Общая сила тока – формула и зависимости, определение силы тока в цепях и проводниках

Сила тока — Википедия. Что такое Сила тока

Сила тока — физическая величина I{\displaystyle I}, равная отношению количества заряда ΔQ{\displaystyle \Delta Q}, прошедшего через некоторую поверхность за время Δt{\displaystyle \Delta t}, к величине этого промежутка времени[1]:

I=ΔQΔt.{\displaystyle I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}.}

В качестве рассматриваемой поверхности часто используется поперечное сечение проводника.

Обычно обозначается символом I{\displaystyle I}, от фр. intensité du courant.

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 I{\displaystyle I} для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению U{\displaystyle U} к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению R{\displaystyle R} проводника этого участка цепи:

I=UR.{\displaystyle I={\frac {U}{R}}.}

По закону Ома для полной цепи

I=εR+r{\displaystyle I={\frac {\varepsilon }{R+r}}}

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 q{\displaystyle q} этих частиц, их концентрации n{\displaystyle n}, средней скорости упорядоченного движения частиц vcp→{\displaystyle {\vec {v_{cp}}}}, а также площади S{\displaystyle S} и формы поверхности, через которую течёт ток.

Если n{\displaystyle n} и vcp→{\displaystyle {\vec {v_{cp}}}} постоянны по объёму проводника, а интересующая поверхность плоская, то выражение для силы тока можно представить в виде

I=qnvcpcos⁡αS,{\displaystyle I=qnv_{cp}\cos \alpha S,}

где α{\displaystyle \alpha } — 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 dI{\displaystyle dI}, протекающего через малый элемент поверхности площадью dS{\displaystyle dS}:

dI=qnvcpcos⁡αdS.{\displaystyle dI=qnv_{cp}\cos \alpha dS.}

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

I=∫Sqnvcpcos⁡αdS.{\displaystyle I=\int \limits _{S}qnv_{cp}\cos \alpha dS.}

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

I=∫Senvcpcos⁡αdS.{\displaystyle I=\int \limits _{S}env_{cp}\cos \alpha dS.}

где e{\displaystyle e} — элементарный электрический заряд.

Вектор qnvcp→{\displaystyle qn{\vec {v_{cp}}}} называют плотностью электрического тока. Как следует из сказанного выше, его величина равна силе тока, протекающей через малый элемент поверхности единичной площади, расположенный перпендикулярно скорости vcp→{\displaystyle {\vec {v_{cp}}}}, а направление совпадает с направлением упорядоченного движения заряженных частиц

[2].

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).

Примечания

Литература

3.2.1 Сила тока. Постоянный ток

Видеоурок 1: Электрический ток. Сила тока

Видеоурок 2: Электродвигатель постоянного тока

Лекция: Сила тока. Постоянный ток


Электрический ток

Ни один современный человек не может обойтись без использования электрического тока. Данное понятие характеризует упорядоченное движение зарядов, благодаря чему происходит их перенос из одной области пространства в другую. Такое упорядоченное движение может происходить во многих веществах — будь-то твердые тела, жидкости, газы или даже вакуум.

Например, если мы возьмем аккумулятор, полюса соединим проводниками, то начнется движение зарядов от плюса к минусу. Это является примером тока в металлических телах.

А теперь давайте представим соль, растворенную в воде. В эту воду опускаем два электрода, подключенных к электричеству. В результате прохождения тока к одному электроду будут стремиться положительные ионы раствора, а к другому — отрицательные ионы. Это является примером тока в

электролитах.

Примером тока в газовой среде является молния. В результате создания двух мощных полей происходит пробой диэлектрической среды. Это, в свою очередь, влечет за собой появление искры.

А давайте теперь рассмотрим иной пример: возьмем большое заряженное тело и начнем передвигать его в пространстве. Исходя из определения электрического тока, имеется и заряд, и его направленное движение. Это значит, что намеренное перемещение объемного заряда также является током. Он называется конвекционным.

А теперь давайте рассмотрим проводник, который нагревают. Что с ним происходит? Электроны начинают двигаться. И чем выше температура проводника, тем быстрее они двигаются. Но давайте ответим, какое это движение? Хаотическое! Основной отличительной чертой тока от любого другого движения является то, что все заряды должны двигаться направленно. Поэтому движение заряженных частиц, вызванное увеличением температуры, нельзя назвать током.

Также стоит отметить, что при любом перемещении нейтрально заряженного тела, такое движение также нельзя назвать током, поскольку не происходит перемещение заряда в пространстве.


Направление движения частиц

Все это время мы говорили о заряженных частицах, не уточняя, какой знак они имеют. Следует отметить, что все положительные частицы двигаются от положительного полюса к отрицательному. Отрицательные же частицы наоборот. Однако положительные и отрицательные частицы имеются далеко не во всех веществах. Они есть, например, в электролитах, газах и других веществах.

Однако, во всем мире, за направление тока принимают то направление, в котором двигаются положительные частицы. То есть принято считать, что ток двигается от положительного полюса к отрицательному. Данное правило противоречит движение тока в металлах, поскольку в этих веществах заряд несут именно электроны, а двигаться они должны от плюса к минусу. Данное направление исторически выбрано А. Ампером в начале 19 века.


Действия тока

Ток используют для самых разнообразных целей. Однако существует несколько основных видов действия электрического тока.

1. Тепловое. Как нам известно, все тела, которые двигаются, обладают кинетической энергией. А чем больше данная энергия, тем больше температура тела. В данном случае движение заряженных частиц приводит к нагреванию проводника. Именно благодаря такому свойству тока мы используем утюг, фен, нагревательные печи и многие другие приборы.

2. Магнитное. Во время прохождения электрического тока вокруг тела начинает появляться магнитное поле. Это заметил Ампер, проводивший опыты с током рядом с компасом. Во время прохождения тока стрелка компаса начинала двигаться. Именно на основе данного свойства изготавливают электромагниты.

3. Химическое. В то время, когда ток проходит через произвольный электролит, происходит разделение его на положительные и отрицательные ионы. Этот принцип лежит в основе покрытия некоторых деталей или украшений медью, серебром или другими элементами.

Постоянный ток

В школьной программе используется понятие постоянного тока. Если за некоторые одинаковые промежутки времени через одинаковое сечение проводника прошло определенное равное значение тока, то такой ток называется постоянным.


Физическая величина, что характеризует величину заряда, прошедшего за определенное время называют силой тока

Сила тока измеряется в Амперах (А)


Еще одна ФВ, что характеризует ток, — это его плотность. 

Плотность показывает насколько много зарядов прошло через некоторое сечение за единицу времени.

Скорость движения зарядов

Если мы включим свет в какой-либо комнате, то нам покажется, что он загорится моментально. Однако на самом деле это не так. Между тем, как вы включили выключатель, и тем, когда заряды дойдут до лампочки, проходит некоторое время. Ток передвигается со скоростью равной скорости света, то есть

3*108 м/с.


Что такое сила тока — единица измерения

Прежде чем говорить о силе тока, необходимо, в общих чертах, представить себе, что же это такое – электрический ток?

Согласно классическим определениям – это направленное движение заряженных частиц (электронов) в проводнике. Для того, чтобы произошло его возникновение, необходимо предварительное создание электрического поля, которое и приведет в движение заряженные частицы.

Возникновение силы тока

Все материальные вещества состоят из молекул, те делятся на атомы. Атомы также делятся на составляющие: ядра и электроны. В период возникновения химической

реакции, происходит переход электронов из одних атомов в другие. Причина здесь в том, что у одних атомов недостаток электронов, у других – их избыточное количество. В- этом, в первую очередь, и заключается понятие «разноименные заряды». В случае контакта таких веществ происходит перемещение электронов, которое, фактически, и является электрическим током. Течение тока будет продолжаться до тех пор, пока заряды двух веществ не выровняются.

Еще в давние времена люди заметили, что янтарь, который потерли о шерсть, становится способным притягивать к себе различные легкие предметы. Далее выяснилось, что и другие вещества обладают такими же свойствами. Их стали называть наэлектризованными, от греческого слова «электрон», означающее янтарь.

Сила действия электричества может быть сильная или слабая. Зависит от величины заряда, протекающего по электрической цепи за определенный промежуток времени. Чем больше электронов перемещено от полюса к полюсу, тем выше значение заряда, перенесенного электронами. Общее количество заряда называют еще количеством электричества, проходящим через проводник.

Впервые определение силы тока дал Андре-Мари Ампер (1775-1836) – французский ученый, физик и математик. Его определение легло в основу понятия силы тока, которым мы пользуемся в настоящее время.

Единица измерения

Сила тока – это величина, равная отношению количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к времени его прохождения. Проходящий через проводник заряд, измеряется в кулонах (Кл), время прохождения – в секундах (с). Для единицы силы тока получается значение (Кл/с). В честь французского ученого эта единица была названа ампером (А) и в настоящее время является основной единицей измерения силы тока.

Для измерения силы тока применяют специальный измерительный прибор амперметр. Он включается непосредственно в разрыве цепи в том месте, где необходимо измерить силу. Приборы, с помощью которых измеряют малые токи – называются миллиамперметр или микроамперметр.

Виды проводников

Вещества, в которых заряженные частицы (электроны) свободно перемещаются между собой, называются проводниками. К ним относятся практически все металлы, растворы кислот и солей. В других веществах электроны крайне слабо перемещаются между собой или вообще не перемещаются. Эта группа веществ называется диэлектриками или изоляторами. К ним можно отнести эбонит, янтарь, кварц, газы без измененного состояния. В настоящее время существует большое количество искусственных материалов, выступающих в качестве изоляторов и широко применяемых в электротехнике.

Физика 8 класс. Сила тока. Единицы силы тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. СИЛА ТОКА

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.

Условия существования электрического тока в проводнике:
1. наличие свободных заряженных частиц ( в металлическом проводнике — свободных электронов),
2. наличие электрического поля в проводнике
(электрическое поле в проводнике создается источниками тока.).

Электрический ток имеет направление.
За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток.

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Единица измерения силы тока в системе СИ:
[I] = 1 A (ампер)

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух поводников с током:

……………………

при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях отталкиваются.

За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1м, расположенные на растоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

АНДРЕ-МАРИ АМПЕР
(1775 — 1836)
— французский физик и математик

— ввел такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т. д.;
— предположил, что, вероятно, возникнет новая наука об общих закономерностях процессов управления и предложил назвать ее «кибернетикой»;
— открыл явление механического взаимодействия проводников с током и правило определения направления тока;
— имеет труды во многих областях наук: ботанике, зоологии, химии, математике, кибернетике;

— его именем названа единица измерения силы тока — 1 Ампер.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ПРИРОДЕ.

Мы живем в океане электрических разрядов, создаваемых машинами, станками и людьми. Эти разряды — кратковременные электрические токи не так мощны, и мы их часто не замечаем. Но они все-таки существуют и могут принести немало вреда!

Что такое молния?

В результате движения и трения друг о друга воздушные слои в атмосфере электризуются. В облаках с течением времени скапливаются большие заряды. Они-то и являются причиной молний.
В момент, когда заряд облака станет большим, между его частями, имеющими противоположные по знаку заряды, проскакивает мощная электрическая искра – молния. Молния может образовываться между двумя соседними облаками и между облаком и поверхностью Земли. В этом случае под действием электрического поля отрицательного заряда нижней части облака поверхность Земли под облаком электризуется положительно. В результате молния ударяет в землю.
Природа молнии стала проясняться после исследований, проведенных в XVIII столетии русскими учеными М.В.Ломоносовым и Г.Рихманом и американским ученым Б.Франклином.

НЕУЖЕЛИ ?

Обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз. Между тем в действительности свечение
начинается снизу и только затем распространяется по вертикальному каналу.
Молния – точнее ее видимая фаза, оказывается, бьет снизу вверх!

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!

1. Как уберечься от молнии?
( или устройство громоотвода)
2. Эта загадочная молния!

А ЕСТЬ ЛИ ГРОМООТВОД У ТЕБЯ НА ДАЧЕ?

Одним из первых в мире громоотводов (молниеотводов) водрузил над крестом своего храма сельский священник из Моравии по имени Прокоп Дивиш, крестьянский сын, ученый и изобретатель.
Это было в июне 1754 года.
___

Первый в России молниеотвод появился в 1756 г. над Петропавловским собором в Петербурге.
Он был сооружен после того, как молния дважды ударила в шпиль собора и подожгла его.

Устали? — Отдыхаем!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *