Определение

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.

Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока. Эффективной величиной силы переменного тока (I eff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равную работе переменного тока в течение одного периода (T):

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

то I m – амплитуда силы тока ( – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока (). При этом:

где – угол между векторами и ( – нормаль к элементу поверхности dS), j n – проекция вектора плотности тока на направление нормали ().

Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:

где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S

Для постоянного тока имеем:

Если рассматривать два проводника с сечениями S 1 и S 2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:

Сила тока в соединениях проводников

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:

При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (I i):

Закон Ома

Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):

где - – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, - ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи.

Сила тока - физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего через некоторую поверхность за время , к величине этого промежутка времени :

В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника.

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А; международное: A), ампер является одной из семи основных единиц СИ. 1 А = 1 Кл/с.

По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи:

Носителями заряда, движение которых, приводит к возникновению тока, являются заряженные частицы, в роли которых обычно выступают электроны, ионы или дырки. Сила тока зависит от заряда этих частиц, ихконцентрации , средней скорости упорядоченного движения частиц , а также площади и формы поверхности, через которую течёт ток.

Если и постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде

где - угол между скоростью частиц и вектором нормали к поверхности.

В более общем случае, когда сформулированные выше ограничения не выполняются, аналогичное выражение можно записать только для силы тока , протекающего через малый элемент поверхности площадью :

Тогда выражение для силы тока, протекающего через всю поверхность, записывается в виде интеграла по поверхности

В металлах заряд переносят электроны, соответственно в этом случае выражение для силы тока имеет вид

где e - элементарный электрический заряд.

Вектор называют плотностью электрического тока. Как следует из сказанного выше, его величина равна силе тока, протекающей через малый элемент поверхности единичной площади, расположенный перпендикулярно скорости , а направление совпадает с направлением упорядоченного движения заряженных частиц .

Для измерения силы тока используют специальный прибор - амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр,гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Основные методы измерения силы тока: магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении).

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).

15. Закон Ома для участка цепи;

Зако́н О́ма - эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

В своей оригинальной форме он был записан его автором в виде:

Здесь X - показания гальванометра, т.е в современных обозначениях сила тока I, a - величина, характеризующая свойства источника напряжения, постоянная в широких пределах и не зависящая от величины тока, то есть в современной терминологии электродвижущая сила (ЭДС) , l - величина, определяемая длиной соединяющих проводов, чему в современных представлениях соответствует сопротивление внешней цепи Rи, наконец, b параметр, характеризующий свойства всей установки, в котором сейчас можно усмотреть учёт внутреннего сопротивления источника тока r .

В таком случае в современных терминах и в соответствии с предложенной автором записи формулировка Ома (1) выражает

Закон Ома для полной цепи:

· - ЭДС источника напряжения,

· - сила тока в цепи,

· - сопротивление всех внешних элементов цепи,

· - внутреннее сопротивление источника напряжения.

Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:

· При r<

· При r>>R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.

Часто выражение

где есть напряжение или падение напряжения, (или, что то же, разность потенциалов между началом и концом участка проводника) тоже называют «Законом Ома».

Таким образом, электродвижущая сила в замкнутой цепи, по которой течёт ток в соответствии с (2) и (3) равняется:

То есть сумма падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника тока и на внешней цепи равна ЭДС источника. Последний член в этом равенстве специалисты называют «напряжением на зажимах», поскольку именно его показывает вольтметр, измеряющий напряжение источника между началом и концом присоединённой к нему замкнутой цепи. В таком случае оно всегда меньше ЭДС.

К другой записи формулы (3), а именно:

Электрический ток представляет собой направленное движение электрических зарядов. Величина тока определяется количеством электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Одним количеством электричества, проходящим по проводнику, мы еще не можем полностью охарактеризовать электрический ток. Действительно, количество электричества, равное одному кулону, может проходить по проводнику в течение одного часа, и тоже самое количество электричества может быть пропущено по нему в течение одной секунды.

Интенсивность электрического тока ко втором случае будет значительно больше, чем в первом, так как то же самое количество электричества проходит в значительно меньший промежуток времени. Для характеристики интенсивности электрического тока количество электричества, проходящее по проводнику, принято относить к единице времени (секунде). Количество электричества, проходящее по проводнику в одну секунду, называется силой тока. В качестве единицы силы тока в системе принят ампер (а).

Сила тока - количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в одну секунду.

Сила тока обозначается английской буквой I .

Ампер - единица силы электрического тока (одна из ), обозначается А. 1 А равен силе не изменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10 –7 Н на каждый метр длины.

Сила тока в проводнике равна одному амперу, если ежесекундно через поперечное сечение его проходит один кулон электричества.

Ампер - сила электрического тока, при котором через поперечное сечение проводника каждую секунду проходит количество электричества, равное одному кулону: 1 ампер = 1 кулон/1 секунду.

Часто применяют вспомогательные единицы: 1 миллиампер (ма) = 1/1000 ампер = 10 -3 ампер, 1 микроампер (мка) = 1/1000000 ампер = 10 -6 ампер.

Если известно количество электричества, прошедшее через сечение проводника за некоторый промежуток времени, то силу тока можно найти по формуле: I=q/t

Если в замкнутой цепи не имеющей разветвлений, проходит электрический ток, то через любое поперечное сечение (в любом месте цепи) проходит в секунду одно и тоже количество электричества, независимо от толщины проводников. Это объясняется тем, что заряды не могут накапливаться в каком-нибудь месте проводника. Следовательно, сила тока в любом месте электрической цепи одинакова.

В сложных электрических цепях с различными ответвлениями это правило (постоянство тока во всех точках замкнутой цепи) остается, конечно, справедливым, но оно относится только к отдельным участкам общей цепи, которые могут рассматриваться как простые.

Измерение силы тока

Для измерения силы тока служит прибор, который называется амперметром. Для измерения очень малых сил тока применяются миллиамперметры и микроамперметры, или гальванометры. На рис. 1. показано условное графическое изображение амперметра и миллиамперметра на электрических схемах.

Рис. 1. Условные обозначения амперметра и миллиамперметра

Рис. 2. Амперметр

Для того, чтобы измерит силу тока нужно включить амперметр в разрыв цепи (см. рис. 3). Измеряемый ток проходит от источника через амперметр и приемник. Стрелка амперметра показывает силу тока в цепи. Где именно включить амперметр, т. е. до потребителя (считая по направлению тока) или после него, совершенно безразлично, так как сила тока в простой замкнутой цепи (без разветвлений) будет одинакова во всех точках цепи.

Рис. 3. Включение амперметра

Иногда ошибочно считают, что амперметр, включенный до потребителя, будет показывать большую силу тока, чем включенный после потребителя. В этом случае считают, что «часть тока» тратится в потребителе для приведения его в действие. Это, конечно, неверно, и вот почему.

Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой электромагнитный процесс, сопровождаемый упорядоченным движением электронов по проводнику. Однако энергия переносится не электронами, а электромагнитным полем, окружающим проводник.

Через любое поперечное сечение проводников простой электрической цепи проходит в точности одно и то же количество электронов. Какое количество электронов вышло от одного полюса источника электрической энергии, такое же количество их пройдет через потребитель и, конечно, поступит к другому полюсу, источника, ибо электроны как материальные частички израсходоваться при своем движении не могут.

Рис. 4. Измерение силы тока с помощью мультиметра

В технике встречаются очень большие силы тока (тысячи ампер) и очень маленькие (миллионные доли ампера). Например, сила тока электрической плитки примерно 4 - 5 ампер, лампы накаливания - от 0,3 до 4 ампер (и больше). Ток, проходящий через фотоэлементы, составляет всего несколько микроампер. В главных проводах подстанций, дающих электроэнергию для трамвайной сети, сила тока достигает тысяч ампер.

Сила струму - це рух заряджених частинок в одному напрямку. Знайти силу струму можна на практиці з використанням спеціальних приладів для вимірювання, а можна розрахувати за допомогою вже виведених готових формул, якщо є вихідні дані.

Фізична величина, яка показує заряд, що проходить за якусь одиницю часу через провідник, називається силою струму. Основна формула, згідно з якою можна розрахувати цю силу: I = q / t. Тобто ставлення пройшов через поперечний переріз заряду до інтервалу часу, протягом якого йшло електрику, так само шуканої величиною I.

Розшифровка позначень:

• I - позначення сили електрики, вимірюється в Амперах (А) або 1 Кулон / секунду;
• q - заряд, що йде по провіднику, одиниця виміру Кулони (Кл);
• t - інтервал проходження заряду, вимірюється в секундах (с).

Електрика може бути постійним - це струм, який містить батарейка, або від якого підтримується робота мобільного телефону, і змінним - то, що знаходиться в розетці. Освітлення приміщень і робота всіх електроприладів відбувається саме змінним електрикою. Відмінність змінного струму в тому, що він легше піддається трансформації, ніж постійний. Наочний приклад по роботі змінного струму можна спостерігати при включенні люмінесцентних ламп: поки лампа включається, відбувається рух заряджених частинок вперед - назад - вперед. В цьому і є основна суть змінного струму. За замовчуванням мова йде про вимірювання саме цього виду електрики, так як він найбільш поширений в побуті.

Відповідно до закону Ома, силу струму можна розрахувати за формулою (для ділянки електричного кола): I = U / R, згідно з якою сила електрики прямо пропорційна напрузі U, вимірюваній в Вольтах, до ділянки кола і обернено пропорційна R-опору провідника цієї ділянки, вираженого в Омах.

Виходячи із закону Ома, розрахунок сили електрики в повній ланцюга виглядає так: I = E / R + r, де

• Е - електрорушійна сила, ЕРС, Вольт;
• R - зовнішній опір, Ом;
• r - внутрішній опір, Ом.

Закони Ома застосовні для обчислення постійного струму, якщо ж потрібно дізнатися величину сили змінного електрики, то здобуті значення слід поділити на корінь з двох.

Основні способи визначення сили струму за допомогою систем приладів на практиці:

• Магнітоелектричний метод вимірювання, перевагою якого є чутливість і точність показань, а також незначне споживання енергії. Цей спосіб можна застосовувати тільки для визначення величини сили постійного струму.
• Електромагнітний - це знаходження сили змінного і постійного струмів методом трансформації з електромагнітного поля в сигнал магнітомодульного датчика.
• Непрямий, за допомогою вольтметра знаходиться напруга на певному опорі.

Щоб знайти силу струму на ділі, найчастіше використовують спеціальний прилад для цього - Амперметр. Це пристрій включають в розриви електричного кола в необхідної точки вимірювання сили електричного заряду, що пройшов за якийсь час через перетин дроту. Для знаходження величини сили малого електрики застосовуються міліамперметри, мікроамперметра і гальванометри, які також підключаються до того місця в ланцюзі, де потрібно дізнатися силу струму. Підключення може відбуватися двома способами: послідовно і паралельно.

Визначення сили споживаного струму не так часто затребуване, як вимірювання опору або напруги, але без знаходження фізичної величини сили струму неможливий розрахунок споживаної потужності.

Все цікаве

Електричний струм - це рух (упорядковане) заряджених частинок. Виникає електричний струм при переміщенні вільних іонів або електронів. Нулю дорівнює повний заряд, стерпний через перетин провідника. Так як з однаковою середньою швидкістю…

Чудове фізичне явище, назване згодом на честь його відкривача, було виявлено знаменитим французьким фізиком А. М. Ампером. У 1820 році Андре Марі експериментально довів наявність якоїсь кінетичної сили, яка впливала на провідник з електричним…