Мисля, че сте чували фразата „текуща сила“ повече от веднъж. За какво е необходима сила? Е, за какво, за да вършим полезна или безполезна работа. Основното нещо е да се направи нещо. Нашето тяло също има сила. Някои хора имат такава сила, че могат да разбият тухла на парчета с един удар, докато други не могат дори да вдигнат лъжица. И така, скъпи читатели, електрическият ток също има сила.
Представете си маркуч, с който поливате градината си.
Нека маркучът е тел, а водата в него е електрически ток. Отворихме малко крана и по маркуча потече вода. Бавно, но все пак тя тичаше. Реактивната сила е много слаба. Сега нека отворим кранчето докрай. В резултат на това потокът ще бликне с такава сила, че можете дори да полеете градината на съседа си.
Сега си представете, че пълните кофа. Водното налягане от кран или маркуч ще го напълни ли по-бързо? Диаметърът на маркуча и крана е еднакъв
Разбира се, с натиск от жълтия маркуч! Но защо това се случва? Работата е там, че обемът на водата, изтичаща от крана и жълтия маркуч за еднакъв период от време, също е различен. Или с други думи, много по-голям брой водни молекули ще изтекат от маркуча, отколкото от крана за същото време.
Каква е силата на тока
Това е точно същата история с кабелите). Тоест за еднакъв период от време броят на електроните, движещи се по жицата, може да бъде напълно различен. От това можем да изведем определението за сила на тока.
И така, токът е броят на електроните, преминаващи през площта на напречното сечение на проводника за единица време, да кажем, за секунда. По-долу на фигурата същата площ на напречното сечение на жицата, през която протича електрическият ток, е засенчена със зелени линии.
И какво голямо количествоелектроните ще "бягат" по жицата през напречното сечение на проводника за известно време, толкова по-голяма ще бъде силата на тока в проводника.
Или с други думи, формулата за чайник:
Където
I – действителна сила на тока
N – брой електрони
t е периодът от време, през който тези електрони преминават през напречното сечение на проводника.
Силата на тока се измерва в т.нар Ампер, в чест на френския учен Андре-Мари Ампер.
Също така имайте предвид, че всеки отделен маркуч може да издържи само определен максимален поток вода, в противен случай или ще получи дупка някъде от такова налягане, или просто ще бъде издухан на парчета. Същото е и с жиците. Трябва да знаем какъв максимален ток можем да прокараме през този проводник. Например за Меден проводникс напречно сечение от 1 mm 2 нормалната стойност е 10 ампера. Ако подадем повече, жицата или ще започне да се нагрява, или ще се стопи. Те се основават на този принцип. Ето защо захранващите кабели, през които „минават“ стотици и хиляди ампери, се вземат с голям диаметър и се опитват да бъдат направени от мед, тъй като специфичната му мощност е много малка.
В електротехниката електрическият ток е движението на заредени частици по протежение на проводник. Това количество не се характеризира само с количеството електрическа енергия, преминаваща през проводника, тъй като един и същ проводник може да пропуска ток с различна и еднаква сила за различни периоди от време. Ето защо не всичко е толкова просто, колкото изглежда. Препоръчително е да се запознаете с по-подробни определения за електрически ток, на какво е равен и как се изчислява. Тази статия ще обясни как да намерите тока в проводник и ще даде формулата за това уравнение.
Като се има предвид количеството електричество, което протича през даден проводник за различни интервали от време, ще стане ясно, че за кратък период от време токът ще тече по-интензивно, така че трябва да се въведе още едно определение. Това означава токът, протичащ в проводник за секунда от времето.
Основни величини, характеризиращи потока от електрони
Ако формулираме определение въз основа на всичко по-горе, тогава силата на електрическия ток е количеството електричество, преминаващо през напречното сечение на проводника за секунда. Стойността е отбелязана с латинската буква "I".
Галванометър за измерване на малки токове
важно!Експертите определят силата на електрическия ток като един ампер, когато един кулон електричество преминава през напречното сечение на проводник за една секунда.
Често в електротехниката можете да видите други единици за измерване на електрически ток: милиампери, микроампери и т.н. Това се дължи на факта, че такива количества ще бъдат напълно достатъчни за захранване на съвременни вериги. 1 усилвател е много голямо значение, тъй като човек може да бъде убит от ток от 100 милиампера и следователно електрическият контакт е не по-малко опасен за човек, отколкото например превишена скорост.
Схема, определяща разглежданото понятие
Ако знаете количеството електричество, преминало през проводника за определен период от време, тогава силата (не мощността) може да се изчисли с помощта на формулата, показана на снимката.
Когато електрическата мрежа е затворена и няма разклонения, през всяко напречно сечение протича еднакво количество електричество за секунда. Теоретично това се оправдава по следния начин: зарядът не може да се натрупа на определено място и силата на електрическия ток е еднаква навсякъде.
Видове течения
Актуални източници
Източникът на електрически ток е електрическо устройство, което преобразува определен вид енергия в електрическа енергия. Такива устройства са разделени на физически и химически.
Принципът на действие на химическите източници се основава на преобразуването на химическата енергия в електрическа. Тази трансформация се извършва независимо и не изисква външно участие. В зависимост от възобновяемостта на елементите и вида на реакциите те се разделят на:
- Първични (батерии) Първичните източници не могат да се използват повторно, ако са разредени, тъй като протичащите в тях химични реакции са необратими. Те се делят на горивни и полугоривни клетки. Горивните са подобни на батериите, но химически веществате се пълнят отделно, като храна химическа реакцияизлизат навън. Това им помага да работят дълго време. Полу-гориво включва един от химически елементи, а вторият постепенно пристига по време на употреба. Техният експлоатационен живот се определя от доставката на невъзобновяема субстанция. Ако е възможна регенерация чрез зареждане за такъв елемент, тогава той възобновява възможностите си като батерия.
Батериите - като първични химически източници на ток
- Вторични (батерии) се подлагат на цикъл на зареждане преди употреба. Зарядът, който получават по време на процеса, може да бъде транспортиран заедно с устройствата. След като зарядът се изразходва, той може да се регенерира поради зареждането и обратимостта на химическата реакция. Също така класифицирани като вторични са възобновяемите елементи, които са механично или химически заредени и възстановяват способността си да захранват устройства. Те са проектирани по такъв начин, че след определен период от време да изискват подмяна определени частида продължи реакцията.
Видове захранвания токов удар
важно!Трябва да се разбере, че разделянето на батерии и акумулатори е условно. Свойствата на батерията могат да се проявят, например, в алкални батерии, които могат да се съживят при определено състояние на зареждане.
Също така, според вида на реагентите, химическите източници се разделят на:
- киселинен.
- Физиологичен разтвор.
- Алкална.
Физическите източници на електрически ток се основават на преобразуването на механична, както и ядрена, топлинна или светлинна енергия в електрическа енергия.
Промишлен генератор за трифазен ток
Сила на тока - на какво е равно, в какви единици се измерва, как да намерите силата на тока по формулата
Както вече стана ясно, силата на електрическия ток е физическа величина, която показва заряда, който преминава през проводник за единица време. Основната формула за изчисляване изглежда така: I = q/t, където q е зарядът, който тече по протежение на проводника в кулони, а t е интервалът от време в секунди.
Можете също така да изчислите силата на електрическия ток, като използвате закона на Ом. Той гласи, че тази стойност е равна на мрежовото напрежение във волтове, разделено на нейното съпротивление в омове. В тази връзка има формула от този вид - I = U/R. Този закон е приложим за изчисляване на DC стойности.
За да изчислите променливите параметри на електричеството, трябва да разделите намерените стойности на Корен квадратенот две.
За ваша информация!Това е по-практичен метод за измерване и трябва да се използва често, тъй като всички уреди в дома или офиса се захранват от контакти, които доставят променлив ток. Това се прави, защото е по-лесно за работа и по-удобно за трансформиране.
Законът на Ом в таблицата
важно!Ясен пример за работата на променлив електрически ток може да се наблюдава при включване на флуоресцентни лампи. Докато светнат напълно, те ще мигат, защото токът се движи напред-назад в тях.
Единицата за ток е ампер. Дефинира се като силата на постоянен ток, който преминава през безкрайни паралелни проводници с най-малко кръгло напречно сечение (с минимална кръгла площ на напречното сечение), разделени на 1 метър и разположени в безвъздушно вакуумно пространство. Това взаимодействие върху един метър дължина на тези проводници е равно на 2 × 10 на минус 7-ма степен на Нютон. Ако един кулон заряд премине през проводник за една секунда от време, тогава токът в него е равен на един ампер.
Акумулаторните батерии са вторични източници, но са неразривно свързани с батериите
Защо трябва да измервате тока?
Сила на тока в проводник или секция електрическа веригаизмерени, за да имате представа за характеристиките на даден проводник или верига. Тъй като силата на тока е един от основните параметри на електричеството, той е неразривно свързан с други стойности като напрежение и съпротивление. Освен това, както вече стана ясно, тези три величини могат пропорционално да се определят една друга.
Слънчевият панел също е източник, който преобразува светлинната енергия
Изчисленията на силата на електрическия ток се правят в различни случаи:
- При полагане на електрически мрежи.
- При създаване на устройства.
- С образователна цел.
- При избора на подходящите части за извършване на определени действия.
Схема на устройството за генератор на ток
Електрически уред за измерване на ток
За измерване на силата на електрическия ток се използва специално устройство, наречено амперметър. Ако е необходимо да се измерват токове с различна сила, тогава те прибягват до използването на милиамперметри и макроамперметри. За измерване на необходимата стойност с него, той се свързва към веригата последователно. Токът, който преминава през устройството, ще се променя от него, а данните ще се показват на цифров дисплей или аналогови везни.
важно!Струва си да запомните, че можете да включите амперметъра във всяка част на мрежата, тъй като силата на тока в проста затворена верига без разклонения е еднаква във всички точки.
Съвременните тестери и мултиметри съдържат функцията за измерване на електрически ток, така че няма нужда да прибягвате до големи устройства, предназначени за промишлена употреба
Силата на тока у дома може да се измери с помощта на мултицет
По този начин силата на електрическия ток е основна характеристика на движещите се частици. Той не само дава яснота какво напрежение и съпротивление има в мрежата, но също така определя други важни величини като EMF и др.
« Физика - 10 клас"
Електричество- насочено движение на заредени частици. Благодарение на електрическия ток апартаментите се осветяват, машините се задвижват, горелките на електрическите печки се нагряват, радиото работи и др.
Нека разгледаме най-простия случай на насочено движение на заредени частици - постоянен ток.
Какъв електрически заряд се нарича елементарен?
Какъв е елементарният електрически заряд?
Каква е разликата между зарядите в проводник и диелектрик?
Когато заредените частици се движат в проводник, възниква прехвърляне електрически зарядот една точка до друга. Въпреки това, ако заредените частици претърпят произволно топлинно движение, като например свободни електрони в метал, тогава не се извършва прехвърляне на заряд (фиг. 15.1, а). Напречното сечение на един проводник пресича средно еднакъв брой електрони в две противоположни посоки. Електрическият заряд се прехвърля през напречното сечение на проводник само ако, заедно с произволното движение, електроните участват в насочено движение (фиг. 15.1, b). В този случай те казват, че диригентът отива електричество.
Електрическият ток е подредено (насочено) движение на заредени частици.
Електрическият ток има определена посока.
Посоката на тока се приема за посока на движение на положително заредени частици.
Ако преместите общо неутрално тяло, тогава, въпреки подреденото движение на огромен брой електрони и атомни ядра, няма да възникне електрически ток. Общият заряд, пренесен през всяко напречно сечение, ще бъде равен на нула, тъй като зарядите с различни знаци се движат с еднакви Средната скорост.
Посоката на тока съвпада с посоката на вектора на напрежението електрическо поле. Ако токът се формира от движението на отрицателно заредени частици, тогава посоката на тока се счита за противоположна на посоката на движение на частиците.
Изборът на посока на тока не е много успешен, тъй като в повечето случаи токът представлява подредено движение на електрони - отрицателно заредени частици. Изборът на посоката на тока беше направен във време, когато нищо не се знаеше за свободните електрони в металите.
Действие на тока.
Ние не виждаме директно движението на частиците в проводник. За наличието на електрически ток трябва да се съди по действията или явленията, които го придружават.
Първо, проводникът, през който протича токът, се нагрява.
Второ, електрическият ток може да се промени химичен съставпроводник: например, за изолиране на неговите химически компоненти (мед от разтвор на меден сулфат и др.).
Трето, токът упражнява сила върху съседни токове и намагнитизирани тела. Това действие на тока се нарича магнитен.
Така магнитна стрелка в близост до проводник с ток се върти. Магнитният ефект на тока, за разлика от химическия и топлинния, е основният, тъй като се проявява във всички проводници без изключение. Химично действиеток се наблюдава само в разтвори и стопилки на електролити, а нагряването отсъства в свръхпроводниците.
В крушка с нажежаема жичка, поради преминаването на електрически ток, тя излъчва Видима светлина, а електродвигателят извършва механична работа.
Текуща сила.
Ако във верига протича електрически ток, това означава, че през напречното сечение на проводника непрекъснато се пренася електрически заряд.
Зарядът, прехвърлен за единица време, служи като основен количествени характеристикиток, нар сила на тока.
Ако заряд Δq се пренесе през напречното сечение на проводник за време Δt, тогава средната стойност на тока е равна на
Средната сила на тока е равна на отношението на заряда Δq, преминаващ през напречното сечение на проводника през интервала от време Δt към този период от време.
Ако силата на тока не се променя с времето, тогава се извиква токът постоянен.
Сила на AC ток този моментвремето също се определя по формула (15.1), но времевият интервал Δt в този случай трябва да бъде много малък.
Силата на тока, подобно на заряда, е скаларна величина. Тя може да е като положителен, така отрицателен. Знакът на тока зависи от това коя от посоките около веригата се приема за положителна. Сила на тока I > 0, ако посоката на тока съвпада с условно избраната положителна посока по протежение на проводника. Иначе аз< 0.
Връзка между силата на тока и скоростта на насоченото движение на частиците.
Нека цилиндричен проводник (фиг. 15.2) има напречно сечение с площ S.
За положителна посока на тока в проводник приемаме посоката отляво надясно. Зарядът на всяка частица ще се счита за равен на q 0. Обемът на проводника, ограничен от напречни сечения 1 и 2 с разстояние Δl между тях, съдържа nSΔl частици, където n е концентрацията на частици (носители на ток). Общият им заряд в избрания обем е q = q 0 nSΔl. Ако частиците се движат отляво надясно със средна скорост υ, тогава през времето всички частици, съдържащи се в разглеждания обем, ще преминат през напречно сечение 2. Следователно силата на тока е равна на:
Единицата SI за ток е ампер (A).
Тази единица е създадена на базата на магнитното взаимодействие на токовете.
Измерете силата на тока амперметри. Принципът на проектиране на тези устройства се основава на магнитното действие на тока.
Скоростта на подредено движение на електрони в проводник.
Нека намерим скоростта на подредено движение на електрони в метален проводник. Съгласно формула (15.2), където e е модулът на заряда на електрона.
Нека, например, силата на тока I = 1 A и площта на напречното сечение на проводника S = 10 -6 m 2. Модул на електронен заряд e = 1,6·10 -19 C. Броят на електроните в 1 m 3 мед е равен на броя на атомите в този обем, тъй като един от валентните електрони на всеки меден атом е свободен. Това число е n ≈ 8,5 10 28 m -3 (това число може да се определи чрез решаване на задача 6 от § 54). следователно
Както можете да видите, скоростта на подреденото движение на електроните е много ниска. Тя е в пъти по-малка от скоростта топлинно движениеелектрони в метал.
Необходими условия за съществуване на електрически ток.
За възникването и съществуването на постоянен електрически ток в дадено вещество е необходимо да има Безплатнозаредени частици.
Това обаче все още не е достатъчно, за да възникне ток.
За да се създаде и поддържа подреденото движение на заредените частици, е необходима сила, която да действа върху тях в определена посока.
Ако тази сила престане да действа, тогава подреденото движение на заредените частици ще престане поради сблъсъци с йони кристална решеткаметали или неутрални електролитни молекули и електроните ще се движат произволно.
Заредените частици, както знаем, се въздействат от електрическо поле със силата:
Обикновено електрическото поле вътре в проводника причинява и поддържа подреденото движение на заредените частици.
Само в статичен случай, когато зарядите са в покой, електрическото поле вътре в проводника е нула.
Ако вътре в проводника има електрическо поле, тогава има потенциална разлика между краищата на проводника в съответствие с формула (14.21). Както показа експериментът, когато потенциалната разлика не се променя с времето, a постоянен електрически ток. По протежение на проводника потенциалът намалява от максимална стойноств единия край на проводника до минимум в другия, тъй като положителният заряд под въздействието на силите на полето се движи в посока на намаляване на потенциала.
Какво е напрежение и ток?
Днес ще говорим за най-основните понятия за ток и напрежение, без общо разбиране на които е невъзможно да се изгради каквото и да е електрическо устройство.
И така, какво е напрежението?
Просто казано волтаж- потенциална разлика между две точки в електрическа верига, измерено във волтове. Заслужава да се отбележи, че напрежението винаги се измерва между две точки! Тоест, когато казват, че напрежението на крака на контролера е 3 волта, се има предвид, че потенциалната разлика между крака на контролера и земята е същите 3 волта.
Земята (Ground, Zero) е точка в електрическа верига с потенциал от 0 волта. Заслужава обаче да се отбележи, че напрежението не винаги се измерва спрямо земята. Например, чрез измерване на напрежението между два извода на контролера, ще получим разликата в електрическите потенциали на тези точки във веригата. Тоест, ако има 3 волта на единия крак (Т.е дадена точкаима потенциал от 3 волта спрямо земята), а на вторите 5 волта (отново потенциал спрямо земята), получаваме стойност на напрежението, равна на 2 волта, което е равно на потенциалната разлика между точките 5 и 3 волта .
От понятието напрежение следва следващото понятие - електрически ток. Това си спомняме от курса по обща физика електрическият ток е насочено движение на заредени частици по протежение на проводник,измерено в ампери. Заредените частици се движат поради потенциалната разлика между точките. Общоприето е, че токът протича от точка с голям заряд към точка с по-малък заряд. Тоест напрежението (потенциалната разлика) създава условията за протичане на ток. При липса на напрежение токът е невъзможен, тоест между точките с равен потенциалняма ток.
По пътя си токът среща препятствие под формата на съпротивление, което пречи на протичането му. Съпротивлението се измерва в ома. Ще говорим повече за това в следващия урок. Отдавна обаче е установена следната връзка между ток, напрежение и съпротивление:
Където I - ток в ампери, U - напрежение във волтове, R - съпротивление в омове.
Тази връзка се нарича закон на Ом. Следните заключения от закона на Ом също са верни:
Ако все още имате въпроси, задайте ги в коментарите. Само благодарение на вашите въпроси ще можем да подобрим материалите, представени на този сайт!
Това е всичко, в следващия урок ще говорим за съпротивата.
Всяко копиране, възпроизвеждане, цитиране на материала или части от него е разрешено само с писменото съгласие на администрацията на MKPROG .RU. Незаконното копиране, цитиране, възпроизвеждане се наказва от закона!
Преминаването на електрически ток през всяка проводяща среда се обяснява с наличието в него на определено количество носители на заряд: електрони в метали, йони в течности и газове. Как да намерим стойността му се определя от физиката на силата на тока.
В спокойно състояние носителите се движат хаотично, но когато са изложени на електрическо поле, движението става подредено, определено от ориентацията на това поле - в проводника се появява сила на тока. Определя се броят на носителите, участващи в прехвърлянето на заряда физическо количество– сила на тока.
Концентрацията и зарядът на частиците носител или количеството електричество директно определя силата на тока, преминаващ през проводника. Ако вземем предвид времето, през което това се случва, тогава можем да разберем каква е силата на тока и как зависи от заряда, използвайки връзката:
Количества, включени във формулата:
- I – силата на електрическия ток, мерната единица е ампер, включена в седемте основни единици на системата С. Концепцията за „електрически ток“ е въведена от Андре Ампер, единицата е кръстена на този френски физик. Понастоящем се определя като ток, създаващ сила на взаимодействие от 2 × 10-7 нютона между два успоредни проводника, с разстояние от 1 метър между тях;
- Количеството електрически заряд, използвано тук за характеризиране на силата на тока, е производна единица, измерена в кулони. Един кулон е зарядът, преминаващ през проводник за 1 секунда при ток от 1 ампер;
- Време в секунди.
Силата на тока през заряда може да се изчисли, като се използват данни за скоростта и концентрацията на частиците, ъгъла на тяхното движение и площта на проводника:
I = (qnv)cosαS.
Използва се и интегриране по площта на повърхността и напречното сечение на проводника.
Определянето на силата на тока с помощта на стойността на заряда се използва в специални области на физическите изследвания, но не се използва в обикновената практика.
Връзката между електрическите величини се установява от закона на Ом, който показва съответствието на тока с напрежението и съпротивлението:
Силата на електрическия ток тук е съотношението на напрежението в електрическата верига към нейното съпротивление; тези формули се използват във всички области на електротехниката и електрониката. Те са правилни за DC с резистивен товар.
В случай на косвено изчисление за променлив ток, трябва да се вземе предвид, че се измерва и посочва средноквадратичната (rms) стойност на променливото напрежение, което е 1,41 пъти по-малко от амплитудното напрежение, следователно максималното силата на тока във веригата ще бъде по-голяма със същото количество.
Ако товарът е индуктивен или капацитивен, комплексното съпротивление се изчислява за определени честоти - невъзможно е да се намери силата на тока за този тип товар, като се използва стойността на активното съпротивление на постоянен ток.
По този начин съпротивлението на кондензатор на постоянен ток е почти безкрайно, а за променлив ток:
Тук RC е съпротивлението на същия кондензатор с капацитет C, при честота F, което до голяма степен зависи от неговите свойства, съпротивление различни видовекапацитетите за една и съща честота варират значително. В такива вериги силата на тока по правило не се определя по формула - използват се различни измервателни уреди.
За да се намери текущата стойност при известни стойности на мощността и напрежението, се използват елементарни трансформации на закона на Ом:
Тук токът е в ампери, съпротивлението е в омове, мощността е във волтампери.
Електрическият ток има тенденция да се разделя на различни части на веригата. Ако техните съпротивления са различни, тогава силата на тока ще бъде различна на всеки от тях, така че намираме общия ток на веригата.
Общият ток на веригата е равен на сумата от токовете в нейните секции - с пълно преминаване през електрическата затворена веригатокът се разклонява и след това се връща към първоначалната си стойност.
Видео
