Прежде чем выяснять, что такое сила тока и от чего она зависит, нужно дать определение электрическому току как движению заряженных частиц. Подобно автомобилям разных конструкций и оснащения, они перемещаются в прямом или обратном направлении, быстрее или медленнее. Их скорость и концентрация создают «трафик», только не на шоссе, а в проводнике.
.jpg)
Содержание:
Что такое сила тока
Это физическая величина, равная количеству заряда, проходящего за единицу времени через поперечное сечение проводящего материала-проводника. Его носители могут быть как отрицательно, так и положительно заряженные.
В первом случае, это электроны или отрицательные ионы-анионы, во втором – положительные ионы-катионы или «дырки» (пустоты в кристаллической решетке полупроводника, которые ведут себя как положительно заряженные частицы).
Как возникает
Сила тока возникает из-за разности значений напряжения (или потенциалов) в начале и на конце проводника. Для поддержания разности потенциалов нужен источник энергии.
В зависимости от устойчивости показателя и направления протекания, ток бывает постоянным или переменным. Постоянный может существовать только в замкнутом контуре, в котором есть непрерывное круговое движение заряженных частиц. Например, в гальванических элементах – батарейках и аккумуляторах. В этих устройствах энергия вырабатывается благодаря химическим процессами.
.png)
Постоянный ток получают не только от батареек и аккумуляторов, но и путем выпрямления переменного, в частности, производимого генераторами.
Работа электронной аппаратуры от сети переменного источника в квартирах осуществляется посредством дополнительных приборов: блоков питания с выпрямителями сигналов, стабилизаторов напряжения.
В чем она измеряется и как посчитать
Сила тока измеряется в амперах – обозначение А. Ампер – одна из семи основных единиц.
1А = 1Кл/c, где Кл (или С) – это кулон, единица измерения количества электрического заряда.
Сила тока обозначается символом I (согласно первой букве французского Intensite´ du courant).
Величина ее определяется по формуле I=qn Vср S cos a, где:
- q – сумма зарядов;
- n – концентрация частиц;
- Vср – средняя скорость их упорядоченного движения;
- S – площадь проводника;
- a – угол между вектором направления движения и вектором нормали (перпендикуляра) к поверхности проводника.
Для участка цепи величина I рассчитывается по формуле немецкого физика Георга Ома, открывшего в 1926 г. закон взаимосвязи между силой тока, напряжением и сопротивлением проводника:
I=U/R,
- U – напряжение (или падение напряжения, или разность потенциалов), измеряется в вольтах – обозначение В или V;
- R – сопротивление проводника, измеряется в омах – обозначение Ом или W.
Или по формуле I=UG, где обозначение G – это проводимость или электропроводность (величина, обратная сопротивлению, измеряется в сименсах, обозначение – См или S).
Расчет для полной цепи происходит по формуле I=e/R+r, где:
- e – ЭДС или электро-движущая сила в цепи, измеряется в вольтах;
- R – суммарное сопротивление всех приборов, включенных в цепь;
- r – внутреннее сопротивление источника напряжения.
Сила тока зависит от электрического напряжения (или разности потенциалов, или ЭДС). В случаях, когда r<>R, можно считать, что она обратно пропорциональна либо сопротивлению цепи, либо сопротивлению источника.
.jpg)
Значение I связано с показателем скорости преобразования электрической энергии – мощностью P (единицы измерения ватты -обозначение Вт или W). Для линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, расчет P производится по формуле:
P=IU или P=I2R=U2/R.
Значение I прямо пропорционально мощности: I=P/U. В приборах большей мощности возникает ток большей силы.
Как измерить силу тока
Эту характеристику можно измерить с помощью амперметра. Прибор последовательно подключается к электрической сети (плюс к плюсу, минус к минусу). Чем ниже сопротивление амперметра, тем меньше его влияние на измерения, и тем они точнее. Если сопротивление амперметра стремится к нулю, он нейтрален и не влияет на показатели сети.
Виды амперметров
По конструкции амперметры бывают:
- аналоговые (со стрелочной измерительной головкой);
- цифровые (с индикатором).
.jpg)
По способу измерения:
- Магнитоэлектрические, в которых отклонение чувствительной стрелки и показатели зависят от силы взаимодействия полей постоянного магнита и поля электрического тока в алюминиевой рамке, и угла поворота последней.
- Электромагнитные, показатели которых меняются с подвижками железного сердечника под влиянием электромагнитного поля катушки.
- Электродинамические, в которых отклонение стрелки связано с притяжением или отклонением подвижной катушки относительно неподвижной, соединенных последовательно или параллельно.
- Тепловые, в которых при нагреве электрическим током происходит изменение длины металлической нити и положения связанной с нитью измерительной стрелки.
- Индукционные, в которых связанный со стрелкой металлический диск отклоняется под воздействием электромагнитного поля неподвижных катушек.
- Детекторные, в которых магнитоэлектрический прибор соединен с выпрямителем-детектором.
- Термоэлектрические, которые состоят из нагревателя и магнитоэлектрического измерительного механизма.
- Фотоэлектрические, в которых фотоэлектрический элемент преобразует световой поток в электрический.
Магнитоэлектрические приборы определяют только силу постоянного тока, индукционные и детекторные – переменного. Фотоэлектрические высокоточные приборы работают с постоянным током и током низкой и высокой частоты.
Остальные из перечисленных подходят для разных токов.
Приборы бывают многофункциональными, т.е. действующими в разных режимах. Например, мультиметр работает и как вольтметр, и как омметр, и как мегомметр (для высоких сопротивлений).
В всех современных измерительных приборах есть переключатель диапазона чувствительности.
Правила измерения
- Амперметр включается в электросеть последовательно, «в разрыв цепи».
- При включении прибора в сеть, необходимо соблюдать полярность, присоединяя «+» прибора к «+» источника тока, а «-» к «-».
- Тестируемая линия при подключении должна быть обесточена. Иначе прикасание щупами прибора к проводам или контактам может вызвать короткое замыкание.
- При высоких напряжениях в цепь переменного тока помимо амперметра включается трансформатор или шунт, в цепь постоянного – магнитный усилитель или шунт.
- Тип амперметра для измерений выбирают в соответствии с типом электрического прибора или линии. Также учитывают требуемую точность показателей.
Перед подключением необходимо подробно изучить инструкцию к амперметру.