Метод расчета по законам Ома и Кирхгофа
До изучения технологий вычислений необходимо уточнить особенности типовых элементов при подключении к разным источникам питания. При постоянном токе сопротивлением индуктивности можно пренебречь. Конденсатор эквивалентен разрыву цепи. Также следует учитывать следующие различия разных видов соединений резисторов:
- последовательное – увеличивает общее сопротивление;
- параллельное – распределяет токи по нескольким ветвям, что улучшает проводимость.
Закон Ома для участка цепи
Дифференциальный автомат надежная защита электрических цепей и человека
Типовая аккумуляторная батарея легкового автомобиля вырабатывает напряжение U = 12 V. Бортовой или внешний амперметр покажет соответствующее значение при измерении. Соединение клемм проводом недопустимо, так как это провоцирует короткое замыкание. Если жила тонкая (< 1 мм), высокая плотность тока в соответствующем поперечном сечении быстро увеличит температуру вплоть до теплового разрушения материала с разрывом цепи. Этот пример демонстрирует функциональность обычного плавкого предохранителя.
Подключив нагрузку, можно мультиметром проверить напряжение. Значение этого параметра остается неизменным. Если известно сопротивление (пример – R = 50 Ом), применение закона Ома (I = U R) поможет рассчитать ток:
I = 12/ 50 = 0,24 А.
По вычисленному значению с использованием формулы быстро определяется мощность:
P = I2 *R = U2/ R = 0,0576 * 50 = 2,88 Вт.
К сведению. Результат показанного расчета пригодится для поиска подходящего резистора. Следует делать запас в сторону увеличения. По стандарту серийных изделий подойдет элемент с паспортной номинальной мощностью 5 Вт.
На практике приходится решать более сложные задачи. Так, при значительной длине линии нужно учесть влияние соединительных ветвей цепи. Через стальной проводник ток будет протекать хуже, по сравнению с медным аналогом. Следовательно, надо в расчете учитывать удельное сопротивление материала. Короткий провод можно исключить из расчета. Однако в нагрузке может быть два элемента. В любом случае общий показатель эквивалентен определенному сопротивлению цепи. При последовательном соединении Rэкв = R1 + R2 +…+ Rn. Данный метод пригоден, если применяется постоянный ток.
Закон Ома для полной цепи
Для вычисления такой схемы следует добавить внутреннее сопротивление (Rвн) источника. Как найти ток, показывает следующая формула:
I = U/ (Rэкв + Rвн).
Вместо напряжения (U) при расчетах часто используют типовое обозначение электродвижущей силы (ЭДС) – E.
Первый закон Кирхгофа
По классической формулировке этого постулата алгебраическая сумма токов, которые входят и выходят из одного узла, равна нулю:
I1 + I2 + … + In = 0.
Это правило действительно для любой точки соединения ветвей электрической схемы. Следует подчеркнуть, что в данном случае не учитывают характеристики отдельных элементов (пассивные, реактивные). Можно не обращать внимания на полярность источников питания, включенных в отдельные контуры.
Чтобы исключить путаницу при работе с крупными схемами, предполагается следующее использование знаков отдельных токов:
- входящие – положительные (+I);
- выходящие – отрицательные (-I).
Второй закон Кирхгофа
Этим правилом установлено суммарное равенство источников тока (ЭДС), которые включены в рассматриваемый контур. Для наглядности можно посмотреть, как происходит распределение контрольных параметров при последовательном подключении двух резисторов (R1 = 50 Ом, R2 = 10 Ом) к аккумуляторной батарее (Uакб = 12 V). Для проверки измеряют разницу потенциалов на выводах пассивных элементов:
- UR1 = 10 V;
- UR1 = 2 V;
- Uакб = 12 V = UR1 + UR2 = 10 + 2;
- ток в цепи определяют по закону Ома: I = 12/(50+10) = 0,2 А;
- при необходимости вычисляют мощность: P = I2 *R = 0,04 * (50+10) = 2,4 Вт.
Второе правило Кирхгофа действительно для любых комбинаций пассивных компонентов в отдельных ветвях. Его часто применяют для итоговой проверки. Чтобы уточнить корректность выполненных действий, складывают падения напряжений на отдельных элементах. Следует не забывать о том, что дополнительные источники ЭДС делают результат отличным от нуля.
Метод преобразования электрической цепи
Подключение светодиода через резистор и его расчет
Как определить силу тока в отдельных контурах сложных схем? Для решения практических задач не всегда нужно уточнение электрических параметров на каждом элементе. Чтобы упростить вычисления, используют специальные методики преобразования.
Расчет цепи с одним источником питания
Для последовательного соединения пользуются рассмотренным в примере суммированием электрических сопротивлений:
Rэкв = R1 + R2 + … + Rn.
Контурный ток – одинаковый в любой точке цепи. Проверять его можно в разрыве контрольного участка мультиметром. Однако на каждом отдельном элементе (при отличающихся номиналах) прибор покажет разное напряжение. По второму закону Кирхгофа можно уточнить результат вычислений:
E = Ur1 + Ur2 + Urn.
Параллельное соединение резисторов, схемотехника и формулы для расчетов
В этом варианте в полном соответствии с первым постулатом Кирхгофа токи разделяются и соединяются во входных и выходных узлах. Показанное на схеме направление выбрано с учетом полярности подключенного аккумулятора. По рассмотренным выше принципам сохраняется базовое определение равенства напряжений на отдельных компонентах схемы.
Как найти ток в отдельных ветвях, демонстрирует следующий пример. Для расчета приняты следующие исходные значения:
- R1 = 10 Ом;
- R2 = 20 Ом;
- R3= 15 Ом;
- U = 12 V.
По следующему алгоритму будут определяться характеристики цепи:
базовая формула для трех элементов:
Rобщ = R1*R2*R3/(R1*R2 + R2*R3 + R1*R3.
- подставив данные, вычисляют Rобщ = 10 * 20 * 15 / (10*20 + 20*15 +10*15) = 3000 /(200+300+150) = 4,615 Ом;
- I = 12/ 4,615 ≈ 2,6 А;
- I1 = 12/ 10 = 1,2 А;
- I2 = 12/20 = 0,6 А;
- I3 = 12/15 = 0,8 А.
Как и в предыдущем примере, рекомендуется проверить результат вычислений. При параллельном соединении компонентов должно соблюдаться равенство токов на входе и суммарного значения:
I = 1,2 + 0,6 + 0,8 = 2,6 А.
Если применяется синусоидальный сигнал источника, вычисления усложняются. При включении в однофазную розетку 220V трансформатора придется учитывать потери (утечку) в режиме холостого хода. В этом случае существенное значение имеют индуктивные характеристики обмоток и коэффициент связи (трансформации). Электрическое сопротивление (ХL) зависит от следующих параметров:
- частоты сигнала (f);
- индуктивности (L).
Вычисляют ХL по формуле:
ХL = 2π * f * L.
Чтобы находить сопротивление емкостной нагрузки, подойдет выражение:
Хc = 1/ 2π * f * C.
Следует не забывать о том, что в цепях с реактивными компонентами сдвигаются фазы тока и напряжения.
Расчет разветвленной электрической цепи с несколькими источниками питания
Пользуясь рассмотренными принципами, вычисляют характеристики сложных схем. Ниже показано, как найти ток в цепи при наличии двух источников:
- обозначают компоненты и базовые параметры во всех контурах;
- составляют уравнения для отдельных узлов: a) I1-I2-I3=0, b) I2-I4+I5=0, c) I4-I5+I6=0;
- в соответствии со вторым постулатом Кирхгофа, можно записать следующие выражения для контуров: I) E1=R1 (R01+R1)+I3*R3, II) 0=I2*R2+I4*R4+I6*R7+I3*R3, III) -E2=-I5*(R02+R5+R6)-I4*R4;
- проверка: d) I3+I6-I1=0, внешний контур E1-E2=I1*(r01+R1)+I2*R2-I5*(R02+R5+R6)+I6*R7.
Пояснительная схема к расчету с двумя источниками
Вычисление мощности
Формула мощности электрического тока и принцип расчета будут отличаться при рассмотрении цепей постоянного и переменного токов. Постоянный ток используется в бортовой сети автомобилей, портативных устройствах, питающем напряжении троллейбусов. Переменный — применяется в электрической проводке зданий, мощных электродвигателях и генераторах.
При постоянном напряжении
Чтобы предположить значение тока, нужно знать мощность используемых потребителей электроэнергии. Расчет тока по мощности производится из этой величины по формуле:
I = P / U,
где I — сила тока, U — напряжение в сети, P — суммарная мощность, которую будут потреблять подключенные устройства.
Для примера можно посчитать ток питания электродвигателя троллейбуса 150 кВт. В троллейбусной сети используется постоянное напряжение 600 В. Соответственно, при вычислении тока через указанную формулу, получается значение, равное 250 ампер. Для таких больших значений в троллейбусной сети используются специальные провода.
Существует специальные таблицы, позволяющие по известному току сразу найти сечение медного или алюминиевого проводника. Это же значение можно вычислить в калькуляторе онлайн. Необходимо ввести используемый материал, ток или мощность потребителя — и сервис рассчитает оптимальное сечение. В стандартных проводках зданий используются сечения 1,5 квадратных миллиметра для сетей освещения и 2,5 кв. мм. для розеток.
Какое освещение Вы предпочитаете
ВстроенноеЛюстра
При переменном напряжении
Для питания электрических сетей домашних и офисных зданий используется переменное напряжение. Его применение обосновано несколькими причинами:
- Меньшие затраты при передаче по ЛЭП;
- Простое создание повышающих и понижающих напряжение устройств;
- Отсутствие полярности.
Мощность переменного тока сильно зависит от параметров питаемой нагрузки. Поэтому формула электрической мощности в переменных сетях приобретает вид:
P = U ⋅ I ⋅ cosφ,
где cosφ определяет характер нагрузки.
В таких цепях это активная мощность, то есть превращающаяся при работе в другие виды энергии: электромагнитную и тепловую.
Для активного сопротивления, то есть обычных резисторов, cosφ = 1. Чем больше реактивная составляющая в цепи, то есть больше элементов имеют емкостное или индуктивное сопротивление, тем меньше будет cosφ. Коэффициент cosφ для большинства электроприборов имеет значение 0,95, исключение составляют только сварочные аппараты и электродвигатели, имеющие высокую индуктивную нагрузку.
Существует и реактивная мощность. Она определяет энергию, подаваемую с источника питания в реактивные элементы, а затем возвращаемая этими элементами обратно. Формула мощности тока для реактивных цепей имеет вид:
P = U ⋅ I ⋅ sinφ.
Здесь sinφ характеризует вклад в полную мощность индуктивных и конденсаторных элементов. Измеряется реактивная мощность в таких единицах, как вар (вольт-ампер реактивный).
В промышленных электросетях распространены трехфазные системы. Их преимущества важны для индустрии:
- Более экономная передача электричества на дальние расстояния;
- Уменьшение затрат при создании электродвигателей 3-х фазной системы;
- Равномерность механической нагрузки на электрогенератор.
Особенностью трехфазных систем электрического тока является то, что напряжение в этих системах используется повышенное, равное 380 В. При распределенной по трем ветвям нагрузке это приводит к уменьшению рабочего тока по отношению к однофазной системе, в которой рабочим напряжением принято 220 В. Формула для расчета мощности в трехфазной цепи будет иметь следующий вид:
P = 1,73 ⋅ I ⋅ U ⋅ cosφ.
Повышающий коэффициент 1,73 здесь связан с распределённой нагрузкой и меньшим влиянием реактивной составляющей в таких системах.
Рассчитать значение переменного тока, зная потребляемую мощность, легко по указанным формулам. Например, для однофазной сети:
I = P /(U ⋅ cosφ).
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.
Правила перевода единиц
В инструкциях ко многим приборам попадаются обозначения в вольт-амперах
Различие их необходимо только специалистам, которым эти нюансы важны в профессиональном плане, но для обычных потребителей это не так важно, потому что используемые в этом случае обозначения характеризуют почти одно и то же. Что же касается киловатт/час и просто киловатт, то это две различных величины, которые нельзя путать ни при каких условиях
Чтобы определить электрическую мощность через показатель сетевого тока, можно использовать различные инструменты, с помощью которых производятся замеры и вычисления:
- с помощью тестера;
- используя токоизмерительные клещи;
- производя вычисления на калькуляторе;
- с помощью специальных справочников.
Применив тестер, мы измеряем напряжение в интересующей нас электросети, а после этого используем токоизмерительные клещи для определения силы тока. Получив нужные показатели, и применив существующую формулу расчета постоянного и переменного тока, можно рассчитать мощность. Имеющийся результат в ваттах при этом делим на 1000 и получаем количество киловатт.
Однофазная электрическая цепь
В основном все бытовые электросети относятся к сетям с одной фазой, в которых применяется напряжение на 220 вольт. Маркировка нагрузки для них записывается в киловаттах, а сила тока в амперах и обозначается как АВ.
Для перевода одних единиц в другие, применяется формула закона Ома, который гласит, что мощность (P) равна силе тока (I), умноженной на напряжение (U). То есть, расчет будет выглядеть так:
Вт = 1А х 1В
На практике такой расчет можно применить, например, к обозначениям на старых счетчиках учета расхода электроэнергии, где установленный автомат рассчитан на 12 А. Подставив в имеющуюся формулу цифровые значения, получаем:
12А х 220В = 2640 Вт = 2,6 КВт
Расчеты для электрической сети с постоянным и переменным током практически ничем не отличаются, но справедливы только при наличии активных приборов, которые потребляют энергию, например, электрические лампы накаливания. А когда в сеть включены приборы с емкостной нагрузкой, тогда появляется сдвиг фаз между током и напряжением, который является коэффициентом мощности, записываемым как cos φ. При наличии только активной нагрузки, этот параметр обычно равен 1, а вот при реактивной нагрузке в сети, его приходится учитывать.
В случаях, когда нагрузка в сети смешанная, значение этого параметра колеблется около 0,85. Уменьшение реактивной составляющей мощности, ведет к уменьшению потерь в сети, что повышает коэффициент мощности. Многие производители при маркировке прибора, указывают этот параметр на этикетке.
Трехфазная электрическая сеть
Если брать пример с трехфазной сетью, то здесь все обстоит несколько по-другому, так как задействовано три фазы. Производя расчеты, нужно взять значение электрического тока одной из фаз, которое умножается на величину напряжения в этой фазе, после чего полученный результат умножается на cos φ, то есть на сдвиг фаз.
Сосчитав, таким образом, напряжение в каждой фазе, складываем полученные результаты и получаем суммарную мощность прибора, который подключен к трехфазной сети. В формулах это выглядит так:
Ватт = √3 Ампер х Вольт или Р = √3 х U x I
Ампер = √3 Вольт или I = P/√3 x U
При этом нужно иметь в виду, что существует разница фазного и линейного напряжения и тока. Но формула расчета остается одной и то же, кроме случая, когда соединение сделано в виде треугольника, и нужно произвести расчет нагрузки индивидуального подключения.
Расчёт величины тока по мощности и напряжению
Для обеспечения безопасности при эксплуатации бытовых электроприборов необходимо верно вычислить сечение питающего кабеля и проводки. Поскольку ошибочно выбранное сечение жил кабеля способно привести к возгоранию проводки из-за короткого замыкания. Это грозит возникновением пожара в здании. Это также относится к выбору кабеля для подключения электрических двигателей.
Расчет тока
Величина тока рассчитывается по мощности и необходима на этапе проектирования (планирования) жилища – квартиры, дома.
- От значения этой величины зависит выбор питающего кабеля (провода), по которому могут быть подключены приборы электропотребления к сети.
- Зная напряжение электрической сети и полную нагрузку электроприборов, можно по формуле вычислить силу тока, который потребуется пропускать по проводнику (проводу, кабелю). По его величине выбирают площадь сечения жил.
Если известны электропотребители в квартире или доме, необходимо выполнить несложные расчёты, чтобы правильно смонтировать схему электроснабжения.
Аналогичные расчёты выполняются для производственных целей: определения необходимой площади сечения жил кабеля при осуществлении подключения промышленного оборудования (различных промышленных электрических двигателей и механизмов).
Однофазная сеть напряжением 220 В
Сила тока I (в амперах, А) подсчитывается по формуле:
I = P / U,
где P – электрическая полная нагрузка (обязательно указывается в техническом паспорте устройства), Вт (ватт);
U – напряжение электрической сети, В (вольт).
Ниже в таблице представлены величины нагрузки типичных бытовых электроприборов и потребляемый ими ток (для напряжения 220 В).
| Электроприбор | Потребляемая мощность, Вт | Сила тока, А |
| Стиральная машина | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Джакузи | 2000 – 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Электроподогрев пола | 800 – 1400 | 3,6 – 6,4 |
| Стационарная электрическая плита | 4500 – 8500 | 20,5 – 38,6 |
| СВЧ печь | 900 – 1300 | 4,1 – 5,9 |
| Посудомоечная машина | 2000 — 2500 | 9,0 – 11,4 |
| Морозильники, холодильники | 140 — 300 | 0,6 – 1,4 |
| Мясорубка с электроприводом | 1100 — 1200 | 5,0 — 5,5 |
| Электрочайник | 1850 – 2000 | 8,4 – 9,0 |
| Электрическая кофеварка | 6з0 — 1200 | 3,0 – 5,5 |
| Соковыжималка | 240 — 360 | 1,1 – 1,6 |
| Тостер | 640 — 1100 | 2,9 — 5,0 |
| Миксер | 250 — 400 | 1,1 – 1,8 |
| Фен | 400 — 1600 | 1,8 – 7,3 |
| Утюг | 900 — 1700 | 4,1 – 7,7 |
| Пылесос | 680 — 1400 | 3,1 – 6,4 |
| Вентилятор | 250 — 400 | 1,0 – 1,8 |
| Телевизор | 125 — 180 | 0,6 – 0,8 |
| Радиоаппаратура | 70 — 100 | 0,3 – 0,5 |
| Приборы освещения | 20 — 100 | 0,1 – 0,4 |
Подбираем номинал автоматического выключателя
Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:
- 6 А – 1,2 кВт;
- 8 А – 1,6 кВт;
- 10 А – 2 кВт;
- 16 А – 3,2 кВт;
- 20 А – 4 кВт;
- 25 А – 5 кВт;
- 32 А – 6,4 кВт;
- 40 А – 8 кВт;
- 50 А – 10 кВт;
- 63 А – 12,6 кВт;
- 80 А – 16 кВт;
- 100 А – 20 кВт.
С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.
При проектировании электропроводки в квартире или загородном доме не всегда доподлинно известны состав и паспортные данные электрооборудования, которое будет подключаться, но можно воспользоваться ориентировочными данными обычных для нашего быта электроприборов:
- электросауна (12 кВт) — 60 А;
- электроплита (10 кВт) — 50 А;
- варочная панель (8 кВт) — 40 А;
- электроводонагреватель проточный (6 кВт) — 30 А;
- посудомоечная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
- стиральная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
- джакузи (2,5 кВт) — 12,5 А;
- кондиционер (2,4 кВт) — 12 А;
- СВЧ-печь (2,2 кВт) — 11 А;
- электроводонагреватель накопительный (2 кВт) — 10 А;
- электрочайник (1,8 кВт) — 9 А;
- утюг (1,6 кВт) — 8 А;
- солярий (1,5 кВт) — 7,5 А;
- пылесос (1,4 кВт) — 7 А;
- мясорубка (1,1 кВт) — 5,5 А;
- тостер (1 кВт) — 5 А;
- кофеварка (1 кВт) — 5 А;
- фен (1 кВт) — 5 А;
- настольный компьютер (0,5 кВт) — 2,5 А;
- холодильник (0,4 кВт) — 2 А.
Потребляемая мощность осветительных приборов и бытовой электроники невелика, в целом суммарную мощность осветительных приборов можно оценить в 1,5 кВт и автомата на 10 А на группу освещения достаточно. Бытовая электроника подключается к тем же розеткам, что и утюги, дополнительные мощности резервировать для нее нецелесообразно.
Если просуммировать все эти токи, цифра получается внушительная. На практике, возможности подключения нагрузки ограничивает величина выделенной электрической мощности, для квартир с электрической плитой в современных домах она составляет 10 -12 кВт и на квартирном вводе стоит автомат номиналом 50 А. И эти 12 кВт надо распределить, учитывая то, что самые мощные потребители сосредоточены на кухне и в ванной комнате. Проводка будет доставлять меньше поводов для беспокойства, если разбить ее на достаточное количество групп, каждая со своим автоматом. Для электроплиты (варочной панели) делается отдельный ввод с автоматом на 40 А и устанавливается силовая розетка с номинальным током 40 А, ничего больше туда подключать не надо. Для стиральной машины и другого оборудования ванной комнаты делается отдельная группа, с автоматом соответствующего номинала. Эту группу обычно защищают УЗО с номинальным током на 15% большим, чем номинал автоматического выключателя. Отдельные группы выделяют для освещения и для настенных розеток в каждой комнате.
На расчет мощностей и токов придется потратить некоторое время, но можно быть уверенным, что труды не пропадут даром. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная электропроводка – залог комфорта и безопасности вашего жилища.
Для чего нужен расчет тока
Расчет величины тока по мощности и напряжению выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы тока используется значение напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы тока выбирается сечение жил кабелей и проводов. Если все потребители в доме или квартире известны заранее, то выполнение расчетов не представляет особой сложности. В дальнейшем проведение электромонтажных работ значительно упрощается. Таким же образом проводятся расчеты для кабелей, питающих промышленное оборудование, преимущественно электрические двигатели и другие механизмы.
Единица измерения
Так как сила тока — это количественная величина, то в физике есть и единица ее измерения. Она позволяет проводить сравнительный анализ различных токов и их действий.
В чем измеряется
Формула силы тока записывается так:
(I=frac{triangle q}{triangle t})
где (triangle t) — это единица времени, а (triangle q) — количества электрического заряда, протекшего за указанный промежуток времени через поперечное сечение проводника.
В Интернациональной системе (СИ) заряд измеряется в Кулонах, а время — в секундах. В соответствии с этим единица измерения силы тока — Кулон/секунду. По международному соглашению ее стали называть Ампером.
Примечание
В 1948 году было предложено определять силу тока по взаимодействию двух проводников, расположенных в вакууме на расстоянии одного метра друг от друга и длиной в один метр.
За силу тока в 1 A принимают такой ток, при котором два проводника притягиваются друг к другу (ток течет в одном направлении) или отталкиваются (ток течет в разных направлениях) с силой 0,0000002 H.
На практике очень часто применяются кратные единицы силы тока:
1 кА = 103 А, 1 мкА = 10-6 А, 1 мА = 10-3 А
В честь кого названа единица измерения
Единица измерения силы тока была названа в честь французского ученого Андрэ-Мари Ампер. Его называют «отцом» учения о электромагнетизме. Именно он ввел в науку такие термины как электрический ток, электростатика и электродинамика, гальванометр, напряжение, электродвижущая сила, соленоид. Амперу удалось найти доказательство теоремы «О циркуляции магнитного поля» и описать математически силу взаимодействия между токами.
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. |
Что называется силой тока?
Александр дмитриев
Сила тока в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду delta q,! , протекающему в единицу времени delta t,! через сечение проводника. Обозначается буквой I,! . (В некоторых курсах — J,! . Не следует путать с векторной плотностью тока vec j):
I = frac{delta q}{delta t}
Основной формулой, используемой для решения задач, является Закон Ома:
* для участка цепи:
I = frac{U}{R} — то есть сила тока равняется отношению напряжения к сопротивлению.
* и для полной цепи:
I = frac{E}{R+r} — где E — ЭДС, R — внешнее сопротивление, r — внутреннее.
Единица измерения в системе СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.
Основные методы измерения силы тока — это магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении) . Приборы, предназначенные для измерения силы тока, называются амперметрами (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр) .
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).
Валентин геннадьевич
Сила тока в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду, протекающему в единицу времени через сечение проводника. Обозначается буквой . (В некоторых курсах — . Не следует путать с векторной плотностью тока ):
Основной формулой, используемой для решения задач, является Закон Ома:
для участка цепи:
— то есть сила тока равняется отношению напряжения к сопротивлению.
и для полной цепи:
— где E — ЭДС, R — внешнее сопротивление, r — внутреннее.
Единица измерения в системе СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.
Основные методы измерения силы тока — это магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении) . Приборы, предназначенные для измерения силы тока, называются амперметрами (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр) .
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность) .
Татьяна
Сила тока — физическая величина, показывающая заряд, проходящий через проводник за единицу времени. Математически это определение записывается в виде формулы:
I — сила тока, А
q — заряд, Кл I=q/t
t — время, с
Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр. Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Внешний вид школьного демонстрационного амперметра вы видите слева.
Единица силы тока — 1 ампер (1 А = 1 Кл/с) . Для установления этой единицы используют магнитное действие тока. Оказывается, что проводники, по которым текут параллельные одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. Это притяжение тем сильнее, чем больше длина этих проводников и меньше расстояние между ними. За 1 ампер принимают силу такого тока, который вызывает между двумя тонкими бесконечно длинными параллельными проводниками, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, притяжение силой 0,0000002 Н на каждый метр их длины.
Измерим силу тока на различных участках цепи, состоящей из реостата и лампочки. Сначала амперметр включим между реостатом и лампочкой, а затем — между лампочкой и источником тока.
Измерения показывают, что на всех участках цепи с последовательным соединением проводников сила тока одинакова. Даже если ползунок реостата передвинуть, и изменить силу тока, она, тем не менее, на всех участках цепи опять-таки будет одинаковой:
Измерим теперь силу тока на различных участках цепи с параллельным соединением проводников, например, лампочек.
Измерения показывают, что сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов на всех параллельно соединенных проводниках.
В этом опыте, например, могли получиться следующие показания амперметра: I1 = 0.2 А, I2 = 0.3 А, Iоб = 0.5 А.
Включение реостата в электрическую цепь
В электрическую цепь реостат включается последовательно. Ниже приведена одна из схем включения (рис. 5):
Рис. 5. Включение реостата в цепь с лампой накаливания
Зажимы 1 и 2 подключаются к источнику тока (это может быть гальванический элемент или подключение к розетке)
Стоит обратить внимание, что второй контакт должен быть подключен к движущейся части реостата, которая позволяет менять сопротивление. Если увеличивать сопротивление реостата, то накал лампочки (3) будет уменьшаться, а значит, ток в цепи тоже уменьшается
И, наоборот, при уменьшении сопротивления реостата лампочка будет гореть ярче. Этот метод часто используется в выключателях для регулировки интенсивности освещения.
Реостат также можно использовать для регулировки напряжения. Ниже представлены две схемы (рис. 6):
Рис. 6. Включение резистора в цепь с вольтметром
В случае использования двух сопротивлений (рис. 6а) мы снимаем определенное напряжение со второго резистора (устройство, которое основано на сопротивлении проводника), и таким образом, как бы регулируем напряжение. При этом надо точно знать все параметры проводника для правильной регулировки напряжения. В случае с реостатом (рис. 6б) ситуация заметно упрощается, поскольку мы можем непрерывно регулировать его сопротивление, а значит, и изменять снимаемое напряжение.
Источник: