Сила тока определение

Что означает термин 'сила тока'

Без понимания, что такое сила тока, изучение связанного с электричеством раздела физики невозможно. Понятие о токе является основой, на которой, словно дом на надежном фундаменте, выстраиваются дальнейшие расчеты электроцепей и приводятся новые и новые определения. Сила тока представляет собой одну из величин международной системы СИ, поэтому универсальной единицей измерения является Ампер (А).

Физический смысл данной единицы поясняют следующим образом: сила тока в один ампер возникает при движении обладающих зарядом частиц по двум проводникам бесконечной протяженности, между которыми промежуток в один метр. При этом возникающая на каждом метровом участке проводников сила взаимодействия численно равна 2*10 в степени -7 Ньютон. Обычно добавляют, что проводники расположены в вакууме (что позволяет нивелировать влияние промежуточной среды), а их сечение стремится к нулю (при этом проводимость максимальна).

Однако, как это обычно бывает, классические определения понятны лишь специалистам, которым, по сути, уже не интересны азы. А вот незнакомый с электричеством человек «запутается» еще больше. Поэтому поясним, что такое сила тока, буквально «на пальцах». Представим обыкновенную батарейку, от полюсов которой к лампочке идут два изолированных провода. В разрыв одного провода подключен выключатель. Как известно из начального курса физики, электрический ток – это движение частиц, обладающих собственным электрическим зарядом. Обычно ими принято считать электроны (действительно, именно электрон обладает единичным отрицательным зарядом), хотя на самом деле все немного сложнее. Данные частицы характерны для проводящих материалов (металлы), а вот в газовых средах дополнительно переносят заряд ионы (вспоминаем термины «ионизация» и «пробой воздушного промежутка»); в полупроводниках проводимость не только электронная, но и дырочная (положительный заряд); в электролитических растворах проводимость чисто ионная (например, автомобильные аккумуляторы). Но вернемся к нашему примеру. В нем ток формирует движение именно свободных электронов. Пока выключатель не включен, цепь разомкнута, частицам двигаться некуда, следовательно, сила тока равна нулю. Но стоит «собрать схему», как электроны устремляются от отрицательного полюса батарейки к положительному, проходя через лампочку и вызывая ее свечение. Сила, заставляющая их двигаться, происходит от электрического поля, создаваемого батарейкой (ЭДС – поле – ток).

Сила тока - это отношение заряда ко времени. То есть фактически речь идет о количестве электричества, проходящего по проводнику за условную единицу времени. Можно привести аналогию с водой: чем сильнее открыт кран, тем больший объем воды пройдет по трубопроводу. Но если воду измеряют литрами (кубометрами), то ток – количеством носителей заряда или, что также верно, амперами. Вот так все просто. Нетрудно понять, что увеличить силу тока можно двумя способами: убрав из цепи лампочку (сопротивление, препятствие движению), а также повысив создаваемое батарейкой электрическое поле.

Собственно, мы подошли к тому, как в общем случае выполняется расчет силы тока. Существует много формул: например, для полной цепи, учитывающей влияние характеристик источника питания; для переменного и постоянного токов; для многофазных систем и пр. Однако всех их объединяет единое правило – знаменитый закон Ома. Поэтому приведем его общий (универсальный) вид:

I = U / R,

где I – ток, в Амперах; U – напряжение на выводах источника питания, в Вольтах; R – сопротивление цепи или участка, в Омах. Эта зависимость лишь подтверждает все вышесказанное: увеличения тока можно добиться двумя способами, через сопротивление (наша лампочка) и напряжение (параметр источника).

fb.ru

Вопрос 2. Электрический ток (определение, сила тока, единицы измерения, направление тока, плотность тока), работа и мощность тока.

Электрический ток— направленное движение электрических зарядов под действием электрического поля. Для того чтобы шёл ток, нужна замкнутая цепь, которая состоит из источников электрической энергии, приёмников электроэнергии и соединительных проводов.

За направление тока принимают направление движения положительного заряда. Поэтому во внешней цепи ток направлен от зажима “+” к зажиму “–”, внутри источника — наоборот.

Сила тока— количество электричества, прошедшее через поперечное сечение проводника за 1 секунду.

— для постоянного тока

— для переменного тока (ток равен скорости изменения заряда)

Плотность тока:

Работа и мощность тока

При прохождении тока проводник нагревается и совершается работа:

—работатока

—мощностьтока

Вопрос 3. Источники напряжения и тока (определение, условно графическое обозначение, взаимное преобразование). Примеры источников напряжения и тока.

Электрическую энергию получают путём преобразования химической, механической и других видов энергии.

Устройство, которое даёт в цепь энергию, называется источником.

Различают источник напряжения и источник тока.

Источник напряжения— источник, ЭДС которого не зависит от сопротивления нагрузки.

Батареи, аккумуляторы, сеть — примеры источников напряжения.

Схемное изображение источника напряжения:

Источник тока— источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки.

Источниками тока являются электронные лампы, транзисторы.

Схемное изображение источника тока:

На практике источник тока можно получить, если к источнику напряжения подключить очень большое внутренне сопротивление.

Можно при расчётах преобразовать источник напряжения в эквивалентный источник тока, если ток источника тока рассчитать по формуле

и внутренне сопротивление источника напряжения, включенное последовательно, включить к источнику тока параллельно.

Схема с источником напряжения:

Схема с эквивалентным источником тока:

Вопрос 4. Классификация электрических сигналов (простые и сложные, периодические и непериодические, детерминированные и случайные). Способы представления сигналов (математическая модель, временная, спектральная и векторная диаграммы).

Классификация электрических сигналов:

Периодические и непериодические

Периодические сигналыповторяются через определённый промежуток времени.

Непериодические сигналыпоявляются один раз и больше не повторяются.

Детерминированные и случайные

Детерминированные сигналы— сигналы, которые можно описать с помощью функции времени.

Случайные сигналы— сигналы, мгновенные значения которых заранее не может быть предсказано.

Простые и сложные

Простые сигналы— сигналы, токи и напряжения которых имеют одну частоту (синусоида).

Сложные сигналы— сигналы, которые состоят из суммы токов и напряжений нескольких частот.

Способы представления сигнала:

Математическая модель— уравнение, которое описывает форму сигнала.

— уравнение гармонического сигнала

Временная диаграмма— график зависимости мгновенных значений переменной от времени

Векторная диаграмма: строится только для гармонического сигнала.

Спектральная диаграмма— зависимость амплитуды гармонических сигналов от частоты.

Вопрос 5. Основные параметры детерминированных периодических сигналов (период, угловая и циклическая частота, амплитуда, размах, мгновенное и действующее значения, скважность). Примеры периодических сигналов различной формы.

Основные параметры детерминированных периодических сигналов:

Мгновенное значение— значение переменной в любой момент времени:

Максимальное (амплитудное) значение— наибольшее из мгновенных значений:

Размах сигнала— разность между максимальным и минимальным значениями сигнала:

Действующее значение переменного тока— такой постоянный ток, который за время равное периоду, выделяет сопротивлението же количество тепла, что и переменный ток:

Все приборы показывают действующие значения. Для гармонического сигнала максимальные и действующие значения связаны формулой:

Период— наименьший промежуток времени, через который значения переменной повторяются:

Циклическая частота— количество колебаний переменной за 1 с:

Угловая частота

Примеры периодических сигналов разной формы:

Сигнал, не изменяющийся во времени (постоянное напряжение или ток)

Гармонический сигнал

Изменяется по закону косинуса или синуса

Сигнал треугольной формы

Сигнал пилообразной формы

Сигнал прямоугольной формы
1. Биполярный импульс

Однополярный импульс

— длительность импульса

Скважность:

(безразмерная величина)

Скважность— отношение периода к длительности импульса.

Ток на выходе однополупериодного выпрямителя

Ток на выходе двухполупериодного выпрямителя

Вопрос 6. Двухполюсники и четырехполюсники, коэффициент передачи четырехполюсника по напряжению, току, мощности. Логарифмические единицы измерения коэффициента передачи. Понятие о воздействие и отклике.

Двухполюсник— участок цепи, который имеет 2 зажима:

Четырёхполюсник— участок цепи, который имеет 2 входных и 2 выходных зажима:

Коэффициент передачи по напряжению— отношение напряжения на выходе к напряжению на входе четырёхполюсника:

Коэффициент передачи по току — отношение тока на выходе к току на входе четырёхполюсника:

Коэффициент передачи по мощности— отношение мощности на выходе к мощности на входе четырёхполюсника:

Коэффициент передачи по напряжению может измеряться в логарифмических единицах:

Сигнал, который поступает в цепь, называется воздействие, а который получается в результате воздействия, называетсяотклик.

StudFiles.ru

Электродвижущая сила

У этого термина существуют и другие значения, см. Сила (значения).

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

Электростатика

Закон Кулона
Теорема Гаусса
Электрический дипольный момент
Электрический заряд
Электрическая индукция
Электрическое поле
Электростатический потенциал

Магнитостатика

Закон Био — Савара — Лапласа
Закон Ампера
Магнитный момент
Магнитное поле
Магнитный поток
Магнитная индукция

Электродинамика

Векторный потенциал
Диполь
Потенциалы Лиенара — Вихерта
Сила Лоренца
Ток смещения
Униполярная индукция
Уравнения Максвелла
Электрический ток
Электродвижущая сила
Электромагнитная индукция
Электромагнитное излучение
Электромагнитное поле

Электрическая цепь

Закон Ома
Законы Кирхгофа
Индуктивность
Радиоволновод
Резонатор
Электрическая ёмкость
Электрическая проводимость
Электрическое сопротивление
Электрический импеданс

Ковариантная формулировка

Тензор электромагнитного поля
Тензор энергии-импульса
4-потенциал
4-ток

Известные учёные

Генри Кавендиш
Майкл Фарадей
Никола Тесла
Андре-Мари Ампер
Густав Роберт Кирхгоф
Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл
Генри Рудольф Герц
Альберт Абрахам Майкельсон
Роберт Эндрюс Милликен

См. также: Портал:Физика

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура[1].

По аналогии с напряжённостью электрического поля вводят понятие напряжённость сторонних сил E → e x {\displaystyle {\vec {E}}_{ex}} , под которой понимают векторную физическую величину, равную отношению сторонней силы, действующей на пробный электрический заряд к величине этого заряда. Тогда в замкнутом контуре L {\displaystyle L} ЭДС будет равна:

E = ∮ L E → e x ⋅ d l → , {\displaystyle {\mathcal {E}}=\oint \limits _{L}{\vec {E}}_{ex}\cdot {\vec {dl}},}

где d l → {\displaystyle {\vec {dl}}} — элемент контура.

ЭДС так же, как и напряжение, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами источника тока вне самого́ источника равна нулю.

ЭДС и закон Ома

Электродвижущая сила источника связана с электрическим током, протекающим в цепи, соотношениями закона Ома. Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид[1]:

φ 1 − φ 2 + E = I R , {\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}+{\mathcal {E}}=IR,}

где φ 1 − φ 2 {\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}} — разность между значениями потенциала в начале и в конце участка цепи, I {\displaystyle I} — сила тока, текущего по участку, а R {\displaystyle R} — сопротивление участка.

Если точки 1 и 2 совпадают (цепь замкнута), то φ 1 − φ 2 = 0 {\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}=0} и предыдущая формула переходит в формулу закона Ома для замкнутой цепи[1]:

E = I R , {\displaystyle {\mathcal {E}}=IR,}

где теперь R {\displaystyle R} — полное сопротивление всей цепи.

В общем случае полное сопротивление цепи складывается из сопротивления внешнего по отношению к источнику тока участка цепи ( R e {\displaystyle R_{e}} ) и внутреннего сопротивления самого́ источника тока ( r {\displaystyle r} ). С учётом этого следует:

E = I R e + I r . {\displaystyle {\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir.}

ЭДС источника тока

Если на участке цепи не действуют сторонние силы (однородный участок цепи) и, значит, источника тока на нём нет, то, как это следует из закона Ома для неоднородного участка цепи, выполняется:

φ 1 − φ 2 = I R . {\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}=IR.}

Значит, если в качестве точки 1 выбрать анод источника, а в качестве точки 2 — его катод, то для разности между потенциалами анода φ a {\displaystyle \varphi _{a}} и катода φ k {\displaystyle \varphi _{k}} можно записать:

φ a − φ k = I R e , {\displaystyle \varphi _{a}-\varphi _{k}=IR_{e},}

где как и ранее R e {\displaystyle R_{e}} — сопротивление внешнего участка цепи.

Из этого соотношения и закона Ома для замкнутой цепи, записанного в виде E = I R e + I r {\displaystyle {\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir} нетрудно получить

φ a − φ k E = R e R e + r {\displaystyle {\frac {\varphi _{a}-\varphi _{k}}{\mathcal {E}}}={\frac {R_{e}}{R_{e}+r}}} и затем φ a − φ k = R e R e + r E . {\displaystyle \varphi _{a}-\varphi _{k}={\frac {R_{e}}{R_{e}+r}}{\mathcal {E}}.}

Из полученного соотношения следуют два вывода:

Во всех случаях, когда по цепи течёт ток, разность потенциалов между клеммами источника тока φ a − φ k {\displaystyle \varphi _{a}-\varphi _{k}} меньше, чем ЭДС источника.
В предельном случае, когда R e {\displaystyle R_{e}} бесконечно (цепь разорвана), выполняется E = φ a − φ k . {\displaystyle {\mathcal {E}}=\varphi _{a}-\varphi _{k}.}

Таким образом, ЭДС источника тока равна разности потенциалов между его клеммами в состоянии, когда источник отключён от цепи[1].

ЭДС индукции

Причиной возникновения электродвижущей силы в замкнутом контуре может стать изменение потока магнитного поля, пронизывающего поверхность, ограниченную данным контуром. Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

E = − d Φ d t , {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {d\Phi }{dt}},}

где Φ {\displaystyle \Phi } — поток магнитного поля через замкнутую поверхность, ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца). В свою очередь причиной изменения магнитного потока может быть как изменение магнитного поля, так и движение контура в целом или его отдельных частей.

Неэлектрический характер ЭДС

Внутри источника ЭДС ток течёт в направлении, противоположном нормальному. Это невозможно без дополнительной силы неэлектрической природы, преодолевающей силу электрического отталкивания

Как показано на рисунке, электрический ток, нормальное направление которого — от «плюса» к «минусу», внутри источника ЭДС (например, внутри гальванического элемента) течёт в противоположном направлении. Направление от «плюса» к «минусу» совпадает с направлением электрической силы, действующей на положительные заряды. Поэтому для того, чтобы заставить ток течь в противоположном направлении, необходима дополнительная сила неэлектрической природы (центробежная сила, сила Лоренца, силы химической природы) которая бы преодолевала электрическую силу.

ru.wikipedia.org

Что называется силой тока?

Александр дмитриев

Сила тока в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду \delta q\,\! , протекающему в единицу времени \delta t\,\! через сечение проводника. Обозначается буквой I\,\! . (В некоторых курсах — J\,\! . Не следует путать с векторной плотностью тока \vec j):
I = \frac{\delta q}{\delta t}
Основной формулой, используемой для решения задач, является Закон Ома:
* для участка цепи:
I = \frac{U}{R} - то есть сила тока равняется отношению напряжения к сопротивлению.
* и для полной цепи:
I = \frac{E}{R+r} - где E - ЭДС, R - внешнее сопротивление, r - внутреннее.
Единица измерения в системе СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.
Основные методы измерения силы тока — это магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении) . Приборы, предназначенные для измерения силы тока, называются амперметрами (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр) .
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность).

Валентин геннадьевич

Сила тока в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду, протекающему в единицу времени через сечение проводника. Обозначается буквой . (В некоторых курсах — . Не следует путать с векторной плотностью тока ):
Основной формулой, используемой для решения задач, является Закон Ома:
для участка цепи:
- то есть сила тока равняется отношению напряжения к сопротивлению.
и для полной цепи:
- где E - ЭДС, R - внешнее сопротивление, r - внутреннее.
Единица измерения в системе СИ — 1 Ампер (А) = 1 Кулон / секунду.
Основные методы измерения силы тока — это магнитоэлектрический, электромагнитный и косвенный (путём измерения вольтметром напряжения на известном сопротивлении) . Приборы, предназначенные для измерения силы тока, называются амперметрами (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр) .
В случае переменного тока различают мгновенную силу тока, амплитудную (пиковую) силу тока и эффективную силу тока (равную силе постоянного тока, который выделяет такую же мощность) .

Татьяна

Сила тока - физическая величина, показывающая заряд, проходящий через проводник за единицу времени. Математически это определение записывается в виде формулы:
I - сила тока, А
q - заряд, Кл I=q/t
t - время, с
Для измерения силы тока используют специальный прибор - амперметр. Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока. Внешний вид школьного демонстрационного амперметра вы видите слева.
Единица силы тока - 1 ампер (1 А = 1 Кл/с) . Для установления этой единицы используют магнитное действие тока. Оказывается, что проводники, по которым текут параллельные одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. Это притяжение тем сильнее, чем больше длина этих проводников и меньше расстояние между ними. За 1 ампер принимают силу такого тока, который вызывает между двумя тонкими бесконечно длинными параллельными проводниками, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, притяжение силой 0,0000002 Н на каждый метр их длины.
Измерим силу тока на различных участках цепи, состоящей из реостата и лампочки. Сначала амперметр включим между реостатом и лампочкой, а затем - между лампочкой и источником тока.
Измерения показывают, что на всех участках цепи с последовательным соединением проводников сила тока одинакова. Даже если ползунок реостата передвинуть, и изменить силу тока, она, тем не менее, на всех участках цепи опять-таки будет одинаковой:
Измерим теперь силу тока на различных участках цепи с параллельным соединением проводников, например, лампочек.
Измерения показывают, что сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов на всех параллельно соединенных проводниках.
В этом опыте, например, могли получиться следующие показания амперметра: I1 = 0.2 А, I2 = 0.3 А, Iоб = 0.5 А.

Определение силы тока

Если через поперечное сечение металлического проводника за 6 мин проходит 7.2*10^21 электронов, то какова сила тока в проводнике?
Варианты:
0,5A
1A
2.5A
3.2A

Я нашел формулу I=q/t
А как зависит q от количества электронов это я не знаю!

Всеволод попов

Куло́н (обозначение: Кл, C) — единица измерения электрического заряда (количества электричества) в Международной системе единиц (СИ) . Названа в честь французского физика и инженера Шарля Кулона. Кулон — это величина заряда, прошедшая через проводник при силе тока 1 А за время 1 с.
1 Кл = 1 А·с = 1/3600 Ампер-часа

Элементарный заряд (=заряд электрона) это −1,60217653(14)×10−19 Кл; 1 Кл = 6,28×1018 зарядов электрона.

тут все есть для решения )))