Как определяется сила тока: Сила тока. Амперметр — урок. Физика, 8 класс.

формула, единица измерения, определение простыми словами, прибор, какой буквой обозначается

Электричеством пользуются все и постоянно, поэтому знание его природы необходимо каждому. Разбираемся, каким прибором измеряется сила тока и какой буквой она обозначается. Наш эксперт поможет окончательно разобраться и сделать понятным физический смысл явления

Борис Михеев

Автор КП

Николай Герасимов

Старший преподаватель в Домашней школе по физике «ИнтернетУрок»

Электрический ток, текущий по проводу, можно сравнить с водой, текущей по шлангу. Струя воды может обладать как огромной силой, способной, например, сбить человека с ног, так и силой очень маленькой, как при капельном поливе, где её хватает лишь на то, чтобы капелька жидкости покинула шланг. Так вот, электрический ток тоже обладает силой.

Определение силы тока простыми словами

Сила тока – это упорядоченное движение заряженных частиц. Её величина может проявляться, например, в яркости лампы. Ток в мощном прожекторе обладает большой силой и совершает большую работу, что проявляется в том, что его лампа даёт много света. Лампа же ночника светит слабо, и в этом случае говорят, что сила тока маленькая.

Природа силы тока


Если посмотреть на определение силы тока, то можно выделить два условия, необходимые для его возникновения: наличие свободных зарядов и электрического поля, которое заставит двигаться все эти заряды в одну сторону, то есть упорядоченно. Например, в металлах такими свободными зарядами являются свободные электроны, которые очень плохо притягиваются к ядрам, и даже теплового движения достаточно, чтобы разорвать их связь. Таким образом, электрический ток имеет электромагнитную природу.


В ТЕМУ

Формула силы тока


I = N/t


Где:

I — собственно сила тока, Амперы;
N — количество электронов;
t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды.


Электромобиль — один из современных примеров использования электричества в нашей жизни. Фото: Pixabay.com

Единица измерения силы тока


Единица измерения силы тока – Ампер, одна из основных единиц системы СИ ⓘ.


Международная система единиц, СИ (Le Système International d’Unités — SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы.

Прибор для измерения силы тока


Приборы для измерения силы тока называются амперметры. Приборы для измерения малых токов порядка миллиампер (одна тысячная часть от ампера) или микроампер (одна миллионная часть от ампера) называются миллиамперметры и микроамперметры соответственно. Для измерения больших токов порядка килоампер (тысячи ампер) используют приборы, которые называются килоамперметры.


Популярные вопросы и ответы


На вопросы читателей отвечает Николай Герасимов, старший преподаватель в Домашней школе по физике «ИнтернетУрок»


Какой буквой обозначается сила тока?


Сила тока обозначается буквой I.


Какова сила тока в проводнике?


Токи, с которыми мы можем встретиться, могут быть от нескольких миллиампер до сотен тысяч ампер. Например, токи, текущие по проводам в наших домах, редко превышают значения в 10 ампер. Однако стоит сразу отметить, что ток силой несколько десятков миллиампер вызывает неприятные ощущения, а ток силой 0,1 А (Ампера) может быть смертельным для человека. Все мы пользуемся зарядными устройствами для мобильных телефонов, ток в которых может достигать 1-2 А, поэтому нужно быть аккуратными при зарядке телефонов и обязательно соблюдать меры предосторожности.

Как измерить силу тока мультиметром?


Сегодня электрики нередко используют мультиметры – приборы, которые позволяют измерять силу тока, напряжение, сопротивление, электроёмкость конденсаторов и так далее. Для измерения силы тока нужно правильно подключить провода и выставить соответствующий режим работы. В разных приборах могут быть различные способы включения, но сектор для измерения силы тока обычно обозначен буквой «А», а начинать нужно с режима для измерения максимального тока, иначе прибор может сгореть. Также следует помнить, что амперметр нельзя подсоединять к источнику тока без потребителей, например электрической лампы. То есть ни в коем случае нельзя щупы мультиметра, работающего в режиме амперметра, присоединять непосредственно к клеммам электрической розетки.


Фото на обложке: shutterstock.com


Сила тока — Самое простое объяснение, формула, единица измерения

Сила тока с точки зрения гидравлики

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как «сила тока«. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать.  Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород


Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг  — это провод, а вода в нем — электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.

А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.


В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.


Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет  в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод — это шланг. Тонкий провод — это тонкий в диаметре шланг, толстый провод — это толстый в диаметре шланг, можно сказать — труба. Молекулы воды — это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Сила тока — это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, «разрезал» его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

 

где

I — собственно сила тока, Амперы


N — количество электронов

t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды


Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

где

Δq  — это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt — тот самый промежуток времени, секунды

I — сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10^-19 Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅10¹⁸ электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.


Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅10¹⁸ электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока  — это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам,  Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову — это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу — это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум — это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе — это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет «протащить» через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его «порвет», то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

плавкий предохранитель

Как только сила тока через тонкий проводок  предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.

сгоревший плавкий предохранитель

Поэтому, силовые кабели,  через которые «бегут» сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.

Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.

таблица с удельным сопротивлением веществ

Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:

закон Ома

 

Задача

У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм² . Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?

задача на силу тока в проводнике

Решение:

 

Как измерить силу тока?

Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы — амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который  может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.

Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.

Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое «сила тока».

Напряженность электрического поля: определение, формула, единицы измерения

Точно так же, как гравитационная сила является следствием гравитационного поля, электрическая сила возникает из-за электрического поля. Однако электрическое поле обычно намного сильнее гравитационного поля, потому что гравитационная постоянная значительно меньше кулоновской постоянной.

Напряженность электрического поля — это интенсивность силы на единицу положительного заряда.

Любая заряженная частица создает вокруг себя электрическое поле, и если заряженная частица окажется рядом с другой частицей, произойдет взаимодействие.

Рис. 1. Любая заряженная частица создает электрическое поле, которое можно изобразить линиями.

Как правило, линии электрического поля направлены в сторону отрицательного заряда и в сторону от положительного заряда.

Напряженность электрического поля: Взаимодействие между электрическими полями

Еще одним отличием электрического поля от гравитационного является то, что электрическое поле может иметь положительное или отрицательное направление. С другой стороны, гравитационное поле имеет только положительное направление. Это удобный способ вычислить направление поля в любой момент времени в свободном пространстве.

Рис. 2. Силовые линии положительно заряженной частицы (слева) и отрицательно заряженной частицы (справа).

Чем плотнее расположены силовые линии, тем сильнее поле. Силовые линии также полезны, если много зарядов взаимодействуют друг с другом. Рисунок 3 представляет собой пример электрического диполя, так как заряды противоположны.

Рис. 3. Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, на что указывают силовые линии двух положительных зарядов.

Формула напряженности электрического поля

Мы можем измерить электрическое поле, создаваемое точечным зарядом, вычислив его напряженность электрического поля . Напряженность электрического поля — это сила, действующая на заряд +1 Кл (испытательный заряд), когда он помещен в электрическое поле.

E=FQ

Здесь E — напряженность электрического поля, измеряемая в ньютонах/кулонах, F — сила в ньютонах, а Q — заряд в кулонах.

Напряженность поля в первую очередь зависит от того, где в поле находится заряд. Если заряд находится там, где силовые линии плотнее, сила воздействия будет больше. Следует отметить, что приведенное выше уравнение справедливо для линейных полей.

Будем считать заряды точечными, что означает, что весь заряд сосредоточен в центре и имеет радиальное поле.

Рис. 4. Точечные заряды q ₁ , q ₂ и q ₃ в электрическом поле и действующие на них силы.

В радиальном электрическом поле напряженность электрического поля может быть представлена ​​как:

E=KcQr2

Здесь:

• E – напряженность электрического поля, измеряемая в ньютонах на кулон.
• K _c — постоянная Кулона со значением 8,99⋅10 ⁹ .
• Q — точечный заряд в кулонах.
• r — расстояние от точечного заряда в метрах.

Напряженность электрического поля подчиняется закону обратных квадратов: если расстояние от Q увеличивается, напряженность поля уменьшается.

Как мы можем использовать электрическое поле?

Если взять две заряженные пластины и приложить к ним напряжение, причем одна из них имеет положительный, а другая отрицательный заряд, то между пластинами будет индуцироваться электрическое поле, параллельное и равномерно распределенное.

Рис. 5. Напряженность электрического поля действует перпендикулярно пластинам.

Поскольку напряженность электрического поля представляет собой силу, с которой сталкивается заряд в 1 Кл, силу, действующую на положительно заряженную частицу, можно принять равной разности потенциалов, приложенной к пластинам. Следовательно, для примера на рис. 5 уравнение напряженности электрического поля имеет вид:

E=Vd

Здесь E — напряженность электрического поля (В/м или Н/Кл), V — разность потенциалов в вольтах, а d — расстояние между пластинами в метрах.

Итак, если мы поместим пробный заряд в однородное электрическое поле, на него будет действовать сила, направленная к отрицательному концу клеммы или пластины. И поскольку это поле оказывается однородным, напряженность электрического поля будет одинаковой независимо от того, в каком месте внутри поля находится пробный заряд.

Однородное электрическое поле — это электрическое поле, в котором напряженность электрического поля одинакова во всех точках.

Рис. 6. На пробный заряд действует сила внутри однородного поля.

Напряженность электрического поля: Пробный заряд входит в однородное поле со скоростью

Вышеприведенный сценарий относится к пробному заряду, помещенному в однородное электрическое поле. Но что, если заряд входит в электрическое поле с начальной скоростью?

Если заряд попадает в однородное электрическое поле с некоторой начальной скоростью, он будет искривляться, причем направление зависит от того, положительный или отрицательный заряд.

Заряд, входящий под прямым углом к ​​полю, ощущает на себе постоянную силу, действующую параллельно линиям поля внутри пластин. На рисунке 7 положительно заряженная частица входит в однородное электрическое поле под прямым углом и движется в том же направлении, что и силовые линии. Это заставляет положительный заряд ускоряться вниз по изогнутой параболической траектории.

Рис. 7. Положительный заряд следует по параболической траектории, если он входит под прямым углом к ​​полю. Источник: Усама Адил, StudySmarter.

Если заряд отрицательный, направление будет противоположно линиям поля.

Напряженность электрического поля — ключевые выводы

• Напряженность электрического поля — это сила, действующая на заряд +1 Кл (испытательный заряд), когда он помещен в электрическое поле.
• Любая заряженная частица создает вокруг себя электрическое поле.
• Точечные заряды ведут себя так, как будто весь заряд сосредоточен в их центре.
• Точечные заряды имеют радиальное электрическое поле.
• Между двумя противоположно заряженными пластинами создается однородное электрическое поле, направление линий электрического поля от положительной пластины к отрицательной.
• В однородном электрическом поле напряженность электрического поля одинакова по всему полю.
• Если заряд входит в однородное электрическое поле с некоторой начальной скоростью, он будет искривляться, причем направление зависит от того, положительный или отрицательный заряд.

Профилактика индукции желудочковой тахикардии во время программированной стимуляции правого желудочка путем электрокардиостимуляции с высокой силой тока в месте возникновения

. 1987 г., август; 76 (2): 332–42.

doi: 10.1161/01.cir.76.2.332.

Ф.Э. Марчлински, А.Э. Бакстон, Дж.М. Миллер, М.Э. Джозефсон

• PMID: 3608121
• DOI: 10.1161/01.cir.76.2.332

Ф.Э. Марчлински и соавт. Тираж. 1987 авг.

. 1987 г., август; 76 (2): 332–42.

doi: 10. 1161/01.cir.76.2.332.

Авторы

Ф. Э. Марчлински, А. Э. Бакстон, Дж. М. Миллер, М. Э. Джозефсон

• PMID: 3608121
• DOI: 10.1161/01.cir.76.2.332

Абстрактный

Чтобы определить, может ли электрокардиостимуляция с высокой силой тока в месте возникновения желудочковой тахикардии (ЖТ) предотвратить индукцию ЖТ, мы исследовали 11 ЖТ у 10 пациентов с хронической ишемической болезнью сердца. Место возникновения всех ЖТ в левом желудочке определяли с помощью эндокардиального катетерного картирования. Воспроизводимая индукция ЖТ из верхушки правого желудочка или выводного тракта была продемонстрирована при силе тока кардиостимуляции, равной удвоенному диастолическому порогу (меньше или равной 2,0 мА), с одиночной (две ЖТ), двойной (восемь ЖТ) или тройной (одна ЖТ).

) экстрастимулы после 8 ударов драйв-цикла продолжительностью от 400 до 600 мсек. После определения исходной зоны индукции ЖТ (диапазон от 10 до 80 мс) была предпринята попытка повторной индукции с одновременным выполнением стимуляции в течение 8-кратной стимуляции от места возникновения левого желудочка с использованием тока высокой силы (10 мА [1]. два ЖТ] или 20 мА [девять ЖТ]) и от исходного участка правого желудочка с силой тока, равной удвоенному диастолическому порогу. Экстрастимулы вводились только из правого желудочка в том же диапазоне интервалов сопряжения, что приводило к инициации ЖТ в исходном состоянии. В пяти из 11 испытаний не удалось инициировать ЖТ; в одном испытании зона индукции ЖТ была уменьшена с 80 до 10 мс; в трех испытаниях была инициирована только ЖТ другой морфологии и четкого (на расстоянии более 4 см) места возникновения; и в двух испытаниях была инициирована ЖТ той же морфологии. В четырех из пяти испытаний, в которых все ЖТ были предотвращены одновременной стимуляцией с высокой силой тока в месте возникновения, одновременной стимуляцией с более низкой силой тока (удвоенный диастолический порог) в месте возникновения (три ЖТ) или с одинаковой повышенная сила тока (от 10 до 20 мА) в неочаговых очагах (две ЖТ) не препятствовала инициации. Мы пришли к выводу, что: электрокардиостимуляция с высокой силой тока в месте возникновения во время трансмиссии может ингибировать индукцию ЖТ дополнительными стимулами, а успешное предотвращение ЖТ может зависеть от места возникновения стимуляции и силы тока, используемой во время стимуляции.

Похожие статьи

• Сброс желудочковой тахикардии с электрокардиографическим слиянием: частота и значение.

  Розенталь М.Э., Стамато Н.Дж., Алмендрал Дж.М., Готлиб К.Д., Джозефсон М.Э. Розенталь М.Е. и соавт. Тираж. 1988 март; 77 (3): 581-8. doi: 10.1161/01.cir.77.3.581. Тираж. 1988 год. PMID: 3342489

• Влияние места стимуляции на феномен сброса при желудочковой тахикардии.

  Розенталь М.Э., Стамато Н.Дж., Алмендрал Дж. М., Марчлински Ф.Е., Бакстон А.Е., Миллер Дж.М., Джозефсон М.Е. Розенталь М.Е. и соавт. Ам Джей Кардиол. 1986 1 ноября; 58 (10): 970-6. doi: 10.1016/s0002-9149(86)80021-2. Ам Джей Кардиол. 1986 год. PMID: 3776853

• Влияние сильного тока стимуляции на индукцию желудочковой тахикардии.

  Моради Ф., Дикарло Л.А. младший, Лием Л.Б., Крол Р.Б., Бэрман Дж.М. Моради Ф. и др. Ам Джей Кардиол. 1985 г., 1 июля; 56 (1): 73–78. doi: 10.1016/0002-9149(85)90569-7. Ам Джей Кардиол. 1985. PMID: 4014043

• Влияние повышенного тока, множественных мест стимуляции и количества экстрастимулов на индукцию желудочковой тахикардии.

  Herre JM, Mann DE, Luck JC, Magro SA, Figali S, Breen T, Wyndham CR. Herre JM и др. Ам Джей Кардиол. 1986 янв. 1; 57(1):102-7. doi: 10.1016/0002-9149(86)90960-4. Ам Джей Кардиол. 1986 год. PMID: 3942051

• Сброс шаблонов ответа во время устойчивой желудочковой тахикардии: связь с возбудимым промежутком.

  Almendral JM, Stamato NJ, Rosenthal ME, Marchlinski FE, Miller JM, Josephson ME. Альмендрал Дж. М. и соавт. Тираж. 1986 г., октябрь; 74 (4): 722-30. doi: 10.1161/01.cir.74.4.722. Тираж. 1986. PMID: 3757186

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Картирование преждевременной экстрастимульной стимуляции для определения источника преждевременной деполяризации желудочков.

  Маэда С., Сантанджели П., Садек М.М., Чик В.В., Марчлински Ф.Е. Маэда С.