Направление тока
Раньше в учебниках по физике писали так: когда-то давно решили, что ток направлен от плюса к минуса, а потом узнали, что по проводам текут электроны. Но электроны эти — отрицательные, а значит к минусу идти не могут. Но раз уже условились о направлении, поэтому оставим, как есть. Вопрос тогда возникал у всех: почему нельзя поменять направление тока? Но ответ так никто и не получил.
Сейчас пишут немного иначе: положительные частицы текут по проводнику от плюса к минусу, туда и направлен ток. Здесь вопросов ни у кого не возникает.
|
Так и какая версия верна? На самом деле, обе. Носители заряда в каждом типе материала разные. В металлах — это электроны, в электролитах — ионы. У каждого типа частиц свои знаки и потребность в том, чтобы бежать к противоположно заряженному полюса источника тока. Не будем же мы для каждого типа материала выбирать направление тока, чтобы решить задачу! Поэтому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве задач школьного курса направление тока роли не играет, но есть то самое коварное меньшинство, где этот момент будет очень важным. Поэтому запомните — направляем ток от плюса к минусу. |
Разновидности
Точность измерений рассматриваемого устройства будет зависеть от принципа воздействия и разновидности приспособления. Согласно распространенной классификации все амперметры можно разделить на такие виды:
- Магнитоэлектрические.
- Электромагнитные.
- Электродинамические.
- Термоэлектрические.
- Цифровые.
- Ферродинамические.
Есть и иные аппараты специализированного назначения, чтобы измерять силу тока. Их применяют в узкопрофильных сферах, они не распространены настолько, как указанные выше.
Электромагнитный
Приспособления с электромагнитным принципом функционирования не оснащаются двигающейся катушкой, в отличие от магнитоэлектрических разновидностей приборов. Конструкция рассматриваемых устройств намного проще. В корпусе располагается спецустройство и 1 либо более сердечников, установленных на оси.
Рассматриваемый тип амперметра обладает меньшей восприимчивостью в сравнении с магнитоэлектрическим устройством, потому точность замеров аппарата будет значительно ниже. Достоинствами подобных приспособлений станет универсальность функционирования. Это значит, что они способны измерить силу тока в цепи постоянного и переменного токов. Это в значительной мере расширит сферу использования подобного устройства.
Электромагнитный амперметр
Принцип воздействия подобной разновидности устройств основан на взаимодействии магнитного поля и двигающейся катушки, которая находится в конструкции приспособления.
Важно! К минусам рассматриваемого приспособления относят сложность внутреннего устройства, присутствие двигающейся катушки. Подобное изделие не считается универсальным, поскольку оно подойдет лишь для постоянного тока
Невзирая на минусы амперметра, такая разновидность аппарата широко распространена в разных промышленных сферах, в лабораториях.
Магнитоэлектрический амперметр
Термоэлектрический
Такая разновидность приспособлений для замера силы тока используется для электроцепей с высокочастотным током. В конструкции устройств есть магнитоэлектрический механизм, состоящий из проводов с припаянной термопарой. Во время прохождения тока подогреваются жилы проводки. Чем больше сила, тем выше поднимаются температурные показатели. По таким параметрам спецмеханизм будет проводить перевод нагрева в показатели тока.
Термоэлектрический амперметр
Электродинамический
Из минусов следует отметить большую восприимчивость, поскольку приспособления будут реагировать даже на наименьшие магнитные поля, которые расположены в непосредственной близости. Такие поля могут создать для рассматриваемого амперметра значительные помехи, потому подобные устройства используются лишь в защищенных экраном местах.
Электродинамический амперметр
Ферродинамический
Подобные приспособления отличаются самой большой эффективностью и точностью замеров. Электромагнитные поля, которые расположены в непосредственной близости с амперметром, не будут оказывать на прибор существенного воздействия, потому отсутствует необходимость в монтаже вспомогательных экранов для защиты.
Устройство подобного изделия включает в себя замкнутую ферримагнитную проводку, сердечник и неподвижную катушку. Подобная конструкция дает возможность улучшить надежность функционирования приспособления. Потому ферродинамические разновидности амперметров зачастую используют в военных сферах и оборонных предприятиях.
Ферродинамический амперметр
Цифровой
Наиболее современная и комфортная разновидность устройств для замеров силы тока. В них отсутствуют стрелки, которые регулярно колеблются. Подобные приспособления оснащены монитором, где будут выведены показатели, которые отображают силу тока в амперах. В то же время они будут давать достаточно точные сведения. К важным достоинствам цифровых устройств относят их невосприимчивость к вибрации и встряске.
Цифровой амперметр
Важно! Цифровым приспособлениям не страшны небольшие механические удары, которые возможны от функционирующего вблизи оборудования. Нахождение в вертикальной либо горизонтальной плоскости устройства не оказывает воздействия на его функциональность, как и изменения температурных показателей и давления
Потому подобное устройство также используют снаружи.
Измерение напряжения
- Вставляем щупы в гнёзда, обозначенные символами: «СОМ» сommon (общий провод) — черный щуп; «VΩ» — красный щуп.
- Поворотным переключателем устанавливаем режим работы и предел измерения: «V-» или «V DC» — режим работы с постоянным U; «V~» или «V AC» — режим работы с переменным U.
Предел устанавливается уровнем выше, чем предполагаемое измеряемое напряжение. Например, если вы предполагаете, что напряжение выше 20, но ниже 200В, то следует установить переключатель напротив 200В. В ситуации, когда параметры цепи неизвестны, лучше начать с максимального предела. Неправильный выбор предела, при слишком большой разнице установленного и фактического U, может привести к выходу вольтметра из строя. Модели с автоматическим пределом, как у прибора, изображённого справа, выбор предела осуществляется самим прибором автоматически.
Установка щупов по цветам не имеет физического смысла, щупы одинаковые. Так делается потому, что традиционно черный цвет считается проводом отрицательной полярности (минус), красный — положительной (плюс). При соблюдении этой условности проще ориентироваться в показаниях. Если дисплей прибора перед показанием не содержит знак «-», значит полярность соответствует цветам проводов, как указано выше.
Вольтметр обладает высоким входным сопротивлением, поэтому подключается параллельно источнику питания или измеряемому участку схемы
Дисплей прибора покажет:
- рисунок 1 — напряжение источника питания;
- рисунок 2 — падение напряжения на участке цепи.
Что такое сила тока?
Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод — это шланг. Тонкий провод — это тонкий в диаметре шланг, толстый провод — это толстый в диаметре шланг, можно сказать — труба. Молекулы воды — это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.
Сила тока — это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.
Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, «разрезал» его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.
За период времени берут 1 секунду.
Как зависит сила тока в проводнике от сопротивления этого проводника
Различные действия тока, такие, как нагревание проводника, магнитные и химические действия, зависят от силы тока. Изменяя силу тока в цепи, можно регулировать эти действия. Но чтобы управлять током в цепи, надо знать, от чего зависит сила тока в ней. Мы знаем, что электрический ток в цепи — это упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле. Чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем, очевидно, и больше сила тока в цепи. Но действие поля характеризуется физической величиной — напряжением. Поэтому можно предположить, что сила тока зависит от напряжения. Установим, какова эта зависимость, на опыте.
На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из источника тока — аккумулятора, амперметра, спирали из никелиновой проволоки, ключа и параллельно присоединенного к спирали вольтметра. Замыкают цепь и отмечают показания приборов. Затем присоединяют к первому аккумулятору второй такой же аккумулятор и снова замыкают цепь. Напряжение на спирали при этом увеличится вдвое, и амперметр покажет вдвое большую силу тока. При трех аккумуляторах напряжение на спирали увеличивается втрое, во столько , же раз увеличивается сила тока. Таким образом, опыт показывает, что во сколько раз увеличивается напряжение, приложенное к одному и тому же проводнику, во столько же раз увеличивается сила тока в нем. Другими словами, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника. На рисунке показан график зависимости силы тока в проводнике от напряжения между концами этого проводника. На графике в условно выбранном масштабе по горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной — сила тока в амперах.
Зависимость силы тока от напряжения мы уже установили. На основании опытов было показано, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника
Следует обратить внимание, что при проведении опыта сопротивление проводника не менялось, одна и та же спираль служила участком цепи, на котором измеряли напряжение и силу тока. При проведении физических опытов, в которых определяют зависимость одной величины от другой, все остальные величины должны быть постоянными, если они будут изменяться, то установить зависимость будет сложнее
Поэтому, определяя зависимость силы тока от сопротивления, напряжение на концах проводника надо поддерживать постоянным. Чтобы ответить на вопрос, как зависит сила тока в цепи от сопротивления, обратимся к опыту. На рисунке изображена электрическая цепь, источником тока в которой является аккумулятор. В эту цепь по очереди включают проводники, обладающие различными сопротивлениями. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается постоянным. За этим следят по показаниям вольтметра. Силу тока в цепи измеряют амперметром. Ниже в таблице приведены результаты опытов с тремя различными проводниками: В первом опыте сопротивление проводника 1 Ом и сила тока в цепи 2 А. Сопротивление второго проводника 2 Ом, т.е. в два раза больше, а сила тока в два раза меньше. И наконец, в третьем случае сопротивление цепи увеличилось в четыре раза и во столько же раз уменьшилась сила тока. Напомним, что напряжение на концах проводников во всех трех опытах было одинаковое, равное 2 В. Обобщая результаты опытов, приходим к выводу: сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
Зависимость силы тока от напряжения на концах участка цепи и сопротивления этого участка называется законом Ома по имени немецкого ученого Ома, открывшего этот закон в 1827 г. Закон Ома читается так: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I=U/R здесь I — сила тока в участке цепи, U — напряжение на этом участке, R — сопротивление участка.Закон Ома — один из основных физических законов. На рисунке зависимость силы тока от сопротивления проводника при одном и том же напряжении на его концах показана графически. На этом графике по горизонтальной оси в условно выбранном масштабе отложены сопротивления проводников в омах, по вертикальной — сила тока в амперах. Из формулы I=U/R — следует, что U=IR и R=U/I . Следовательно, зная силу тока и сопротивление, можно по закону Ома вычислить напряжение на участке цепи, а зная напряжение и силу тока — сопротивление участка. Сопротивление проводника можно определить по формуле R=U/I , однако надо понимать, что R — величина постоянная для данного проводника и не зависит ни от напряжения, ни от силы тока. Если напряжение на данном проводнике увеличится, например, в 3 раза, то во столько же раз увеличится и сила тока в нем, а отношение напряжения к силе тока не изменится.
Источник
Сила взаимодействия проводников с током как основа для определения единицы силы тока
Для того, чтобы определить единицу измерения силы тока, были проведены опыты, которые мы сейчас и рассмотрим. Опыты эти заключались в явлении взаимодействия двух проводников с током.
Возьмем два гибких прямых проводника. Расположим их параллельно друг другу. Подсоединим их к источнику тока (рисунок 2).
Рисунок 2. Взаимодействие проводников с током
После замыкания цепи по ней пойдет электрический ток. Ток будет идти и по нашим подопытным проводникам.
Что мы увидим? Они начнут взаимодействовать друг с другом. А именно, они будут притягиваться друг к другу (рисунок 2, а) или отталкиваться друг от друга (рисунок 2, б). Это будет зависеть от направления тока в них.
Тут же встает вопрос о том, как же измерить эту силу, с которой взаимодействуют проводники? Опыты показали следующее.
Сила взаимодействия между проводниками с током зависит от:длины проводников;расстояния между ними;среды, в которой находятся проводники;силы тока в проводниках.
Для нас сейчас имеет значение самый последний пункт. Возьмем проводники, для которых все остальные условия будут одинаковы, кроме силы токов. Окажется, что, чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой они взаимодействуют между собой.
{«questions»:,»answer»:}}}]}
Что означает падение напряжения
Падение происходит, когда происходит перенос нагрузки на всем участке электрической цепи. Действие этой нагрузки напрямую зависит от параметра напряженности в ее узловых элементах
Когда определяется сечение проводника, важно участь, что его значение должно быть таким, чтобы в процессе нагрузки сохранялось в определенных границах, которые должны поддерживаться для нормального выполнения работы сети
Мнемоническая диаграмма для закона Ома
Более того, нельзя пренебрегать и характеристикой сопротивляемости проводников, из которых состоит цепь. Оно, конечно, незначительное, но его влияние весьма существенно. Падение происходит при передаче тока. Именно поэтому, чтобы, например, двигатель или цель освещения работали стабильно, необходимо поддерживать оптимальный уровень, для этого тщательно рассчитывают провода электроцепи.
Важно! Предел допустимого значения рассматриваемой характеристики отличается от страны к стране. Забывать это нельзя
Если она снижается ниже значений, которые определены в определенной стране, следует использовать провода с большим сечением.
Любой электроприбор будет работать полноценно, если к нему подается то значение, на которое он рассчитан. Если провод взят неверно, то из-за него происходят большие потери электронапряжения, и оборудование будет работать с заниженными параметрами. Особенно актуально это для постоянного тока и низкой напряженности. Например, если оно равно 12 В, то потеря одного-двух вольт уже будет критической.
Вам это будет интересно Особенности теплого света
Закон Ома для участка цепи
Какие бывают типы вольтметров
Вольтметры, как и любые другие электроизмерительные приборы, классифицируются в зависимости от назначения и конструкции. Более подробно на рисунке ниже:
Вольтметр с подвижной катушкой и с постоянными магнитами (PMMC)
Такой прибор работает по магнитоэлектрическому принципу. В двух словах это означает следующее — в постоянное магнитное поле помещается катушка измерительного прибора, которая подключается к электрической цепи, в которой проводится измерение. При протекании тока через катушку электромагнитная сила создаст вращающий момент, который повернет стрелку измерительного прибора на определенный угол.
Вольтметр с подвижной катушкой и с постоянными магнитами (PMMC) используется только в сетях постоянного тока. Такой тип устройства имеет очень низкое энергопотребление и очень высокую точность. Единственным его недостатком является стоимость.
Электромагнитный вольтметр (MI вольтметр)
Электромагнитный вольтметр может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного напряжения. В таком типе приборов отклонение стрелки зависит от напряжения катушки. Электромагнитные вольтметры разделяют на два типа:
- электромагнитный измерительный прибор с плоской катушкой.
- электромагнитный измерительный прибор с круглой катушкой.
Электродинамический вольтметр
Электродинамический вольтметр используется для измерения напряжения цепи переменного и постоянного тока. В приборах этого типа калибровка одинакова как для измерения переменного, так и постоянного тока.
Вольтметр с выпрямительной системой
Такой тип прибора используется в цепях переменного тока для измерения напряжения. Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный ток, после чего сигнал постоянного тока измеряется прибором с подвижной катушкой и с постоянными магнитами.
Аналоговый вольтметр
Аналоговый вольтметр используется для измерения переменного и постоянного напряжения. Он отображает показания через указатель, который зафиксирован на калиброванной шкале. Отклонение указателя зависит от крутящего момента, действующего на него. Величина развиваемого крутящего момента прямо пропорциональна измеряемому напряжению.
Цифровой вольтметр
Вольтметр, который отображает показания в числовой форме, известен как цифровой вольтметр. Цифровой вольтметр дает достаточно точный результат.
Прибор, который измеряет постоянное напряжение, известен как вольтметр постоянного напряжения, а вольтметр переменного напряжения используется в цепи переменного тока для измерения переменного напряжения.
2 вариант
А1. Сила тока в проводнике равна
1) произведению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, и времени его прохождения
2) отношению квадрата электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения
3) произведению квадрата электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, и времени его прохождения
4) отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения
А2. Сила тока в электрической цепи равна 0,27 А. За 5 минут через поперечное сечение проводника пройдёт электрический заряд
1) 0,054 Кл
2) 0,185 Кл
3) 6 Кл
4) 81 Кл
А3. Силу тока на каком-либо участке цепи можно измерить
1) амперметром, подключённым параллельно этому участку
2) амперметром, подключённым последовательно с этим участком
3) вольтметром, подключённым параллельно этому участку
4) вольтметром, подключённым последовательно с этим участком
А4. Работа электрического тока зависит
1) только от электрического заряда
2) только от силы тока
3) от электрического заряда и напряжения
4) только от свойств проводника
А5. При перемещении по цепи заряда 0,2 Кл электрический ток совершил работу 20 Дж. Напряжение на этом участке цепи равно
1) 0,01 В
2) 4 В
3) 20 В
4) 100 В
А6. Для измерения напряжения на лампе вольтметр следует подключить согласно схеме
B1. Установите связь между физическими величинами и единицами измерения.
Физическая величина
А) Работа тока
Б) Сила тока
Единица измерения
1) Кл/В
2) А · с
3) Кл · В
4) Дж/Кл
5) Кл/с
Ответы на тест по физике Сила тока и напряжение для 8 класса1 вариант
А1-2
А2-1
А3-2
А4-3
А5-4
А6-3
А7-242 вариант
А1-4
А2-4
А3-2
А4-3
А5-4
А6-3
А7-35
Подключение вольтметров к сети
Напряжение – с этим термином мы довольно часто сталкиваемся в повседневной жизни. Иногда нам нужно измерить напряжение в сети, чтобы понять, почему какое-либо устройство работает неудовлетворительно или лампа накаливания горит довольно тускло. Для данного рода измерений используют вольтметры. Вольтметр подключается к измеряемому устройству только параллельно, почему это так?
Как известно электрическое напряжение – это отношение работы, совершенной электрическим полем по перемещению заряда А, к величине заряда q, U=A/q. Также оно характеризует электрическое поле, которое возникает при прохождении электрического тока.
В системе международных обозначений СИ обозначается как U и измеряют в вольтах (1 В = 1 Дж/Кл). Для того чтобы измерять напряжение на устройстве необходимо параллельно к нему подключить вольтметр.
Для того, чтоб при параллельном включении снизить ток, потребляемый вольтметром и соответственно потери электрической энергии внутри устройства, внутреннее измерительное сопротивление выбирается как можно больше . Если включить вольтметр в цепь последовательно, то в связи с большим внутренним сопротивлением получим фактически разрыв цепи. То есть потери при измерении напряжения будет слишком большими, что неприемлемо, а также измерения будут некорректными. Поэтому вольтметр подключают только параллельно:
Если измеряется постоянное напряжение от 1 до 1000 мкВ могут использовать компенсаторами постоянного тока, но чаше пользуются цифровыми вольтметрами . Значения от десятков милливольт до сотен вольт измеряют приборами таких систем как: электромагнитной, электродинамической, магнитоэлектрической. Также не брезгуют и электронными аналоговыми и цифровыми вольтметрами. Также при измерении могут использовать добавочные сопротивления:
Где Rv – это внутреннее сопротивление вольтметра, Rдоб1…3 – добавочные сопротивления, UmV – максимальное которое может измерять сам вольтметр, а U1…3 – которые он может измерять с добавочными сопротивлениями.
Сопротивления добавочных резисторов определяется по формуле:
Где m – масштабный коэффициент.
Если проводят измерения постоянных напряжений в несколько киловольт, то в большинстве случаев используют вольтметры электростатические, реже используют измерительные устройства других систем подключаемых через делитель:
Где резисторы R1, R2 — резисторы выполняющие роль делителя, Rизм. – измерительное сопротивление, с которого снимается напряжение.
Если измеряют переменные напряжения до единиц вольт, то используют аналоговыми, выпрямительными и цифровыми устройствами. От единиц до сотен вольт и частотном диапазоне до нескольких десятков килогерц применяют выпрямительные системы, электромагнитные, электродинамические приборы. Если частота достигает нескольких десятков мегагерц, то в таком случае напряжение измеряют термоэлектрическими и электростатическими приборами.
В действующих значениях, как правило градуируют шкалы приборов для измерения величин переменного тока. Поэтому при измерении необходимо это учитывать (если необходимо измерять амплитудные и средние значения, то их как правило пересчитывают по соответствующим формулам).
При проведении измерении в сетях переменного тока напряжением выше 1000 В могут использоваться как делители, так и трансформаторы напряжения или измерительные трансформаторы. Чаще используют трансформаторы, так как трансформатор не только понижает значение напряжения, но потенциально разделяет измерительную цепь от силовой. Измерения могут проводится теми же приборами, что и в выше описанных случаях. Схема включения приведена ниже:
Где FU1, FU2 – предохранители, защищающие измерительную цепь от короткого замыкания.
Внешний вид трансформатора однофазного:
Как видим, при проведении измерение различного рода напряжений могут использоваться как различного рода приборы (цифровые, аналоговые и т.д.), так и устройства (делители, трансформаторы)
При проведении измерений важно учитывать каждый способ проведения измерений, для получения как можно более точного результата, а также корректного проведения измерительных работ
Похожие материалы:
- «Подключение» специалистов экстренных служб
- Волоконно-оптическое подключение: адаптация волокна…
- Устройство контактора с управлением от сети постоянного тока
Источник: