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.

Электрический ток ⭐️: что это такое, определение, действие в различных средах, единицы измерения, формула

Электрический ток имеет такие характеристики, как сила, плотность, мощность и частота.

Содержание

Виды электрического тока и его характеристики

Электрический ток используется во многих современных технологиях. Чтобы понять, что это такое, можно представить себе ток воды, текущий по трубам с определенной скоростью. В этом случае вода получает электрический заряд, скорость – силу заряда, а труба является проводником – средой, веществом или материалом, способным проводить электричество.

Простейшим проявлением электрического тока является:

• способность янтаря притягивать мелкие предметы при натирании шелком;
• блестящая шерсть кошки, когда ее расчесывают гребнем.

Эти единицы измерения Международной системы (СИ) не всегда удобны. На практике используются производные (миллиампер, килоом и т.д.). При расчете необходимо учитывать размеры всех величин, присутствующих в формуле. Например, если в законе Ома умножить ампер на килоом, то напряжение будет выражено совсем не в вольтах.

Классификация

Если в макроскопическом теле относительно среды движутся заряженные частицы, то такой ток называется током электропроводности. Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называется конвекционным. Различают переменный ток (AC), постоянный ток (DC), пульсирующий ток и различные их комбинации. Слово “электрический” в этих терминах часто опускается. Постоянный ток – это ток, направление и величина которого мало изменяются с течением времени.

Переменный ток – это ток, величина и направление которого изменяются с течением времени. В широком смысле переменный ток – это любой ток, который не является постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоиде.

Ток течет по проводам высоковольтной линии, ток включает стартер и заряжает аккумулятор в нашем автомобиле, молния во время грозы – это тоже электрический ток.

В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется относительно потенциала другого конца проводника попеременно от положительного к отрицательному и наоборот, проходя через все промежуточные потенциалы (включая нулевой).

В результате ток постоянно меняет направление: двигаясь в одном направлении, он увеличивается, достигая максимума, называемого амплитудным значением, затем уменьшается, некоторое время проходит через ноль, затем снова увеличивается, но уже в другом направлении и также достигает максимума, уменьшается, затем снова проходит через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.

Квазистационарный ток

Это “относительно медленно меняющийся переменный ток, для которого мгновенные значения законов постоянного тока выполняются с разумной точностью”. (BSE). Этими законами являются закон Ома, принципы Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, как и постоянный ток, имеет одинаковый ток во всех сечениях неразветвленной цепи. При расчете квазистационарных токовых цепей емкости и индуктивности рассматриваются как сосредоточенные параметры из-за присутствующей индукции. Квазистационарные токи – это обычные промышленные токи, за исключением линий передачи на большие расстояния, где условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.

Пульсирующий ток

Ток, для которого изменяется только величина, а направление остается постоянным.

Вихревые токи (токи Фуко)

Ограниченные электрические токи в твердом проводнике, которые возникают при изменении магнитного потока, пронизывающего его”, и, следовательно, вихревые токи – это индукционные токи. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определенным путям в проводниках, а образуют вихревые петли в проводнике.

Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, т.е. переменный электрический ток и магнитный поток распределяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев проводников вихревыми токами приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока.

Для уменьшения потерь энергии вихревых токов сердечники переменного тока разделяют на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры путей этих токов и значительно уменьшает их размеры.

Объемная мощность измеряется в ваттах на кубический метр.

Ток биаса

Иногда для простоты вводится термин ток смещения. Из определения следует, что плотность тока смещения – векторная величина, равная скорости изменения электрического поля – векторная величина, равная скорости изменения электрического поля ” width=”” height=””> со временем:

= ■frac>” width=”” height=””>

Дело в том, что при изменении электрического поля изменяется ток, и возникает магнитное поле, что делает эти два процесса похожими. Более того, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Например, когда конденсатор заряжается и разряжается, хотя между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, через него протекает ток смещения, несущий определенную энергию и замыкающий электрическую цепь своеобразным образом. Ток смещения в конденсаторе задается формулой

– заряд на электродах конденсатора, – разность потенциалов между электродами, – разность потенциалов между электродами, – емкость конденсатора.

Ток смещения не является электрическим током, потому что он не связан с перемещением электрического заряда.

Проводники электрического тока

Электрический ток

Электрический ток – это направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Этими частицами могут быть электроны в проводниках, ионы (катионы и анионы) в электролитах, а также электроны и так называемые “дырки”. (“электронно-дырочная проводимость”) в полупроводниках. Существует также “ток смещения”, протекание которого вызвано процессом зарядки емкости, т.е. изменением разности потенциалов между клеммами. Движения частиц между катушками не происходит, но через конденсатор течет ток.

В теории электрических цепей ток рассматривается как направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.

Ток проводимости (просто ток) в теории электрических цепей – это количество электрической энергии, протекающей в единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/ t , где i – сила тока. A; q = 1,6 – 10 9 – заряд электрона, Кл; t – время, с.

Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. В цепях переменного тока используется так называемое мгновенное значение тока, которое равно скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/ dt .

Первым условием длительного существования рассматриваемого электрического тока является наличие источника, или генератора, который поддерживает разность потенциалов между носителями заряда. Вторым условием является замкнутость пути. В частности, чтобы существовал постоянный ток, должен существовать замкнутый путь, по которому заряды могут перемещаться в цепи без изменения их величины.

Известно, что согласно закону сохранения электрических зарядов, они не могут ни возникать, ни исчезать. Поэтому, если любой объем пространства, в котором течет электрический ток, окружен замкнутой поверхностью, то ток, входящий в этот объем, должен быть равен току, вытекающему из него.

Замкнутый путь, по которому течет электрический ток, называется цепью электрического тока или электрической цепью. Электрическая цепь – делится на две части: внутреннюю, в которой электрически заряженные частицы движутся в направлении, противоположном направлению электростатических сил, и внешнюю, в которой эти частицы движутся в направлении электростатических сил. Концы электродов, к которым подключается внешняя цепь, называются зажимами.

Электрический ток возникает, когда электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника, появляется в части электрической цепи. Разность потенциалов между двумя точками в электрической цепи называется напряжением или падением напряжения в этой части цепи.

Один ампер соответствует протеканию одного кулона (Cl) электрического тока через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с):

В общем случае, обозначая ток через i, а заряд через q, получаем:

Единицей измерения тока является ампер (A).

Ампер (A) – это сила неизменного тока, который, протекая по двум параллельным прямым проводникам бесконечной длины и пренебрежимо малого сечения, помещенным в вакуум на расстоянии 1 м друг от друга, производит 2 – 10 -7 Н на каждый метр длины между проводниками.

Сила тока в проводнике равна 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 с протекает электрический заряд, равный 1 кулону.

Рис. 1 Направленное движение электронов в проводнике

Если к проводнику приложено напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля E на электроны с зарядом e действует сила f = E. Значения f и E являются векторными. Во время свободного перемещения электроны совершают направленное и хаотичное движение. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и приобретает компонент скорости, направленный в сторону, противоположную вектору E (рис. 1). Это упорядоченное движение, характеризующееся определенной средней скоростью электронов vcp, определяет течение электрического тока.

В разбавленных газах электроны также могут иметь направленное движение. В электролитах и ионизированных газах ток протекает в основном за счет движения ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически предполагалось, что направление тока противоположно направлению движения электронов.

За направление тока принимается направление, в котором движутся положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное направлению движения электронов.
В теории электрических цепей направление тока в пассивной цепи (за исключением источников энергии) принимается как направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Это направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда – электронов, движущихся в проводниках от минуса к плюсу.

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения S, называется плотностью тока: I / S

Предполагается, что ток равномерно распределен по поперечному сечению проводника. Плотность тока в проводниках обычно измеряется в А/мм2.

В зависимости от типа носителя заряда и его транспортной среды различают токи проводимости и реактивные токи. Проводимость подразделяется на электронную и ионную проводимость. При установившемся режиме различают два вида токов: постоянные и переменные.

Передача электрического тока – это явление, связанное с переносом электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом протекания электрического тока является движение в пустом пространстве заряженных элементарных частиц (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в разрядных устройствах.

Электрический ток (ток поляризации) – это упорядоченное движение связанных носителей электрического заряда. Этот тип тока можно наблюдать в диэлектриках.

Полный электрический ток – это скалярная величина, равная сумме тока проводимости, тока передачи и тока смещения через данную поверхность.

Постоянный ток – это ток, который может менять свою величину, но не меняет своего знака в течение любого промежутка времени. Подробнее об этой теме вы можете прочитать здесь: Постоянный ток

Ток намагничивания – Постоянный микроскопический (амперный) ток, который является причиной существования внутреннего магнитного поля намагниченных веществ.

Переменный ток – это ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Переменный ток характеризуется частотой (измеряется в Герцах в системе СИ), а его сила периодически изменяется.

Высокочастотный переменный ток нагнетается на поверхность проводника. Высокочастотные токи используются в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, а в металлургии – для плавки металлов. Переменные токи делятся на синусоидальные и несинусоидальные. Синусоидальный ток – это ток, который изменяется по гармоническому закону:

Скорость изменения переменного тока определяется его частотой, которая определяется как число полных, повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Например, частота сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота w – это скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

Стационарные (постоянные) значения постоянного и переменного токов обозначаются заглавной буквой I, переходные (мгновенные) – буквой i. Положительным направлением тока считается направление положительных зарядов.

Переменный ток – это ток, который изменяется по закону синусоиды во времени.

Переменный ток также относится к току в обычных однофазных и трехфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые решения, подходящие для цепей постоянного тока, здесь не применимы напрямую. На очень высоких частотах заряды могут двигаться колебательно – перетекать из одного места цепи в другое и обратно. В этом случае, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединенных проводниках могут быть неравными.

Конденсаты, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, на изменение тока влияют эффекты самоиндукции, которые становятся значительными даже на низких частотах, если используются катушки с высокой индуктивностью.

При относительно низких частотах цепи переменного тока все еще могут быть рассчитаны с использованием правил Кирхгофа, которые, однако, должны быть соответствующим образом изменены.

Цепь, состоящую из различных резисторов, индукторов и конденсаторов, можно рассматривать так, как если бы она состояла из обобщенных резистора, конденсатора и индуктора, соединенных последовательно.

Рассмотрим свойства такой цепи, подключенной к синусоидальному генератору переменного тока. Чтобы сформулировать правила расчета цепей переменного тока, необходимо найти зависимость между падением напряжения и падением тока для каждого из элементов такой цепи.

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного тока. Если, например, к цепи подключен электрохимический элемент, конденсатор начнет заряжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится, и ток упадет до нуля.

Если цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вылетать с левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой полупериод – наоборот.

Эти движущиеся электроны создают переменный ток, сила которого одинакова с обеих сторон конденсатора. Пока частота переменного тока не очень высока, ток через резистор и индуктор также одинаков.

В бытовых приборах переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.

Проводники электрического тока

Электрический ток во всех его проявлениях – это кинетическое явление, подобное потоку жидкости в закрытых гидравлических системах. По аналогии, процесс движения тока называется “ток”. (текущие потоки).

Материал, в котором течет ток, называется проводником. Некоторые материалы переходят в сверхпроводящее состояние при низких температурах. В этом состоянии они практически не оказывают сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю.

Во всех остальных случаях проводник сопротивляется протеканию тока, в результате чего часть энергии электрических частиц преобразуется в тепло. Ток может быть рассчитан по закону Ома для участка цепи и по закону Ома для всей цепи.

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, температуры окружающей среды, приложенной разности потенциалов и намного медленнее скорости света. Тем не менее, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, т.е. скорости распространения электромагнитного волнового фронта.

Как электричество влияет на организм человека

Ток, проходящий через тело человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию желудочков или смерть. С другой стороны, электрический ток используется в интенсивной терапии для лечения психических расстройств, особенно депрессии; электростимуляция определенных участков мозга применяется для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия; кардиостимулятор, который стимулирует сердечную мышцу импульсным током, используется при брадикардии. У людей и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

В целях безопасности минимальный ток, который может ощущаться человеком, составляет 1 мА. Опасный для жизни ток начинается примерно при 0,01 А. Ток прибл. 0,1 А смертелен для человека. Напряжение менее 42 вольт считается безопасным.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в своих социальных сетях. Это очень поможет в развитии нашего сайта!

Сила тока

Источник тока

Вода в шланге поступает из водопроводной трубы, из водяного ключа в земле – в общем, она не берется из ниоткуда. Электричество также имеет свой источник.

Источником может быть, например, гальванический элемент (знакомая всем нам батарейка). Аккумулятор работает благодаря химическим реакциям, происходящим в нем. В результате этих реакций выделяется энергия, которая затем снова поступает в электрическую цепь.

Каждый источник имеет положительный и отрицательный полюс. Полюса – это его крайние положения. По сути, это клеммы, к которым подключается электрическая цепь. Фактически, ток течет от “+” к “-“.

А через электронагреватель или электрочайник протекает ток до 10 ампер.

Как создать непрерывный ток и что для этого необходимо?

Положительный заряд – это недостаток электронов, а отрицательный заряд – избыток электронов. Когда тела соединены проводником, отрицательные электроны устремляются к положительно заряженному телу.

И наконец, ток прекратился, потому что заряды тел сравнялись и тела стали электрически нейтральными. Мы знаем, что нейтральные тела не создают электрического поля.

Таким образом, ток существует до тех пор, пока существует электрическое поле. Поэтому мы должны каким-то образом поддерживать электрическое поле. Чтобы это произошло, одно из тел должно иметь избыток отрицательного заряда. То есть на одном из тел должен поддерживаться отрицательный заряд, а на другом – положительный. До тех пор, пока заряды на телах сохраняются, будет существовать ток.

Чтобы сохранить этот заряд на теле с положительным зарядом, электроны должны быть удалены из тела и отправлены обратно в отрицательно заряженное тело.

Такая схема напоминает фонтан, в котором насос поддерживает разницу давлений. Давление в нагнетательной трубе больше, чем в трубе, по которой вода поступает обратно в насос.

Именно эта разница заставляет воду течь вверх из одной трубы, а собранную в чаше воду возвращаться в насос. В то же время циркулирует такое же количество воды, т.е. водяной контур замкнут. Поток воды в этом контуре поддерживается специальным устройством – насосом. Он работает против силы тяжести.

Внешние силы – что они собой представляют

Источник тока устроен подобно насосу. Внутри источника действуют внешние силы. Они возвращают электроны к контакту “-“.

В электрическом поле на заряды будет действовать сила. Эта сила называется кулоновской и является электрической по своей природе. Электроны будут притягиваться к телу, имеющему положительный заряд.

Кулоновская сила будет препятствовать возвращению электронов к отрицательному телу. Так же как и сила гравитации, которая не позволяет воде в фонтане двигаться вверх.

Чтобы вернуть электроны на отрицательно (“-“) заряженное тело, необходимо совершить работу против кулоновской силы. Поэтому должна существовать какая-то внешняя сила, которая возвращает электроны к отрицательно (“-“) заряженному телу. Эта сила неэлектрическая по своей природе и называется внешней силой.

Теперь мы можем ответить на вопрос: что такое источник тока?

Источник тока – это устройство, внутри которого внешние силы перемещают заряды против кулоновской силы. Кулоновская сила – это сила, с которой электростатическое поле действует на заряд.

Во время существования электрического тока сами электроны не расходуются. Они, как вода в фонтане, циркулируют по замкнутому пути.

Условие 3: Чтобы ток существовал постоянно, электрическое поле должно сохраняться в течение длительного времени.

Чтобы ток существовал постоянно, между противоположно заряженными телами должно постоянно существовать электрическое поле.

Примечание: Контакты источника тока можно рассматривать как противоположно заряженные тела.

Для этого электроны должны проходить через замкнутый контур, т.е. непрерывную электрическую цепь. Поэтому еще одним условием существования постоянного тока является замкнутая электрическая цепь. Как только цепь замыкается, все заряженные частицы в цепи начинают двигаться направленно.

Условие 4: Чтобы существовал ток, электрическая цепь должна быть замкнута.

В такой цепи заряды циркулируют по замкнутому пути. Это означает, что заряд, покинувший источник и совершивший полный оборот, потечет обратно в источник тока. Там он будет подхвачен силами извне источника и вернется в цепь через противоположный выход источника тока. Затем он пройдет дальше и сделает еще один круг. Поэтому при протекании электрического тока сами заряды не расходуются.

При протекании электрического тока сами заряды не расходуются. То есть в замкнутом контуре движутся одни и те же заряды. После кругового движения они входят в источник и, выходя из противоположного выхода источника, возвращаются в контур.

Мы знаем, что если на заряд действует сила и под действием этой силы заряд движется, то сила совершает работу.

Это означает, что внешние силы в источнике выполняют работу. Подробнее о действии внешних сил (ссылка).

Читайте далее:

• 1 Понятие электромагнитного поля и его различные проявления. Материальность – Работа в школе.
• Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряда.
• Значение слова ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЦИЯ. Что такое ЭЛЕКТРОТЕХНИКА?.
• Урок 7 Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. колебательный контур – физика – 11 класс – Русская электронная школа.
• Многоликий протон.
• Электричество. Сила электричества.
• Условия существования электрического тока.

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.

Ток измеряется прибором, который называется (an) ………………….(A) Амперметр(B) Вольтметр(C) Измерительный мост (D) Гальванометр.

Ответить

Проверено

249k+ просмотров

Подсказка: Нам нужно определить каждое устройство по одному. Мы помним, что единицей силы тока в системе СИ является Ампер. Нам нужно использовать это, чтобы определить, какой из них измеряет ток. Это должно быть такое устройство, которое не должно вызывать значительного падения напряжения для точных измерений.

Полный ответ:
Определяем амперметр, вольтметр, измеритель-мост и гальванометр один за другим.
Амперметр (от амперметра) — это измерительный прибор, используемый для измерения силы тока в цепи. Электрические токи измеряются в амперах (А), отсюда и название. Амперметр обычно включают последовательно с цепью, в которой измеряется ток. Амперметр обычно имеет низкое сопротивление, чтобы не вызывать значительного падения напряжения в измеряемой цепи.
Вольтметр — это измеритель напряжения. Который измеряет напряжение между двумя узлами. Мы знаем, что единицей разности потенциалов является вольт. Таким образом, это измерительный прибор, который измеряет разность потенциалов между двумя точками.
Основной принцип вольтметра заключается в том, что он должен быть подключен параллельно тому, в котором мы хотим измерить напряжение. Параллельное соединение используется потому, что вольтметр сконструирован таким образом, что имеет очень высокое значение сопротивления. Поэтому, если это высокое сопротивление соединено последовательно, то ток будет почти нулевым, что означает, что цепь разомкнулась.
Измерительный мост, также называемый скользящим проволочным мостом, представляет собой инструмент, работающий по принципу моста Уитстона. Метровый мост используется для нахождения неизвестного сопротивления проводника, как и в мосте Уитстона. Мост Уитстона — это вид электрической цепи, используемой для измерения электрического сопротивления, которое неизвестно, путем уравновешивания двух ветвей мостовой схемы, где одна из ветвей включает неизвестный компонент.
Гальванометр представляет собой электромеханический прибор, используемый для обнаружения и индикации электрического тока. Гальванометр работает как привод, производя вращательное отклонение стрелки в ответ на электрический ток, протекающий через катушку в постоянном магнитном поле.
Устройство, используемое для измерения силы тока, — амперметр.
Следовательно, правильный ответ — вариант А.