Сила тока: что это такое, формула, в чем измеряется сила тока

Электрический ток

Электрический ток течет по проводам. И он «течет», почти как вода. Допустим, вы счастливый фермер, который решил полить свой сад из шланга. Вы приоткрыли кран, и вода сразу же потекла по шлангу. Медленно, но все равно побежал.

Сила струи очень мала. Затем вы решили, что вам нужно больше давления, и полностью закрыли кран. В результате струя будет метаться с такой силой, что даже помидор не останется без присмотра, хотя в обоих случаях диаметр трубы одинаковый.

А теперь представьте, что вы наполняете два ведра двумя тюбиками. У одного давление сильнее, у другого слабее. Быстрее наполнится ведро, в которое с сильным напором наливают воду из шланга. Дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных труб тоже разный. Другими словами, количество молекул воды выйдет из зеленой трубки намного больше, чем из желтой за равный промежуток времени.

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

• Электрический ток – это прямое движение заряженных частиц.

Что представляет собой ток

Перейдем к определению, что такое электрический ток!

Электрический ток – это прямое движение электрически заряженных частиц (в нашем случае это рыба) под действием электрического поля (в нашем случае это вода).

Сила тока

Сразу нам понадобится величина, с которой мы будем измерять «голову» электрического тока. Так что это зависит от количества частиц, протекающих через проводник.

Сила тока – это физическая величина, которая показывает, сколько заряда прошло через проводник.

Текущая сила I = q / t I – сила тока А q – загрузка C t – время с

Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения была выбрана неспроста.

Во-первых, он получил свое название от физика Андре-Мари Ампера, изучавшего электрические явления. А во-вторых, единица этой величины выбирается исходя из явления взаимодействия двух проводников.

Здесь, к сожалению, не удастся провести аналогию с водопроводом. Наполненные водой трубы не притягиваются и не отталкиваются близко друг к другу (что было бы обидно, но было бы весело).

Когда ток течет через два параллельных проводника в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу. А при обратном направлении (по тем же проводникам) они отклоняются.

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

Задача

Найдите ток в цепи, если заряд 300 мкКл проходит через нее за 2 секунды.

Решение:

Возьмем формулу для текущего

I = q / t

Заменить значения

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: ток в шлейфе 150 мА

Основные единицы измерения силы тока

В качестве основной единицы измерения силы тока используется ампер (краткое обозначение – А). Ампер, названный в честь ученого-физика Анри Ампера, является частью Международной системы единиц (СИ).

Если 1 кулон электричества проходит через поперечное сечение за 1 секунду, ток в этом проводнике равен одному амперу. Как используются вспомогательные агрегаты:

• миллиампер (ма), одна тысячная или 10-3 ампер;
• микроампер (мкА), миллионная или 10-6 ампер.

Сила тока – важный параметр, знание которого поможет выбрать кабели с оптимальным размером сечения для планируемой нагрузки.

Сила тока – обозначение и базовые формулы

В формулах при расчете такого параметра, как сила тока, принято обозначение его значения буквой «I». Основная формула выглядит так: I = q / t, где q – количество электричества, а t – временной интервал.

Также для расчета силы тока можно использовать такие параметры, как:

• эффективное напряжение (U);
• мощность (P).

В этом случае применяется формула I = P / U. Получение силы тока расчетным методом актуально в тех случаях, когда использование средств измерений невозможно, например на этапе проектирования электрических сетей.

Закон Ома

Из этой статьи вы поняли, что такое поражение электрическим током. Но как рассчитать силу тока.

Вы можете увидеть формулу, по которой рассчитывается ток для участка цепи.

I-ток, Ампер
Напряжение U, В
R-сопротивление, Ом

Для расчета силы тока необходимо разделить напряжение на сопротивление.

Уважаемые читатели, подписывайтесь на обновления блога, и в следующих статьях я расскажу, что такое напряжение и сопротивление!

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз посмотрим на водопровод и зададим себе несколько вопросов. От чего зависит расход воды? Первое, что приходит в голову, – это давление. Почему на рисунке ниже молекулы воды движутся слева направо? Потому что давление слева больше, чем справа. Чем выше давление, тем быстрее будет течь вода по трубе – это элементарно.

Теперь вопрос в том, как увеличить количество электронов в поперечном сечении?

Первое, что приходит в голову – усилить давление. В этом случае расход воды увеличится, но не сильно, так как труба сломается, как нагревательная пластина во рту Тузика.

Второй – поставить трубу большего диаметра. В этом случае количество молекул воды пройдет через сечение больше, чем в тонкой трубке:

Все те же выводы можно применить и к обычной нити. Чем больше он в диаметре, тем больше он сможет «протянуть» через себя ток. Чем меньше диаметр, тем меньше желательно нагружать, иначе он «сломается», то есть тупо сгорит. Это принцип предохранителей. Внутри такого предохранителя находится тонкий провод. Его толщина зависит от силы тока, на которую он рассчитан.

предохранитель

Как только ток через тонкий жгут предохранителя превышает силу тока, на которую рассчитан предохранитель, жгут предохранителя перегорает и размыкает цепь. Ток больше не может протекать через перегоревший предохранитель, поскольку проводка в предохранителе разомкнута.

перегоревший предохранитель

Поэтому силовые кабели, по которым «проходят» сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются сделать их из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.

Сила тока в проводнике

Очень часто в физике можно встретить проблемы с вопросом: какова сила тока в проводнике? Проводник, также называемый проволокой, может иметь несколько параметров: диаметр или площадь поперечного сечения; материал, из которого сделана нить; длина, которая тоже играет немаловажную роль.

В любом случае сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица удельного сопротивления, сделанная из разных материалов, выглядит так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Чтобы найти силу тока в проводнике, нам нужно использовать закон Ома для участка цепи. Похоже на то:

закон Ома

Задача

У нас есть медный провод длиной 1 метр и сечением 1 мм2. Какой ток будет течь по этому проводнику (проводу), если на его концы приложить напряжение 1 вольт?

задание на текущую силу в хендлере

Решение:

Как измерить силу тока?

Чтобы измерить значение силы тока, нам понадобятся специальные приборы – амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который может измерять как силу тока, так и напряжение, сопротивление и так далее. Чтобы измерить силу тока, нам нужно вставить наше устройство в разомкнутую цепь вот так.

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

Я также рекомендую вам посмотреть обучающее видео, где очень умный учитель простым языком объясняет, что такое «текущая сила”.

Проводники и диэлектрики

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

• Проводники – это материалы, по которым протекает электрический ток. Лучшие проводники – это металлы.
• Диэлектрики – это материалы, через которые не протекает ток. Легкий!

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

Тот факт, что диэлектрик не проводит электрический ток, не означает, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передать.

Направление тока

Раньше в учебниках физики писали так: однажды решили, что ток направлен от плюса к минусу, а потом узнали, что электроны текут по проводам. Но эти электроны отрицательны, а это значит, что они не могут обойтись без них. Но поскольку мы уже согласовали направление, оставим как есть. Тогда у всех возник вопрос: почему нельзя изменить направление тока? Но ответа никто не получил.

Теперь пишут немного иначе: положительные частицы текут по проводнику от плюса к минусу, а ток направляется туда. Здесь ни у кого нет вопросов.

Итак, какая версия правильная? Фактически, они оба. Носители заряда разные для каждого типа материала. В металлах это электроны, в электролитах – ионы. Каждый тип частиц имеет свои знаки и необходимость бежать к противоположному полюсу заряда источника тока. Мы не будем выбирать направление тока для каждого типа материала, чтобы решить проблему! Поэтому принято направлять ток с плюса на минус. В большинстве заданий школьного курса направление течения роли не играет, но есть то очень коварное меньшинство, в котором этот момент будет очень важен. Поэтому помните: ток мы направляем с плюса на минус.

Источник тока

Вода в трубе берется из водопровода, ключ с водой в земле – в общем, не на пустом месте. Электрический ток тоже имеет свой источник.

Источником может быть, например, гальванический элемент (обычная батарея). Батарея работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции высвобождают энергию, которая затем передается в электрическую цепь.

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

Амперметр

Мы знаем, куда направлен ток, как его измеряют, как его рассчитать, зная заряд и время, в течение которого этот заряд прошел. Осталось только замерить.

Устройство для измерения силы тока называется амперметром. Он включен в электрическую цепь последовательно с проводником, в котором измеряется ток.

Амперметры очень разные по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индуктивные – и это только самые распространенные.

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

В основе термоамперметра лежит свойство тока нагревать провода. Устроено это так: тонкий провод подключается к двум неподвижным клеммам. Эта тонкая нить стягивается шелковой нитью, привязанной к пружине. Попутно этот провод наматывается вокруг неподвижной оси, на которой крепится стрелка. Измеряемый ток подается на фиксированные клеммы и пропускается через провод (на рисунке стрелки указывают путь тока).

Под действием тока нить немного нагреется, что приведет к растяжению, в результате чего прикрепленная к нити шелковая нить будет оттягиваться пружиной. Движение проволоки будет вращать ось, а значит, и стрелку. Стрелка покажет значение измерения.

Формулы расчета силы тока

Электрический ток – это упорядоченное и прямое движение заряженных частиц.
Сила тока (I) – это количество тока, прошедшего за единицу времени через поперечное сечение проводника. Международная единица измерения – Ампер (А / А).

– Ток через мощность и напряжение (DC): I = P / U
– Пропускаемый ток и напряжение (однофазный переменный ток): I = P / (U × cosφ)
– Ток через мощность и напряжение (трехфазный переменный ток): I = P / (U × cosφ × √3)
– Ток через мощность и сопротивление: I = (P / R)
– Ток через напряжение и сопротивление: I = U / R

• П – мощность, Вт;
• U – напряжение, В;
• R – сопротивление, Ом;
• какой коэффициент мощности.

Коэффициент мощности cos – это относительное скалярное значение, которое характеризует эффективность потребления электроэнергии. Для бытовой техники этот коэффициент почти всегда составляет от 0,90 до 1,00.

Измерение силы электрического тока

Электрический ток измеряется амперметрами. Кроме того, часто используются многофункциональные электроизмерительные устройства, например, мультиметры, которые можно переключать, в том числе, в режим измерения силы электрического тока и выполнять функции амперметров.

Амперметры всегда подключаются последовательно с потребителем, на котором измеряется ток. Это означает, что ток через потребителя будет соответствовать току через амперметр.

Чтобы таким способом определить силу тока, необходимо разорвать электрическую цепь в месте измерения и вставить амперметр.

Амперметр включается в цепь через две клеммы или зажимы, имеющиеся на приборе. Один из выводов амперметра, как правило, имеет знак «+», другой – «-» (иногда знак «-» отсутствует). Клемму со знаком «+» необходимо подключить к проводу, идущему от положительного полюса источника питания.

Поскольку амперметр также имеет внутреннее сопротивление, он влияет на электрическую цепь во время измерения. Однако сопротивление амперметра обычно настолько мало, что его можно не заметить.

На рисунке 1 показано такое последовательное соединение на примере лампочки и амперметра.

Текущее измерение

Если вы не хотите вмешиваться в электрическую цепь, отключая проводники, электрический ток также можно измерить косвенно с помощью токоизмерительных клещей. Другой вариант – измерить напряжение на потребителе, а затем, зная электрическое сопротивление потребителя, рассчитать ток по закону Ома.

Примеры типичных токов

Текущие значения можно прочитать на информационных табличках электрических приемников или в руководствах к этим устройствам. В таблице ниже приведены типичные значения электрических токов для различных электроприемников.

Потребитель	Текущая сила
Электрический термометр	около 0,00001 мА
Наушники	1 мА
Лампа накаливания 60 Вт	0,26 А
Лампа накаливания 75 Вт	0,33 А
Холодильник	0,8 А
Зарядное устройство для смартфона (быстрая зарядка)	2 А
Персональный компьютер	0,87 – 2,6 А
СВЧ	3,5 А
Пылесос	4 – 9 ЛА
Стиральная машина	6-10 А
Электроплавильная печь	15000 А
Громовая молния	10000 – 100000 А (в среднем 36000 А)