Параметры электрического тока в чем измеряется

Параметры постоянного электрического тока

На заре изучения электричества исследователи использовали постоянный ток и поэтому все законы и параметры были применены к нему. Позже, когда начали изучать и использовать переменный ток, эти параметры постоянного тока применили для переменного тока, введя понятие действующего значение переменного тока (см. Переменный ток).

Величина постоянного электрического тока

Одним из параметров постоянного тока является величина или сила тока.
Этот параметр ввел французский ученый Андре Мари Ампер в честь которого и назвали эту величину — ампер.
Постоянный ток (I) в один ампер протекает в том случае, когда через поперечное сечение проводника за время (t) в одну секунду протекает количество электричества (Q) в один кулон:

Это можно записать формулой:

В радиоэлектронике обычно используются малые величины постоянного тока: миллиамперы и микроамперы, которые равны:

Величину постоянного I измеряют специальным прибором — амперметром. Включается он в разрыв электрической цепи и только тогда, когда подключена нагрузка ( на рисунке это лампочка ), т.к. без нагрузки можно спалить прибор. Так же,подключать прибор нужно к клеммам согласно указанной полярности на нем.

Электрическое постоянное напряжение

Электрический постоянный I , протекая через потребитель, производит какую-то работу. Это может быть нагрев электроплиты, вращение электродвигателя, притягивание якоря электромагнита и т.д. И эта работа зависит не только от I , но и от подающего электрического U на потребителя.
К примеру, возьмем лампочку от фонарика и лампу мощностью 40 ватт на 220 вольт. Включим лампочку от фонарика к батарейке на 4,5 вольт, а лампу в 40 ватт в розетку и измерим проходящий через них I . Он будет примерно 0,2 ампера. Но сорокаваттная лампа будет светить ярче, т.к. на нее подается напряжение большей величины.
Возникает вопрос: почему при одинаковом количестве электричества во втором случае электроны имеют большую энергию?

Для разрешения этого вопроса рассмотрим еще пример.
На рисунке показано два бака из которого вытекает одинаковое количество воды, но с различной высоты. Во втором случае энергия воды будет больше потому, что на частицы воды действует поле земной гравитации. Чем больше высота, тем больше ускорение частиц воды, a значить больше их энергия.Так же энергия электронов увеличивается с увеличением электрического поля, созданным источником тока.
Напряжение ( U ) между двумя точками электрической цепи измеряется произведенной работой по переносу единицы количества электричества из одной точки в другую. Единицей измерения постоянного напряжения является вольт.

Между двумя точками существует напряжение ( U ) в 1 вольт, если для переноса одного кулона электричества ( Q ) произведена работа ( А ) в один джоуль:

1 вольт = 1джоуль/1кулон

Джоуль — это работа (энергия), которая совершается силой в один ньютон для перемещения тела на расстояние один метр.

Про единицу силы ньютон я не буду рассказывать, т.к. для этого пришлось бы залезть в такие дебри физики, которые нам сейчас не нужны.

Более мелкие параметры напряжения это милливольт и микровольт:

Чтобы измерить U используют специальный прибор — вольтметр. Для измерения U между двумя точками цепи, прибор подключается к этим точкам без разрыва цепи.
Вольтметр, как и амперметр, обычно являются частью комбинированных приборов которые имеют переключатели для разных параметров постоянного тока и диапазонов измерений.

Мощность постоянного тока

Разные электрические устройства имеют разную электрическую мощность, которая зависит от потребляемого U и тока ( I ).
Мощность ( P ) равна произведению ( U ) на ток ( I ):

Единицу измерения мощности ввел английский ученый Джеймс Уатт, в честь которого и назвали эту единицу — ватт.
Если математически выразить U и I через закон Ома, то формула мощности примет такой вид:

Меньшие параметры ватта, это милливатт и микроватт:

1 мВт = 0,001 Вт
1 мкВт = 0,000001 Вт.

1)Основные параметры электрического тока

Электрическим током называется движение электрических зарядов (электронов в металлах, электронов и ионов в жидкостях и газах) под действием электрического поля.

Движение положительных зарядов по полю эквивалентно движению отрицательных зарядов против поля.

За направление тока принято направление положительного заряда.

Условия существования электрического тока (в дальнейшем просто тока в проводнике):

а) наличие свободных заряженных частиц;

б) наличие электрического поля (разности потенциалов на концах проводника).

Действия электрического тока:

а) ТЕПЛОВОЕ – нагревание проводника, по которому идет ток;

б) ХИМИЧЕСКОЕ – изменение химического состава проводника (электролиз и сопутствующие ему явления);

в) МАГНИТНОЕ – силовое воздействие на другие проводники с током и намагниченные тела (магнетики).

Основные характеристики электрического тока:

а) сила тока I – численно равна количеству электричества (заряду) Q, протекающего по проводнику за время t:

I =

В зависимости от величины и направления токи бывают: постоянные, переменные, пульсирующие и другие. Будем рассматривать только постоянные токи I = const.

Ток измеряется прибором – амперметром, который включается в цепь последовательно проводнику (сопротивлению).

б) напряжение U – равно разности потенциалов на участке цепи.

Напряжение измеряется прибором – вольтметром, который включается параллельно проводнику (сопротивлению);

в) сопротивление R проводника.

1. От длины проводника ℓ, его сечения S и материала (характеризуется удельным сопротивлением проводника ρ):

2. От температуры t°С (или Т): R = R₀ (1 + αt),

где R₀ – сопротивление проводника при 0°С,

α – температурный коэффициент сопротивления.

3. Проводники могут соединяться последовательно и параллельно.

г) плотность тока j – физическая величина, определяемая силой тока I проходящего через единицу площади поперечного сечения S проводника:

j =

д) электрическая сила (ЭДС) ε – физическая величина, определяемая работой сторонних (неэлектрических) сил А_ст по перемещению единичного положительного заряда q:

Если в цепи на носители тока действуют силы электрического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способно создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.

Источники тока также можно соединить последовательно и параллельно:

1. При последовательном соединении источников:

где ε – ЭДС одного источника,

r – сопротивление одного источника,

n – число источников.

2. При параллельном соединении n одинаковых источников:

Элементы электрических цепей и сами электрические цепи изображают схематически следующим образом:

– внешнее сопротивление проводника (участок электрической цепи без ЭДС)

– амперметр и его включение в цепь;

– вольтметр и его включение в цепь;

– источник тока (источник ЭДС) с внутренним сопротивлением.

– последовательное соединение сопротивлений и источников тока.

– параллельное соединение сопротивлений и источников тока.

– полная электрическая цепь.

Для решения задач по расчету электрических цепей используется закон Ома:

1. Закон Ома для участка цепи (без ЭДС):

или ,

где – удельная проводимость проводника,

Е – напряженность электрического поля в проводнике.

2. Закон Ома для полной цепи:

где R – внешнее сопротивление цепи,

r – внутреннее сопротивление источника тока,

R + r – называется полным сопротивлением цепи.

а) если R → 0, источник замкнут накоротко:

где I_кз – ток короткого замыкания;

б) если R → ∞, цепь разомкнута:

т.е. ЭДС источника численно равна напряжению на его зажимах при разомкнутой внешней цепи.

Для расчетов полных электрических цепей полезно знать следующие величины:

а) полная мощность, развиваемая источником:

б) полезная мощность (выделяемая на внешнем сопротивлении):

г) КПД источника:

Электрический ток I, проходя по участку цепи без ЭДС с сопротивлением R, совершает работу А по перемещению электрических зарядов, которую можно рассчитать по формуле:

,

где U – напряжение на участке цепи,

t – время пропускания тока.

Мощность N тока, согласно определения, равна:

При протекании тока по проводнику он нагревается и в нем выделяется количество теплоты Q, которое без учета потерь рассчитывается по закону Джоуля-Ленца:

Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Мы знаем, что сила тока одинакова во всех местах цепи.

Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов и нагрузки. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом местеэлектрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Давайте разберемся.

Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, однако не совершает при этом большой работы. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. То есть в данном случае ток совершает механическую работу, и довольно приличную работу. Ток тратит свою энергию. Электроны в том же количестве продолжают бежать дальше, но энергии у них уже поменьше.

Постоянный электрический ток

Постоянный ток (DC — аббревиатура от англ. Direct Current) — не изменяющийся, в отличие от переменного по времени и по направлению (подразумевается направление движения заряженных частиц, поддерживаемое электрическим полем) электрический ток.

В любой точке проводника, с протекающим по нему постоянным током (далее ПТ), происходит постоянная смена электрических зарядов. Таким образом, общее пространственное их нахождение в проводнике постоянно остаётся неизменным в течении времени.

Как видно из графика. значения силы тока (I) и напряжения (U) в каждый момент времени (T) остаются постоянными.

Источниками ПТ могут быть генераторы ПТ, аккумуляторы, блоки питания, понижающие сетевое напряжение переменного тока и преобразующие его в постоянное.

Основные параметры ПТ и напряжения:

Ток («сила тока») — основной параметр, определяющий количество электричества Q, протекающее через проводник в течении единицы времени t. Единицей измерения силы тока, принятой в Международной системе единиц (СИ) является Ампер (A). 1 Ампер составляет перемещенное количество электричества в 1 Кулон за 1 секунду.

Плотность тока (j) — сила тока, протекающего через единицу площади, выражается отношением тока к площади поперечного сечения проводника (S) :

Единица измерения плотности тока в проводниках, принятая в СИ — A/мм 2 .

Напряжение — физическая величина, представляющая собой разность потенциалов, создаваемая источником питания на своих зажимах. Численно определяет работу, совершаемую при прохождении заряда от одной произвольной точки электрической цепи к другой.

Единица измерения напряжения, принятая в системе СИ — Вольт (В). Так, если разность потенциалов между двумя данными точками электроцепи составляет 1 В, то для перемещения между этими точками заряда величиной в 1 Кулон расходуется работа величиной в 1 Джоуль.

Важная характеризующая величина, представляющая собой разность между максимальным и минимальным значением напряжения в течении определенного промежутка времени называется размахом пульсации напряжения .

Применение ПТ. Электроэнергия ПТ используется для питания электронных схем автоматики, сигнализации и пр., в промышленности — для питания электролизных установок, гальванизации, гальванопластике, сварочных работах и т. д.

© Forum220.ru | 2009 — 2015 | Электротехнические термины Размещение данных материалов на других веб-ресурсах возможно только при наличии обратной гиперссылки на сайт Forum220.ru

Электрический ток: определение, единицы измерения, природа возникновения

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического поля.

Как образуется электрический ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

В каким материалах возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

1. В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, – проводимость металла уменьшается.
2. В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.

Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.

Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос

При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки. При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

Возникновение тока в различных материалах

От чего зависит электрический ток?

На количество свободных заряженных частиц и на скорость их упорядоченного передвижения влияют следующие факторы:

1. Материал проводящего вещества;
2. Заряд и масса частиц;
3. Величина разности потенциалов;
4. Окружающая температура;
5. Наличие дополнительных внешних факторов – магнитного поля, ионизирующего излучения.

В чем измеряется электрический ток? Единицы измерения

Для измерения электрического тока пользуются понятиями силы тока и его плотности. Измеряется сила тока специальным приборам – амперметром.

Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос

Сила тока измеряется в Амперах (А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

Постоянный и переменный ток

Электрический ток, который всегда имеет одно направление, называется постоянным. Если же периодически он устремляется в обратную сторону, а также меняет свою величину, то называется переменным.

Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос

Сети с переменным током используют для передачи энергии по проводам на значительные расстояния. Это связанно с тем, что переменный ток легко трансформируется по классам напряжения, т.е. для того чтобы передать большое количество энергии необходимо высокое напряжение и провод или кабель с небольшим сечением. Сети постоянного тока больше распространены в Европе, т.к. там нет больших расстояний как в России.

Генерация такого тока основана на явлении электромагнитной индукции. Происходит она за счет вращения магнита вокруг катушки с замкнутым проводящим контуром. Поэтому сила переменного тока при разворачивании ее по времени представляет собой синусоиду.