Электрические параметры изучают в рамках школьных программ. После экзаменов быстро забываются научные определения и формулы. Между тем, базовые знания в соответствующей области нужны не только специалистам и радиолюбителям. Они пригодятся обычным пользователям для подключения бытовой техники, решения других практических задач. В этой публикации рассказано о том, что такое единица силы тока.
Классическое определение силы тока
Об электрическом токе
Для облегчения понимания темы можно применить аналоги (сравнения) из окружающего мира. Электрические величины иногда объясняют на примере обычного трубопровода:
- ток электронов подобен движению жидкости;
- напряжение (разница потенциалов) – различные уровни давления;
- при уменьшении сечения проводника увеличивается сопротивление току – таким же образом приходится повышать напор для перемещения большего количества воды за единицу времени.
Через прозрачные стенки можно наблюдать движение потока жидкости. Упростит визуальный эксперимент наличие визуальных маркеров – загрязнений. Однако самый зоркий человек не в состоянии увидеть перемещение микроскопически малых электронов.
Тем не менее, именно движение потока заряженных частиц является электрическим током. Почему такое действие даже при продолжительном времени опыта не изменяет массу (размеры) отдельных участков проводника?
Как и в случае с наблюдением, ответ на вопрос объясняется очень малой величиной рассматриваемых параметров. Электроны можно сравнить с муравьями. При переселении в другой «дом» старый муравейник сохраняет размеры (форму). Так и масса проводника не изменится заметно даже при полном удалении из него частиц с электрическими зарядами.
Принцип воздействия
Свойства ЭП чаще всего постоянны и однообразны. Для планеты свойственен свой защитный фон, который на живые организмы практически никак не влияет. Незначительные проявления становятся заметными для человека только во время сильной грозы. В такой ситуации может даже казаться, что воздух дрожит от напряжения. Но для большинства людей это не представляет никакой угрозы.
Индустрия технологий не стоит на месте, благодаря чему специалисты изготавливают всё больше различных агрегатов, каждый из которых способен генерировать собственное ЭП. Показатель существенно превышает естественный фон, который составляет 0.5 кВ/м. Конечно, такая особенность не осталась незамеченной со стороны экспертов. В результате многочисленных проб они вывели максимально допустимое напряжение, которое не создаёт ограничений для человека. Его размер составляет 27 кВ/м.
Даже если включить сразу все бытовые устройства, максимальный показатель не будет превышен. Взрослый человек может получить небольшой процент негативного воздействия только при длительном нахождении возле высоковольтных проводов. В такой среде напряжение очень большое, из-за чего долго стоять или же работать на таком участке категорически запрещено. Специалисты, которые вынуждены по служебным обстоятельствам находиться в окружении таких ЭП, должны успевать выполнить все работы максимум за полтора часа.
Что такое единица измерения силы тока
Емкость конденсатора: единица измерения
Ниже отмечены основные параметры типичной электрической цепи (в скобках приведены стандартные обозначения для формул и сокращенные наименования):
- единицы измерения силы тока (I) – Амперы (А);
- напряжения (U) – Вольты (В);
- сопротивления (R) – Омы (Ом).
Для полноты изучения необходимо вспомнить о количественном показателе, мощности (W). Ее измеряют в Ваттах (Вт).
Если продолжить аналог с водой, можно сделать несколько важных промежуточных выводов. Чтобы пропустить больше жидкости (электронов) увеличивают диаметр трубы (проводника). Это решение сопровождается увеличением тока. Напряжение измеряют разницей потенциалов между двумя точками цепи. Для его увеличения изменяют нужным образом соотношение зарядов.
Сопротивление препятствует прохождению электронов. Этот процесс сопровождается преобразованием электрической энергии в тепловую. В некоторых устройствах данная особенность выполняет полезные функции.
Нагревательный элемент в бойлере отличается высоким сопротивлением (R)
Потребляемую мощность можно сравнить с количеством воды, которая поступает через определенное сечение транспортной системы за единицу времени.
Закон Кулона
В этом случае силовая характеристика электрического поля работает для точечного заряда, находящегося на расстоянии определённого радиуса от него. Если же взять этот показатель по стандартному модулю, то в итоге получится кулоновское поле.
Вам это будет интересно Как сделать простой регулятор напряжения своими руками
Направление вектора напрямую зависит от имеющегося знака заряда. Если он плюсовой, то ЭП будет «передвигаться» по радиусу. В противном случае сам вектор будет направлен в сторону заряда.
Чтобы разобраться в ключевых особенностях закона, можно изучить основные рисунки и диаграммы, где изображены силовые линии. В учебниках основные характеристики ЭП объясняются довольно сложно. Если же для изучения этой темы использовать специализированную литературу, тогда нужно учесть, что при построении рисунков силовых линий их итоговая густота является пропорциональной модулю вектора напряжённости. Это своего рода подсказка от экспертов, которая может помочь во время экзамена или просто для контроля знаний.
Ампер – единица измерения силы тока в СИ
Единица измерения напряжения
По самому популярному международному стандарту (СИ) силе постоянного тока один ампер (1А) соответствует прохождение единичного заряда (1 кулон) за время 1 с:
1А = 1Кл/ 1 с.
Другое базовое определение создано с дополнительным использованием механических составляющих. В соответствии с ним, аналогичный ток создает силу взаимодействия 2*10-7 Ньютонов на каждый метр погонный конструкции, состоящей из двух параллельных проводников. Подразумевается размещение такого устройства в нейтральной среде (вакууме), полностью изолированной от внешних электромагнитных излучений.
Краткое описание
Увидеть невооружённым взглядом электрическое поле (ЭП) невозможно: его можно обнаружить в процессе воздействия на заряженные тела. Удивительно, но прямого касания может и не быть, так как должна присутствовать силовая природа. Ведь всем известно, что наэлектризованные волосы будут притягиваться к другим предметам. Многочисленные исследования смогли доказать, что аналогичный принцип действия имеют гравитационные поля. Этот феномен был впервые описан в законе Кулона.
Стандартная формула электрического поля выглядит так: F = d₁ d₂ / 4 π q q₀ r ².
Расшифровка:
- d₁ и d₂ — параметры разрядов в кулонах.
- q ₀ — этим символом может обозначаться только электрическая постоянная.
- q — показатель диэлектрической проницаемости.
- F — сила взаимодействия разных зарядов (может измеряться в ньютонах).
- r — расстояние между двумя рассматриваемыми объектами в метрах.
Благодаря формуле напряжённости электростатического поля можно определить тот факт, что чем дальше находиться от центра, тем меньше будет ощущаться его воздействие. Графически его можно изобразить в виде силовых линий. Итоговое их расположение напрямую зависит от геометрических параметров носителя.
На сегодняшний день специалисты научились выделять несколько разновидностей полей:
- Специфические неоднородное. Рассматривается поле вокруг шарообразного или же точечного заряда. Все силовые линии расходятся только в том случае, если этот параметр имеет положительное значение.
- Однородное поле. Все силовые линии располагаются исключительно параллельно друг другу. Эксперты утверждают, что идеальным является тот вариант, когда заряженные пластины бесконечны.
Индуцированные электрическим зарядом силовые линии относятся к замкнутому типу. Иная ситуация наблюдается только у вихревого поля, сформированного вокруг меняющегося магнитного потока.
Формулы для вычисления характеристик тока
Люмен — единица измерения светового потока
Если к проводнику подключить источник постоянного тока, базовые параметры можно вычислить с помощью классической формулы. Ток в амперах равен напряжению в вольтах, деленному на электрическое сопротивление в омах:
I = U/R.
Зависимость от мощности отображается следующим образом:
I = P/U = √P/R.
Простым преобразованием вычисляют другие величины:
- R=U/I=U2/P=P/I2;
- U= √P*R=I*R=P/U;
- P=I2*R=U2/I=U*I.
Графическое представление основных формул
К сведению. В цепях переменного тока учитывают синусоидальную форму сигнала. Активные нагрузки (конденсаторы, катушки) создают фазовый сдвиг между напряжением и током.
Магнитные величины
Магнетизм теснейшим образом связан с электричеством, поскольку и то, и другое представляют собой проявления единого фундаментального физического процесса – электромагнетизма. Поэтому столь же тесная связь свойственна методам и средствам измерения электрических и магнитных величин. Но есть и нюансы. Как правило, при определении последних практически проводится электрическое измерение. Магнитную величину получают косвенным путем из функционального соотношения, связывающего ее с электрической.
Эталонными величинами в данной области измерений служат магнитная индукция, напряженность поля и магнитный поток. Они могут быть преобразованы с помощью измерительной катушки прибора в ЭДС, которая и измеряется, после чего производится вычисление искомых величин.
- Магнитный поток измеряют посредством таких приборов, как веберметры (фотогальванические, магнитоэлектрические, аналоговые электронные и цифровые) и высокочувствительные баллистические гальванометры.
- Индукция и напряженность магнитного поля измеряются при помощи тесламетров, оснащенных преобразователями различного типа.
Измерение электрических и магнитных величин, состоящих в непосредственной взаимосвязи, позволяет решать многие научные и технические задачи, например, исследование атомного ядра и магнитного поля Солнца, Земли и планет, изучение магнитных свойств различных материалов, контроль качества и прочие.
Влияние силы тока на разные материалы
Одна и та же сила тока оказывает разное влияние при прохождении через различные материалы. Металлы, например, отличаются хорошей проводимостью. Примеси повышают сопротивление, поэтому для улучшения экономических показателей линии электропередач создают из хорошо очищенной меди. Полимерные соединения – диэлектрики, их часто используют для создания изоляции.
Вода проводит электрический ток, благодаря находящимся в ней ионам. Это свойство используют для фильтрации, создания тонких покрытий и автономных источников питания. Достаточно опустить в жидкость пластины с разноименными зарядами, чтобы обеспечить перемещение частиц в противоположных направлениях.
Слабым электрическим током стимулируют мозговую деятельность, оказывают стимулирующее воздействие на кожные покровы. Специализированные аппараты применяют в медицинских учреждениях и салонах красоты. Сильный ток опасен для человека, поэтому при работе с электричеством следует применять соответствующие средства защиты.
Изучение потенциала
Именно этот параметр считается распространённой характеристикой ЭП. Потенциал выступает в роли накопленной ценной энергии, используемой для перемещения различных зарядов. В итоге потенциал может весь израсходоваться, из-за чего его показатель будет равен нулю.
Процесс накопления происходит в обратном порядке. В качестве яркого примера можно использовать всё тот же заряд, но находящийся вне ЭП. Только когда определённая сила перемещает его внутрь и постепенно двигает там, появляется необходимый потенциал.
Если человек только столкнулся с этой отраслью и хочет в ней разобраться, то ему лучше представить обычную пружину. В спокойном состоянии у неё отсутствует какой-либо потенциал, из-за чего она может расцениваться только как небольшой металлический предмет. Но как только человек начнёт её постепенно сдавливать, будет образовываться потенциал. Если быстро отпустить пружину, то она мгновенно выпрямится и при этом сдвинет со своего пути все посторонние предметы.
Вам это будет интересно Принцип работы, назначение и сферы применения триггеров
Этот пример ярко демонстрирует то, что уровень потенциала всегда будет соответствовать приложенным усилиям на перемещение заряда. В современной науке этот показатель можно измерить в вольтах.
Неэлектрические величины
Удобство электрических методов дает возможность успешно распространять их и на измерения всевозможных физических величин неэлектрического характера, таких как температура, размеры (линейные и угловые), деформация и многие другие, а также исследовать химические процессы и состав веществ.
Приборы для электрического измерения неэлектрических величин обычно представляют собой комплекс из датчика – преобразователя в какой-либо параметр цепи (напряжение, сопротивление) и электроизмерительного устройства. Существует множество типов преобразователей, благодаря которым можно измерять самые разные величины. Вот лишь несколько их примеров:
- Реостатные датчики. В таких преобразователях при воздействии измеряемой величины (например, при изменении уровня жидкости или же ее объема) перемещается движок реостата, изменяя тем самым сопротивление.
- Терморезисторы. Сопротивление датчика в аппаратах этого типа изменяется под воздействием температуры. Применяются для измерения скорости газового потока, температуры, для определения состава газовых смесей.
- Тензосопротивления позволяют проводить измерения деформации проволоки.
- Фотодатчики, преобразующие изменение освещенности, температуры либо перемещение в измеряемый затем фототок.
- Емкостные преобразователи, используемые как датчики химического состава воздуха, перемещения, влажности, давления.
- Пьезоэлектрические преобразователи работают по принципу возникновения ЭДС в некоторых кристаллических материалах при механическом воздействии на них.
- Индукционные датчики основаны на преобразовании таких величин, как скорость или ускорение, в индуктированную ЭДС.
Развитие электроизмерительных средств и методов
Большое многообразие средств измерения электрических величин обусловлено множеством различных явлений, в которых эти параметры играют существенную роль. Электрические процессы и явления имеют чрезвычайно широкий диапазон использования во всех отраслях – нельзя указать такую область человеческой деятельности, где они не находили бы применения. Этим и определяется все более расширяющийся круг задач электрических измерений физических величин. Непрерывно растет разнообразие и совершенствование средств и методов решения этих задач. Особенно быстро и успешно развивается такое направление измерительной техники, как измерение неэлектрических величин электрическими методами.
Современная электроизмерительная техника развивается в направлении повышения точности, помехоустойчивости и быстродействия, а также все большей автоматизации измерительного процесса и обработки его результатов. Средства измерений прошли путь от простейших электромеханических приспособлений до электронных и цифровых приборов, и далее до новейших измерительно-вычислительных комплексов с использованием микропроцессорной техники. При этом повышение роли программной составляющей измерительных устройств является, очевидно, основной тенденцией развития.
