Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, подключенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определите энергию, потребляемую электродвигателем.
Ватт*сек или деление этого значения на 1000 и 3600 дает энергию в киловатт-часах:
Ампер – это единица силы тока в Международной системе единиц.
В системе СИ единицей силы тока является ампер. Он обозначается буквой A. Один ампер – это сила постоянного тока, которая заставляет заряд, равный одному кулону, протекать через поперечное сечение проводника за одну секунду:
Ампер (единица силы тока) является одной из семи основных единиц системы СИ. Еще в 1948 году в качестве определения единицы тока было принято явление взаимодействия пары параллельных проводников, по которым течет ток. Мы помним, что когда в двух параллельных проводниках токи текут в одном направлении, они притягиваются, если токи противоположны, проводники отталкиваются друг от друга – возникает сила Ампера. Один ампер определяется с помощью понятия силы Ампера. Ампер – это ток, текущий по двум прямым, бесконечно тонким и длинным проводникам в вакууме, создающий силу Ампера (силу взаимодействия проводников друг с другом), равную 2 000^H$ на метр проводника.
Ампер был назван в честь французского физика А.М. Ампера.
Один ампер – это довольно большая сила тока. Считается, что для человека ампер становится опасным начиная с 0,001 А, а ампер с 0,1 А может нанести значительный ущерб здоровью. В практических расчетах используются кратные и дольные величины тока с использованием стандартных префиксов СИ. Например, микроампер 500 мкА=^А; килоампер 1 кА=1000 А.$.
Единицы силы тока в других системах единиц
В системе единиц, которая является расширением СГС и называется СГСМ (абсолютная электромагнитная система сантиметр, грамм, секунда), био (абампер) является единицей измерения тока.
Один био (абампер) – это ток такой величины, что он производит силу Ампера в 2 Динамо на сантиметр длины проводника, возникающую между двумя тонкими длинными параллельными проводниками, расположенными на расстоянии 1 см друг от друга, по которым протекает ток.
Ток (Био) в системе ГГСМ назван в честь французского ученого Ж.Б. Био. Иногда в системе СГСМ единица тока не имеет названия и называется просто единицей тока СГСМ (эта единица эквивалентна единице Био и абамперу (abA)).
В другом расширении системы СГСМ, системе GHSE (абсолютная электростатическая система сантиметр, грамм, секунда), единицей тока является стампер. Определите статор (statA) как ток, при котором заряд в 1 статон проходит через поперечное сечение проводника за время, равное одной секунде.
\1A=2997924536.843 статА].
Определение единицы силы тока
Напомним, что когда ток течет по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу, а когда ток течет в противоположных направлениях, они отталкиваются друг от друга. Этот эффект был открыт Ампером, и он назвал его электромагнитным взаимодействием.
Современное определение единицы тока было сформулировано и принято в 1948 году:
Ампер – это постоянный ток, который при прохождении через два параллельных прямых проводника бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, помещенных в вакуум на расстоянии 1 метра друг от друга, вызовет силу взаимодействия, равную 2*10 -7 Н (ньютонов) на каждом 1-метровом участке проводника.
Дополнительные единицы
На практике кратные и дольные единицы основной единицы часто используются для очень малых или очень больших токов для удобства записи. Напомним, что кратные единицы намного больше базовой, а дробные единицы намного меньше базовой:
- Наноампер – 1 нА = 0,000000001 = 1,0*10 -9 А;
- Микроампер – 1 мкА = 0,000001 А;
- Миллиампер – 1 мА = 0,001 A;
- Килоампер – 1 кА = 1000 А;
- Мегаампер – 1MA = 1000000 A = 1,0*10 6 A.
Международное бюро мер и весов (расположенное в Севре, Франция), которое отвечает за обеспечение существования СИ, планирует внести некоторые изменения в определения основных единиц в 2019 году. Изменения будут внесены в определения кельвина, килограмма, моля и ампера. Эта реформа не повлияет на жизнь большинства людей. Необходимость этой меры обусловлена потребностью в большей точности научных экспериментов и приборов. На основе опубликованных документов будут разработаны и утверждены государственные стандарты в странах, использующих систему СИ. Следующим шагом станет внесение изменений в школьные и вузовские учебники по физике. На данный момент действует определение ампера, утвержденное в 1948 году.
Токи в электрических цепях измеряются с помощью амперметров. Для калибровки шкал этих приборов (как аналоговых, так и цифровых) очень важна универсальность и точность самой единицы измерения – ампера.
Цифровые амперметры
Цифровые измерители тока, входящие в состав компактных приборов, называемых мультиметрами, в последнее время стали очень популярны. Мультиметр также может измерять напряжение и сопротивление. Индикация (отображение) измеренного значения осуществляется в цифровом виде с высокой точностью. Индикаторами служат светодиоды или жидкие кристаллы.
Физический смысл электрического тока
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Когда заряды движутся таким образом, они совершают полезную работу. Очевидно, что чем быстрее движутся заряды в проводнике, тем больше работы совершается.
Однако использование простой линейной скорости движения для электрического тока недостаточно. Дело в том, что ток – это движение большого количества носителей заряда, и их число может быть различным при совершении одной и той же работы. Эту разницу необходимо учитывать наряду с линейной скоростью движения зарядов.
Поэтому для характеристики движения зарядов гораздо целесообразнее использовать скорость потока суммарного заряда через поперечное сечение проводника, а не их линейную скорость. Чем больше зарядов проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени, тем больше "скорость" электрического тока и тем большую работу он может совершить.
Величина, равная отношению заряда, протекающего через проводник, ко времени его протекания, называется силой тока (для ее обозначения используется латинская буква $I$):
Из этой формулы можно вывести единицу измерения тока. Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время – в секундах, единицей силы тока является кулон в секунду или ампер (в честь физика А. Ампера):
Постоянный и переменный ток
Поскольку ток – это скорость протекания заряда по проводнику, эта величина, как и обычная линейная скорость, может быть мгновенной, переменной или средней. Если значение $$Delta t$ в расчете близко к нулю, ток мгновенный. Если значение намного больше нуля, то ток получается как среднее за это время.
Как и в случае обычной линейной скорости, ток может увеличиваться, уменьшаться или даже принимать отрицательные значения. Отрицательный ток означает, что в проводнике заряды движутся в направлении, противоположном направлению, принятому за положительное.
Если мгновенное значение тока не меняет знака, ток называется постоянным. Если знак тока меняется, то ток называется переменным.
Постоянный ток может быть:
- "строго постоянным" – когда мгновенное значение тока не меняется;
- переменным – когда мгновенное значение изменяется, но не до нуля
- пульсирующим – когда мгновенное значение уменьшается до нуля.
В случае переменного тока предполагается, что мгновенные положительные и отрицательные значения тока равны, и такой переменный ток называется симметричным. Если мгновенные положительные и отрицательные значения тока не равны, то такой ток называется "асимметричным". Он рассматривается как сумма постоянного тока и симметричного переменного тока.
Обратите внимание, что поскольку работа электрического тока совершается при любом движении зарядов, независимо от направления, приведенная выше формула тока не подходит для определения средней силы переменного тока. Если ток переменный, то заряды фактически не движутся по проводнику, а только колеблются с определенной амплитудой. Получается, что в среднем по сечению проводника не движутся заряды, но работа тока все равно совершается. Сила переменного тока рассчитывается по специальным формулам, которые учитывают изменение направления движения зарядов в проводнике.
Электрическое напряжение – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Электрический потенциал измеряется в вольтах, следовательно, напряжение измеряется в вольтах (В).
1 Вольт – это напряжение, необходимое для высвобождения 1 Вт энергии в проводнике при протекании через него тока силой 1 Ампер. 1В=1ВТ/1А. На практике 1 кВ = 1000 В. 1 мВ = 0,001 В.
1 Ом – это сопротивление проводника, по которому течет постоянный ток силой 1 А, а на его концах возникает напряжение 1 В. Из школьной физики мы все помним формулу для однородного проводника с постоянным сечением: R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l, где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличное значение. Между тремя описанными выше 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. I=U/R
Электрическая емкость это способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1F). 1F = 1Cl/1V 1F – это емкость конденсатора, который при заряде 1Cl создает напряжение 1V между клеммами. На практике 1пФ = 0,000000000001Ф 1нФ = 0,000000001Ф
Индуктивность измеряется в граммах. 1Гн = (V*s)/A 1Гн равна ЭДС самоиндукции, создаваемой при изменении тока в цепи на 1А в течение 1 секунды. На практике 1mHg = 0,001Gn