Что такое сила тока?
Ампер или А — это международная единица измерения силы тока. Он обозначает количество электронов (иногда именуемых «электрическим зарядом»), которое проходит через определенную точку в цепи за определенное время.
Ток силой 1 ампер означает, что 1 кулон электронов — то есть 6,24 миллиарда миллиардов (6,24 x 10 18 ) электронов — проходит через одну точку в цепи за 1 секунду. Расчет аналогичен измерению расхода воды: сколько галлонов проходит через одну точку в трубе за 1 минуту (галлоны в минуту или галлон/мин).
Символы, используемые для обозначения ампер:
A = амперы, для большого количества тока (1,000).
мА = миллиамперы, одна тысячная ампера (0,001).
мкА = микроамперы, одна миллионная ампера (0,000001).
В таких формулах, как закон Ома, сила тока также обозначается буквой «I».
Амперы названы в честь французского математика/физика Андре-Мари Ампера (1775-1836), который доказал следующее:
- При прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле.
- Сила этого поля прямо пропорциональна количеству протекающего тока.
Электроны проходят через проводник (как правило, металлический провод, обычно медный), когда соблюдаются два условия электрической цепи:
- В цепи присутствует источник энергии (например батарея), который создает напряжение. Без напряжения электроны перемещаются в случайном порядке и достаточно равномерно по проводу, и ток не может течь. Напряжение создает давление, благодаря которому электроны движутся в одном направлении.
- Цепь образует замкнутый, проводящий контур, через который могут проходить электроны и который обеспечивает подачу энергии на любое устройство (нагрузку), подключенное к цепи. Цепь замыкается, когда переключатель находится во включенном или замкнутом положении (см. схему в верхней части этой страницы).
Ток, как и напряжение, может быть постоянным или переменным.
Постоянный ток (dc):
- На цифровом мультиметре обозначается символами или .
- Протекает только в одном направлении.
- Обычный источник: батареи или генератор постоянного тока.
Переменный ток (ac):
- На цифровом мультиметре обозначается символами или .
- Протекает по синусоиде (показано ниже); меняет направление с регулярными интервалами.
- Распространенный источник: бытовые электрические розетки, получающие питание от местной энергосети.
Большинство цифровых мультиметров может измерять постоянный и переменный ток силой не более 10 А. Более сильный ток должен быть уменьшен с помощью дополнительных токовых клещей, которые измеряют силу тока (от 0,01 А и меньше до 1000 А) путем измерения напряженности магнитного поля вокруг проводника. Это позволяет выполнять измерения, не размыкая цепь.
Любой узел (лампа, электродвигатель, нагревательный элемент), который преобразует электрическую энергию в какую-либо другую форму энергии (свет, вращательное движение, тепло), использует ток.
Когда к цепи подключается дополнительная нагрузка, цепь должна обеспечивать больше тока. Количество тока, которое может пройти через цепь, определяется сечением проводников, предохранителей и самих узлов.
Обычно измерения силы тока выполняются, чтобы узнать степень нагрузки на цепь или состояние нагрузки. Измерение силы тока — это стандартная процедура в ходе поиска и устранения неисправностей.
Ток протекает, только когда напряжение создает необходимое давление, которое приводит электроны в движение. Различные источники напряжения создают ток различной силы. Стандартные бытовые батареи (AAA, AA, C и D) имеют напряжение 1,5 В каждая, в то время как более крупные батареи способны давать больше тока.
Рекомендуемые ресурсы:
- Внутренний вид токоизмерительных клещей с трансформатором тока (ac)
- Проверка двигателя на наличие перегрузки
- Лучшие приборы для электриков
- Лучшие приборы для солнечной энергетики
- Подберите подходящие токоизмерительные клещи Fluke
Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.
Работа электрического тока
Протекая по цепи электрический ток совершает работу. Опять сравним протекание электрического тока с потоком воды в трубе. Если этот поток направить, например, на лопасти генератора, то поток будет совершать работу, вращая генератор. Таким же образом электрический ток совершает работу, протекая по проводнику. И эта работа тем больше, чем больше сила тока и напряжение в цепи.
Таким образом, работа электрического тока, совершаемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока в цепи, напряжению на этом участке и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинской буквой A.
Формула работы электрического тока имеет вид:
A = I*U*t
Произведение I*U есть не что иное, как мощность электрического тока.
Тогда формула работы электрического тока примет вид:
A = P*t
Работа электрического тока измеряется в ваттсекундах или иначе говоря в джоулях.
Поэтому, если мы хотим узнать, какую работу произвел ток, протекая по цепи в течение нескольких секунд, мы должны умножить мощность на это число секунд.
Например, через реостат с сопротивлением 5 Ом протекает ток силой 0,5 А. Нужно определить, какую работу произведет ток в течение 4 часов (14 400 сек.). Так как работа тока в одну секунду будет равна:
P=I 2 R = 0,5 2 *5= 0,25*5 =1,25 Вт,
то за время t=14400 сек. она будет в 14 400 раз больше. Следовательно, работа электрического тока А будет равна:
А = Р*t= 1,25*14 400= 18 000 вт-сек.
Ваттсекунда (джоуль) является слишком малой единицей для измерения работы тока. Поэтому на практике пользуются единицей, называемой ваттчас (втч).
Один ваттчас равен 3 600 Дж, так как в часе 3 600 сек.
В нашем последнем примере работа тока, выраженная в ваттчасах, будет равна:
В электротехнике для измерения работы тока применяются еще большие единицы, называемые гектоваттчас (гвтч) и киловаттчас (квтч):
1 квтч =10 гвтч =1000 втч = 3600000 Дж,
1 гвтч =100 втч = 360 000 Дж,
1 втч = 3 600 Дж.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
2. Работа и мощность тока
напряжение на концах участка цепи численно равно работе, которая совершается при прохождении по этому участку электрического заряда в 1 Кл.
При прохождении по этому же участку электрического заряда, равного не \(1\) Кл, а, например, \(10\) Кл, совершённая работа будет в \(10\) раз больше.
Это означает, чтобы определить работу электрического тока на каком-либо участке цепи, надо напряжение на концах этого участка цепи умножить на электрический заряд, прошедший по нему: A = U ⋅ q ,
Для выражения любой из величин можно использовать приведенные ниже рисунки.
Электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q = I ⋅ t . Используя это соотношение и подставляя его в формулу A = U ⋅ q , получим формулу для нахождения работы электрического тока: A = U ⋅ I ⋅ t .
Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.
Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком
Как известно, работу измеряют в джоулях, напряжение — в вольтах, силу тока — в амперах и время в секундах.
Тогда 1 джоуль = 1 вольт · 1 ампер · 1 секунду , или 1 Дж = 1 В · А · С .
Из выше сказанного следует, что для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображенную на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром – сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.
Работа и мощность электрического тока
Электрический ток, проходя по проводникам, совершает работу, превращая электрическую энергию в какую-либо другую энергию: тепловую, световую, механическую, химическую и т.д. Подробнее об этом смотрите здесь: Действие электрического тока
Если к потребителю электрической энергии приложено напряжение один вольт, то это значит что источник электрической энергии, перенося один кулон электричества через потребитель, расходует в нем один джоуль электрической энергии.
Электрический ток превращает эту энергию в какой-либо иной вид энергии, а поэтому принято говорить, что электрический ток, проходя через потребитель совершает работу . Величина этой работы равна величине электрической энергии, израсходованной источником.
Мощность — величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
В источнике ЭДС под действием химических сил (в первичных элементах и аккумуляторах) или электромагнитных в электрических генераторах происходит разделение зарядов.
Работа, которая совершается сторонними силами в источнике при перемещений заряда Q или, как принято говорить, «выработанная» в источнике электрическая энергия, находится по формуле:
Если источник замкнут на внешнюю цепь, то в нем непрерывно происходит разделение зарядов, причем сторонние силы по-прежнему совершают работу А = QE, или, имея в виду, что Q = It , A = EIt.
По закону сохранения энергии электрическая энергия, выработанная в источнике ЭДС, за то же время «расходуется» (т. е. преобразуется) в другие виды энергии в участках электрической цепи.
Часть энергии затрачивается во внешнем участке:
где U — напряжение на зажимах источника, которое при замкнутой внешней цепи уже не равно ЭДС .
Другая часть энергии «теряется» (преобразуется, в тепло) внутри источника:
A2 = A — A1 = (E — U)It = UoIt
В последней формуле Uo — это разность ЭДС и напряжения на зажимах источника, которая называется внутренним падением напряжения . Таким образом,
т. е. ЭДС источника равна сумме напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения.
Пример. Электрический чайник подключен к сети с напряжением 220 Вольт. Необходимо определить энергию, израсходованную в чайнике за время 12 минут, если ток в нагревательном элементе чайника был равен 2,5 А.
А = 220 · 2,5 · 60 = 396000 Дж.
Величина, характеризующая скорость, с котором происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа, называется мощностью (обозначение Р):
Мощностью электрического тока называется его работа, отнесенная к единице времени.
Величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в источнике в электрическую, называется мощностью генератора :
P г = A / t = EIt / t = EI
Величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии во внешних участках цепи в другие виды энергии, называется мощностью потребителя:
P1 = A1 / t = UIt / t = UI
Мощность, характеризующая непроизводительный расход электрической энергии, например на тепловые потери внутри генератора, называется мощностью потерь :
Po = (A — A1) / t = UoIt / t = UoI
По закону сохранения энергии мощность генератора равна сумме мощностей; потребителей и потерь:
Единицы измерения работы и мощности
Единица измерения мощности находится из формулы P = A / t = дж/сек. Электрический ток развивает мощность в один ватт, если он ежесекундно совершает работу, равную одному джоулю.
Единица измерения мощности дж/сек называется ватт (обозначение Вт), т. е. 1 Вт = 1 дж/сек.
С другой стороны, из A = QE 1 дж = 1 К х l В, откуда 1 Вт = (1В х 1К) / 1с1 = 1В х 1 А = 1 ВА, т. е. ватт есть мощность электрического тока в 1 А при напряжении 1 В.
Более крупными единицами мощности являются гектоватт 1 гВт = 100 Вт и киловатт — 1 кВт = 10 3 Вт.
Электрическая энергия подсчитывается обыкновенно в: ватт-часах (Вт-ч) или кратных единицах: гектоватт-часах (гВт-ч) и киловатт-часах (кВт-ч). 1 киловатт-час = 3600000 джоулям.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: