустим, у вас есть 1000 Вт нагрузки для работы. Это равно:

  • 83,3 А при 12 В
  • 41,6 А при 24 В
  • 20,8 А при 48 В
  • 8,3 А при 120 В
  • 4,1 ампера при 240 вольт

Знание силы тока, протекающего в нагрузке, очень важно при выборе правильного провода. Мы принимаем во внимание расстояние, чтобы рассчитать потерю напряжения. В идеале мы не хотим превышать 3% потери напряжения.Другая половина этого расчета — текущая. Вам понадобится провод большего диаметра, чтобы пропустить больше тока. Если у вас есть выбор, лучше всего подойдет более высокое напряжение.

Эти формулы также полезны при расчете мощности переменного тока (переменного тока) для определения размера инвертора, который преобразует электричество постоянного тока от солнечной батареи в переменный ток, который затем можно использовать для питания осветительных приборов и бытовых приборов в домах и на предприятиях. Приборы имеют лицевую панель, на которой указаны все электрические данные. Предположим, у вас есть микроволновая печь.Производитель указывает требования к току в электрических характеристиках лицевой панели, которая обычно прикрепляется к задней части духовки. Допустим, на лицевой панели указано 8,3 ампер. Чтобы рассчитать ватт, умножьте 8,3 ампера на домашнее напряжение 120 вольт. Это равно 996 Вт.

Теперь давайте посчитаем, сколько энергии микроволновая печь будет использовать за один день. Если вы используете микроволновую печь 2 часа в день, умножьте количество часов в день на ватты, чтобы получить ватт-часы в день. Итак, у вас есть 996 ватт, умноженные на 2 часа, что равняется 1992 ватт-часам в день.

При определении размеров солнечной энергосистемы эта формула необходима для определения общей мощности, которую вы используете в день.

Ватт = Ампер x Вольт

Вольт = Ватт / Ампер

Амперы = Ватты / Вольт

Сноски

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Добавлено в избранное Любимый 115

Основы электроэнергетики

Приступая к изучению мира электричества и электроники, важно начать с понимания основ напряжения, тока и сопротивления.Это три основных строительных блока, необходимых для управления электричеством и его использования. Сначала эти концепции могут быть трудными для понимания, потому что мы не можем их «видеть». Невооруженным глазом нельзя увидеть энергию, текущую по проводу, или напряжение батареи, стоящей на столе. Даже молния в небе, хотя и видимая, на самом деле не является обменом энергии между облаками и землей, а является реакцией в воздухе на энергию, проходящую через него. Чтобы обнаружить эту передачу энергии, мы должны использовать измерительные инструменты, такие как мультиметры, анализаторы спектра и осциллографы, чтобы визуализировать, что происходит с зарядом в системе.Однако не бойтесь, это руководство даст вам общее представление о напряжении, токе и сопротивлении, а также о том, как они соотносятся друг с другом.

Георг Ом

Рассмотрено в этом учебном пособии

  • Как электрический заряд соотносится с напряжением, током и сопротивлением.
  • Что такое напряжение, сила тока и сопротивление.
  • Что такое закон Ома и как его использовать для понимания электричества.
  • Простой эксперимент для демонстрации этих концепций.

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Электрический заряд

Электричество — это движение электронов. Электроны создают заряд, который мы можем использовать для работы. Ваша лампочка, стереосистема, телефон и т. Д. — все используют движение электронов для выполнения работы. Все они работают, используя один и тот же основной источник энергии: движение электронов.

Три основных принципа этого урока можно объяснить с помощью электронов или, более конкретно, заряда, который они создают:

  • Напряжение — это разница в заряде между двумя точками.
  • Текущий — это скорость прохождения заряда.
  • Сопротивление — это способность материала сопротивляться прохождению заряда (тока).

Итак, когда мы говорим об этих значениях, 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.

Георг Ом был баварским ученым, изучавшим электричество.Ом начинается с описания единицы сопротивления, которая определяется током и напряжением. Итак, начнем с напряжения и продолжим.

Напряжение

Мы определяем напряжение как количество потенциальной энергии между двумя точками цепи. Одна точка заряжена больше, чем другая. Эта разница в заряде между двумя точками называется напряжением. Он измеряется в вольтах, что технически представляет собой разность потенциальной энергии между двумя точками, которая будет передавать один джоуль энергии на каждый кулон заряда, проходящего через нее (не паникуйте, если это не имеет смысла, все будет объяснено).Единица «вольт» названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел то, что считается первой химической батареей. Напряжение представлено в уравнениях и схемах буквой «V».

При описании напряжения, силы тока и сопротивления часто используется аналогия с резервуаром для воды. По этой аналогии заряд представлен количеством воды , напряжение представлено давлением воды , а ток представлен потоком воды . Поэтому для этой аналогии запомните:

  • Вода = Заряд
  • Давление = Напряжение
  • Расход = Текущий

Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте над землей.Внизу этого бака есть шланг.

Давление на конце шланга может представлять напряжение. Вода в баке представляет собой заряд. Чем больше воды в баке, тем выше заряд, тем больше давление измеряется на конце шланга.

Мы можем рассматривать этот резервуар как батарею, место, где мы накапливаем определенное количество энергии, а затем высвобождаем ее. Если мы сливаем из нашего бака определенное количество жидкости, давление, создаваемое на конце шланга, падает. Мы можем думать об этом как об уменьшении напряжения, например, когда фонарик тускнеет из-за разряда батарей.Также уменьшается количество воды, протекающей через шланг. Меньшее давление означает, что течет меньше воды, что приводит нас к течению.

Текущий

Мы можем представить себе количество воды, протекающей по шлангу из бака, как ток. Чем выше давление, тем выше расход, и наоборот. С водой мы бы измерили объем воды, протекающей через шланг за определенный период времени.18 электронов (1 кулон) в секунду проходят через точку в цепи. Ампер в уравнениях обозначается буквой «I».

Предположим теперь, что у нас есть два резервуара, каждый со шлангом, идущим снизу. В каждом резервуаре одинаковое количество воды, но шланг одного резервуара уже, чем шланг другого.

Мы измеряем одинаковое давление на конце любого шланга, но когда вода начинает течь, расход воды в баке с более узким шлангом будет меньше расхода воды в баке с более узким шлангом. более широкий шланг.С точки зрения электричества, ток через более узкий шланг меньше, чем ток через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (заряд) в резервуаре с помощью более узкого шланга.

Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через резервуар. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.

Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током.Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга — это сопротивление. Это означает, что нам нужно добавить еще один термин в нашу модель:

.
  • Вода = заряд (измеряется в кулонах)
  • Давление = напряжение (измеряется в вольтах)
  • Расход = ток (измеряется в амперах, или, для краткости, «амперах»)
  • Ширина шланга = сопротивление

Сопротивление

Рассмотрим еще раз наши два резервуара для воды, один с узкой трубкой, а другой с широкой трубой.

Само собой разумеется, что мы не можем протянуть через узкую трубу такой же объем, как более широкая, при том же давлении. Это сопротивление. Узкая труба «сопротивляется» потоку воды через нее, даже если вода находится под тем же давлением, что и резервуар с более широкой трубой.

С точки зрения электричества это представлено двумя цепями с одинаковым напряжением и разным сопротивлением. Цепь с более высоким сопротивлением позволит протекать меньшему количеству заряда, то есть в цепи с более высоким сопротивлением будет меньше тока, протекающего через нее.18 электронов. Это значение обычно обозначается на схемах греческой буквой «& ohm;», которая называется омега и произносится как «ом».

Закон Ома

Объединив элементы напряжения, тока и сопротивления, Ом разработал формулу:

Где

  • V = Напряжение в вольтах
  • I = ток в амперах
  • R = Сопротивление в Ом

Это называется законом Ома.Скажем, например, что у нас есть цепь с потенциалом 1 вольт, током 1 ампер и сопротивлением 1 Ом. Используя закон Ома, мы можем сказать:

Допустим, это наш резервуар с широким шлангом. Количество воды в баке определяется как 1 В, а «узость» (сопротивление потоку) шланга определяется как 1 Ом. Используя закон Ома, это дает нам ток (ток) в 1 ампер.

Используя эту аналогию, давайте теперь посмотрим на резервуар с узким шлангом. Поскольку шланг более узкий, его сопротивление потоку выше.Определим это сопротивление как 2 Ом. Количество воды в резервуаре такое же, как и в другом резервуаре, поэтому, используя закон Ома, наше уравнение для резервуара с узким шлангом составляет

.

а какой ток? Поскольку сопротивление больше, а напряжение такое же, это дает нам значение тока 0,5 А:

Значит, в баке с большим сопротивлением ток меньше. Теперь мы видим, что, зная два значения закона Ома, мы можем решить третье.Продемонстрируем это на эксперименте.

Эксперимент по закону Ома

Для этого эксперимента мы хотим использовать батарею на 9 В для питания светодиода. Светодиоды хрупкие и могут пропускать только определенное количество тока, прежде чем они перегорят. В документации к светодиоду всегда будет «текущий рейтинг». Это максимальное количество тока, которое может пройти через конкретный светодиод, прежде чем он перегорит.

Необходимые материалы

Для проведения экспериментов, перечисленных в конце руководства, вам потребуется:

ПРИМЕЧАНИЕ. светодиодов — это так называемые «неомические» устройства.Это означает, что уравнение для тока, протекающего через сам светодиод, не так просто, как V = IR. Светодиод вызывает в цепи то, что называется «падением напряжения», тем самым изменяя величину протекающего через нее тока. Однако в этом эксперименте мы просто пытаемся защитить светодиод от перегрузки по току, поэтому мы пренебрегаем токовыми характеристиками светодиода и выбираем значение резистора, используя закон Ома, чтобы быть уверенным, что ток через светодиод безопасно ниже 20 мА.

В этом примере у нас есть батарея на 9 В и красный светодиод с номинальным током 20 мА, или 0.020 ампер. В целях безопасности мы предпочли бы не управлять максимальным током светодиода, а его рекомендуемым током, который указан в его техническом описании как 18 мА или 0,018 ампер. Если просто подключить светодиод напрямую к батарее, значения закона Ома будут выглядеть так:

следовательно:

, а так как сопротивления еще нет:

Деление на ноль дает бесконечный ток! Что ж, на практике не бесконечно, но столько тока, сколько может доставить аккумулятор. Поскольку мы НЕ хотим, чтобы через светодиод проходил такой большой ток, нам понадобится резистор.Наша схема должна выглядеть так:

Мы можем использовать закон Ома точно так же, чтобы определить значение резистора, которое даст нам желаемое значение тока:

следовательно:

вставляем наши значения:

решение для сопротивления:

Итак, нам нужно сопротивление резистора около 500 Ом, чтобы ток через светодиод не превышал максимально допустимый.

500 Ом не является обычным значением для стандартных резисторов, поэтому в этом устройстве вместо него используется резистор 560 Ом.Вот как выглядит наше устройство вместе.

Успех! Мы выбрали номинал резистора, достаточно высокий, чтобы ток через светодиод не превышал его максимального номинала, но достаточно низкий, чтобы ток был достаточным, чтобы светодиод оставался красивым и ярким.

Этот пример светодиодного / токоограничивающего резистора является обычным явлением в хобби-электронике. Вам часто придется использовать закон Ома, чтобы изменить величину тока, протекающего по цепи. Другой пример такой реализации — светодиодные платы LilyPad.

При такой настройке вместо того, чтобы выбирать резистор для светодиода, резистор уже встроен в светодиод, поэтому ограничение тока выполняется без необходимости добавлять резистор вручную.

Ограничение тока до или после светодиода?

Чтобы немного усложнить задачу, вы можете разместить токоограничивающий резистор по обе стороны от светодиода, и он будет работать точно так же!

Многие люди, впервые изучающие электронику, борются с идеей, что резистор, ограничивающий ток, может находиться по обе стороны от светодиода, и схема по-прежнему будет работать как обычно.

Представьте себе реку в непрерывной петле, бесконечную, круглую, текущую реку. Если бы мы построили в нем плотину, вся река перестала бы течь, а не только с одной стороны. Теперь представьте, что мы помещаем водяное колесо в реку, которое замедляет течение реки. Неважно, где в круге находится водяное колесо, оно все равно замедлит поток на всей реке .

Это чрезмерное упрощение, поскольку резистор ограничения тока нельзя размещать где-либо в цепи ; он может быть размещен на с любой стороны светодиода для выполнения своей функции.

Чтобы получить более научный ответ, мы обратимся к закону напряжения Кирхгофа. Именно из-за этого закона резистор, ограничивающий ток, может располагаться по обе стороны светодиода и при этом иметь тот же эффект. Для получения дополнительной информации и некоторых практических задач с использованием KVL посетите этот веб-сайт.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны понять концепции напряжения, тока, сопротивления и их взаимосвязь. Поздравляю! Большинство уравнений и законов для анализа цепей можно вывести непосредственно из закона Ома.Зная этот простой закон, вы понимаете концепцию, лежащую в основе анализа любой электрической цепи!

Эти концепции — лишь верхушка айсберга. Если вы хотите продолжить изучение более сложных приложений закона Ома и проектирования электрических цепей, обязательно ознакомьтесь со следующими руководствами.

Что такое амперы, ватты, вольт и омы?

В электрической системе увеличение тока или напряжения приведет к увеличению мощности.Допустим, у вас есть система с лампочкой на 6 вольт, подключенной к батарее на 6 вольт. Выходная мощность лампочки составляет 100 Вт. Используя уравнение I = P / V , мы можем рассчитать, какой ток в амперах потребуется, чтобы получить 100 Вт от этой 6-вольтовой лампы.

Вы знаете, что P = 100 Вт, а V = 6 В. Итак, вы можете изменить уравнение, чтобы найти I и подставить числа.

I = 100 Вт / 6 В = 16,67 А

Что произойдет, если вы используете 12-вольтовую батарею и 12-вольтовую лампочку, чтобы получить мощность 100 Вт?

I = 100 Вт / 12 В = 8.33 ампера

Итак, последняя система производит ту же мощность, но с половиной тока. Преимущество заключается в использовании меньшего тока для получения того же количества энергии. Сопротивление в электрических проводах потребляет мощность, а потребляемая мощность увеличивается по мере увеличения тока, проходящего по проводам. Вы можете увидеть, как это происходит, немного изменив два уравнения. Что вам нужно, так это уравнение мощности с точки зрения сопротивления и тока. Давайте изменим первое уравнение:

I = V / R можно переформулировать как V = I * R

Теперь вы можете подставить уравнение для V в другое уравнение:

P = V * I, подставив V, мы получим P = I * R * I, или P = I 2 * R

Это уравнение говорит вам, что мощность, потребляемая проводами, увеличивается, если сопротивление проводов увеличивается (например, если провода становятся меньше или изготовлены из менее проводящего материала).Но он резко возрастает, если ток, протекающий по проводам, увеличивается. Таким образом, использование более высокого напряжения для уменьшения тока может сделать электрические системы более эффективными. КПД электродвигателей также повышается при более высоких напряжениях.

Это повышение эффективности заставило автомобильную промышленность в 1990-х годах задуматься о переходе с 12-вольтовых электрических систем на 42-вольтовые системы. По мере того, как все больше автомобилей поставлялись с электрическими удобствами — видеодисплеями, обогревателями сидений, «умным» климат-контролем, им требовались толстые пучки проводов для обеспечения достаточного тока.Переключение на систему с более высоким напряжением обеспечит большую мощность при более тонкой проводке.

Переключения не произошло, потому что автопроизводители смогли повысить эффективность с помощью цифровых технологий и более эффективных электрических насосов на 12 вольт. Но в некоторых новых моделях используются гибридные системы с отдельным 48-вольтовым генератором для питания расширенных функций, таких как отключение на холостом ходу, при одновременном повышении общей эффективности системы.

Чтобы узнать больше об электричестве и связанных темах, воспользуйтесь ссылками на следующей странице.

Определение ампер по Merriam-Webster

am · pere | \ Am-pir также -ˌper \

1 : практическая единица измерения электрического тока метр-килограмм-секунда, которая эквивалентна потоку в один кулон в секунду или установившемуся току, создаваемому одним вольт, приложенным к сопротивлению в один ом.

2 : — основная единица измерения электрического тока в Международной системе единиц, которая определяется установкой фиксированного числового значения элементарного заряда равным 1.602176634 x 10 -19 ампер-секунд Am · père | \ äⁿ-ˈper \

Андре-Мари 1775–1836 французский физик

Опасности поражения электрическим током

С электричеством связано множество опасностей.Случайное поражение электрическим током может вызвать сильные ожоги, повреждение внутренних органов и даже смерть. Интересно, что хотя большинство людей думают об электричестве с точки зрения напряжения, наиболее опасным аспектом поражения электрическим током является сила тока, а не напряжение.

Напряжение в зависимости от силы тока

Напряжение и сила тока — это две меры электрического тока или потока электронов. Напряжение является мерой давления , которое позволяет электронам течь, в то время как сила тока является мерой объема электронов.Электрический ток в 1000 вольт не более смертоносен, чем ток в 100 вольт, но крошечные изменения силы тока могут означать разницу между жизнью и смертью, когда человек получает электрический шок.

Хотя физика сложна, некоторые эксперты используют аналогию с текущей рекой, чтобы объяснить принципы работы электричества. В этой аналогии напряжение приравнивается к крутизне или наклону реки, а сила тока приравнивается к объему воды в реке. Электрический ток с высоким напряжением, но очень низкой силой тока можно рассматривать как очень узкую небольшую реку, текущую почти вертикально, как крошечная струйка водопада.У него будет мало возможностей действительно навредить вам. Но большая река с большим количеством воды (сила тока) может утопить вас, даже если скорость течения (напряжение) относительно невысока.

Из этих двух сила тока — это то, что действительно создает риск смерти, что становится ясно, когда вы понимаете, насколько мало силы тока необходимо, чтобы убить.

Влияние силы тока на поражение электрическим током

Различная сила тока по-разному влияет на человеческий организм. В следующем списке описаны некоторые из наиболее распространенных последствий поражения электрическим током при различных уровнях силы тока.Чтобы понять, что это за величина, миллиампер (мА) равен одной тысячной ампера или ампера. Стандартная бытовая цепь, питающая ваши розетки и переключатели, имеет ток 15 или 20 ампер (15 000 или 20 000 мА).

  • От 1 до 10 мА : Поражение электрическим током практически отсутствует.
  • от 10 до 20 мА : Болезненный шок, но мышечный контроль не теряется.
  • от 20 до 75 мА : Серьезный шок, включая болезненный толчок и потерю мышечного контроля; пострадавший не может отпустить проволоку или другой источник шока.
  • от 75 до 100 мА : Может произойти фибрилляция желудочков (нескоординированное подергивание желудочков) сердца.
  • 100-200 мА : Возникает фибрилляция желудочков, часто приводящая к смерти.
  • Более 200 мА : возникают тяжелые ожоги и сильные мышечные сокращения. Могут быть повреждены внутренние органы. Сердце может остановиться из-за того, что грудные мышцы оказывают давление на сердце, но этот эффект зажима может предотвратить фибрилляцию желудочков, значительно увеличивая шансы на выживание, если пострадавшего исключить из электрической цепи.

Это дает вам представление о том, насколько опасна домашняя система электропроводки, которую мы считаем само собой разумеющейся, где провода имеют ток 15 000 или 20 000 мА.

Остаться в безопасности

Лучший способ предотвратить поражение электрическим током — это следовать стандартным процедурам безопасности для всех электромонтажных работ. Вот некоторые из самых важных основных правил безопасности:

  • Отключите питание : Всегда отключайте питание цепи или устройства, с которыми вы будете работать.Самый надежный способ отключить питание — это отключить автоматический выключатель цепи в бытовой сервисной панели (коробке выключателя).
  • Проверка питания : После отключения автоматического выключателя проверьте проводку или устройства, с которыми вы будете работать, с помощью бесконтактного тестера напряжения, чтобы убедиться, что питание отключено. Это единственный способ убедиться, что вы отключили правильную цепь.
  • Используйте изолированные лестницы : Никогда не используйте алюминиевые лестницы для электромонтажных работ.Для безопасности всегда используйте изолированные лестницы из стекловолокна.
  • Оставайтесь сухими : Избегайте влажных помещений при работе с электричеством. Если вы находитесь на улице в сырых или влажных условиях, наденьте резиновые сапоги и перчатки, чтобы снизить вероятность поражения электрическим током. Подключите электроинструменты и электроприборы к розетке GFCI (прерыватель цепи замыкания на землю) или удлинителю GFCI. Вытрите руки перед тем, как взяться за шнур.
  • Опубликовать предупреждения : Если вы работаете с сервисной панелью или схемой, поместите предупреждающую этикетку на лицевую сторону панели, чтобы предупредить других, чтобы они не включали никакие цепи.Перед повторным включением питания убедитесь, что никто другой не контактирует с цепью.

Учебное пособие по физике: Электрический ток

Если два требования электрической цепи выполнены, заряд будет проходить через внешнюю цепь. Говорят, что есть ток — поток заряда. Использование слова ток в этом контексте означает просто использовать его, чтобы сказать, что что-то происходит в проводах — заряд движется. Однако ток — это физическая величина, которую можно измерить и выразить численно.Как физическая величина, , ток — это скорость, с которой заряд проходит через точку в цепи. Как показано на диаграмме ниже, ток в цепи можно определить, если можно измерить количество заряда Q , проходящего через поперечное сечение провода за время t . Ток — это просто соотношение количества заряда и времени.

Текущее — это величина ставки. В физике есть несколько скоростных величин. Например, скорость — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свое положение.Математически скорость — это отношение изменения положения к времени. Ускорение — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свою скорость. Математически ускорение — это отношение изменения скорости к времени. А мощность — это величина скорости — скорость, с которой работа выполняется на объекте. Математически мощность — это отношение работы к времени. В каждом случае величины скорости математическое уравнение включает некоторую величину во времени. Таким образом, ток как величина скорости будет математически выражен как

.

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении используется символ I для обозначения величины тока.

Как обычно, когда количество вводится в Физическом классе, также вводится стандартная метрическая единица, используемая для выражения этой величины. Стандартная метрическая единица измерения тока — ампер . Ампер часто сокращается до Ампер и обозначается условным обозначением A . Ток в 1 ампер означает, что 1 кулон заряда проходит через поперечное сечение провода каждую 1 секунду.

1 ампер = 1 кулон / 1 секунда

Чтобы проверить свое понимание, определите ток для следующих двух ситуаций.Обратите внимание, что в каждой ситуации дается некоторая посторонняя информация. Нажмите кнопку Проверить ответ , чтобы убедиться, что вы правы.

Провод изолируют поперечным сечением 2 мм и определяют, что заряд 20 C может пройти через него за 40 с.

Сечение провода длиной 1 мм изолируется, и определяется, что заряд 2 Кл проходит через него за 0,5 с.

I = _____ Ампер

I = _____ Ампер

Обычное направление тока

Частицы, переносящие заряд по проводам в цепи, являются подвижными 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. Но в то время как электроны являются носителями заряда в металлических проводах, носителями заряда в других цепях могут быть положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. Фактически, носители заряда в полупроводниках, уличных фонарях и люминесцентных лампах одновременно являются как положительными, так и отрицательными зарядами, движущимися в противоположных направлениях.

Бен Франклин, проводивший обширные научные исследования статического и текущего электричества, считал положительные заряды носителями заряда. Таким образом, раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено в том направлении, в котором будут двигаться положительные заряды. Это соглашение прижилось и используется до сих пор. Направление электрического тока условно является направлением, в котором должен двигаться положительный заряд. Таким образом, ток во внешней цепи направлен от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.Электроны действительно будут двигаться по проводам в противоположном направлении. Зная, что настоящими носителями заряда в проводах являются отрицательно заряженные электроны, это соглашение может показаться немного странным и устаревшим. Тем не менее, это соглашение, которое используется во всем мире, и к которому студент-физик может легко привыкнуть.

Зависимость тока от скорости дрейфа

Ток связан с количеством кулонов заряда, которые проходят точку в цепи за единицу времени.Из-за своего определения его часто путают со скоростью дрейфа количества. Скорость дрейфа означает среднее расстояние, пройденное носителем заряда за единицу времени. Как и скорость любого объекта, скорость дрейфа электрона, движущегося по проводу, — это отношение расстояния ко времени. Путь типичного электрона через проволоку можно описать как довольно хаотический зигзагообразный путь, характеризующийся столкновениями с неподвижными атомами. Каждое столкновение приводит к изменению направления электрона.Однако из-за столкновений с атомами в твердой сети металлического проводника на каждые три шага вперед приходится два шага назад. С электрическим потенциалом, установленным на двух концах цепи, электрон продолжает мигрировать вперед . Прогресс всегда идет к положительному полюсу. Однако общий эффект бесчисленных столкновений и высоких скоростей между столкновениями заключается в том, что общая скорость дрейфа электрона в цепи ненормально мала. Типичная скорость дрейфа может составлять 1 метр в час.Это медленно!

Тогда можно спросить: как может быть в цепи ток порядка 1 или 2 ампер, если скорость дрейфа составляет всего около 1 метра в час? Ответ таков: существует много-много носителей заряда, движущихся одновременно по всей длине цепи. Ток — это скорость, с которой заряд пересекает точку в цепи. Сильный ток является результатом нескольких кулонов заряда, пересекающих поперечное сечение провода в цепи. Если носители заряда плотно упакованы в провод, тогда не обязательно должна быть высокая скорость, чтобы иметь большой ток.То есть носители заряда не должны преодолевать большое расстояние за секунду, их просто должно быть много, проходящих через поперечное сечение. Ток не имеет отношения к тому, как далеко за секунду перемещаются заряды, а скорее к тому, сколько зарядов проходит через поперечное сечение провода в цепи.

Чтобы проиллюстрировать, насколько плотно упакованы носители заряда, мы рассмотрим типичный провод, который используется в цепях домашнего освещения — медный провод 14-го калибра. В срезе этого провода длиной 0,01 см (очень тонком) их будет целых 3.51 x 10 20 атомов меди. Каждый атом меди имеет 29 электронов; маловероятно, что даже 11 валентных электронов одновременно будут двигаться как носители заряда. Если мы предположим, что каждый атом меди вносит только один электрон, то на тонком проводе длиной 0,01 см будет до 56 кулонов заряда. При таком большом количестве подвижного заряда в таком маленьком пространстве малая скорость дрейфа может привести к очень большому току.

Чтобы еще больше проиллюстрировать это различие между скоростью заноса и течением, рассмотрим аналогию с гонками.Предположим, что была очень большая гонка черепах с миллионами и миллионами черепах на очень широкой гоночной трассе. Черепахи не очень быстро двигаются — у них очень низкая скорость дрейф . Предположим, что гонка была довольно короткой — скажем, длиной 1 метр — и что значительный процент черепах достиг финишной черты в одно и то же время — через 30 минут после начала гонки. В таком случае течение будет очень большим — миллионы черепах пересекают точку за короткий промежуток времени.В этой аналогии скорость связана с тем, насколько далеко черепахи перемещаются за определенный промежуток времени; а ток зависит от того, сколько черепах пересекли финишную черту за определенный промежуток времени.

Природа потока заряда

Как только было установлено, что средняя скорость дрейфа электрона очень и очень мала, вскоре возникает вопрос: почему свет в комнате или в фонарике загорается сразу после включения переключателя? Разве не будет заметной задержки перед тем, как носитель заряда перейдет от переключателя к нити накала лампочки? Ответ — нет! и объяснение того, почему раскрывает значительную информацию о природе потока заряда в цепи.

Как упоминалось выше, носителями заряда в проводах электрических цепей являются электроны. Эти электроны просто поставляются атомами меди (или любого другого материала, из которого сделана проволока) внутри металлической проволоки. Как только переключатель переводится в положение на , цепь замыкается, и на двух концах внешней цепи устанавливается разность электрических потенциалов. Сигнал электрического поля распространяется почти со скоростью света ко всем подвижным электронам в цепи, приказывая им начать марш и марш .По получении сигнала электроны начинают двигаться по зигзагообразной траектории в обычном направлении. Таким образом, щелчок переключателя вызывает немедленную реакцию во всех частях схемы, заставляя носители заряда повсюду двигаться в одном и том же направлении. В то время как фактическое движение носителей заряда происходит с низкой скоростью, сигнал, который сообщает о начале движения, движется со скоростью, составляющей долю от скорости света.

Электроны, которые зажигают лампочку в фонарике, не должны сначала пройти от переключателя через 10 см провода к нити накала.Скорее электроны, которые зажигают лампочку сразу после того, как переключатель повернут на на , являются электронами, которые присутствуют в самой нити. Когда переключатель повернут, все подвижные электроны повсюду начинают движение; и именно подвижные электроны, присутствующие в нити накала, непосредственно ответственны за зажигание ее колбы. Когда эти электроны покидают нить накала, в нее входят новые электроны, которые ответственны за зажигание лампы. Электроны движутся вместе, как вода в трубах дома.Когда кран поворачивается с на , вода в кране выходит из крана. Не нужно долго ждать, пока вода из точки входа в ваш дом пройдет по трубам к крану. Трубы уже заполнены водой, и вода во всем водном контуре одновременно приводится в движение.

Развиваемая здесь картина потока заряда представляет собой картину, на которой носители заряда подобны солдатам, идущим вместе, повсюду с одинаковой скоростью.Их движение начинается немедленно в ответ на установление электрического потенциала на двух концах цепи. В электрической цепи нет места, где носители заряда расходуются или расходуются. Хотя энергия, которой обладает заряд, может быть израсходована (или лучше сказать, что электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии), сами носители заряда не распадаются, не исчезают или иным образом не удаляются из схема. И нет места в цепи, где бы начали скапливаться или накапливаться носители заряда.Скорость, с которой заряд входит во внешнюю цепь на одном конце, такая же, как скорость, с которой заряд выходит из внешней цепи на другом конце. Ток — скорость потока заряда — везде одинакова. Поток заряда подобен движению солдат, идущих вместе, повсюду с одинаковой скоростью.

Проверьте свое понимание

1.Говорят, что ток существует всякий раз, когда _____.

а. провод заряжен

г. аккумулятор присутствует

г. электрические заряды несбалансированные

г. электрические заряды движутся по петле

2. У тока есть направление. По соглашению ток идет в направлении ___.

а. + заряды перемещаются

г.- электроны движутся

г. + движение электронов

3. Скорость дрейфа подвижных носителей заряда в электрических цепях ____.

а. очень быстро; меньше, но очень близко к скорости света

г. быстрый; быстрее, чем самая быстрая машина, но далеко не скорость света

г. медленный; медленнее Майкла Джексона пробегает 220-метровую

г.очень медленно; медленнее улитки

4. Если бы электрическую цепь можно было сравнить с водяной цепью в аквапарке, то ток был бы аналогичен ____.

Выбор:

A. давление воды

Б. галлонов воды, стекающей по горке в минуту

С.вода

D. нижняя часть салазок

E. водяной насос

F. верх горки

5. На схеме справа изображен токопроводящий провод. Две площади поперечного сечения расположены на расстоянии 50 см друг от друга. Каждые 2,0 секунды через каждую из этих областей проходит заряд 10 ° C.Сила тока в этом проводе ____ А.

а. 0,10

г. 0,25

г. 0,50

г. 1.0

e. 5,0

ф. 20

г. 10

ч.40

и. ни один из этих

6. Используйте диаграмму справа, чтобы заполнить следующие утверждения:

а. Ток в один ампер — это поток заряда со скоростью _______ кулонов в секунду.

г. Когда заряд 8 C проходит через любую точку цепи за 2 секунды, ток составляет ________ A.

г. Если через точку A (диаграмма справа) за 10 секунд расход заряда составляет 5 ° C, то ток равен _________ A.

г. Если ток в точке D равен 2,0 А, то _______ C заряда проходит через точку D за 10 секунд.

e. Если 12 ° C заряда пройдет мимо точки A за 3 секунды, то 8 C заряда пройдут мимо точки E за ________ секунд.

ф. Верно или неверно:

Ток в точке E значительно меньше тока в точке A, поскольку в лампочках расходуется заряд.

.

Оставить ответ