Визначення

Електричним струмомназивають упорядкований рух носіїв зарядів. У металах такими є електрони, негативно заряджені частинки із зарядом, рівним елементарному заряду. Напрямком струму вважають напрямок руху позитивно заряджених частинок.

Силою струму (струмом) через деяку поверхню S називають скалярну фізичну величину, яку позначають I, рівну:

де q - заряд, що проходить крізь поверхню S, t - час проходження заряду. Вираз (1) визначає величину сили струму на момент часу t (миттєве значення величини сили струму).

Деякі види сили струму

Струм має назву постійного, якщо його сила і напрямок з часом не змінюються, тоді:

Формула (2) показує, що сила постійного струму дорівнює заряду, що проходить крізь поверхню S в одиницю часу.

Якщо струм є змінним, то виділяють миттєву силу струму (1), амплітудну силу струму та ефективну силу струму. Ефективною величиною сили змінного струму (I eff) називають таку силу постійного струму, яка виконає роботу рівну роботі змінного струму протягом одного періоду (T):

Якщо змінний струм можна подати як синусоїдальний:

то I m – амплітуда сили струму ( – частота сили змінного струму).

Щільність струму

Розподіл електричного струму за перерізом провідника характеризують вектором щільності струму (). При цьому:

де – кут між векторами та ( – нормаль до елемента поверхні dS), j n – проекція вектора щільності струму на напрямок нормалі ().

Сила струму у провіднику визначається за допомогою формули:

де інтегрування у виразі (6) проводиться по всьому поперечному перерізу провідника S

Для постійного струму маємо:

Якщо розглядати два провідники з перерізами S 1 і S 2 та постійними струмами, то виконується співвідношення:

Сила струму у з'єднаннях провідників

При послідовному з'єднанні провідників сила струму у кожному їх однакова:

При паралельному з'єднанні провідників сила струму (I) обчислюється як сума струмів у кожному провіднику (I i):

Закон Ома

Сила струму входить до одного з основних законів постійного струму – закон Ома (для ділянки ланцюга):

де - - Різниця потенціалів на кінцях, що розглядається ділянки, - ЕРС джерела, який входить у ділянку ланцюга, R - опір ділянки ланцюга.

Сила струму - фізична величина, що дорівнює відношенню кількості заряду , що пройшов через деяку поверхню за час , до величини цього проміжку часу :

Як розглянута поверхня часто використовується поперечний переріз провідника.

Сила струму в Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється в амперах (російське позначення: А; міжнародне: A), ампер є однією із семи основних одиниць СІ. 1 А = 1 Кл/с.

За законом Ома сила струму для ділянки ланцюга прямо пропорційна доданій напрузі до ділянки ланцюга і обернено пропорційна опору провідника цієї ділянки ланцюга:

Носіями заряду, рух яких призводить до виникнення струму, є заряджені частинки, в ролі яких зазвичай виступають електрони, іони або дірки. Сила струму залежить від заряду цих частинок, їх концентрації, середньої швидкості впорядкованого руху частинок, а також площі та форми поверхні, якою тече струм.

Якщо і постійні за обсягом провідника, а поверхня, що цікавить плоска, то вираз для сили струму можна представити у вигляді

де - Кут між швидкістю частинок і вектором нормалі до поверхні.

У більш загальному випадку, коли сформульовані вище обмеження не виконуються, аналогічний вираз можна записати тільки для сили струму, що протікає через малий елемент поверхні площею:

Тоді вираз для сили струму, що протікає через всю поверхню, записується у вигляді інтеграла поверхнею

У металах заряд переносять електрони, відповідно в цьому випадку вираз для сили струму має вигляд

де e – елементарний електричний заряд.

Вектор називають щільністю електричного струму. Як випливає зі сказаного вище, його величина дорівнює силі струму, що протікає через малий елемент поверхні одиничної площі, розташований перпендикулярно швидкості , а напрямок збігається з напрямком упорядкованого руху заряджених частинок .

Для вимірювання сили струму використовують спеціальний прилад – амперметр (для приладів, призначених для вимірювання малих струмів, також використовуються назви міліамперметр, мікроамперметр, гальванометр). Його включають у розрив ланцюга там, де потрібно виміряти силу струму. Основні методи вимірювання сили струму: магнітоелектричний, електромагнітний та непрямий (шляхом вимірювання вольтметром напруги на відомому опорі).

У разі змінного струму розрізняють миттєву силу струму, амплітудну (пікову) силу струму та ефективну силу струму (рівну силі постійного струму, що виділяє таку саму потужність).

15. Закон Ома для ділянки ланцюга;

Закон О́ма - емпіричний фізичний закон, що визначає зв'язок електрорушійної сили джерела або електричної напруги з силою струму і опором провідника встановлений в 1826, і названий на честь його першовідкривача Георга Ома.

У своїй оригінальній формі він був записаний його автором у вигляді:

Тут X - показання гальванометра, тобто в сучасних позначеннях сила струму I, a - величина, що характеризує властивості джерела напруги, постійна в широких межах і не залежить від величини струму, тобто в сучасній термінології електрорушійна сила (ЕРС) l - величина , Яка визначається довжиною сполучних проводів, чому в сучасних уявленнях відповідає опір зовнішнього ланцюга Rі, нарешті, b параметр, що характеризує властивості всієї установки, в якому зараз можна побачити облік внутрішнього опору джерела струму r.

У такому разі у сучасних термінах та відповідно до запропонованого автором запису формулювання Ома (1) висловлює

Закон Ома для повного ланцюга:

· - ЕРС джерела напруги,

· - Сила струму в ланцюгу,

· - Опір всіх зовнішніх елементів ланцюга,

· - Внутрішній опір джерела напруги.

З закону Ома для повного ланцюга випливають наслідки:

· При r<

· При r>>R сила струму від властивостей зовнішнього ланцюга (від величини навантаження) не залежить. І джерело можна назвати джерелом струму.

Часто вираз

де є напруга або падіння напруги (або, що те саме, різницю потенціалів між початком і кінцем ділянки провідника) теж називають «Законом Ома».

Таким чином, електрорушійна сила в замкнутому ланцюгу, по якому тече струм відповідно до (2) і (3) дорівнює:

Тобто сума падінь напруги на внутрішньому опорі джерела струму і зовнішнього ланцюга дорівнює ЕРС джерела. Останній член цієї рівності фахівці називають «напругою на затискачах», оскільки саме його показує вольтметр, що вимірює напругу джерела між початком і кінцем приєднаного до нього замкнутого ланцюга. У такому разі воно завжди менше ЕРС.

До іншого запису формули (3), а саме:

Електричний струм є спрямоване рух електричних зарядів. Величина струму визначається кількістю електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

Однією кількістю електрики, що проходить провідником, ми ще не можемо повністю охарактеризувати електричний струм. Дійсно, кількість електрики, що дорівнює одному кулону, може проходити по провіднику протягом однієї години, і також кількість електрики може бути пропущена по ньому протягом однієї секунди.

Інтенсивність електричного струму до другого випадку буде значно більшою, ніж у першому, так як та сама кількість електрики проходить у значно менший проміжок часу. Для характеристики інтенсивності електричного струму кількість електрики, що проходить провідником, прийнято відносити до одиниці часу (секунді). Кількість електрики, що проходить провідником в одну секунду, називається силою струму. Як одиниця сили струму в системі прийнятий ампер (а).

Сила струму - кількість електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за одну секунду.

Сила струму позначається англійською літерою I.

Ампер - одиниця сили електричного струму (одна з ), позначається А. 1 А дорівнює силі струму, що не змінюється, який при проходженні по двох паралельним прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно малої площі кругового перерізу, розташованим на відстані 1 м один від одного у вакуумі, викликав на ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії, рівну 2 10 -7 Н за кожен метр довжини.

Сила струму в провіднику дорівнює одному амперу, якщо щомиті через поперечний переріз його проходить один кулон електрики.

Ампер - сила електричного струму, у якому через поперечний переріз провідника кожну секунду проходить кількість електрики, що дорівнює одному кулону: 1 ампер = 1 кулон/1 секунду.

Часто застосовують допоміжні одиниці: 1 міліампер (ма) = 1/1000 ампер = 10-3 ампер, 1 мікроампер (мка) = 1/1000000 ампер = 10-6 ампер.

Якщо відома кількість електрики, що пройшла через переріз провідника за деякий проміжок часу, силу струму можна знайти за формулою: I=q/t

Якщо в замкнутому ланцюзі не має розгалужень, проходить електричний струм, то через будь-який поперечний переріз (у будь-якому місці ланцюга) проходить в секунду одну і ту ж кількість електрики, незалежно від товщини провідників. Це тим, що заряди що неспроможні накопичуватися у якомусь місці провідника. Отже, сила струму будь-де електричного ланцюга однакова.

У складних електричних ланцюгах з різними відгалуженнями це правило (постійність струму у всіх точках замкнутого ланцюга) залишається, звичайно, справедливим, але воно відноситься лише до окремих ділянок загального ланцюга, які можуть розглядатися як прості.

Вимірювання сили струму

Для вимірювання сили струму слугує прилад, який називається амперметром. Для вимірювання дуже малих сил струму застосовуються міліамперметри та мікроамперметри, або гальванометри. На рис. 1. показано умовне графічне зображення амперметра та міліамперметра на електричних схемах.

Мал. 1. Умовні позначенняамперметра та міліамперметра

Мал. 2. Амперметр

Для того, щоб виміряти силу струму, потрібно включити амперметр у розрив ланцюга (див. рис. 3). Вимірюваний струм проходить від джерела через амперметр і приймач. Стрілка амперметр показує силу струму в ланцюзі. Де саме включити амперметр, тобто до споживача (вважаючи за напрямом струму) або після нього, абсолютно байдуже, оскільки сила струму в простому замкнутому ланцюзі (без розгалужень) буде однакова у всіх точках ланцюга.

Мал. 3. Увімкнення амперметра

Іноді помилково вважають, що амперметр, включений до споживача, буде показувати більшу силу струму, ніж після споживача. І тут вважають, що «частина струму» витрачається у споживачі приведення їх у дію. Це, звичайно, не так, і ось чому.

Електричний струм у металевому провіднику є електромагнітним процесом, що супроводжується впорядкованим рухом електронів по провіднику. Однак енергія переноситься не електронами, а електромагнітним полем, що оточує провідник.

Через будь-який поперечний переріз провідників простого електричного ланцюга проходить в точності те саме кількість електронів. Яка кількість електронів вийшла від одного полюса джерела електричної енергії, така сама кількість їх пройде через споживач і, звичайно, надійде до іншого полюса, джерела, бо електрони як матеріальні частинки витратитися при своєму русі не можуть.

Мал. 4. Вимірювання сили струму за допомогою мультиметра

У техніці зустрічаються дуже великі сили струму (тисячі ампер) та дуже маленькі (мільйонні частки ампера). Наприклад, сила струму електричної плитки приблизно 4 – 5 ампер, лампи розжарювання – від 0,3 до 4 ампер (і більше). Струм, що проходить через фотоелементи, становить лише кілька мікроампер. У головних дротах підстанцій, що дають електроенергію для трамвайної мережі, сила струму сягає тисяч ампер.

Сила струму - це рух заряджених частинок 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 години через проводник, називається силою струму. Основна формула, згідно з якою можна розрахувати цю силу: I = q/t. Тобто ставлення пройшов через поперечний переріз заряду до інтервалу години, протягом якого йшло електрику, так само шуканої величиною I.

Розшифрування позначень:

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

Електрика може бути постійним - це струм, який містить батарейка, або від якого підтримується робота мобільного телефону, і змінним - те, 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 роботи змінного струму можна спостерігати при включенні люмінесцентних ламп: поки лампа включається, відбувається рух заряджених частинок вперед - назад - вперед. У цьому є основна суть змінного струму. За замовчуванням йдеться про вимірювання саме цього виду електрики, оскільки він найбільш поширений у 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 у Вольтах, до ділянки кола і обернено пропорційна R-опору провідника цієї ділянки , вираженого в Омах

Виходячи із закону Ома, розрахунок сили електрики у повній ланцюгу 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 про 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 лише для визначення величини сили постійного струму.
• Електромагнітний - це знаходження сили змінного та постійного струмів методом трансформації з електромагнітного поля у 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 у розрив електричного колу в необхідній точці вимірювання сили електричного заряду, що пройшов за якусь годину через перетин проволоки. Для знаходження величини сили малого електрики застосовуються міліамперметри, мікроамперметри та гальванометри, які також підключаються до того місця в ланцюзі, де потрібно дізнатися про силу струму. Підключення може відбуватися двома способами: послідовно і паралельно.

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

Все цікаве

Електричний струм - це рух (упорядкований) 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 вплинула на проводник з електричним…