Чем отличается сила тока от напряжения

Чем отличается напряжение от силы тока

Электричество в жизни современного человека играет огромную роль. Однако далеко не все понимают принципы и ценность этого явления. Основные характеристики электричества — это две зависящие друг от друга величины: напряжение и сила тока. Для того чтобы знать, чем они отличаются друг от друга, нужно понять их природу. И то, и другое могут иметь как постоянный, так и переменный характер.

Физические проявления

Физически ощутить проявления электричества человеку можно только опосредованно. Если попробовать на язык батарейку — можно почувствовать пощипывание. Это следствие протекания малого тока через организм. Чувствительная слизистая языка уже ощущает это раздражение. Можно увидеть искры статического электричества между двумя заряженными объектами, например, синтетическими тканями, или в школьном опыте с динамо-машиной. Все это следствие накопления заряда или потенциального напряжения.

Чтобы узнать, что такое сила тока, нужно определиться с понятием заряда. Как известно, вся материя в мире состоит из атомов. Атомы, в свою очередь, состоят из протонов, нейтронов и электронов. Среди этих частиц нейтрально заряжены только нейтроны. Протоны и электроны обладают потенциальной энергией — электрическим зарядом, который, в частности, и держит атомы в цельном состоянии.

Протоны и нейтроны находятся в ядре атома. Электроны же, напротив, располагаются далеко от ядра и движутся вокруг него по орбитам, сходным с орбитами планет солнечной системы. Чем дальше находится электрон от ядра, тем меньше его связь с центром атома, и тем проще он может потеряться. В различных материалах электроны ведут себя по-разному.

В металлах они слабо связаны с ядром и свободно перемещаются внутри вещества. Однако их общее количество в предмете с нейтральным зарядом всегда должно соответствовать количеству протонов.

Если электроны вследствие каких-то действий покидают вещество, они уносят с собой заряд. Соответственно, заряд, оставшийся в протонах вещества, будет накоплен этим веществом. Электроны могут унести заряд в случаях:

• Трения двух веществ друг о друга.
• Воздействия ультрафиолета или радиации.
• Быстрого перепада температур.

Таким образом, между предметами возникает разность потенциалов, или напряжение, способное вызвать искру. А искра — это уже проявление электрического тока. Заряды разного знака всегда притягиваются друг к другу. Если электроны перешли с одного материала на другой, то один материал накопил положительный заряд, а другой — отрицательный.

При их сближении электроны притянутся к положительно заряженному телу — и возникнет искра. То есть электроток — это движение заряженных ча

Аналогия с гидравликой

Слово ток имеет происхождение от слова течение. Соответственно, можно провести аналогию течения жидкости с электрическим током. Протекание жидкости возможно из одного места в другое, только если возникает сила, заставляющая ее сделать это. В самом простом случае — это разница уровней жидкости. То есть потенциальная энергия, заставляющая жидкое вещество течь от более высокого уровня к более низкому.

Аналогом разности уровней жидкости будет разность потенциалов или напряжение. Аналогом силы тока будет напор потока воды, создаваемый этой разностью уровней. Примеры потоков жидкости:

• Водопад.
• Поток, создаваемый водонапорной башней.
• Реки, текущие туда, где есть наклон территории.

Везде вода течет туда, где уровень меньше, а электроток — от большего напряжения к меньшему.

Связь величин законом Ома

Электротехнические величины также зависят и от материала, в котором протекает . Эти параметры определяются электросопротивлением вещества. Сопротивление бывает как бесконечно большим у диэлектриков, так и падать практически до нуля в условиях сверхпроводимости. Оно зависит от формы проводника (его длины и сечения) и вещества, из которого он изготовлен.

В обычных условиях сопротивление определяется по закону Ома как отношение напряжения к силе тока на участке цепи. То есть разность потенциалов можно найти как произведение силы тока на сопротивление. Знать, чем отличается сила тока от напряжения очень важно для электротехнических расчетов. На этом базируются все основы функционирования электрических цепей.

Постоянный и переменный

Сила тока и напряжение могут быть как постоянными, так и переменными. Постоянство величины говорит о ее неизменности во времени. Напротив, переменные величины периодически изменяют свое значение во времени. Если напряжение питания окажется переменным, то и сила тока, генерируемая им, будет переменной величиной. Это значит, что оба этих значения будут то увеличиваться, то уменьшаться. Форма сигнала может быть различной:

• Синусоидальный сигнал (плавное возрастание — убывание).
• Меандр (прямоугольный, треугольный сигнал), когда значение резко претерпевает изменение.
• Пульсирующий сигнал, изменяющийся то плавно, то резко, согласно некоторому закону.

Вне зависимости от того, постоянным или переменным является ток, его главное отличие от напряжения — то, что ток — это движение носителей заряда, а напряжение — причина этого движения.

Чем отличается сила тока от напряжения простыми словами

Точные науки

На чтение 3 мин Просмотров 3.3к.

Физика многим кажется сложной и загадочной. Раздел «Электричество» воспринимается особенно сложно из-за того, что большинство понятий нельзя «потрогать руками». Но мы попробуем объяснить, чем отличается сила тока от напряжения простыми словами.

В чем разница?

В физике есть фундаментальное понятие заряда. Это такая величина, которая определяет свойство частиц и тел взаимодействовать через электромагнитные силы. Чем он больше, тем сильнее взаимодействие.

Проявление этих сил мы часто видим в жизни. На примере молнии, прилипания кусочков бумаги к наэлектризованной полиэтиленовой пленке, работы электрического чайника. Но не всегда понимаем суть увиденного, и не осознаем, что именно и как воздействовало на конкретный предмет.

Если говорить, очень кратко и утрировано, то ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В металлах это электроны, в электролитах — ионы.

Сила тока — это количество зарядов, которые пройдут через проводник за единицу времени.

Измеряется эта величина в Амперах (в честь одноименного французского физика-математика) и показывает, насколько много энергии протекает за секунду в точке. Например, у молнии — большая сила тока, а у фонарика — маленькая.

Напряжение в цепях электрического тока, если говорить простыми словами — это величина силы, которая заставляет двигаться заряды упорядоченно.

Единицы измерения получили свое названия от итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, который изобрел первую гальваническую батарею.

Простой аналог из жизни — река. Чем больше уклон, тем быстрее она течет. Напряжение — это перепад высот реки, а сила тока — это объем воды, который протекает в конкретном месте.

Теперь становится понятно, в чем отличие тока от напряжения: первый — это движение зарядов, а второе — это то, что их заставляет двигаться.

Отличия с другими величинами

Существует еще ряд величин, которые характеризуют электрические системы: сопротивление, мощность и т.д.

Отличие сопротивления от тока и напряжения, в том, что оно мешает протеканию тока, уменьшая его.

В вышеупомянутой реке, в качестве сопротивления, выступают дно и камни.

Чтобы сохранить ту же силу тока при увеличении сопротивления, надо повышать напряжение.

Для лучшего понимания процесса можно привести еще один пример. Допустим, у нас есть длинный коридор, по которому бежит человек — это и есть сила тока. Чтобы бегун передвигался быстрее, другой человек бьет его палкой — это напряжение. В данном случае сопротивление — это стулья, хаотично расставленные по коридору и мешающие бежать.

По пустому коридору человек передвигается легко, его можно практически не бить, чтоб он быстро бежал. Но чем больше на пути препятствий, тем сильнее должно быть напряжение (удары), чтобы поддерживать тот же темп.

Выражается эта взаимосвязь формулой, описанной в законе Ома (фото ниже).

Еще одна важная величина, участвующая в данном процессе — мощность.

Отличие мощности от напряжения и силы тока, заключается в том, что она показывает величину работы, которую производит наш «бегун» за единицу времени.

В примере с рекой, мощность, это то насколько много намелет муки водяная мельница за день. Чем «мощнее» река, тем больше муки на выходе. Другими словами, это скорость выполнения работы.

Измеряется мощность в Ваттах. Эта единица измерения напрямую зависит от количества выполненной работы, разделенной на время, которое потребовалось на ее выполнение.

Заключение

Чтобы облегчить процесс понимания сложных физических явлений, им нужно найти простые и наглядные аналоги в окружающем мире. Так будет легче найти взаимосвязь между различными величинами и уловить суть. Это касается не только электричества, но и остальных «невидимых» разделов физики (ядерка, термодинамика и т.п.)

Разбираемся чем отличается сила тока от напряжения

Современный мир невозможно представить без электричества. А основными его характеристиками являются ток и напряжение. Эти физические величины зависимы друг от друга, хотя имеют некоторые отличия. Чтобы понять, чем отличается сила простого электрического тока от напряжения, нужно сначала разобраться в их природе.

Основные характеристики электротока

Понятие «ампер»

Такое физическое понятие, как сила тока выражается в амперах и определяется количеством носителей электрического заряда, проходящих через сечение проводника за временную единицу. Для большего понимания, можно сравнить эту силу с движением воды, протекающей по трубопроводу.

Пример с водой

Объёма (количества) воды в трубе может быть и больше, и меньше. Скорость ее протекания также может отличаться. Вода может протекать быстрее или медленнее в зависимости от проходного диаметра труб и разницы уровней. Следовательно, можно сказать, что напор — это объём воды, протекающий в трубе за определённое время.

Представим проводник с отрицательно заряженными частицами, которые стремятся в сторону А. При этом ток будет двигаться в обратном направлении — в сторону В. Это связано с тем, что за направление тока принято считать то, в котором перемещаются частицы с положительным зарядом.

Пример с проводником

Носители отрицательного заряда, двигаясь в сторону А, пересекают поверхность проводника, обозначенную S или, иначе говоря, поперечное сечение. Через S за определенный промежуток времени (t), проходит какое-то количество заряда (q).

Например, за 2 секунды проходит заряд в 2 Кл (кулон), за 4 секунды м 4 Кл. Естественно, действие электрического тока будет больше, когда и заряда больше. Отсюда можно вывести формулу силы тока:

Формула тока

Понятие «вольт»

Узнать, что представляет собой напряжение, поможет наглядный пример. Есть два осветительных прибора: лампа накаливания (лампа №1) и миниатюрная лампочка по типу MH-6.3 (лампа №2). Если говорить простыми словами, то эти лампочки обладают разной мощностью.

Замыкаем выключатель и наглядно видим, что лампа №1 горит ярче, чем №2. Хотя сила тока, проходящего через обе лампочки, одинакова.

Пример с лампочками

Ток, проходя через спираль лампочки, нагревает её. За счёт этого лампочка светится. Следовательно, здесь совершается электрическая работа, а именно нагрев нити. Однако в 1-ой лампе значение этой работы больше, нежели во 2-ой. Всё это потому, что у двух этих лампочек есть различия, которые заключаются в характеристике поля, именуемой электрическим напряжением.

Отсюда следует, что напряжением называется физическая величина, которая равна отношению электрической работы по переносу заряда (q) между 2-мя точками цепи к величине этого заряда.

Формула напряжения

В чём же разница

Мы выяснили, что ток — это количество заряда, а напряжение — сила, с какой этот заряд проходит. Природа этих двух понятий различна, что и объясняет, в чем разница между током и напряжением. Первое из этих понятий — это количество электричества, а второе — мера потенциальной энергии. Напряжение можно получить, воздействуя на электрические заряды, а ток возникает за счет прикладывания напряжения между точками электрической схемы.

Если снова прибегнуть к аналогии с водой и трубами, то можно сказать, что количество воды, протекающей в трубе за единицу времени, это ток, а напор воды — это напряжение.

С силой тока и напряжением связано еще одно понятие — мощность электроэнергии. Если переводить в формулу, то увидим следующую картину:

Формула мощности

Следует также понимать, что ток всегда течёт по замкнутому контуру, а напряжение возникает между двумя точками (на зажимах) проводника. То есть, I появляется за счёт «давления» или, иначе говоря, разности U между двумя точками. Зависимость между этими двумя величинами описывает основной физический закон, сформулированный немецким ученым Георгом Омом.

Основной закон электрики

Главное отличие I от U заключается в том, что ток представляет собой перемещение носителей заряда, а напряжение является причиной данного перемещения.

Напряжение и ток

Для того, чтобы электронный компонент совершал полезную работу: лампа — горела, двигатель — вращался, через него должен протекать электрический ток.

Ток создаётся электрическим потенциалом. Если сравнивать течение тока и течение жидкости, то электрический потенциал — это напор, а ток — это струя воды. Наличие потенциала самого по себе не достаточно для создания тока.

Во-первых, необходим проводник по которому ток будет течь. Например: медный провод. Если проводника нет, потенциал «утыкается» в воздух, а воздух очень хорошо препятствует течению электричества. Это аналогично тому, что вода не будет течь пока закрыт кран: давление есть — течения нет. Материалы, не позволяющие току течь называются диэлектриками. Позволяющие течь — проводниками. Позволяющие при одних условиях и не позволяющие при других — полупроводниками.

Во-вторых, необходима разность потенциалов. Ведь если с двух концов водопроводной трубы будет одинаковый напор, каким бы сильным он не был — течения внутри не будет. То же самое и с электричеством. Разность потенциалов называют напряжением.

Потенциал и напряжение (обозначаются буквой U или V) мерятся в вольтах; сила тока (обозначается буквой I) или просто ток — в амперах. В микроэлектронике обычно используются напряжения от долей вольт до десятков вольт и силы тока от долей миллиампер (мА) до сотен миллиампер.

По договорённости считается, что ток течёт в направлении от плюса к минусу. По аналогии как вода течёт из области высокого давления к пустому концу трубы. На самом деле, какое направление положительное, а какое отрицательное — условность. Исторически так сложилось, что открытие отрицательно заряженных электронов, которые и формируют ток, было сделано уже после того, как все договорились, что считать положительным течением тока. Поэтому в силу той ошибки на практике ситуация такова: говорят, что ток течёт из точки А в точку Б, хотя на физическом уровне электроны мчатся от точки Б к точке А. Чтобы не путаться, нужно запомнить: в схемотехнике никто не вспоминает куда перемещаются электроны, положительное течение тока — это течение из точки с большим потенциалом в точку с меньшим; в направлении тока перемещаются положительные заряды. Да, они виртуальные, их не бывает на самом деле, но так удобнее.

Точку цепи, предоставляющую неограниченную возможность возврата/слива отработавших зарядов называют землёй (Ground, GND). Не нужно понимать «землю» в буквальном смысле. Ей может быть и отрицательный полюс батарейки, и корпус автомобиля, и, действительно, планета Земля. Для удобства считают, что земля — это потенциал в 0 В. Все остальные потенциалы считают относительно неё. Кроме того, в схемотехнике практически не пользуются понятием электрического потенциала: говорят, что напряжение в определённой точке составляет 12 В, на самом деле имеют в виду, что разность потенциалов между ней и землёй составляет 12 В.

Источники питания

Проходя по цепи, электрическая энергия расходуется: часть её идёт на совершение полезной работы, часть теряется, превращаясь в тепло. Чтобы устройство работало постоянно, требуется сила, которая бы удерживала напряжение в цепи. Её называют ЭДС (электродвижущая сила, electromotive force, EMF), а создают её источники питания. Примером компонента с ЭДС являются: обычные батарейки, солнечные батареи, трансформатор в блоке питания, моторчик вращаемый хомяком в колесе.

На схемах источник питания может указываться как в явном виде, собственным символом, так и в неявном: обозначается ноль контакт входного напряжения и земля без акцента на то, откуда энергия возьмётся. Таким образом, следующие схемы эквивалентны:

Мощность

Мощность — это количество переносимой энергии за единицу времени. Переносимая электрическая энергия обычно трансформируется конечными устройствами в другие формы: тепло, свет, звук и т.д. Единица измерения мощности — Ватт. Мощность P рассчитывается по формуле:

Различные компоненты расчитаны на разную мощность. Обычно в документации на компонент указывается при каком напряжении он работает и какой ток при этом потребляет. Есть компоненты, которые «возьмут» только то количество тока, которое им необходимо; есть те, которые будут гореть и плавиться, но заберут всё, что дают.

Предоставить нужное количество энергии в нужный момент в определённое место цепи — одна из главных задач разработчика схемы. Реализуется это с помощью соединения базовых компонентов (таких как, например, резисторы и транзисторы) в типовые, шаблонные схемы.

Если не указано иное, содержимое этой вики предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International

Производные работы должны содержать ссылку на http://wiki.amperka.ru, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы.
Вики работает на суперском движке DokuWiki.

схемотехника/напряжение-и-ток.txt · Последние изменения: 2010/12/27 07:37 — nailxx

Инструменты страницы

• Показать исходный текст
• История страницы
• Ссылки сюда
• Наверх