Currently set to Index
Currently set to Follow

В чем измеряется сила тока и чем его можно измерять?

Содержание
  1. Что такое сила тока?
  2. Формула силы тока
  3. Сила тока и сопротивление
  4. Сила тока в проводнике
  5. Как измерить силу тока?
  6. Приборы для измерения силы тока
  7. Примеры типичных токов
  8. Какие бывают виды электрического тока в быту
  9. Напряжение, ток и сопротивление
  10. Единицы измерения: вольт, ампер и ом
  11. Кулон и электрический заряд
  12. Формула закона Ома
  13. Анализ простых схем с помощью закона Ома
  14. Метода треугольника закона Ома
  15. Воздействие на человека
  16. Практические измерения
  17. Электрический ток в различных средах: что надо знать электрику
  18. Сила тока в проводнике из металла: как используется в бытовых условиях
  19. Транспортировка электрической мощности
  20. Нагревательные элементы
  21. Защитные устройства
  22. Ток в полупроводниках и его характеристики
  23. Ток в жидкостях: 3 метода применения
  24. Изоляционные свойства
  25. Аккумуляторы и гальванопластика
  26. Ток в газах: диэлектрические свойства среды и условия протекания разрядов
  27. Ток в вакууме: как используется в радиоэлектронных приборах
  28. Электрическая цепь и ее схематическое изображение
  29. Условные обозначения некоторых элементов электрической цепи
  30. Направление электрического тока в металлах
  31. Действия электрического тока (преобразования энергии)
  32. Единица и определение
  33. Эволюция эталона
  34. Будущее величины в СИ
  35. Единицы измерения в других системах единиц

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте применим все, что мы написали о воде здесь, к электронике. Нить – это трубка. Тонкая проволока – это трубка тонкого диаметра, толстая проволока – это трубка большого диаметра, можно сказать трубка. Молекулы воды – это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении может переносить больше электронов, чем тонкий. И здесь мы подходим к самой терминологии действующей силы.

Сила тока – это количество электронов, которые прошли через площадь поперечного сечения проводника в любой момент времени.

Вроде все так. Вот нарисовал круглый провод, “разрезал” и получил такое же сечение. Именно через него бегут электроны.

Возьмите 1 секунду в течение определенного периода времени.

Формула силы тока

Формула манекенов будет выглядеть так:
формула силы тока

где это находится

Я сама сила тока, Амперы

N – количество электронов

t – период времени, в течение которого эти электроны пройдут поперечное сечение проводника, секунды

Более правильная (официальная) формула выглядит так:

текущая формула

где это находится

Δq – заряд за определенный период времени, кулоновский

t – тот же промежуток времени, секунды

I – сила тока, Ампер

В чем проблема этих двух формул? Дело в том, что электрон имеет заряд около 1,6 · 10-19 кулонов. Следовательно, чтобы сила тока в проводе (проводнике) составляла 1 Ампер, нам нужен заряд в 1 кулон = 6,24151⋅1018 электронов, чтобы пройти через поперечное сечение. 1 кулон = 1 ампер 1 секунда.

Итак, теперь мы можем официально сказать, что если 6,24151⋅1018 электронов пролетят через поперечное сечение проводника за 1 секунду, ток в этом проводнике составит 1 ампер! Все! Больше ничего придумывать не надо! Так расскажи своему учителю физики).

Если учителю не нравится ваш ответ, скажите что-нибудь вроде этого:

Сила тока – это физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего через поверхность (считываемого через площадь поперечного сечения) с течением времени. Подвески в секунду. Чтобы сэкономить время и другие моральные и эстетические каноны, они решили назвать Pendente / second Ampere в честь французского физика.

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.
аналогия действующей силы с гидравликой

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

Первое, что приходит в голову, – это усилить давление. В этом случае расход воды увеличится, но вы не увеличите его сильно, так как труба сломается, как грелка, во рту Тузика.

Второй – поставить трубу большего диаметра. В этом случае количество молекул воды в нашем сечении будет проходить больше, чем в тонкой трубке:
ток проводника

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 нагрузки желательно, 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
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
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:

сопротивление проводника
формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением различных материалов выглядит так.
удельное сопротивление материалов
таблица с удельным сопротивлением веществ

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

Задача

У нас 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?

ток проводника
Задание на текущую силу в хендлере

Решение:

решение проблемы силы тока в проводнике

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.

как измерить силу тока

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”.

Приборы для измерения силы тока

Устройство для измерения силы тока называется амперметром, помимо того, как измеряется ток. Он может быть стрелочным, цифровым и электронным. Его активно применяют в электротехнической лаборатории, автомобилестроении, точных науках и строительстве. По принципу действия он бывает электромагнитным, магнитоэлектрическим, термоэмиссионным, ферродинамическим, электродинамическим и цифровым. Он измеряет электрические токи переменного и постоянного тока.

Он работает благодаря взаимодействию магнитного поля с движущейся катушкой или сердечником, который находится в корпусе. Все типы очень просты в использовании. Все, что необходимо пользователю, – это внимательно изучить инструкцию и инструкцию по применению. Как правило, для начала измерения необходимо прикоснуться к проводнику с помощью щупов и нажать соответствующую кнопку. После этого на экране отобразится значение в амперах. Стоит подчеркнуть, что силу тока также измеряют вольтметром, мультиметром и измерительной отверткой.

Примеры типичных токов

Текущие значения можно прочитать на информационных табличках на электроприемниках 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)

Какие бывают виды электрического тока в быту

Форма волны токов зависит от работы источника напряжения и сопротивления среды, через которую проходит сигнал. Чаще всего на практике домашний умелец сталкивается со следующими видами:

  • постоянный сигнал, генерируемый батареями или гальваническими элементами;
  • синусоидальный, создаваемый промышленными генераторами частотой 50 герц;
  • кнопка, образованная преобразованием различных блоков питания;
  • импульс, который проникает в домашнюю сеть из-за разряда молнии в воздушных линиях электропередачи;
  • произвольный.

Самый распространенный – это синусоидальный или переменный ток – от него питаются все наши устройства.

Многие полупроводниковые приборы работают в современной проводке, питающейся от синусоидального напряжения. Они обладают нелинейным сопротивлением, нарушают гармоническую форму.

Этот шум добавляется по всей цепи от конкретного потребителя до силового трансформатора, произвольно искажая идеальный синусоидальный сигнал. В результате изменяется как форма, так и величина напряжения питания.

Это может привести к созданию аварийного режима – истощению нулевого проводника в трехфазной цепи питания. Этот процесс подробно описан в отдельной статье на другом сайте.

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь создается, когда создается проводящий путь, который позволяет электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда через проводники цепи называется током и часто упоминается как «поток», например поток жидкости через полую трубку.

Сила, которая заставляет носители заряда «течь» через цепь, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенном количестве напряжения, присутствующем в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки в этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных моментов термин «стресс» не имеет значения.

Ток обычно течет по проводникам с некоторой степенью трения или сопротивления движению. Эту оппозицию правильнее называть сопротивлением движению. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине значения напряжения и сопротивления часто называют «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любую другую физическую величину. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или Цельсия. В таблице ниже показаны стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единица измерения тока, напряжения, сопротивления Значение Обозначение Единица измерения Аббревиатура единицы измерения
Текущий В Ампер А
Напряжение В Вольт В
Сопротивление Р Ом Ом

«Символ», присвоенный каждой величине, – это стандартная латинская буква, которая используется для обозначения этого количества в формулах. Такие стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Аббревиатура единицы» для каждой величины – это буквенный знак или символы, используемые в качестве сокращения для конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта и ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также важен. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Сопротивление» и «Напряжение» соответственно), в то время как «I» для тока кажется немного странным. Буква «I» означает «интенсивность» (поток заряда). Основываясь на исследовании, которое мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия относительно значения слова «я». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущая сила». Символы «E» и «V» в основном используются взаимозаменяемо, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V» – для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражены заглавными буквами, если величина (особенно напряжение или ток) не описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, стабильное напряжение батареи в течение длительного периода времени будет обозначаться заглавной «E», в то время как пиковое напряжение молнии, когда она ударяет по линии электропередачи, будет обозначаться строчной «e» (или строчной буквой «») v “), чтобы отметить это значение как присутствующее одновременно. То же самое соглашение для нижнего регистра применимо и к текущему: строчная буква «i» представляет текущий в некоторый момент времени. Однако большинство измерений постоянного тока, которые стабильны во времени, будут показаны заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одной из основных единиц измерения электрического тока, которую часто преподают в начале курсов электроники, но не часто используют после этого, является кулон, единица измерения электрического заряда, пропорционального количеству электронов в неуравновешенном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единицей измерения кулонов является «Cl». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, который проходит через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле ток – это скорость движения электрического заряда по проводнику.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступной для стимулирования тока, протекающего из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», нам нужно понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого типа является джоуль, который представляет собой количество работы, совершаемой силой в 1 ньютон при перемещении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоуля электрической потенциальной энергии, умноженной на (деленный на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, который проходит через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важными, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Главное открытие Ома заключалось в том, что количество электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи при заданной температуре, прямо пропорционально приложенному к нему напряжению. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением:

E = IR

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в два других варианта, решив его для I и R соответственно:

I = frac {E} {R}

R = frac {E} {I}

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как работают эти формулы, чтобы помочь нам проанализировать простые схемы:

Рисунок 1 Пример простой схемы
Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (левая батарея) и только один источник сопротивления тока (правая лампа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы рассчитаем величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 Пример 1. Напряжение источника и сопротивление лампы известны
Рисунок 2 – Пример 1. Напряжение источника и сопротивление лампы известны

Какой ток (I) в этой цепи?

I = frac {E} {R} = frac {12 B} {3 Ohm} = 4 A

Во втором примере мы рассчитаем значение сопротивления (R) в цепи с учетом значений напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 Пример 2. Напряжение источника и ток в цепи известны
Рисунок 3 – Пример 2. Напряжение и ток источника в цепи известны

Какое сопротивление (R) лампы?

R = frac {E} {I} = frac {36 B} {4 A} = 9 Ом

В последнем примере мы рассчитываем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 Пример 3. Ток цепи и сопротивление лампы известны
Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение питает аккумулятор?

E = IR = (2 A) (7 Ohm) = 14 B

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что ученику приходится его запоминать. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то есть простой метод запоминания, который помогает использовать его для любого значения, зная два других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рис.5.Треугольник закона Ома
Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, удалите R из изображения и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 Закон Ома для определения R
Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 Закон Ома для определения I
Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 Закон Ома для определения E
Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучить электричество и электронику, но этот совет поможет вам легче запомнить ваши первые вычисления. Если вас устраивают формулы, все, что вам нужно сделать, это зафиксировать E = IR в памяти и вычесть две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Воздействие на человека

В большинстве случаев электрический ток – это поток электронов. Поскольку ампер является мерой количества заряда, проходящего в секунду, нетрудно подсчитать количество электронов в перенесенном заряде: 1 Кл = 6,24151 · 10 18. То есть один ампер равен потоку в 6340 квадриллионов частиц в секунду. Это колоссальная цифра, но вряд ли она показательна для сравнительного понимания, когда показатель чего-либо измеряется в амперах. Следующие ежедневные примеры помогут в этом:

  • Практические меры160х10 -19 – один электрон в секунду;
  • 0,7х10 -3 – слуховой аппарат;
  • 5х10 -3 – луч в кинескопе ТВ;
  • 150х10 -3 – портативный ЖК-телевизор;
  • 0,2 – электрический угорь;
  • 0,3 – лампа накаливания;
  • 10 – тостер, чайник;
  • 100 – пусковой для автомобилей;
  • 30х10 3 – любовь с первого взгляда;
  • 180х10 3 – дуговая печь для ферросплавов;
  • 5х10 6 – дуга между Юпитером и Ио.

Порог летального воздействия на организм человека начинается с 18 мА. Ток, превышающий это значение и проходящий через грудную клетку, может стимулировать грудные мышцы, так что их спазмы могут вызвать полное прекращение дыхания. Еще один опасный эффект от этого вида воздействия связан с фибрилляцией желудочков. Основные факторы смертности:

  1. АмперТекущая сила. Поскольку сопротивление между точками входа и выхода постоянно, закон Ома гласит, что высокое напряжение делает большую силу тока вероятной.
  2. Линия тока. Наиболее опасными для сердечной мышцы являются кистевые и передне-задние части грудной клетки.
  3. Индивидуальная чувствительность к воздействию электричества и характеристик тела (сопротивление кожи и влажность, возраст и пол, заболевания, наличие медицинских имплантатов).
  4. Продолжительность воздействия.

Невозможность высвободить источник также имеет большое влияние на тяжесть поражения электрическим током. При условии, что пальцы человека удерживают один из контактов под напряжением, многие взрослые не могут отпустить источник с постоянным током менее 6 мА. При 22 мА это будет возможно не для всех. Достаточно 10 мА человеку, находящемуся в воде, чтобы вызвать полную потерю мышечного контроля.

Практические измерения

Подсчитать количество электронов в проводнике с секундомером в руке практически невозможно, поэтому ток измеряется специальными приборами (амперметрами) или косвенными расчетами. Амперметры сконструированы таким образом, что они реагируют на магнитное поле, создаваемое измеряемым током. Существуют разные типы таких измерительных приборов, но все они основаны на одном принципе. Общие правила измерения силы тока можно резюмировать следующим образом:

  1. АмперАмперметр всегда подключается последовательно к нагрузке; во время измерений через прибор должен протекать ток. Параллельное подключение устройства может привести к протеканию внутри него слишком больших токов, что может привести к его выходу из строя.
  2. Для высокоточных измерений внутреннее сопротивление прибора должно быть как можно меньше, чтобы не влиять на параметры цепи.
  3. Обратите внимание на тип тока (переменный или постоянный). В случае постоянного тока обязательно обратите внимание на полярность.
  4. Диапазон измерения должен быть как можно большим без ущерба для точности. Важно, чтобы неизмеренное значение не зашкаливало.

Могут быть случаи, когда цепь не открывается для измерений или желаемая точка в цепи труднодоступна. В таких ситуациях измерение можно проводить косвенно. Определив падение напряжения на резисторе, вы можете использовать закон Ома для определения силы тока. Косвенные измерения удобно проводить мультиметром, прибором, совмещающим в себе функции омметра, вольтметра и амперметра.

В ситуациях, когда ток слишком велик для измерения стандартным прибором, используется шунт. Самый дешевый и простой способ – подключить резистор с омметром параллельно секции. Использование трансформатора тока для измерения добавляет важное преимущество обеспечения гальванической развязки между счетчиком и цепью, в которой измеряется ток. Но в этом случае анализ возможен только для переменного тока.

Измерения тока в реальных цепях в большинстве случаев выполняются для двух целей. Основная задача измерений – проверка источника питания. Вторая функция текущего анализа – выявление неисправностей или превышение допустимой силы тока.

Выбор правильной технологии считывания важен для обеспечения правильной работы компонентов оборудования для мониторинга в пиковых и аварийных условиях. Современное развитие цифровых и компьютерных технологий значительно расширило возможности точного измерения и исследования токов косвенными методами, а полупроводниковые технологии в ближайшем будущем обещают дозировать электричество с точностью до разового заряда.

Электрический ток в различных средах: что надо знать электрику

Заряженные частицы под действием приложенного напряжения перемещаются не только внутри металлов, как мы обсуждали выше на примере электронов, но и в:

  • переходный слой полупроводниковых элементов;
  • жидкости различного состава;
  • газовая среда;
  • а также внутри пустоты.

Все эти среды оцениваются по их способности проводить ток с помощью термина, называемого проводимостью. Это ответная реакция на сопротивление. Он обозначается буквой G и оценивается по проводимости, указанной в таблицах.

Электропроводность рассчитывается по формулам:

G = 1 / R = I / U

Сила тока в проводнике из металла: как используется в бытовых условиях

Способность внутренней структуры металлов по-разному влиять на условия движения прямых зарядов используется для выполнения конкретных задач.

Транспортировка электрической мощности

Для передачи электричества на большие расстояния используются металлические проводники большего сечения с высокой проводимостью: медные или алюминиевые. Более дорогие металлы, серебро и золото, работают в сложных электронных схемах.

Все виды проводов, кабелей и кабельных конструкций на их основе надежно применяются в домашней электропроводке.

Нагревательные элементы

Для нагревательных приборов используются вольфрам и нихром, обладающие высокой прочностью. Позволяет нагреть проводник до высоких температур при правильном подборе подаваемой мощности.

Этот принцип был воплощен в многочисленных проектах электронагревателей – ТЭНов.

Защитные устройства

Завышенная сила тока в металлическом проводнике с хорошей проводимостью, но с тонким сечением, позволяет создавать предохранители, используемые в качестве защиты от сверхтоков.

Они нормально работают в оптимальном режиме нагрузки, но быстро изнашиваются при скачках напряжения, коротких замыканиях или перегрузках.

Вот уже несколько десятилетий предохранители в большом количестве служат основной защитой домашней электропроводки. Теперь они заменены автоматическими выключателями. Но внутри всех блоков питания они продолжают надежно работать.

Ток в полупроводниках и его характеристики

Электрические свойства полупроводников сильно зависят от внешних условий: температуры, светового излучения.

Для увеличения собственной проводимости в структуру добавляются специальные примеси.

Следовательно, внутри полупроводника ток создается из-за собственной проводимости и примеси внутреннего pn перехода.

Носителями заряда полупроводника являются электроны и дырки. Если положительный потенциал источника напряжения приложен к полюсу p и отрицательный потенциал an, то ток будет течь через pn переход из-за движения, создаваемого ими.

При изменении полярности pn переход остается закрытым. Поэтому на изображении выше в первом случае показан яркий свет, а во втором гаснет.

Подобные pn переходы работают и в других полупроводниковых структурах: транзисторах, стабилитронах, тиристорах…

Все они рассчитаны на номинальный ток. Для этого метки наносятся прямо на их тела. По нему они входят в таблицы технических справочников и оценивают полупроводник по его электрическим характеристикам.

Ток в жидкостях: 3 метода применения

Если металлы обладают хорошей проводимостью, жидкая среда может действовать как изолятор, проводник и даже как полупроводник. Но последний случай не для домашнего использования.

Изоляционные свойства

Высокими диэлектрическими свойствами обладает минеральное масло высокой степени очистки и низкой вязкости, предназначенное для работы внутри промышленных трансформаторов.

Дистиллированная вода также обладает высокими изоляционными свойствами.

Аккумуляторы и гальванопластика

Если в дистиллированную воду добавить немного соли, кислоты или щелочи, то в результате электролитической диссоциации она станет проводящей средой – электролитом.

Однако здесь необходимо понимать: ток, протекающий в металлах, не нарушает структуру их вещества. В жидкостях же происходят деструктивные химические процессы.

Поэтому металлы принято рассматривать как проводники первого типа, а жидкости – второго.

Ток в жидкостях также создается приложенным напряжением. Например, когда положительный и отрицательный потенциалы батареи или аккумулятора подаются на два электрода, погруженных в водный раствор какой-либо соли.

Молекулы раствора образуют положительно и отрицательно заряженные частицы – ионы. В зависимости от знака заряда их называют анионами (+) и катионами (-).

Под действием приложенного электрического поля анионы и катионы начинают двигаться в сторону электродов противоположного знака: катода и анода.

Это обратное движение заряженных частиц генерирует электрический ток в жидкостях. В этом случае ионы, достигнув своего электрода, разряжаются на нем и образуют осадок.

Наглядным примером могут служить гальванические процессы, протекающие в растворе сульфата меди CuSO4 с опущенными в него медными электродами.

Ионы меди Cu заряжены положительно: это анионы. На катоде они теряют заряд и осаждаются тонким металлическим слоем.

Кислотный остаток SO4 действует как катион. Они попадают на анод, разряжаются, вступают в химическую реакцию с медью электрода, образуют молекулы сульфата меди и возвращаются в раствор.

Согласно этому принципу, благодаря ионной проводимости, все электролиты при гальванопластике работают, когда структура электродов изменяется, но состав жидкости не изменяется.

Этим методом создают тонкие покрытия из драгоценных металлов на украшениях или защитный слой различных деталей от коррозии. Сила тока выбирается исходя из скорости химической реакции, в зависимости от конкретных условий окружающей среды.

Все аккумуляторы работают по одной схеме. Только у них все еще есть способность накапливать заряд от приложенной энергии генератора и выделять электричество при разряде к потребителю.

Простая схема демонстрирует работу никель-кадмиевого аккумулятора в режиме зарядки от внешнего генератора и разрядки на приложенную нагрузку.

Ток в газах: диэлектрические свойства среды и условия протекания разрядов

Нормальная газовая среда обладает хорошими диэлектрическими свойствами: она состоит из нейтральных молекул и атомов.

Примером может служить атмосфера воздуха. Он также используется в качестве изоляционного материала на высоковольтных линиях электропередачи, передающих очень большую мощность.

Оголенные металлические провода прикреплены к опоре с помощью изоляторов и отделены от контура заземления своим высоким электрическим сопротивлением и друг от друга обычным воздухом. Так работают ВЛ всех напряжений, в том числе 1150 кВ.

Однако диэлектрические свойства газов могут быть нарушены из-за действия внешней энергии: нагрева до высокой температуры или приложения большей разности потенциалов. Только тогда происходит ионизация их молекул.

Он отличается от тех процессов, которые происходят внутри жидкостей. В электролитах молекулы делятся на две части: анионы и катионы, тогда как молекула газа во время ионизации высвобождает электрон и остается в виде положительно заряженного иона.

Как только перестают действовать внешние силы, вызывающие ионизацию газов, сразу пропадает проводимость газовой среды. Молния в воздухе – явление кратковременное, подтверждающее эту позицию.

Ток в газах, за исключением разряда молнии, можно создать, поддерживая электрическую дугу. По такому принципу работают точечные светильники и прожекторы яркого света, а также промышленные дуговые печи.

В неоновых и люминесцентных лампах используется свечение тлеющего разряда в газовой среде.

Другой вид разряда в газах, используемых в технике, – это искра. Он создается газовыми разрядниками для измерения значений высоких потенциалов.

Ток в вакууме: как используется в радиоэлектронных приборах

Латинское слово void в русском языке трактуется как недействительное. Практически создается откачкой газа из замкнутого пространства вакуумными насосами.

В вакууме нет носителей электрического заряда. Их необходимо ввести в эту среду, чтобы создать ток. Он использует явление термоэлектронной эмиссии, которое возникает при нагревании металла.

Так работают электронные лампы, в которых катод нагревается нитью накала. Освободившиеся от него электроны под действием приложенного напряжения движутся к аноду, образуя в вакууме ток.

По такому же принципу была создана электронно-лучевая трубка для ЭЛТ-телевизора, монитора и осциллографа.

Он только добавляет управляющие электроды для отклонения луча и экран, показывающий его положение.

Во всех этих устройствах ток в проводнике среды необходимо рассчитывать, контролировать и поддерживать на определенном уровне оптимального режима.

Электрическая цепь и ее схематическое изображение

Электрическая цепь – это набор устройств, подключенных определенным образом, которые обеспечивают путь для прохождения электрического тока.

Основные элементы электрической схемы:

  • Источник питания (генератор, гальванический элемент, аккумулятор, аккумулятор).
  • Потребители электроэнергии (лампы, ТЭНы и другие электроприборы).
  • Проводники – это части цепи, которые имеют достаточный запас свободных электронов, которые могут перемещаться под действием внешнего электрического поля. Проводники соединяют источники и потребители тока в единую цепь.
  • Ключ (выключатель, выключатель) для замыкания и размыкания цепи.

Электрическая схема также может содержать:

  • резистор – элемент электрической цепи с определенным сопротивлением;
  • реостат – устройство для регулирования тока и напряжения в электрической цепи путем получения необходимого значения сопротивления;
  • конденсатор – устройство, способное накапливать электрический заряд и передавать его другим элементам схемы;
  • средства измерения – устройства, предназначенные для измерения параметров электрической цепи.

Электросхема представляет собой графическое представление электрической цепи, в которой реальные элементы представлены в виде условных символов.

Условные обозначения некоторых элементов электрической цепи

Простейшая электрическая схема содержит источник и потребитель тока, проводники, ключ. Его можно резюмировать следующим образом:

Направление электрического тока в металлах

Отрицательно заряженные электроны движутся по металлическим проводам, т.е ток идет от «-» к «+» источника. Направление движения электронов называется реальным. Но исторически в науке принято условное направление тока от источника «+» к «–».

Действия электрического тока (преобразования энергии)

Электрический ток может вызывать различные действия:

  • Тепловой – электричество преобразуется в тепло. Это преобразование обеспечивает электроплита, электрокамин, утюг.
  • Химические – электролиты подвергаются электролизу под действием постоянного электрического тока. Отрицательные ионы (анионы) притягиваются к положительному электроду (аноду) во время электролиза, а положительные ионы (катионы) притягиваются к отрицательному электроду (катоду).
  • Магнитный (электромагнитный) – при наличии электрического тока в любом проводнике вокруг него наблюдается магнитное поле, т.е проводник с током приобретает магнитные свойства.
  • Свет: электрический ток нагревает металлы до белого каления, и они начинают светиться, как вольфрамовая спираль внутри лампы накаливания. Другой пример – светодиоды, в которых свет вызывается испусканием фотонов, когда электрон перемещается с одного энергетического уровня на другой.
  • Механический: параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются и отталкиваются друг от друга в противоположных направлениях.

Единица и определение

Наиболее важной особенностью описываемых явлений является количественное измерение потока заряженных частиц. Этот показатель называется силой тока, единица измерения – амперы (обозначается буквой А). В числовом выражении 1 ампер равен единичному заряду (1 кулон), проходящему через точку в цепи за единицу времени (1 секунда). Следовательно, A можно рассматривать как расход I = Q / T, который имеет то же значение для скоростного заряда для физических тел. Широко используются следующие кратные:

  • 10-6А – микроампер мкА;
  • 10 -3А – миллиампер мА;
  • 10 3А – килоампер кА.

Эволюция эталона

Будущее величия в SI
В знак признания фундаментальной работы великого физика Андре-Мари Ампера, название ампер было принято в качестве единицы измерения электрических величин в международной конвенции 1881 года. Согласно международному определению 1883 года, 1 ампер был током, способным обеспечить 0,001118000 граммов серебра в секунду при прохождении раствора нитрата серебра. Последующие измерения показали, что принятый эквивалент равен 0,99985 А, поэтому способы записи ампер через явления электролиза со временем перестали удовлетворять из-за возрастающих требований к точности.

С 1948 года А (ампер) определяется в Международной системе единиц как постоянный ток, протекающий по двум параллельным проводникам бесконечной длины и незначительного поперечного сечения, размещенным на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме и производящим сила взаимодействия между ними равна 2х10-7 ньютонам на метр длины. Это определение основано на явлении электромагнетизма, связывающем счетчик, килограмм и электрические единицы с магнитной постоянной (1,25663706×10 -6 м кг с -2 A -2).

Вам будет интересно буквенное обозначение элементов на электрических схемах

Реализация этого стандарта основана на работе сложных электромеханических устройств. Их точность ограничена десятимиллионной долей, что недостаточно для сегодняшних нужд. Эта проблема классического определения ампера привела к новой практической реализации. Согласно ему, все электрические единицы считаются производными от электрических квантовых стандартов, основанных на эффекте Джозефсона и квантовом эффекте Холла. Эта ассоциация позволяет воспроизвести единицу с точностью до миллиардных долей.

Будущее величины в СИ

Воздействие на человекаВ 2005 году Международный комитет мер и весов инициировал первые приготовления к переопределению единиц СИ, чтобы связать их с естественными константами. В соответствии с этой точкой зрения стандартов, амперы будут определяться путем подсчета отдельных частиц с элементарным зарядом е. На основании решения 2014 года поправка вступит в силу в 2018 году.

Элегантная реализация нового определения A теоретически возможна с помощью одноэлектронных насосов, которые генерируют электрический ток посредством синхронизированной и контролируемой транспортировки отдельных электронов. Некоторые международные исследования в этом направлении уже близки к достижению столь амбициозной цели.

Единицы измерения в других системах единиц

Таблица, в которой указаны единицы измерения силы тока

Система единиц Формулы преобразования полных и сокращенных обозначений

ДА Ампер (А)
SGSM Abumper (abA), биография 1 био = 10 А
SGSE Статоампер (statA) 1 А = 2997 924 536,8 статА

Оцените статью
radiochipi.ru
Adblock
detector