Сила тока
Для большинства людей электрический ток — это что-то из категории магии вне Хогвартса. На самом деле, это всего лишь упорядоченность природных явлений и больше ничего. Давайте переходить в категорию разбирающегося меньшинства.
· Обновлено 23 июня 2023
Электрический ток
По проводам течет электрический ток. Причем он именно «течет», практически как вода. Представим, что вы — счастливый фермер, который решил полить свой огород из шланга. Вы чуть-чуть приоткрыли кран, и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала.
Сила струи очень слабая. Потом вы решили, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.
А теперь представьте, что вы наполняете два ведра из двух шлангов. У зеленого напор сильнее, у желтого — слабее. Быстрее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных шлангов тоже разный. Иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.
Если мы возьмем проводник с током, то будет происходить то же самое: заряженные частицы будут двигаться по проводнику, как и молекулы воды. Если больше заряженных частиц будет двигаться по проводнику, то «напор» тоже увеличится.
- Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.
Сила тока
Сразу возникает потребность в величине, которой мы будем «напор» электрического тока измерять. Такая, чтобы она зависела от количества частиц, которые протекают по проводнику.
Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой заряд прошел через проводник за единицу времени.
Как обозначается сила тока?
Сила тока обозначается буквой I
Сила тока
I = q/t
Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана не просто так.
Во-первых, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался изучением электрических явлений. А во-вторых, единица этой величины выбрана на основе явления взаимодействия двух проводников.
Здесь аналогии с водопроводом провести, увы, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются вблизи друг друга (а жаль, было бы забавно).
Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в противоположном направлении (по этим же проводникам) — отталкиваются.
За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.
Задача
Найти силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.
Решение:
Возьмем формулу силы тока
I = 300 мКл / 2 с = 150 мА
Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА
Чтобы хорошо запомнить теорию, нужно много практики. Классический курс по физике для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — отличная возможность попрактиковаться в решении задач.
Проводники и диэлектрики
Некоторые делят мир на черное и белое, а мы — на проводники и диэлектрики.
- Проводники — это материалы, которые проводят электрический ток. Самыми лучшими проводниками являются металлы.
- Диэлектрики — материалы, которые не проводят электрический ток. Изи!
Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам
Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук
То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не значит, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передавать.
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.
Источник тока
Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.
В качестве источника может выступить, например, гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.
У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения. По сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».
Амперметр
Мы знаем, куда ток направлен, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.
Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в котором ток измеряют.
Амперметры бывают очень разными по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные — и это только самые распространенные.
Мы рассмотрим только принцип действия теплового амперметра, потому что для понимания принципа действия других устройств необходимо знать, что такое магнитное поле и катушки.
Тепловой амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум неподвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта тонкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей охватывает неподвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к неподвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).
Под действием тока проволока немного нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.
Понятие электрического тока и в чём он измеряется
Первые открытия, связанные с работой электричества, начались в VII веке до нашей эры. Философ Древней Греции Фалес Милетский выявил, что при трении янтаря о шерсть она впоследствии способна притягивать легковесные предметы. С греческого «электричество» переводится как «янтарность». В 1820 г. Андре-Мари Ампером был установлен закон постоянного тока. В дальнейшем величину силы тока или то, в чём измеряется электрический ток, стали обозначать в амперах.
Значение термина
Понятие электрического тока можно найти в любом учебнике по физике. Электроток — это упорядоченное движение электрозаряженных частиц по направлению. Чтобы понять простому обывателю, что представляет собой электрический ток, следует воспользоваться словарём электрика. В нём термин расшифровывается как движение электронов по проводнику или ионов по электролиту.
В зависимости от движения электронов или ионов внутри проводника различают следующие виды токов:
- постоянный;
- переменный;
- периодический или пульсирующий.
Основные величины измерения
Сила электрического тока — основной показатель, которым пользуются электрики в своей работе. От величины заряда, который протекает по электрической цепочке за установленный промежуток времени, зависит сила действия электрического течения. Чем большее количество электронов перетекло от одного начала источника к концу, тем больше будет перенесённый электронами заряд.
Сила тока — величина, которая измеряется отношением электрического заряда, протекающего сквозь поперечное сечение частиц в проводнике, ко времени его прохождения. Заряд замеряется в кулонах, время — в секундах, а одна единица силы течения электричества определяется отношением заряда ко времени (кулона к секунде) или в амперах. Определение электрического тока (его силы) происходит путём последовательного включения двух клемм в электроцепь.
При работе электротока движение заряженных частиц совершается с помощью электрического поля и зависит от силы движения электронов. Величина, от которой зависит работа электротока, называется напряжением и определяется отношением работы тока в конкретной части цепи и заряда, проходящего по этой же части. Единица измерения вольт замеряется вольтметром, когда две клеммы прибора подключаются к цепи параллельно.
Величина электрического сопротивления имеет прямую зависимость от типа используемого проводника, его длины и поперечного сечения. Она измеряется в омах.
Мощность определяется отношением работы движения токов ко времени, когда происходила эта работа. Замеряют мощность в ваттах.
Такая физическая величина, как ёмкость, определяется отношением заряда одного проводника к разнице потенциалов между этим же проводником и соседним. Чем меньше напряжение при получении электрозаряда проводниками, тем больше их ёмкость. Измеряют её в фарадах.
Величина работы электричества на определённом промежутке цепочки находится с помощью произведения силы тока, напряжения и временного отрезка, при котором осуществлялась работа. Последняя замеряется в джоулях. Определение работы электротока происходит с помощью счётчика, который соединяет показания всех величин, а именно напряжения, силы и времени.
Техника электробезопасности
Знание правил электробезопасности поможет предупредить аварийную ситуацию и уберечь здоровье и жизнь человека. Так как электричество имеет свойство нагревать проводник, то всегда существует возможность возникновения опасной для здоровья и жизни ситуации. Для обеспечения безопасности в быту необходимо придерживаться следующих простых, но важных правил:
- Изоляция сети всегда должна быть исправной, чтобы избежать перегрузок или возможности возникновения коротких замыканий.
- Влага не должна попадать на электроприборы, провода, щитки и т. д. Также влажная среда провоцирует появление коротких замыканий.
- Обязательно следует делать заземление для всех электроустройств.
- Необходимо избегать перегрузки электропроводки, так как существует риск воспламенения проводов.
Техника безопасности при работе с электричеством предполагает использование прорезиненых перчаток, рукавиц, ковриков, разрядных устройств, приборов заземления рабочих участков, выключателей-автоматов или предохранителей с тепловой и токовой защитой.
Опытные электрики при возникновении вероятности поражения электричеством работают одной рукой, а вторая находится в кармане. Таким образом прерывается цепь «рука-рука» в случае непроизвольного прикосновения к щитку или другому заземлённому оборудованию. При воспламенении оборудования, подключённого к сети, ликвидируют огонь исключительно порошковыми или углекислотными тушителями.
Применение электрического тока
У электрического тока множество свойств, которые позволяют применять его почти во всех сферах человеческой деятельности. Способы использования электротока:
- носитель разнородных сигналов в бытовых приборах (стационарном телефоне, телевизионном пульте, кнопке дверного замка), а также в спецсвязи и радио;
- носитель энергии в двигателях, генераторах, аккумуляторах;
- поставщик теплоэнергии в обогревательных приборах, печах, при электросварке;
- источник светоэнергии в сигнальных и осветительных устройствах;
- получение материалов путём электролиза;
- создание звуков и музыки с помощью электроинструментов;
- электродиагностика в медицине, лечение электростимуляцией.
Электричество сегодня является наиболее экологически чистым видом энергии. В условиях современной экономики развитие электроэнергетики имеет планетарное значение. В будущем при возникновении сырьевого дефицита электричество займёт лидирующие позиции в качестве неисчерпаемого источника энергии.
Электричество, ток, напряжение, сопротивление и мощность
Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.
И так будем разбираться во всем по порядку.
Электричество
Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.
Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.
Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.
Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.
Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.
Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10 -19 Кл (Кулон). Обозначается е или е – .
Напряжение
Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).
Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.
Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.
Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).
Электрический ток
Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.
Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!
Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10 18 электронов) за 1 секунду.
Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.
Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.
Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.
Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.
Сопротивление
Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.
Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.
На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.
Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.
И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.
Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора « Знаток ». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.
Как понять электричество: ватты, амперы, вольты и омы
Электрическая мощность или мощность электрической системы всегда равна напряжению, умноженному на ток.
Система водопроводных труб часто используется в качестве аналогии, чтобы помочь людям понять, как эти единицы электричества работают вместе. В этой аналогии напряжение эквивалентно давлению воды, ток эквивалентен скорости потока, а сопротивление эквивалентно размеру трубы.
В электротехнике существует основное уравнение, объясняющее, как связаны напряжение, ток и сопротивление. Это уравнение, записанное ниже, известно как закон Ома.
Закон Ома
Закон Ома гласит, что напряжение равно току, протекающему в цепи, умноженному на сопротивление цепи.
Один из способов понять закон Ома — применить его к воображаемой водопроводной системе, которую мы использовали как представление электрической системы.
Допустим, у нас есть резервуар с водой, прикрепленный к шлангу. Если увеличить давление в баке, из шланга будет выходить больше воды. Таким образом, если мы увеличим напряжение в электрической системе, мы также увеличим ток.
Если уменьшить диаметр шланга, сопротивление возрастет, в результате чего из шланга будет выходить меньше воды. Таким образом, если мы увеличим сопротивление в электрической системе, мы уменьшим ток.
С помощью этого краткого введения в работу электрической системы давайте перейдем к каждой из единиц электричества отдельно и узнаем о них более подробно.
На изображении выше изображена простая электрическая цепь с лампочкой, некоторым проводом и батареей.
Что такое вольт?
Вольт — это базовая единица измерения напряжения. Один вольт определяется как «разница в электрическом потенциале между двумя точками проводящего провода, когда электрический ток в один ампер рассеивает один ватт мощности между этими точками». Вольт назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта.
На приведенной выше схеме батареи батарея обеспечивает то, что известно как разность потенциалов в электрической цепи или напряжение. Если мы вернемся к нашей аналогии с водой, аккумулятор похож на водяной насос, который прогоняет воду по трубе. Насос увеличивает давление в трубе, заставляя воду течь.
В электротехнике мы называем это электрическое давление напряжением и измеряем его в вольтах. Напряжение в три вольта можно записать как 3В.
По мере увеличения количества вольт увеличивается и ток. Но для того, чтобы ток протек, электрический проводник должен возвращаться к батарее. Если мы разорвем цепь, например, выключателем, то ток не будет течь.
Есть стандартные выходы напряжения для повседневных предметов, таких как батареи и бытовые розетки. В Соединенных Штатах стандартное выходное напряжение для бытовой розетки составляет 120 В. В Европе стандартное выходное напряжение для бытовой розетки составляет 230 В. Другие стандартные выходы напряжения перечислены в таблице ниже.
Общие напряжения
Одноэлементный перезаряжаемый аккумулятор
Одноэлементный неперезаряжаемый аккумулятор
Бытовая розетка (Япония)
Бытовая розетка (Северная Америка)
Бытовая точка (Европа, Азия, Африка, Австралия)
Третий рельс быстрого транзита
Линии электропередач высокого напряжения
Что такое усилители?
Ампер, часто сокращаемый до «ампер» или А, является базовой единицей электрического тока в Международной системе единиц. Он назван в честь французского математика и физика Андре-Мари Ампера, которого считают отцом электродинамики.
Электричество состоит из потока электронов через проводник, например, электрический провод или кабель. Мы измеряем скорость потока электричества как электрический ток (точно так же, как мы думаем о скорости потока воды в реке как о речном течении). Буква, обозначающая ток в уравнении, — I.
Электрический ток измеряется в амперах, сокращается до ампера или просто буквы А.
Ток в 2 А можно записать как 2 А. Чем больше ток, тем больше протекает электричество.
Международная система единиц (СИ) определяет усилители следующим образом:
Демонстрация электрического тока (видео)
Что такое ом?
Ом — это основная единица сопротивления в электрической системе. Ом определяется как «электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов в один вольт, приложенная к этим точкам, создает в проводнике ток в один ампер, причем проводник не является источником какой-либо электродвижущей силы. » Ом назван в честь немецкого физика Георга Симона Ома.
Сопротивление измеряется в Ом, или, для краткости, Ом (омега). Итак, пять Ом можно записать как 5Ω.
На нашей схеме батареи выше, если мы удалим лампочку и снова подключим провод так, чтобы батарея была замкнута накоротко, провод и батарея очень сильно нагреются, и батарея скоро разрядится, потому что в цепи практически не будет сопротивления. Без какого-либо сопротивления будет течь сильный электрический ток, пока батарея не разрядится.
Как только мы добавляем лампочку в цепь, создается сопротивление. Теперь существует локальная «закупорка» (или сужение трубы, по нашей аналогии с водопроводной трубой), где ток испытывает некоторое сопротивление. Это значительно снижает ток, протекающий в цепи, поэтому энергия в батарее выделяется медленнее.
Поскольку батарея пропускает ток через лампочку, энергия батареи выделяется в лампочке в виде света и тепла. Другими словами, ток переносит накопленную энергию от батареи к лампочке, где она превращается в световую и тепловую энергию.
На изображении выше показано, что электрическая лампочка является основной причиной электрического сопротивления.
Что такое ватты?
Ватт — это базовая единица мощности в электрических системах. Его также можно использовать в механических системах. Он измеряет, сколько энергии выделяется в системе в секунду. На нашей схеме батареи величина напряжения и тока в лампочке определяет, сколько энергии выделяется.
На диаграмме выше лампочка будет становиться ярче по мере увеличения мощности, измеряемой в ваттах.
Мы можем рассчитать мощность, выделяемую в лампочке и в электрической системе в целом, умножив напряжение на ток. Итак, для расчета ватт используется следующая формула.
Как рассчитать ватт
Например, ток 2 А, протекающий через лампочку с напряжением на ней 12 В, генерирует мощность 24 Вт.
Как рассчитывать в ваттах, амперах, вольтах и омах
Если вы хотите выполнить электрические расчеты, включающие напряжение, ток, сопротивление или мощность, обратитесь к кругу формул ниже. Например, мы можем рассчитать мощность в ваттах, обратившись к желтой области в круге.
Этот круг формул очень полезен для решения многих задач электротехники. Держите его под рукой в следующий раз, когда будете иметь дело с электрической системой.
Ниже приведены несколько примеров уравнений, которые решаются с помощью формул.
Примеры уравнений
1. Какой ток в электрической цепи с напряжением 120 В и сопротивлением 12 Ом?
2. Какое напряжение в электрической цепи с током 10 А и сопротивлением 200 Ом?
3. Какое сопротивление в электрической системе с напряжением 230 В и током 5 А?
Круг формул для решения уравнений электрического устройства.
В заключении
Надеюсь, после прочтения этой статьи вы лучше понимаете разницу между электрическим током, напряжением, сопротивлением и электрической мощностью. Помните, что если вам известны любые два физических значения в кружке с формулами, вы можете вычислить каждое из двух других неизвестных значений.
Базовое руководство по электричеству (видео)
Электричество Викторина
Для каждого вопроса выберите лучший ответ. Ключ ответа ниже.
- Если я подключу источник питания 120 В к лампочке мощностью 60 Вт, какой ток будет течь в цепи?
- 1А
- 2А
- 0,5 А
- 5А
- Если к лампочке подключена батарея 3 В и через нее протекает ток 1,5 А, то каков ее номинал?
- 3 Вт
- 2 Вт
- 4,5 Вт
- 0,5 Вт
Ключ ответа
- 0,5 А
- 4,5 Вт
Интерпретация вашей оценки
Если вы получили 0 правильных ответов: Возможно, вам стоит перечитать эту статью?
Если вы получили 1 правильный ответ: вы видите, где вы ошиблись?
Если вы получили 2 правильных ответа: Молодец. Вы наверняка знаете, что Ватт есть Ватт!
Вопросы и Ответы
Вопрос: Какое сопротивление нагревательного элемента электрического утюга, если потребляемая мощность составляет 8 ампер при подаче 115 вольт?
Ответ: R = V / I = 115/8 = 14,4 Ампер
Вопрос: Могу ли я запустить два прибора одновременно, если максимальный ток составляет 5А? Для одного требуется 3 А, а для другого — 4,15 А.
Ответ: Нет. Общий потребляемый ток составляет 7,15 ампер. Это приведет к перегрузке розетки на 5 А и приведению к перегоранию предохранителя на 5 А или срабатыванию автоматического выключателя на 5 А.
В чем измеряется электрический ток
Эта статья предназначена для школьников, студентов, а так же иных лиц которые хотят изучить основы электрики с нуля. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое электрический ток, какие бывают источники тока, в каких единицах он измеряется и что такое электрическая цепь.
Начнем с определения.
Определение
Ток – это течение или движение чего-либо. Отсюда можно сделать следующее определение.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда) в веществе или вакууме.
В преимущественном большинстве носителями электрического заряда служат электроны, например в металлах. Гораздо реже – ионы, например в газах.
Обычно электрический ток происходит в металлах – проводах. Провода изготавливаются из алюминия, меди, серебра, золота и сплавов этих металлов в различных вариациях.
При этом скорость движения свободных электронов очень маленькая, не более 1 миллиметра в секунду. При этом скорость распространения электрического тока довольно велика – она почти равна скорости света. Поэтому когда мы щелкаем выключателем, свет зажигается мгновенно.
Эту скорость электронам придает источник электрической энергии. Благодаря источнику в проводнике (пусть это будет провод) создается электрическое поля, благодаря которому скорость электронов сильно увеличивается.
При этом должна быть создана электрическая цепь. Например, простая электрическая цепь состоит из:
- источника — например батарейки;
- проводника — например провода;
- потребителя — например лампочки;
- замыкателя — например выключателя.
Но это я забегаю веред, давайте обо всем по порядку. Начнем с источника.
Источник электрического тока
Самым простым и общеизвестным источником электрического тока является аккумулятор, в уменьшенном виде аккумуляторная или простая батарейка. Это источники постоянного тока. У этих источников есть плюса.
Есть положительный полюс, который обозначается знаком плюс (+). И отрицательный полюс который обозначается знаком минус (-).
Если полюса соединить с потребителем электрического тока, например лампочкой с помощью проводника (проводов), то электрический ток начнет движение в определенном направлении (под действием электрического поля) и лампочка загорится.
Ток течет от плюса к минусу, хотя обычно принято говорить что наоборот. Но, на начальном этапе это не столь важно.
Какие бывают источники электрического тока, выделим три основных:
- Гальванический источник – батарейка или аккумулятор.
- Термический источник или термоэлемент, в таком элементе электрический ток появляется при повышении температуры.
- Фотоэлемент – электричество появляется при воздействии излучения.
Гальванический элемент
Выше я привел обозначение гальванического элемента на схеме. Гальванический элемент это такое устройство, в котором происходят химические реакции. При этих реакциях выделяется энергия, которая превращается в электрическую энергию.
Гальваническими элементами можно считать батарейку и аккумулятор. Суть этих элементов такова.
Есть два металлических элемента, один из них анод (например, цинк) и катод (например, медь). Эти элементы помещены в определенную среду (электролит). Причем не важен форм-фактор этих элементов. Это может быть цинковая пластина и угольный стрежень, или две пластины, не суть.
Изображение из Википедии https://ru.wikipedia.org/
Катод и анод имеют разные заряды, положительный и отрицательный. В результате разных зарядов в электролите начинается движение электронов, то есть появляется электрическое поле, благодаря которому образуется электрический ток.
Со временем происходящие в гальваническом элементе реакции ослабевают, и поэтому приходится покупать новую батарейку или заряжать автомобильный (например) аккумулятор.
Остальные элементы (источники) в данной статье я не рассматриваю. Надеюсь что в целом все понятно. Перейдем к проводнику.
Проводник электрического тока
Проводник это неотъемлемая часть электрической цепи. Он служит для передачи электрического тока от источника к потребителю (приемнику).
Как вы уже знаете проводник обычно это металл. Провода электрического тока в наших квартирах это, обычно, медные или алюминиевые проводники. Как же происходит движение электричества в металле?
Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическую решетку. В этой решетке расположены положительно заряженные ионы, а между ними движутся отрицательно заряженные электроны. Отрицательный заряд электронов (всех) равен положительному заряду электронов (всех). Поэтому в своем обычном состоянии провода не баются током.
Кристаллическая решетка металла
Электроны в металле, как и во многих других средах, движутся беспорядочно. Но если мы соединяем источник и потребитель с помощью провода, то от источника на металл начинает действовать электрическое поле и электроны начинают двигаться быстрее и в определенном направлении.
Некоторое беспорядочное движение электронов присутствует, но это движение можно сравнить с перемещением частиц воздуха в автомобиле, который едет с большой скоростью.
При этом электрический ток происходит по всему проводу (проводнику) который подключен к источнику электрического тока.
Потребитель электрического тока
Приемник или потребитель электрического тока это то, что потребляет ток для какой-либо работы.
Например, лампочка потребляет электрический ток для освещения, обогреватель для повышения окружающей температуры, электрооборудование для выполнения различной работы.
Без потребителя в цепи произойдет замыкание, о нем я расскажу в следующих материалах настоящего самоучителя электрика.
На потребителях не будем останавливаться подробно, тут все в целом должно быть понятно – все то, что для выполнения своей работы нуждается в электрическом токе, можно называть потребителем.
Современный чайник является хорошим примером потребителя электрического тока.
Замыкатель электрической цепи
Замыкателем электрического тока выступает любое устройство, которое замыкает и размыкает электрическую цепь.
Что бы загорелась лампочка нужно щелкнуть выключателем. Что бы чайник начал нагревать воду воду нужно щелкнуть выключателем. Все это замыкатели электрической цепи.
Эффекты (действия) электрического тока
У электрического тока есть определенные действия или эффекты, давайте коротко рассмотрим их.
- Тепловой эффект. Этот эффект выражает себя в том случае когда электрический ток проходит через участок цепи с большим сопротивлением. В этом случае электричество преобразуется в тепло. Благодаря этому эффекту работают некоторые обогреватели. Тот же бытовой чайник работает благодаря этому эффекту – нагревательный элемент имеет большое сопротивление и он передает свое тепло воде, которая со временем начинает кипеть.
- Химический эффект. Я уже писал выше, что при прохождении тока через электролит, происходит обмен электронами между электродами. Такой эффект называют электролизом. Этот эффект используют в промышленности, например для получения некоторых металлов.
- Магнитный эффект. При прохождении электрического тока через некоторые перемычки и обмотки возникает магнитное поле. Этот эффект позволяет создавать электродвигатели, трансформаторы и другие электротехнические устройства.
Сила тока и электрический заряд
В системе СИ основной единицей тока является ампер (A — в честь французского физика и математика Ампер Андре Мари). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой ( I ).
Силой тока принято считать отношение электрического заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения (t).
Поперечное сечение проводника это площадь среза металлической части провода, по которому передается электрический ток (проводника). Измеряется в миллиметрах.
Например, кабель ВВГ (винил-винил-голый) — первый кабель имеет две жилы сечением по 1,5 миллиметра.
Кабель ВВГ с различным количеством жил и сечениями
Так же существует единица электрического заряда – Кулон (Кл). По сути это единица, которая определяет электрический ток, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за 1 секунду.
Амперметр
Амперметр это прибор, который предназначен для измерения силы тока в цепи. У большинства людей, чья работа не связана с электричеством, есть такой прибор как мультиметр. Именно он играет роль амперметра. Обычно он позволяет проводить измерения постоянного тока до 10 ампер.
На этом все основы электрического тока подходят к концу. Читайте другие материалы и задавайте вопросы в комментариях.
Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.
Виды электрического тока и его характеристики
Электрический ток используется во множестве современных технологий. Чтобы понять, что это такое, можно представить ток воды, бегущий по трубам с определенной скоростью. В этом случае роль воды исполняет электрический заряд, под скоростью понимается его сила, а функцию трубы выполняет проводник — среда, вещество или материал, способные проводить электрический ток.
Самым простым проявлением электрического тока являются:
- способность янтаря притягивать мелкие предметы после натирания шелком;
- искрящаяся под воздействием расчески кошачья шерсть.
Определение, откуда берется, основные источники
Электрический ток — это упорядоченное передвижение частиц, являющихся носителями электрического заряда.
В металлах и полупроводниках такими частицами выступают электроны, в газах — электроны и ионы, в электролитах — анионы и катионы.
Источники электрического тока бывают:
- Механическими. Это генераторы, которые при помощи падающей воды, газового или парового потока преобразуют механическую энергию в электрическую.
- Тепловыми. В этом случае ток возникает из-за разности температур двух контактирующих термопар — чем больше разность, тем сильнее ток.
- Световыми. Здесь речь идет о превращении энергии света в электричество при помощи солнечных батарей.
- Химическими, основанными на особенностях взаимодействия разных элементов.
Во всех случаях для существования постоянного тока необходимо наличие свободных зарядов, электрического поля, обеспечивающего их движение, замкнутой электрической цепи. В каждом источнике происходит работа по разделению отрицательно и положительно заряженных частиц, скапливающихся на его полюсах.
Виды тока, классификация
В физике различают следующие виды тока:
- постоянный — не меняющий величину, направление во времени;
- переменный — меняющий свои параметры;
- периодический — повторяющий свои мгновенные значения через определенные временные промежутки в одинаковой последовательности;
- синусоидальный — изменяющий свою величину по синусоидальному закону;
- высокой частоты;
- пульсирующий.
Если речь идет о движении макроскопических заряженных тел (к примеру, дождевых капель), то ток принято называть конвекционным. Если же имеется в виду движение заряженных частиц внутри макроскопических тел, то говорят о токе проводимости.
У электриков существуют такие понятия, как однофазный, двухфазный и трехфазный ток, а также двухфазная сеть или трехфазная система электроснабжения. Фазой называют провод, находящийся под напряжением переменного тока относительно заземленного или общего провода. От количества фаз зависит название.
Параметры и характеристики электрического тока
Электрическому току свойственны такие характеристики, как сила, плотность, мощность, частота.
Сила — это физическая величина, отображающая отношение прошедшего за некоторое время количества заряда к величине этого временного промежутка.
Плотность — это физическая величина. Отображает отношение силы тока, проходящего через перпендикулярно расположенное сечение, к площади этого сечения.
Мощность — характеристика, показывающая, какая работа была выполнена током за конкретный промежуток времени.
Частота — это свойство переменного тока, скорость, с которой он меняет свое направление.
Также существует понятие напряжения. Обозначение применяется для определения работы, совершаемой единичным положительным зарядом в момент перемещения вдоль цепи.
Важный параметр — сопротивление. Оно отображает способность проводника препятствовать прохождению через него заряженных частиц.
Исторически сложилось представление о том, что направление тока всегда совпадает с направлением передвижения положительных зарядов. Если носителями в проводнике являются только отрицательные заряды, как, к примеру, происходит в металле, то за направление тока принимают направление, противоположное движению отрицательных зарядов.
Поведение электрического тока в различных средах
Ток может проходить через разные вещества: металлы, сплавы, газы. Условием для его возникновения является присутствие заряженных частиц, которые могут быть ионами или электронами.
В металлах
Строение металлов напоминает кристаллическую решетку. В ее «узлах» находятся положительные ионы, в пространстве между ними — свободные электроны. Электрическое поле, созданное в металле, заставляет упорядоченно двигаться свободные электроны. Поэтому принято говорить о том, что ток в металлах являет собой упорядоченное движение свободных электронов.
Траекторию движения электронов нельзя назвать прямолинейной. Она сложна, зависит от их взаимодействия с другими частицами.
В электролитах
Электролиты — это растворы щелочей, кислот или солей, способные проводить электрический ток.
В процессе растворения в воде молекулы этих веществ разделяются на отрицательные и положительные ионы. Явление распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы называется электролитической диссоциацией.
При отсутствии электрического поля все ионы передвигаются хаотично. При его наличии положительные будут тяготеть к отрицательному полюсу источника тока. Отрицательные — к положительному. Поэтому физики говорят о том, что ток в электролитах представляет собой движение разнозаряженных ионов в противоположных направлениях.
В газах
В обычных условиях газ не способен проводить электричество. Он является диэлектриком или изолятором. Но при изменении условий окружающей среды — под воздействием радиоактивного излучения или при нагреве — газ может стать проводником.
Ток, возникающий в газах в результате ионизации, называют газовым разрядом.
Газовый разряд может быть:
- несамостоятельным — существующим только при условии воздействия внешних сил;
- самостоятельным — продолжающим существование даже после нейтрализации внешних воздействий.
Самостоятельные разряды делятся на:
- тлеющие, формирующие свечение;
- тихие, не образующие света и звука;
- искровой, генерирующий большое количество электричества за краткий временной промежуток;
- дуговой, подразумевающий колебания силы тока от 10 до 100 А;
- коронный.
Коронный разряд возникает при резком изменении напряженности поля.
Измерения силы электрического тока, формулы
В международной системе единицей измерения силы тока является ампер, который обозначается буквой А. Для определения точного значения применяют специальный прибор амперметр. Его подключают к разрыву цепи на том участке, где необходимо произвести замер.
Формула нахождения силы тока выглядит так:
Уравнения для определения остальных физических величин:
Единицами измерения напряжения являются вольты (В). Сопротивление измеряется в омах (Ом), работа — в Джоулях (Дж), мощность — в Ваттах (Вт).
Сила тока
Для большинства людей электрический ток — это что-то из категории магии вне Хогвартса. На самом деле, это всего лишь упорядоченность природных явлений и больше ничего. Давайте переходить в категорию разбирающегося меньшинства.
· Обновлено 23 июня 2023
Электрический ток
По проводам течет электрический ток. Причем он именно «течет», практически как вода. Представим, что вы — счастливый фермер, который решил полить свой огород из шланга. Вы чуть-чуть приоткрыли кран, и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала.
Сила струи очень слабая. Потом вы решили, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.
А теперь представьте, что вы наполняете два ведра из двух шлангов. У зеленого напор сильнее, у желтого — слабее. Быстрее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных шлангов тоже разный. Иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.
Если мы возьмем проводник с током, то будет происходить то же самое: заряженные частицы будут двигаться по проводнику, как и молекулы воды. Если больше заряженных частиц будет двигаться по проводнику, то «напор» тоже увеличится.
- Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.
Сила тока
Сразу возникает потребность в величине, которой мы будем «напор» электрического тока измерять. Такая, чтобы она зависела от количества частиц, которые протекают по проводнику.
Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой заряд прошел через проводник за единицу времени.
Как обозначается сила тока?
Сила тока обозначается буквой I
Сила тока
I = q/t
Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана не просто так.
Во-первых, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался изучением электрических явлений. А во-вторых, единица этой величины выбрана на основе явления взаимодействия двух проводников.
Здесь аналогии с водопроводом провести, увы, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются вблизи друг друга (а жаль, было бы забавно).
Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в противоположном направлении (по этим же проводникам) — отталкиваются.
За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.
Задача
Найти силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.
Решение:
Возьмем формулу силы тока
I = 300 мКл / 2 с = 150 мА
Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА
Чтобы хорошо запомнить теорию, нужно много практики. Классический курс по физике для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — отличная возможность попрактиковаться в решении задач.
Проводники и диэлектрики
Некоторые делят мир на черное и белое, а мы — на проводники и диэлектрики.
- Проводники — это материалы, которые проводят электрический ток. Самыми лучшими проводниками являются металлы.
- Диэлектрики — материалы, которые не проводят электрический ток. Изи!
Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам
Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук
То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не значит, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передавать.
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.
Источник тока
Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.
В качестве источника может выступить, например, гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.
У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения. По сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».
Амперметр
Мы знаем, куда ток направлен, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.
Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в котором ток измеряют.
Амперметры бывают очень разными по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные — и это только самые распространенные.
Мы рассмотрим только принцип действия теплового амперметра, потому что для понимания принципа действия других устройств необходимо знать, что такое магнитное поле и катушки.
Тепловой амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум неподвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта тонкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей охватывает неподвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к неподвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).
Под действием тока проволока немного нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.
В чем измеряется электрический ток
Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).
Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.
Электрический ток измеряется в амперах (А).
Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.
Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.
Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.
Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).
Производными единицами измерения напряжения являются:
1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.
Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.
Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).
Производными единицами измерения сопротивления являются:
1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.
Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.
Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).
Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.
Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:
Производными единицами измерения электрической мощности являются:
1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.
Единицами измерения электрической энергии являются:
1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.
Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:
W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч
Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
Таблица физических величин и их описание:
| ВЕЛИЧИНА | ОБОЗНАЧЕНИЕ | ОПРЕДЕЛЕНИЕ |
| Ампер | А | Сила тока |
| Ватт | W | Мощность, при которой работа в 1 джоуль совершается за 1 секунду |
| Вебер | Wb | Магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом протекает количество электричества в 1 кулон |
| Вольт | V | Электрическое напряжение, вызывающее в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт |
| Время | t | непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая. В качестве основы измерения просто берётся некая последовательность событий, про которую считается несомненно верным, что она происходит через равные промежутки времени |
| Генри | Н | Генри можно определить также как индуктивность электрической цепи, в которой возникает ЭДС в 1 вольт при изменении силы тока в цепи со скоростью 1 ампер в секунду |
| Герц | Нz | Частота периодического процесса, период которого равен 1 секунде |
| Давление | Р | физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и численно равная силе , действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности |
| Джоуль | J | Работа, произведенная силой в 1 ньютон при перемещении ею тела на расстояние 1 метр в направлении действия силы |
| Диаметр | d | отрезок, соединяющий две точки) на окружности (сфере, поверхности шара), и проходящий через центр этой окружности (сферы, шара). Также диаметром называют длину этого отрезка. Диаметр окружности является хордой, проходящей через её центр; такая хорда имеет максимальную длину. По величине диаметр равен двум радиусам |
| Диоптрия | δ | Единица для измерения оптической силы сферически-вогнутого стекла, равная оптической силе линзы с фокусным расстоянием 1 метр |
| Длина | L | физическая величина, числовая характеристика протяжённости линий. В узком смысле под длиной понимают размер предмета в продольном направлении (обычно это направление наибольшего размера), т. е. расстояние между его двумя наиболее удалёнными точками, измеренное горизонтально |
| Импульс | Р | мера механического движения; представляет собой векторную величину, в классической механике равную для материальной точки произведению массы m этой точки на её скорость v и направленную так же, как вектор скорости: |
| Индуктивность | L | коэффициент пропорциональности между магнитным потоком (создаваемым током какого-либо витка при отсутствии намагничивающих сред, например, в воздухе) и величиной этого тока |
| Килограмм | kg | Масса платино-иридиевого прототипа, утвержденного международной конференцией в Париже в 1889 г |
| Кулон | с | Количество электричества, проходящее в 1 секунду при силе тока 1 ампер через поперечное сечение проводника |
| Люмен | lm | Световой поток, испускаемый точечным источником в телесном угле в 1 стерадиан при силе света 1 свеча |
| Люкс | lx | Освещенность поверхности, которая равномерно получает световой поток в 1 люмен на 1 квадратный метр площади |
| Масса | М | одна из важнейших физических величин. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе, так и гравитационные свойства — вес |
| Метр | m | Старый платино-иридиевый эталон метра (международный прототип) хранится в подвалах Севра |
| Метр квадратный | m² | Площадь квадрата, сторона которого равна 1 метру |
| Метр кубический | m³ | Объем куба с длиной ребра, равной 1 метру |
| Метр в секунду | m/s | Скорость движущегося тела, проходящего расстояние в 1 метр за секунду |
| Мощность | Р | физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. |
| Ньютон | N | Сила, сообщающая телу массой в 1 килограмм ускорение в 1метр в секунду в направлении действия силы |
| Обьём | m³, cm³, L³ | количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. Объём тела или вместимость сосуда определяется его формой и линейными размерами. С понятием объём тесно связано понятие вместимость. Под вместимостью понимают объём внутреннего пространства сосуда или аппарата, укладочных ящиков и т. д |
| Ом | Ω | Сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 ампер возникает напряжение 1 вольт |
| Паскаль | Pa | Давление на 1 квадратный метр с силой в 1 ньютон |
| Площадь | S | Одна из количественных характеристик плоских геометрических фигур и поверхностей |
| Плотность | Р | физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Для неоднородного вещества плотность в определённой точке вычисляется как предел отношения массы тела (m) к его объёму (V), когда объём стягивается к этой точке |
| Радиус | r | отрезок, соединяющий центр окружности (или сферы) с любой точкой, лежащей на окружности (или поверхности сферы), а также длина этого отрезка |
| Свеча | cd | Свеча — единица силы света, значение которой принимается таким, чтобы яркость полного излучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 свечам на один квадратный сантиметр |
| Свеча на м² | cd/м² | Яркость светящейся поверхности площадью в 1 квадратный метр при силе света в 1 свечу |
| Секунда | s | Минута равна 60 секундам, час – 3600 секундам, день — 86400 секундам |
| Сила | F | векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности взаимодействия тел. Приложенная к массивному телу сила является причиной изменения его скорости или возникновения в нем деформаций |
| Сила света | J | поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется |
| Скорость | ύ, u | физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчёта |
| Сопротивление (электрическое) | R | скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающему по нему |
| Температура | °С | физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. |
| Теплота | Q | мера энергии, переходящей от одного тела к другому в процессе теплопередачи. В системе СИ единицей измерения теплоты является джоуль |
| Теплоёмкость | С, Дж/кг | теплоемкостью называется количество теплоты, которое необходимо для нагревания единичного количества вещества |
| Тесла | т | Магнитная индукция, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1 квадратный метр равен 1 веберу |
| Ток | I | в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду , протекающему в единицу времени через сечение проводника. |
| Частота | F, f, ω | физическая величина, характеристика периодического процесса, равная числу полных циклов, совершённых за единицу времени |
| Фарада | F | Емкость конденсатора, между обкладками которого появляется напряжение в 1 вольт при заряде 1 кулон |
| Энергия | Е | физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие |
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
| Десятичный множитель | Произношение | Обозначение (русское/международное) |
|---|---|---|
| 10 -30 | куэкто | q |
| 10 -27 | ронто | r |
| 10 -24 | иокто | и/y |
| 10 -21 | зепто | з/z |
| 10 -18 | атто | a |
| 10 -15 | фемто | ф/f |
| 10 -12 | пико | п/p |
| 10 -9 | нано | н/n |
| 10 -6 | микро | мк/μ |
| 10 -3 | милли | м/m |
| 10 -2 | санти | c |
| 10 -1 | деци | д/d |
| 10 1 | дека | да/da |
| 10 2 | гекто | г/h |
| 10 3 | кило | к/k |
| 10 6 | мега | M |
| 10 9 | гига | Г/G |
| 10 12 | тера | T |
| 10 15 | пета | П/P |
| 10 18 | экза | Э/E |
| 10 21 | зета | З/Z |
| 10 24 | йотта | И/Y |
| 10 27 | ронна | R |
| 10 30 | куэкка | Q |
Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
В практике встречаются
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
В практике встречаются
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
В практике встречаются
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.