Каква е силата на тока? Какво е електрически ток
Токът е движението на заредени частици в една посока. Можете да намерите силата на тока на практика, като използвате специални измервателни уреди или можете да го изчислите, като използвате вече получени готови формули, ако имате първоначалните данни.
Физическата величина, която показва заряда, който преминава през проводника за определена единица време, се нарича сила на тока. Основната формула, по която може да се изчисли тази сила е: I = q/t. Тоест съотношението на заряда, преминаващ през напречното сечение, към интервала от време, през който тече електричество, е равно на желаната стойност I.Обяснение на символите:
- I – обозначение на силата на електричеството, измерено в ампери (A) или 1 кулон/секунда;
- q – заряд, движещ се по проводника, мерна единица кулони (C);
- t – интервал на преминаване на заряда, измерен в секунди (s).
- E – електродвижеща сила, EMF, Volt;
- R – външно съпротивление, Ohm;
- r – вътрешно съпротивление, Ohm.
Законите на Ом са приложими за изчисляване на постоянен ток, но ако искате да знаете големината на мощността на променливо електричество, тогава получените стойности трябва да се разделят на корен от две.
Основните начини за определяне на текущата сила с помощта на инструментални системи на практика:- Магнитоелектрически метод за измерване, чието предимство е чувствителността и точността на показанията, както и ниската консумация на енергия. Този метод може да се използва само за определяне на големината на постоянен ток.
- Електромагнитно е определянето на силата на променливи и постоянни токове чрез метода на трансформация от електромагнитни магнитно полев сигнала на магнитния модулен сензор.
- Индиректно, с помощта на волтметър, напрежението се намира при определено съпротивление.
Определянето на консумирания ток не се изисква толкова често, колкото измерването на съпротивление или напрежение, но без да се намери физическата стойност на тока, е невъзможно да се изчисли консумацията на енергия.
16. Електрически ток. Текуща сила. Плътност на тока
Електрическият ток е насочено движение на електрически заредени частици под въздействието на електрическо поле.
Силата на тока (I) е скаларна величина, равна на съотношението на заряда (q), преминаващ през напречното сечение на проводника, към периода от време (t), през който протича токът.
I=q/t, където I е ток, q е заряд, t е време.
SI единица за ток: [I]=1A (ампер)
17. Източници на ток. Източник ems
Източник на ток е устройство, в което някакъв вид енергия се преобразува в електрическа енергия.
ЕМП е енергийната характеристика на източника. Това физическо количество, равно на съотношението на работата, извършена от външни сили при преместване на електрически заряд по затворена верига към този заряд:
Измерено във волтове (V).
Източникът на ЕМП е двуизводна мрежа, чието напрежение на клемите не зависи от тока, протичащ през източника, и е равно на неговия ЕМП. ЕДС на източника може да бъде зададена или постоянна, или като функция на времето, или като функция на външно управляващо влияние.
18. Закон на Ом : силата на тока, протичащ през хомогенна секция на проводник, е право пропорционална на спада на напрежението в проводника:
- Законът на Ом в интегрална форма R – електрическо съпротивление на проводника
Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича проводимост. Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича проводимост: реципрочната стойност на Ом се нарича Сименс [Sm].
- Законът на Ом в диференциална форма.
19. Обобщен закон на Ом
Обобщен закон на Омопределя връзката между основните електрически величини в секция от DC верига, съдържаща резистор и идеален източник на емф (фиг. 1.2):
Формулата е валидна за положителните посоки на спад на напрежението в участъка на веригата, показан на фиг. 1.2 ( Uab), идеален източник на ЕМП ( д) и положителна посока на тока ( аз).
Закон на Джаул-Ленц
Изразяване на закона на Джаул-Ленц
Интегрална форма на закона
Ако приемем, че силата на тока и съпротивлението на проводника не се променят с времето, тогава законът на Джаул-Ленц може да бъде написан в опростена форма:
Прилагайки закона на Ом и алгебричните трансформации, получаваме еквивалентните формули по-долу:
Еквивалентни изрази на топлина според закона на Ом
Словесна дефиниция на закона на Джаул-Ленц
Ако приемем, че силата на тока и съпротивлението на проводника не се променят с времето, тогава законът на Джаул-Ленц може да бъде написан в опростена форма:
20. Магнитно поле - силово поле, действащо върху движещи се електрически заряди и върху тела с магнитен момент, независимо от състоянието на тяхното движение; магнитна съставка на електромагнитното поле
Магнитно поле може да бъде създадено от ток от заредени частици и/или магнитни моменти на електрони (и магнитни моменти на други частици, които обикновено се проявяват в много по-малка степен) (постоянни магнити).
Освен това възниква в резултат на промяна на електрическото поле с течение на времето.
Основната якостна характеристика на магнитното поле е вектор на магнитна индукция (вектор на индукция на магнитно поле). От математическа гледна точка това е векторно поле, което определя и уточнява физическата концепция на магнитното поле. Често за краткост векторът на магнитната индукция се нарича просто магнитно поле (въпреки че това вероятно не е най-стриктната употреба на термина).
Друга фундаментална характеристика на магнитното поле (алтернативна на магнитната индукция и тясно свързана с нея, почти равна на нея по физическа стойност) е векторен потенциал .
Заедно, магнитни иелектрическиформа на полетаелектромагнитно поле, чиито прояви са, в частностсветлинаи всички другиелектромагнитни вълни.
Създава се (генерира) магнитно полеток на заредени частициили се променя с времетоелектрическо поле, или собственимагнитни моментичастици (последните, в името на еднаквостта на картината, могат формално да бъдат сведени до електрически токове)
Графично представяне на магнитни полета
Линиите на магнитната индукция се използват за графично представяне на магнитни полета. Линия на магнитна индукция е линия, във всяка точка на която векторът на магнитната индукция е насочен тангенциално към нея.
За измерване на тока се използва измервателно устройство, наречено. Силата на тока трябва да се измерва много по-рядко от напрежението или съпротивлението, но въпреки това, ако трябва да определите консумацията на енергия на електрически уред, тогава без да знаете количеството ток, което консумира, мощността не може да бъде определена.
Токът, подобно на напрежението, може да бъде постоянен или променлив и за измерване на техните стойности са необходими различни измервателни уреди. Токът се обозначава с буквата аз, а към числото, за да е ясно, че това е текущата стойност, се добавя буква А. Например I=5 A означава, че токът в измерената верига е 5 ампера.
На измервателни уредиза измерване на променлив ток буквата А се предхожда от знака " ~ ", а предназначените за измерване на постоянен ток са поставени " – ". Например, -Аозначава, че устройството е предназначено за измерване на постоянен ток.
Можете да прочетете какво е ток и законите на неговото протичане в популярна форма в статията на уебсайта „Законът за силата на тока“. Преди да направите измервания, горещо ви препоръчвам да прочетете тази кратка статия. Снимката показва амперметър, предназначен за измерване на постоянен ток до 3 ампера.
Схема за измерване на ток с амперметър
Съгласно закона токът протича през проводници във всяка точка на затворена верига със същата величина. Следователно, за да измерите текущата стойност, трябва да свържете устройството, като прекъснете веригата по всяко време удобно местоположение. Трябва да се отбележи, че при измерване на текущата стойност няма значение какво напрежение се прилага към електрическата верига. Източникът на ток може да бъде 1,5 V батерия, 12 V автомобилна батерия или 220 V или 380 V домакинско захранване.
Диаграмата за измерване също показва как е показан амперметърът електрически схеми. Това е главна буква А, заобиколена от кръг.
Когато започнете да измервате тока във верига, е необходимо, както при всички други измервания, да подготвите устройството, т.е. да поставите превключвателите в позиция за измерване на тока, като вземете предвид неговия тип, постоянен или променлив. Ако очакваната стойност на тока не е известна, превключвателят се настройва на позиция за измерване на максимален ток.
Как да измерим консумацията на ток на електрически уред
За удобство и безопасност при измерване на консумацията на ток от електрически уреди е необходимо да се направи специален удължителен кабел с два гнезда. от външен виддомашният удължител не се различава от обикновения удължител.
Но ако премахнете капаците от гнездата, не е трудно да забележите, че техните клеми не са свързани паралелно, както при всички удължители, а последователно.
Както можете да видите на снимката, мрежовото напрежение се подава към долните клеми на гнездата, а горните клеми са свързани помежду си с джъмпер, изработен от тел с жълта изолация.
Всичко е готово за измерване. Поставете щепсела на електроуреда в някой от контактите, а сондите на амперметъра в другия контакт. Преди измерванията е необходимо да настроите превключвателите на устройството в съответствие с вида на тока (AC или DC) и на максималната граница на измерване.
Както се вижда от показанията на амперметъра, текущата консумация на устройството е била 0,25 A. Ако скалата на устройството не позволява директно отчитане, както в моя случай, тогава е необходимо да се изчислят резултатите, което е много неудобно. Тъй като границата на измерване с амперметър е 0,5 A, за да разберете стойността на деленето, трябва да разделите 0,5 A на броя деления на скалата. За този амперметър излиза 0,5/100=0,005 А. Стрелката се е отклонила с 50 деления. Сега ви трябват 0,005×50=0,25 A.
Както можете да видите, вземането на текущи показания от циферблатите е неудобно и лесно можете да направите грешка. Много по-удобно е да използвате цифрови инструменти, като мултицет M890G.
На снимката е показан универсален мултиметър, включен в режим на измерване на променлив ток до граница от 10 A. Измереният ток, консумиран от електрическия уред, е 5,1 A при захранващо напрежение 220 V. Следователно уредът консумира 1122 W мощност.
Мултиметърът има два сектора за измерване на ток, обозначени с букви а-за DC и Ах~за измерване на променлива. Ето защо, преди да започнете измерванията, трябва да определите вида на тока, да оцените неговата величина и да поставите стрелката на превключвателя в подходящата позиция.
Букса за мултицет с надпис COMе общ за всички видове измервания. Маркирани гнезда mAИ 10Аса предназначени само за свързване на сонда при измерване на ток. За измерен ток под 200 mA щепселът на сондата се поставя в mA гнездо, а за ток до 10 A - в 10 A гнездо.
Внимание, ако измервате ток, който е многократно по-голям от 200 mA, когато щепселът на сондата е в mA гнездото, мултиметърът може да се повреди.
Ако стойността на измерения ток не е известна, тогава измерванията трябва да започнат, като зададете границата на измерване на 10 A. Ако токът е по-малък от 200 mA, тогава превключете устройството в подходящо положение. Превключването на режимите на измерване на мултицет може да се извърши само чрез изключване на измерваната верига..
Изчисляване на мощността на електрически уред на базата на консумация на ток
Познавайки текущата стойност, можете да определите консумацията на енергия от всеки консуматор на електрическа енергия, било то електрическа крушка в кола или климатик в апартамент. Достатъчно е да се използва прост законфизика, която е създадена едновременно от двама физици, независимо един от друг. През 1841 г. Джеймс Джаул, а през 1842 г. Емил Ленц. Този закон е кръстен на тях - Закон на Джаул-Ленц.
Ослепителна светкавица, търкалящи се гръмотевици. Дълго време човечеството е наблюдавало тези страховити природни явления и, без да ги разбира, е изпитвало страх от тях. И преди малко повече от сто години хората научиха електрическите сили на природата да служат на себе си.
Експресна физика
В природата има малки заредени частици. Има частици, които са заредени и имат заряд със знак плюс, а има частици, които имат отрицателен заряд със знак минус. Частиците, които имат отрицателен заряд, се наричат електрони. Те могат да работят върху метални проводници. И учените нарекоха този поток от заредени частици електрически ток.
Какви характеристики има токът? Първо, това е силата на тока и неговата плътност, и второ, това е текущата мощност. Ще разгледаме плътността и мощността на тока в друга статия; сега нека насочим вниманието си към силата на тока. Нека да разгледаме какво е това, какво определение и значение има това количество във физиката. Какви обозначения се използват за ток? Как да намерите силата на тока? Нека научим интересни и образователни факти за силата на тока.
Формулен език
Силата на тока е физическа величина, която определя не разнообразието от частици, преминали през напречното сечение на проводника, а общия заряд, който се прехвърля през проводника за единица време. Изглежда така:
- I=q/t
Където I е нашата сила на тока, измерена в ампери (A), q е зарядът, който преминава през проводника, неговите мерни единици са кулон (C), а t е времето за наблюдение, измерено в секунди (s).
И според закона на Ом, токът може да се определи, както следва, и за това ще трябва да знаем напрежението на електрическата секция U, измерено във волтове (V), и неговото съпротивление R, измерено в ома (Ohm):
- I=U/R
Как можем да определим силата на тока, ако не знаем заряда, преминаващ през проводника? Как да намерим текущата сила, ако това не е училищен проблем? За това има специално устройство - амперметър. За да определим силата на тока, трябва да свържем нашето устройство последователно с участъка от веригата, в който измерваме силата на тока. Да можеш да определиш текущата сила е много важно и просто необходимо в Ежедневието. Ток от 0,01 ампера не се усеща или усеща, но много слабо. Но ток от 0,1 ампера води до големи смущения в човешкото тяло. И ток над 0,2 ампера е фатален, което води до тежки изгаряния и спиране на дишането. Бъдете изключително внимателни и внимателни със силата на тока!
За да изберете кабел, напречно сечение на проводника, защитни превключватели, трябва да изчислите силата на тока. Окабеляването и машините с неправилно избрани индикатори са опасни: може да възникне късо съединение и пожар.
Когато говорим за електрически уреди, мрежите на първо място споменават напрежението. Стойността му е посочена във волтове (V), означена с U. Индикаторът за напрежение зависи от няколко фактора:
- материал за окабеляване;
- устойчивост на устройството;
- температура.
Един от основните показатели на електричеството е напрежението.
Има различни видове напрежение – постоянно и променливо. Постоянно, ако към единия край на веригата се подава отрицателен потенциал, към другия се подава положителен потенциал. Най-достъпният пример за постоянно напрежение е батерията. Товарът се свързва при спазване на полярността, в противен случай устройството може да се повреди. D.Cневъзможно е да се предава на значителни разстояния без загуба.
Променливият ток възниква, когато неговата полярност постоянно се променя. Броят на промените се нарича честота и се измерва в херци. Променливите напрежения могат да се предават много далеч. Използвайте рентабилно трифазни мрежи: в тях минимални загубиелектричество. Изработени са от четири проводника: трифазен и неутрален. Ако погледнете електропровода, ще видите 4 проводника между полюсите. От тях два се подават към къщата - фазов ток от 220 V. Ако свържете 4 проводника, потребителят ще получи линеен ток от 380 V.
Характеристиките на електричеството не се ограничават до напрежение. Силата на тока в ампери (A) е важна, обозначението е латинско I. То е едно и също навсякъде във веригата. За измерване се използват амперметър, милиамперметър и мултиметър. Токът може да бъде много голям, хиляди ампера, и малък – милионни части от ампера. Ниската мощност се измерва в милиампери.
Амперметърът се използва за измерване на ток
Движението на електричество през всеки материал предизвиква съпротивление. Изразява се в омове (Ohm), означени с R или r. Съпротивлението зависи от напречното сечение и материала на проводника. За характеризиране на съпротивлението различни материали, се използва терминът съпротивление. Медта има по-ниско съпротивление от алуминия: съответно 0,017 и 0,03 ома. Късият проводник има по-малко съпротивление от дългия проводник. Дебелият проводник има по-малко съпротивление от дебелия проводник.
Характеристиките на всяко устройство съдържат индикации за мощност (ватове (V) или киловати (kW). Мощността се обозначава с P и зависи от напрежението и тока. Поради съпротивлението на окабеляването, енергията се губи частично - изисква се повече ток от източника, отколкото е необходимо.
Как да изчислим тока с помощта на закона на Ом
При две известни количества винаги можете да намерите трето. За изчисления най-често се използва законът на Ом с три величини: ток, напрежение, съпротивление: I = U/R.
Използва се за верига с натоварване от нагревателни елементи, електрически крушки и резистори с активно съпротивление.
Ако има бобини, кондензатори, това вече е реактивно съпротивление, обозначено с X. Бобините създават индуктивно реактивно съпротивление (XL), кондензаторите създават капацитивно реактивно съпротивление (XC). Силата на тока се изчислява по формула, която също се основава на закона на Ом: I=U/X.
Първо се определят индуктивното и капацитивното съпротивление; заедно те съставляват реактивното съпротивление (C+L).
Индуктивната се изчислява: XC=1/2πfC. За изчисляване на капацитета използваме формулата XL=2πfL.
Когато полагате електрически кабели, първо трябва да разберете силата на тока. Грешките могат да доведат до проблеми - окабеляването и контактите се стопяват. Ако действително надвиши изчислената стойност, окабеляването се нагрява, стопява или се счупва или късо. Трябва да се смени, но това не е най-неприятното - възможен е и пожар.
Когато инсталирате окабеляване, трябва да знаете силата на тока
Мрежовият ток за практически нужди се намира, като се знае мощността на устройствата: I=P/U, където P е мощността на консуматора. Реално се отчита факторът на мощността - cos φ. За еднофазна мрежа: I = P/(U∙cos φ),
трифазен – I = P/(1,73∙U∙cos φ).
За една фаза U се приема 220, за три - 380. Коефициентът на повечето устройства е 0,95. Ако свържете електрически двигател, заваряване, дросел, коефициентът е 0,8. Замествайки 0,95, за еднофазна мрежа се оказва:
I = P/209, трифазен – I = P/624. Ако коефициентът е 0,8, за два проводника: I = P/176, за четири: I = P/526.
Трифазният ток е три пъти по-малък, товарът се разпределя равномерно между фазите. При изчисляване на натоварването се осигурява резерв от 5%, за двигатели и заваръчни агрегати - 20%.
Понякога устройствата се използват едновременно. За да се изчисли натоварването, токовете на устройствата се сумират. Подходът е възможен, ако имат подобен фактор на мощността. За потребители с различни коефициенти се използва средният показател. Понякога еднофазните и трифазните продукти са свързани към трифазна система. Когато изчислявате тока, добавете всички натоварвания.
Токът, протичащ през окабеляването, го загрява. Степента на нагряване зависи от неговата якост и напречното сечение на окабеляването. Правилно избраният не загрява много. Ако токът е голям, окабеляването е с недостатъчно напречно сечение, става много горещо, изолацията се топи и е възможен пожар. За правилен изборсекциите използват PUE таблици.
Напречното сечение на проводника и токът определят степента на нагряване на окабеляването
Да предположим, че трябва да свържете електрически котел с мощност 5 kW. Използваме меден трижилен кабел в ръкав. Извършваме изчисленията: 5000/220 = 22,7. Подходяща стойноств таблица 27 А, сечение 4 mm2, диаметър - 2,3 mm. Разделът винаги се избира с малък марж за пълна гаранция. Сега има увереност, че проводниците няма да прегреят или да се запалят.
За защита на мрежата се използват предпазители. Те работят по такъв начин, че при определен ток предпазителят се стопява и прекъсва веригата. Следователно пирон или първият, който се появи Меден проводникНе можете да го използвате вместо предпазител, някой ден това ще доведе до сериозни проблеми. Ако необходимият предпазител не е наличен, използвайте меден проводник с подходящ диаметър, като използвате таблицата.
Предпазителите постепенно изчезват, те са заменени с верижни прекъсвачи. Изборът им не е толкова лесен, колкото изглежда. Да кажем, че окабеляването е проектирано за 22 A, най-близкият прекъсвач е 25 A. И така, трябва ли да го инсталираме? Оказва се, че не. Обозначението C25 изобщо не означава, че при 26 ампера ще прекъсне веригата. Дори ако натоварването надвишава стойността с един и половина пъти, то няма да изключи веднага мрежата. Ще се загрее и ще работи след около две минути.
Трябва да инсталирате машина с по-нисък номинал. Най-близкият е C16. Може да изключи мрежата на 17 А и на 24 и никой няма да каже колко време ще отнеме. Задействането се влияе от много фактори. Устройството има две защити – електромагнитна и термична. Електромагнитната защита изключва мрежата за 0,2 секунди в случай на значително претоварване.
Трябва да изберете машина, която работи с възможно най-ниския ток.
Друг тип устройство за изключване е RCD. Липсва термична и електромагнитна защита. Посочената номинална стойност служи за определяне на тока, който RCD ще издържи без повреда. Така че е логично да настроите машината на максимален ток след RCD. Има защитни устройства, които представляват симбиоза на автоматична машина с RCD - дифавтомати.