Электрический ток и единицы его измерения

При входе в темное помещение мы нажимаем клавишу, и в квартире становится светло и уютно. Что же происходит в такой привычной и обыденной ситуации?

Многие предполагают, что все элементарно просто, при включении замкнулась цепь и электрический ток побежал по нити накала, она разогрелась и лампочка дала нам свет. Все верно, но термин электрический ток неясен.

Если Вы помните, когда то мы учили физику, там был такой параграф «Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов». Еще один вопрос, а что же такое электрические заряды? Вопросов возникает все больше, стоит переходить к их детальному рассмотрению. Истории изучения электрических явлений началась с момента обнаружения, что два легких бумажных шарика подвешенных на тонких нитях, могут отталкиваться или притягиваться круг к другу.

Припоминаете в школе, нам показывали, как эбонитовую палочку натирают шерстяной тканью и прикасаются к шарикам поочередно к одному и другому и в этот момент наблюдается отталкивание. Для объяснения этого явления и было введено понятие электрического заряда имеющего положительный или отрицательный знак. Проведенные исследования показали, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Проведя многочисленных опытов подтверждающих существование положительных и отрицательных зарядов, также ученные обнаружили и порцию заряда имеющий называние «элементарный электрический заряд» (обозначается буквой е) величиной равной 1,6.10-19 Кл. Для того что бы понять что это за величина представьте себе что за одну секунду  через нить накала проходит три миллиарда миллиардов элементарных электрических зарядов. В данной формуле единица измерения носит имя Кулона французского физика. Элементарный электрический заряд с минусом называется электрон, который был найден физиком Джозеф Джон Томсон, в 1897 г., с плюсом был обнаружен чуть позже физиком Эрнест Резерфорд, в 1919 г. и имеет название протон и позитрон. Опытами было доказано, что любой заряд кратный элементарному электрическому заряду или со знаком плюс или минус, из этого получается 1е = 1,6. 10-19 Кл. Как мы поняли, сразу были найдены электрические заряды, следующим шагом ученных было изучение их движению и явлениям которые происходят во время движения.

Как мы учили направленное движение заряженных частиц, и называется электрическим током. Такими заряженными частицами в проводниках – веществах, проводящих электрический ток, – являются электроны, а в жидкостях и газах – еще и заряженные ионы – атомы, лишенные одного или нескольких электронов (либо наоборот, имеющие лишние электроны). Для создания электрического тока в проводнике, надо сформировать электрическое поле, которое поддерживается источниками электрического тока. Ток может быть постоянный, величина которого не меняется во времени, либо переменным у которого направление и величина меняется с течением времени. Частота переменного тока — количество циклов электрического тока за определенную единицу времени, измеряется в Герцах. Сила тока — физическая величина равная отношению количества заряда, проходящего определенный участок времени через проводник. Сила тока измеряется в Амперах (амперметром). Мощность тока работа выполняемая частицами электрического тока, против электрического сопротивления, в результате получается тепловая энергия. Более просто сказать мощность тока, это количество выделяемого тепла за единицу времени измеряется в Ваттах.

Напряжение тока — это отношение тока к заряду на определённом участке цепи. Заряд измеряется в Кулонах, работа в Джоулях, так мы можем узнать величину напряжения 1Дж/1Кл, так получается значение равное 1 Вольту, это основная единица в котором измеряется напряжение. Электрическое сопротивление — Георг Симон Ом ставя опыты, наблюдал, как разные приборы показывают различную силу тока, в разных электрических цепях. Так была выдвинута теория, что различные проводники имеют разное электрическое сопротивление и вычисляется по формуле R=L/S, где L — длина проводника, S — площадь поперечного

сечения. Сопротивление измеряется в Омах.

Вы находитесь на сайте дипломированных специалистов электромонтажных работ, с четвертой формой допуска. Мы готовы предоставить Вам свои услуги электрика в Киеве и области, начиная от установки розетки или выключателя, заканчивая электромонтажом квартиры, дома или бани. Воспользовавшись услугами профессионалов, Ваши проблемы с электричеством будут качественно и быстро устранены, Вы сэкономите личное время плюс безопасность Вашего жилья. Вы также сэкономите на расходах воспользовавшись услугой электрик на дом, так как ремонт электрики требует набор специального дорогостоящего оборудования и инструментов. Даже простой ремонт электрики в квартире или доме требует от человека профессиональных знаний и навыков. Поэтому мы советуем Вам вызвать электрика на дом, и Вы будете довольны работой наших специалистов.

величина, направление, единица измерения — Студопедия

Поделись  

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, в процессе которого происходит перенос электрического заряда.

В металлическом проводнике, например, такими частицами являются свободные электроны. Они находятся в постоянном тепловом движении. Это движение происходит с высокой средней скоростью, но в силу его хаотичности не сопровождается переносом заряда. Выделим мысленно в проводнике элемент поверхности dS: за любой промежуток времени число электронов преодолевших эту поверхность слева направо будет в точности равно числу частиц прошедших через эту поверхность в обратном направлении. Поэтому заряд, перенесённый через эту поверхность, окажется равным нулю.

Ситуация изменится, если в проводнике появится электрическое поле. Теперь носители заряда будут участвовать не только в тепловом, но и в упорядоченном, направленном движении. Положительно заряженные носители будут двигаться по направлению поля, а отрицательные — в противоположном направлении.

В общем случае в переносе заряда могут принимать участие носители обоих знаков (например, положительные и отрицательные ионы в электролите).

Электрический ток может быть постоянным или переменным.

Постоянный ток — электрический ток, направление и величина которого не меняются во времени.

Переменный ток — электрический ток, величина и направление которого меняются с течением времени.

Основные физические величины:

Схема измерения силы тока.

Разность потенциалов (обозначение U). Поскольку генераторы действуют на электроны подобно водяному насосу, существует разность на его клеммах, которая и называется разностью потенциалов. Выражается она в вольтах (обозначение В). Если мы с вами измерим вольтметром разность потенциалов на входном и выходном соединении электроприбора, то увидим на нем показания 230-240 В. Обычно эта величина называется напряжением.

Сила тока (обозначение I). Допустим, когда подключают лампу к генератору, создается электрическая цепь, которая проходит через лампу. Поток электронов течет через провода и через лампу. Сила данного потока выражается в амперах (обозначение А).

Сопротивление (обозначение R). Под сопротивлением обычно понимают материал, который позволяет электрической энергии преобразовываться в тепловую. Сопротивление выражается в омах (обозначение Ом). Сюда можно добавить следующее: если сопротивление возрастает, то сила тока уменьшается, так как напряжение остается постоянным, и наоборот, если уменьшить сопротивление , то сила тока возрастет.

Мощность (обозначение Р). Выражается в ваттах (обозначение Вт) — она определяет количество энергии, потребляемой прибором, который в данный момент подключен к вашей розетке.

Направление

За направление тока принимают направление движения положительно заряженныхчастиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направлениетока считают противоположным направлению движения частиц.

Единица измерения

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах. Ампер является одной из семи основных единиц СИ. Один ампер — это сила постоянного тока, при котором заряд, равный одному кулону проходит через поперечное сечение за одну секунду. Ампер можно также определить как силу такого тока, который при прохождении по двум параллельным прямым проводникам бесконечной длины и малого диаметра, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывает на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 0,2 мкH.



Руководство по измерению тока

— Как измеряется ток?

Методы измерения тока
Существует два основных способа измерения тока: один основан на электромагнетизме и связан с измерителем с ранней подвижной катушкой (Д’Арсонваля), а другой основан на основной теории электричества, теории Ома. закон.

Измеритель Дарсонваля/Гальванометр
Измеритель Дарсонваля — это тип амперметра, который представляет собой прибор для обнаружения и измерения электрического тока. Это аналоговый электромеханический преобразователь, который создает вращательное отклонение через ограниченную дугу в ответ на электрический ток, протекающий через его катушку.

Форма Дарсонваля, используемая сегодня, состоит из небольшой вращающейся катушки проволоки в поле постоянного магнита. Катушка прикреплена к тонкой стрелке, пересекающей калиброванную шкалу. Крошечная торсионная пружина тянет катушку и указатель в нулевое положение.

Когда через катушку протекает постоянный ток, катушка создает магнитное поле. Это поле действует против постоянного магнита. Катушка закручивается, упираясь в пружину, и перемещает стрелку. Стрелка указывает на шкалу, показывающую силу тока. Тщательная конструкция полюсных наконечников обеспечивает однородность магнитного поля, так что угловое отклонение указателя пропорционально току.

Прочие амперметры
По сути, большинство современных амперметров основаны на фундаментальной теории электричества — законе Ома. Современные амперметры, по сути, представляют собой вольтметры с прецизионным резистором, и, используя закон Ома, можно выполнить точное, но экономически эффективное измерение.

Закон Ома. Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален разности потенциалов (другими словами, падению напряжения или напряжению) в двух точках и обратно пропорционален сопротивление между ними.

Математическое уравнение, описывающее это соотношение:

I = V/R

где I — ток в амперах, V — разность потенциалов между двумя интересующими точками в вольтах, а R — параметр цепи, измеряемый в ом (что эквивалентно вольтам на ампер), называется сопротивлением.

Работа амперметра. Современные амперметры имеют внутреннее сопротивление для измерения тока в определенном сигнале. Однако, когда внутреннего сопротивления недостаточно для измерения больших токов, необходима внешняя конфигурация.

Для измерения больших токов можно подключить прецизионный резистор, называемый шунтом, параллельно измерителю. Большая часть тока протекает через шунт, и лишь небольшая его часть проходит через счетчик. Это позволяет измерителю измерять большие токи.

Допустим любой резистор, если максимальный ожидаемый ток, умноженный на сопротивление, не превышает входной диапазон амперметра или устройства сбора данных.

При измерении тока таким способом следует использовать резистор наименьшего возможного значения, поскольку это создает наименьшие помехи для существующей цепи. Однако меньшие сопротивления создают меньшие падения напряжения, поэтому вы должны найти компромисс между разрешением и помехами в цепи.

На рис. 2 показана общая схема измерения тока через шунтирующий резистор.

Рис. 2. Подключение шунтирующего резистора к измерительному устройству

При таком подходе ток фактически направляется не на амперметр/плату сбора данных, а через внешний шунтирующий резистор. Максимальный ток, который вы можете измерить, теоретически неограничен, при условии, что падение напряжения на шунтирующем резисторе не превышает рабочего диапазона напряжения амперметра/платы сбора данных.

Условные обозначения тока

Условные значения тока
Условные значения тока — это измерения тока, распространенные в современной электронике, электрических схемах, линиях передачи и т. д. Они не соответствуют стандарту передачи и могут варьироваться от нуля до больших значений силы тока.

Токовые петли/условное обозначение 4-20 мА
Аналоговые токовые петли используются для любых целей, где необходимо либо контролировать устройство, либо управлять им дистанционно по паре проводников. В каждый момент времени может присутствовать только один текущий уровень.

«Токовая петля от 4 до 20 мА» или 4–20 мА — это стандарт аналоговой электрической передачи для промышленных приборов и средств связи. Сигнал представляет собой токовую петлю, где 4 мА представляет сигнал нулевого процента, а 20 мА представляет сигнал 100 процентов.[1] «мА» означает миллиампер или 1/1000 ампера.

«Живой ноль» при 4 мА позволяет приемной аппаратуре отличить нулевой сигнал от оборванного провода или обесточенного прибора.[1] Разработан в 1950-х годов, этот стандарт до сих пор широко используется в промышленности. Преимущества стандарта 4-20 мА включают широкое использование производителями, относительно низкие затраты на внедрение и его способность подавлять многие формы электрических помех. Кроме того, с помощью живого нуля вы можете напрямую питать маломощные инструменты от контура, экономя на дополнительных проводах.

Вопросы точности
Важное значение имеет размещение шунтирующего резистора в цепи. Если внешняя цепь имеет общую землю с компьютером, на котором установлена ​​плата амперметра/сбора данных, то следует разместить шунтирующий резистор как можно ближе к заземляющему полюсу цепи. В противном случае синфазное напряжение, создаваемое шунтирующим резистором, может не соответствовать спецификации амперметра/платы сбора данных, что может привести к неточным показаниям или даже к повреждению платы. На рис. 3 показано правильное и неправильное расположение шунтирующего резистора.

Рис. 3. Размещение шунтирующего резистора

Измерения устройства сбора данных
Существует три различных метода измерения аналоговых входов. Пожалуйста, обратитесь к статье «Как сделать измерение напряжения» для получения дополнительной информации о каждой конфигурации.

В качестве примера рассмотрим USB-систему сбора данных NI CompactDAQ. На рис. 4 показаны шасси NI cDAQ-9178 и модуль ввода аналогового тока NI 9203. NI 9203 не требует внешнего шунтирующего резистора благодаря наличию внутреннего прецизионного резистора.

Рис. 4. Шасси NI cDAQ-9178 и модуль ввода аналогового тока NI 9203

а также распиновка модуля. На рисунке контакт 0 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 9 соответствует общему заземлению.

Рис. 5. Измерение тока в конфигурации RSE

В дополнение к NI 9203 модули аналогового ввода общего назначения, такие как NI 9205, могут обеспечивать функциональность ввода тока с помощью внешнего шунтирующего резистора.

Просмотр результатов измерений: NI LabVIEW
После подключения датчика к измерительному прибору вы можете использовать программное обеспечение графического программирования LabVIEW для визуализации и анализа данных по мере необходимости.

Рис. 6. Измерение тока LabVIEW

Ссылки
Болтон, Уильям (2004). Системы контроля и управления. Эльзевир. ISBN 0750664320.

Электрический ток: определение, формула и единицы измерения

Электричество — это форма энергии . Это явление, которое описывает поток заряженных частиц (особенно электронов) из одного места в другое. Все в мире состоит из атомов. Каждый атом состоит из ядра, окруженного отрицательно заряженными электронами. Ядро содержит частицы, называемые нейтронами (не имеющими заряда) и протонами (имеющими положительный заряд). Количество протонов и электронов одинаково в стабильном атоме, чтобы уравновесить общий нейтральный заряд.

В проводниках (например, таких металлах, как медь или серебро) движение электронов, известное как свободных электронов , отвечает за перемещение заряда. Движущийся заряд — это то, что мы называем электрическим током .

Явление электричества и его применения более подробно изучаются в области электротехники .

Определение электрического тока

Мы можем определить электрический ток как количество заряда, перемещающегося в течение определенного периода времени. Формула для расчета электрического тока и используемые единицы измерения следующие:

• Базовой единицей СИ для электрического тока является ампер ( А ).
• Ток (I) измеряется в амперах ( А ).
• Q измеряется в кулонах ( C ).
• Время (t) измеряется в секундах ( с ).
• Заряд, ток и время связаны друг с другом соотношением Q = I ⋅ t.
• Изменение заряда обозначается как ΔQ.
• Точно так же изменение во времени обозначается как Δt.

Еще один интересный момент заключается в том, что электрический ток создает магнитное поле, а магнитное поле также может создавать электрический ток.

Вариант партии

Когда два заряженных объекта соединяются с помощью токопроводящего провода, через них протекает заряд, создавая ток. Ток течет, потому что разница в заряде вызывает разницу в напряжении.

Рис. 1. Поток заряда в проводнике. Источник: StudySmarter.

Таким образом, уравнение для протекания тока выглядит следующим образом:

Условное протекание тока

В цепи ток представляет собой поток электронов в цепи. Отрицательно заряженные электроны движутся от отрицательно заряженного вывода к положительно заряженному, следуя основному правилу: одноименные заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются.

Обычный ток описывается как поток положительного заряда от положительного вывода источника к его отрицательному полюсу. Это противоположно потоку электронов, как было сказано до того, как стало понятно направление тока.

Рис. 2. Обычный поток в сравнении с потоком электронов. Источник: StudySmarter.

Важно отметить, что ток имеет направление и величину, выраженную в амперах. Однако это не векторная величина.

Как измерить ток

Ток можно измерить с помощью устройства, называемого амперметром . Амперметры серии всегда следует подключать к той части цепи, где вы хотите измерить ток, как показано на рисунке ниже.

Это связано с тем, что ток должен протекать через амперметр, чтобы он мог считать значение. Идеальное внутреннее сопротивление амперметра равно нулю, чтобы на амперметр не попадало напряжение, поскольку оно может повлиять на цепь.

Рис. 3. Устройство для измерения тока с помощью амперметра — StudySmarter Originals

В: В каком из приведенных ниже вариантов через электрическую цепь проходит ток силой 8 мА?

А. Когда заряд 4Кл проходит за 500с.

B. Когда заряд 8C проходит за 100 с.

С. При прохождении заряда в 1С за 8с.

Раствор. Используя уравнение:

I = 4/500 = 8 x 10-3 = 8 мА

I = 8/100 = 80 x 10-3 = 80 мА

I = 1/8 = 125 x 10- 3 = 125 мА

Вариант А правильный: по цепи будет проходить ток 8 мА.

Квантование заряда

Заряд на носителях заряда квантуется , что можно определить следующим образом:

Отдельный протон имеет положительный заряд, а отдельный электрон имеет отрицательный заряд. Этот положительный и отрицательный заряд имеет фиксированную минимальную величину и всегда кратен этой величине. 9-19 Кл. Мы можем представить заряд любой частицы как кратное этому.

Расчет тока в проводнике с током

В проводнике с током возникает ток, когда носители заряда свободно перемещаются. Заряд на носителях заряда может быть как положительным, так и отрицательным, и считается, что ток течет в одном направлении по проводнику. Ток в проводнике имеет несколько характеристик:

• Носителями заряда в основном являются свободные электроны.
• Хотя ток течет в определенном направлении в каждом проводнике, носители заряда движутся в противоположных направлениях с дрейфовой скоростью v.
• Первое изображение в Рис. 2 имеет положительные носители заряда. Здесь скорость дрейфа и носители заряда движутся в одном направлении. Второе изображение имеет отрицательные носители заряда, а скорость дрейфа и носители заряда движутся в противоположном направлении.
• Скорость дрейфа носителей заряда — это средняя скорость, с которой они движутся по проводнику.