Электрический ток: определение, единица измерения, формула, типы (с примерами)

Электрический заряд. Какую автоматическую реакцию вызывает эта фраза, когда вы ее читаете? Может быть, ощущение покалывания или образ молнии, раскалывающего небо? Красочный дисплей мигающих огней в таком городе, как Париж или Лас-Вегас? Возможно, даже насекомое, которое каким-то образом светится в темноте, пробираясь через ваш лагерь?

До недавних столетий ученые не только не имели возможности измерить скорость света, но и не знали, какие физические явления лежат в основе того, что сейчас известно как «электричество». В 1800-х годах физики впервые узнали о мельчайших частицах, участвующих в потоке тока (свободные электроны), а также о природе сил, заставляющих их двигаться. Было ясно, что электричество может принести значительную пользу, если оно может быть безопасно «изготовлено» или «захвачено», а электрическая энергия используется для выполнения работы.

Поток электрического заряда легко возникает в веществах, классифицируемых какпроводящие материалы, в то время как это затруднено у тех, кто известен как

​Электрический ток- средняя скорость потока электрического заряда (т. е. заряда в единицу времени) через точку в пространстве. Это обвинение несетэлектроныдвижение по проводу в электрической цепи. Чем больше электронов проходит через эту точку за секунду, тем больше величина тока.

Единицей измерения тока в системе СИ является ампер (А), часто неофициально называемый «ампер». Сам электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

• Заряд одного электрона -1,60 × 10^-19 C, в то время как напротонравно по величине, ноположительныйв знак. Это число считаетсяфундаментальный заряд​ ​е. Таким образом, основная единица ампер - кулоны в секунду (Кл / с).

Условно,электрический ток течет в направлении, противоположном потоку электронов. Это связано с тем, что направление тока было описано до того, как ученые узнали, какие носители заряда двигались под действием электрического поля. Для всех практических целей положительные заряды, движущиеся в положительном направлении, предлагают те же физические свойства. (расчетный) результат, когда отрицательные заряды движутся в отрицательном направлении, когда дело доходит до электрического Текущий.

Электроны движутся к положительному выводу в электрической цепи. Таким образом, поток электронов или движущийся заряд находится далеко от отрицательного вывода. Движение электронов в медной проволоке или другом проводящем материале также вызываетмагнитное полекоторый имеет направление и величину, определяемые направлением электрического тока и, следовательно, движением электронов; это принцип, на которомэлектромагнитпостроено.

Для базового сценария обычного тока, при котором заряд движется по проводу, формула для тока имеет следующий вид:

гдеп- количество зарядов на кубический метр (м³), ​еэто основной заряд,А- площадь поперечного сечения провода, а​v_d​этоскорость дрейфа​.

Хотя ток имеет как величину, так и направление, это скалярная величина, а не векторная величина, поскольку она не подчиняется законам векторного сложения.

​Закон Омадает формулу для определения тока, который будет течь через проводник:

гдеVэтоНапряжение, или жеразность электрических потенциалов, измеряется в вольтах, ирэлектрическийсопротивлениек текущему потоку, измеренному вОм​ (Ω).

Подумайте о напряжении как о «тянущей силе» (хотя эта «электродвижущая сила» не является буквально силой), специфичной для электрических зарядов. Когда противоположные заряды разделены, они притягиваются друг к другу таким образом, что уменьшается с увеличением расстояния между ними. Это примерно аналог гравитационной потенциальной энергии в классической механике; гравитация «хочет» падения высоких предметов на Землю, а напряжение «хочет», чтобы разделенные (противоположные) заряды столкнулись вместе.

Вольт эквивалентны джоулям на кулон, или Дж / Кл. Таким образом, у них есть единицы энергии на единицу заряда. Таким образом, ток, умноженный на напряжение, дает единицы (Кл / с) (Дж / Кл) = (Дж / с), что переводится в единицы (в данном случае электрической) мощности:

Объединение этого с законом Ома дает начало другим полезным математическим соотношениям, связанным с протеканием тока: P = I²R и P = V²/R. Они показывают, среди прочего, что при фиксированном уровне тока мощность пропорциональна сопротивлению, тогда как при фиксированном напряжении мощность равнаобратнопропорционально сопротивлению.

В то время как движущиеся заряды (ток) индуцируют магнитное поле, магнитное поле само может индуцировать напряжение в проводе.

• ​Постоянный ток (DC):Это происходит, когда все электроны непрерывно движутся в одном направлении. Это тип тока в цепи, подключенной к стандартной батарее. Батареи, конечно, могут обеспечивать и обеспечивают лишь исчезающе малое количество энергии, необходимой для питания человека. цивилизации, хотя постоянно улучшающиеся технологии в области солнечных батарей обещают лучший потенциал для хранилище энергии.
• ​Переменный ток (AC):Здесь электроны колеблются взад и вперед (в некотором смысле "покачиваются") очень быстро. Этот тип тока часто легче генерировать на электростанции, и он также приводит к меньшим потерям энергии на большом расстоянии, поэтому он является стандартом, используемым сегодня. Все лампочки и другие электроприборы в стандартном доме начала 21 века питаются от сети переменного тока.

При переменном токе напряжение изменяется синусоидальным образом и подается в любое время.твыражением V = V₀sin (2πft), гдеV₀начальное напряжение иж- частота или количество полных циклов напряжения (от максимального до минимального и обратного к максимальному значению) в каждую секунду.

Амперметр - это устройство, которое используется для измерения тока путем последовательного, а не параллельного, соединения в электрическую цепь. (Параллельная схема имеет несколько проводов между соединениями - другими словами, у источника питания, конденсаторов и резисторов. - в цепи.) Он работает по тому принципу, что ток одинаков во всех частях провода между двумя переходы.

Амперметр имеет заведомо низкое внутреннее сопротивление и настроен наполное отклонение(FSD) при заданном уровне тока, часто 0,015 А или 15 мА. Если вы знаете напряжение и управляете сопротивлением с помощью функции шунтирующего сопротивления амперметра, вы можете определить ток; вы знаете, какова стоимость текущего потокадолжениспользовать закон Ома.

1. Вычислите скорость дрейфа электронов в цилиндрическом медном проводе радиусом 1 мм (0,001 м), по которому течет ток 15 А, учитывая, что для меди n = 8,342 × 10²⁸ Эм³.

ПлощадьАсечения провода πr², или π (0,001)² = 3.14 10^-6 м².

• Отрицательный знак указывает на то, что направление противоположно направлению тока, как и ожидалось для электронов.

2. Найдите ток I в цепи на 120 В, в которой последовательно подключены резисторы сопротивлением 2, 4 и 6 Ом.

Последовательные резисторы являются просто аддитивными (в параллельных цепях сумма общего сопротивления является суммой обратных величин отдельных значений сопротивления). Таким образом:

3. Цепь имеет полное сопротивление 15 Ом и ток 20 А. Какие мощность и напряжение в этой цепи?