Как измеряется сила тока: Сила тока. Амперметр

Содержание

формула, единица измерения, определение простыми словами, прибор, какой буквой обозначается

Электричеством пользуются все и постоянно, поэтому знание его природы необходимо каждому. Разбираемся, каким прибором измеряется сила тока и какой буквой она обозначается. Наш эксперт поможет окончательно разобраться и сделать понятным физический смысл явления

Борис Михеев

Автор КП

Николай Герасимов

Старший преподаватель в Домашней школе по физике «ИнтернетУрок»

Электрический ток, текущий по проводу, можно сравнить с водой, текущей по шлангу. Струя воды может обладать как огромной силой, способной, например, сбить человека с ног, так и силой очень маленькой, как при капельном поливе, где её хватает лишь на то, чтобы капелька жидкости покинула шланг. Так вот, электрический ток тоже обладает силой.

Определение силы тока простыми словами

Сила тока – это упорядоченное движение заряженных частиц. Её величина может проявляться, например, в яркости лампы. Ток в мощном прожекторе обладает большой силой и совершает большую работу, что проявляется в том, что его лампа даёт много света. Лампа же ночника светит слабо, и в этом случае говорят, что сила тока маленькая.

Природа силы тока

Если посмотреть на определение силы тока, то можно выделить два условия, необходимые для его возникновения: наличие свободных зарядов и электрического поля, которое заставит двигаться все эти заряды в одну сторону, то есть упорядоченно. Например, в металлах такими свободными зарядами являются свободные электроны, которые очень плохо притягиваются к ядрам, и даже теплового движения достаточно, чтобы разорвать их связь. Таким образом, электрический ток имеет электромагнитную природу.

В ТЕМУ

Формула силы тока

I = N/t

Где:

I — собственно сила тока, Амперы;
N — количество электронов;
t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды.

Электромобиль — один из современных примеров использования электричества в нашей жизни. Фото: Pixabay.com

Единица измерения силы тока

Единица измерения силы тока – Ампер, одна из основных единиц системы СИ ⓘ.

Международная система единиц, СИ (Le Système International d’Unités — SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы.

Прибор для измерения силы тока

Приборы для измерения силы тока называются амперметры. Приборы для измерения малых токов порядка миллиампер (одна тысячная часть от ампера) или микроампер (одна миллионная часть от ампера) называются миллиамперметры и микроамперметры соответственно. Для измерения больших токов порядка килоампер (тысячи ампер) используют приборы, которые называются килоамперметры.

Популярные вопросы и ответы

На вопросы читателей отвечает Николай Герасимов, старший преподаватель в Домашней школе по физике «ИнтернетУрок»

Какой буквой обозначается сила тока?

Сила тока обозначается буквой I.

Какова сила тока в проводнике?

Токи, с которыми мы можем встретиться, могут быть от нескольких миллиампер до сотен тысяч ампер. Например, токи, текущие по проводам в наших домах, редко превышают значения в 10 ампер. Однако стоит сразу отметить, что ток силой несколько десятков миллиампер вызывает неприятные ощущения, а ток силой 0,1 А (Ампера) может быть смертельным для человека. Все мы пользуемся зарядными устройствами для мобильных телефонов, ток в которых может достигать 1-2 А, поэтому нужно быть аккуратными при зарядке телефонов и обязательно соблюдать меры предосторожности.

Как измерить силу тока мультиметром?

Сегодня электрики нередко используют мультиметры – приборы, которые позволяют измерять силу тока, напряжение, сопротивление, электроёмкость конденсаторов и так далее. Для измерения силы тока нужно правильно подключить провода и выставить соответствующий режим работы. В разных приборах могут быть различные способы включения, но сектор для измерения силы тока обычно обозначен буквой «А», а начинать нужно с режима для измерения максимального тока, иначе прибор может сгореть. Также следует помнить, что амперметр нельзя подсоединять к источнику тока без потребителей, например электрической лампы. То есть ни в коем случае нельзя щупы мультиметра, работающего в режиме амперметра, присоединять непосредственно к клеммам электрической розетки.

Фото на обложке: shutterstock.com

Сила тока — Самое простое объяснение, формула, единица измерения

Сила тока с точки зрения гидравлики

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как «сила тока«. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать. Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород

Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг — это провод, а вода в нем — электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.

А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

В обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Что такое сила тока?

Итак, теперь давайте все что мы тут пописали про водичку применим к электронике. Провод — это шланг. Тонкий провод — это тонкий в диаметре шланг, толстый провод — это толстый в диаметре шланг, можно сказать — труба. Молекулы воды — это электроны. Следовательно, толстый провод при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий. И вот здесь мы подходим вплотную к самой терминологии силы тока.

Сила тока — это количество электронов, прошедших через площадь поперечного сечения проводника за какое-либо определенное время.

Все это выглядит примерно вот так. Здесь я нарисовал круглый проводок, «разрезал» его и получил ту самую площадь поперечного сечения. Именно через нее и бегут электроны.

За период времени берут 1 секунду.

Формула силы тока

Формула для чайников будет выглядеть вот так:

где

I — собственно сила тока, Амперы

N — количество электронов

t — период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника, секунды

Более правильная (официальная) формула выглядит вот так:

где

Δq — это заряд за какой-то определенный промежуток времени, Кулон

Δt — тот самый промежуток времени, секунды

I — сила тока, Амперы

В чем прикол этих двух формул? Дело все в том, что электрон обладает зарядом приблизительно 1,6 · 10^-19Кулон. Поэтому, чтобы сила тока была в проводе (проводнике) была 1 Ампер, нам надо, чтобы через поперечное сечение прошел заряд в 1 Кулон = 6,24151⋅10¹⁸ электронов. 1 Кулон = 1 Ампер · 1 секунду.

Итак, теперь можно официально сказать, что если через поперечное сечение проводника за 1 секунду пролетят 6,24151⋅10¹⁸ электронов, то сила тока в таком проводнике будет равна 1 Ампер! Все! Ничего не надо больше придумывать! Так и скажите своему преподавателю по физике).

Если преподу не понравится ваш ответ, то скажите типа что-то этого:

Сила тока — это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам, Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову — это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу — это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения?

Первое, что приходит на ум — это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика.

Второе — это поставить шланг бОльшим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет «протащить» через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его «порвет», то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан.

плавкий предохранитель
Как только сила тока через тонкий проводок предохранителя превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в предохранителе в обрыве.
сгоревший плавкий предохранитель
Поэтому, силовые кабели, через которые «бегут» сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное сопротивление очень мало.
Сила тока в проводнике
Очень часто можно увидеть задачки по физике с вопросом: какая сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь различные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого сделан провод; длина, которая играет также важную роль.
Да и вообще, сопротивление проводника рассчитывается по формуле:
формула сопротивления проводника
Таблица с удельным сопротивлением из разных материалов выглядит вот так.
таблица с удельным сопротивлением веществ
Для того, чтобы найти силу тока в проводнике, мы должны воспользоваться законом Ома для участка цепи. Выглядит он вот так:
закон Ома

Задача
У нас есть медный провод длиной в 1 метр и его площадь поперечного сечения составляет 1 мм². Какая сила тока будет течь в этом проводнике (проводе), если на его концы подать напряжение в 1 Вольт?
задача на силу тока в проводнике
Решение:

Как измерить силу тока?
Для того, чтобы измерить значение силы тока, мы должны использовать специальные приборы — амперметры. В настоящее время силу тока можно измерить с помощью цифрового мультиметра, который может измерять и силу тока, и напряжение и сопротивление и еще много чего. Для того, чтобы измерить силу тока, мы должны вставить наш прибор в разрыв цепи вот таким образом.
Более подробно как это сделать, можете прочитать в этой статье.
Также советую посмотреть обучающее видео, где очень умный преподаватель объясняет простым языком, что такое «сила тока».
20.4: Измерение тока и напряжения
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Идентификатор страницы
19517
Howard Martin пересмотрено Аланом Нг
University of Wisconsin-Madison
В этом разделе мы опишем, как можно построить устройства для измерения тока и напряжения. Прибор, измеряющий силу тока, называется «амперметр», а прибор, измеряющий напряжение, — «вольтметр». В настоящее время они обычно находятся в одном и том же физическом устройстве («мультиметре»), которое также может измерять сопротивление (путем измерения напряжения и тока можно легко определить сопротивление). Мы ограничим наше описание конструкцией простых аналоговых амперметров и вольтметров.

Как мы увидим в главе 21, очень просто построить устройство, которое может измерять очень малую величину тока, пропуская ток через катушку в магнитном поле так, чтобы катушка могла отклонять стрелку, указывающую величину тока. . Такой прибор называется «гальванометром» и обычно ограничивается измерением очень малых токов (порядка ). В этом разделе мы опишем, как можно использовать гальванометр для создания амперметров для измерения больших токов и вольтметров.
Амперметр
Амперметр строится путем размещения гальванометра параллельно с «шунтирующим» резистором \(R_s\). Шунтирующий резистор представляет собой небольшой резистор, который «шунтирует» (отклоняет) ток от гальванометра, так что большая часть тока проходит через шунтирующий резистор. Это показано на рисунке \(\PageIndex{1}\), на котором показан гальванометр (круг с \(G\) внутри), внутреннее сопротивление гальванометра \(R_G\) и шунтирующий резистор \ (Р_С\). Фактический амперметр будет находиться в коробке и иметь два разъема (обозначенные как \(A\) и \(B\) на рисунке).
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Изготовление амперметра из гальванометра путем включения «шунтирующего» резистора параллельно гальванометру.
Моделируя амперметр, мы можем определить общий ток \(I\), который мы хотели бы измерить, используя известные номиналы резисторов и ток \(I_G\), измеренный гальванометром. Учитывая любое из двух соединений и петлю по часовой стрелке, мы имеем: \[\begin{aligned} I&=I_G+I_S \quad&\text{(соединение)}\\ I_GR_G-I_SR_S&=0\quad&\text{(по часовой стрелке loop)}\\ \следовательно I_S&=\frac{R_G}{R_S}I_G\\ \следовательно I &= I_G+_S=\left(1+\frac{R_G}{R_S}\right) R_G\end{выровнено }\], что позволяет нам определить ток \(I\) по току \(I_G\), измеренному гальванометром. Мы также видим, что большая часть тока проходит через шунт (поскольку \(R_S\) выбрано меньшим, чем \(R_G\)). Амперметр будет иметь полное сопротивление \(R_A\), определяемое как: \[\begin{aligned} R_A=\frac{R_GR_S}{R_G+R_S}\end{aligned}\] Для измерения тока через определенный сегмент цепи, амперметр должен быть помещен последовательно с этим сегментом (так, чтобы ток, который мы хотим измерить, проходил через амперметр). На рисунке \(\PageIndex{2}\) показано, как подключить амперметр (обведено буквой \(A\)) для измерения тока через резистор \(R\).
Рисунок \(\PageIndex{2}\): Амперметр включен последовательно с резистором для измерения тока через резистор.
Вольтметр
Вольтметр состоит из большого резистора \(R_V\) последовательно с гальванометром (имеющим внутреннее сопротивление \(R_G\)), как показано на рисунке \(\PageIndex{3}\ ). Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов между клеммами вольтметра (обозначены \(A\) и \(B\) на рисунке).
Рисунок \(\PageIndex{3}\): Создание вольтметра из гальванометра путем последовательного включения резистора с гальванометром.

Зная значения резисторов и ток, измеренный гальванометром, можно легко определить разность потенциалов между точками \(A\) и \(B\), так как ток, измеренный гальванометром, проходит непосредственно через каждый резистор: \[\begin{aligned} \Delta V = V_B-V_A=-I_G(R_V+R_G)\end{aligned}\] Чтобы измерить разность потенциалов на компоненте, вольтметр должен быть размещен параллельно компоненту . На рисунке \(\PageIndex{4}\) показано, как подключить вольтметр (обведено буквой \(V\)) для измерения напряжения на резисторе \(R\).
Рисунок \(\PageIndex{4}\): Вольтметр подключен параллельно резистору для измерения напряжения на резисторе.
При использовании амперметра или вольтметра вы заметите, что они обычно имеют кнопки или циферблаты для выбора диапазона измеряемых токов или напряжений. Все, что делает циферблат, это изменяет значение шунта или последовательного резистора, чтобы поддерживать заданный максимальный ток через гальванометр. Омметр для измерения сопротивления — это просто амперметр со встроенной фиксированной разностью потенциалов (чтобы, измеряя ток при известной разности потенциалов, можно было определить сопротивление компонента).

Пример \(\PageIndex{1}\)
Два резистора сопротивлением \(1\text{k}\Omega\) соединены последовательно с батареей \(12\text{V}\). Вольтметр с общим сопротивлением \(R_V=10\text{k}\Omega\) используется для измерения напряжения на одном из резисторов. Какие показания показывает вольтметр?
Решение :
Поскольку два резистора имеют одинаковое сопротивление и включены последовательно с батареей, когда вольтметр не подключен, легко показать, что напряжение на любом резисторе равно \(6\text{V}\ ). Однако, подключив вольтметр к одному из резисторов, мы модифицируем схему, и мы должны ожидать, что считываемое напряжение будет отличаться от \(6\text{V}\) (можете ли вы сказать, будет ли оно больше или меньше?). Схема с подключенным вольтметром показана на рисунке \(\PageIndex{5}\).
Рисунок \(\PageIndex{5}\): При использовании вольтметра схема изменяется.
Мы можем легко смоделировать эту схему, объединив вольтметр (смоделированный как резистор) параллельно одному из резисторов: \[\begin{aligned} R_{eff}=\frac{R_VR}{R_V+R}=\ frac{(10\text{k}\Omega)(1\text{k}\Omega)}{(10\text{k}\Omega)+(1\text{k}\Omega)}=\frac{ 10}{11}\text{k}\Omega=0. 91\text{k}\Omega\end{aligned}\] Сумма падений напряжения на рабочем резисторе и другом резисторе должна равняться разности потенциалов на аккумуляторе. (правило цикла Кирхгофа): \[\begin{aligned} R_{eff}I+RI&=\Delta V\\ \следовательно, I &= \frac{\Delta V}{R_{eff}+R}=\frac{ (12\текст{В})}{(0,9{-3}\text{A})(0,91\text{k}\Omega)=5,7\text{V}\end{aligned}\] и вольтметр показывает меньшее напряжение, чем было бы без вольтметра.

Обсуждение:
В этом примере мы видели, что, используя вольтметр для измерения напряжения в цепи, мы фактически нарушаем цепь. Поместив вольтметр параллельно одному резистору, мы создали эффективный резистор с сопротивлением, меньшим, чем сопротивление вольтметра или резистора. Это снизило общее сопротивление цепи, что увеличило ток. Больший ток через второй резистор (без вольтметра) приводит к большему падению напряжения, чем \(6\text{V}\) на этом резисторе. Таким образом, падение напряжения на резисторе с вольтметром будет меньше \(6\text{V}\), как мы выяснили, так как два падения напряжения нужно добавить к \(12\text{V}\).
Как правило, при использовании вольтметра требуется вольтметр с очень высоким сопротивлением, чтобы свести к минимуму помехи в цепи (если вольтметр имеет высокое сопротивление, то от резистора будет шунтироваться лишь небольшое количество тока) . На практике сопротивление вольтметров обычно имеет порядок \(1\text{M}\Omega\).

Эта страница под названием 20.4: Измерение тока и напряжения распространяется по лицензии CC BY-SA, автором, ремиксом и/или куратором выступил Говард Мартин, редакция Алана Нг.
Наверх
Была ли эта статья полезной?
Тип изделия
Раздел или Страница
Автор
Райан Мартин и др.

Лицензия
CC BY-SA
Показать оглавление
нет
Теги
На этой странице нет тегов.
Электрический ток | Формула и определение
магнитное поле, создаваемое электрическим током
См. все средства массовой информации
Связанные темы:
переменный ток ток смещения электродвижущая сила теллурический ток постоянный ток
См. все связанное содержимое →
электрический ток , любое движение носителей электрического заряда, таких как субатомные заряженные частицы (например, электроны с отрицательным зарядом, протоны с положительным зарядом), ионы (атомы, которые потеряли или приобрели один или несколько электронов ) или дырки (дефицит электронов, который можно рассматривать как положительные частицы).

Электрический ток в проводе, где носителями заряда являются электроны, является мерой количества заряда, проходящего через любую точку провода в единицу времени. В переменном токе движение электрических зарядов периодически меняется на противоположное; на постоянном токе нет. Во многих контекстах направление тока в электрических цепях принимается за направление потока положительного заряда, направление, противоположное фактическому дрейфу электронов. При таком определении ток называется обычным током.
Britannica Quiz
27 правильных или неверных вопросов из самых сложных научных викторин Britannica

Узнайте, почему низкое сопротивление меди делает ее отличным проводником электрического тока
Посмотреть все видео к этой статье
Ток обычно обозначается символом I . Закон Ома связывает ток, протекающий по проводнику, с напряжением В и сопротивлением Р ; то есть В = I R . Альтернативная формулировка закона Ома: I = V / R .
Ток в газах и жидкостях обычно состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных ионов в противоположном направлении. Чтобы учесть общее влияние тока, его направление обычно принимают за направление положительного носителя заряда. Ток отрицательного заряда, движущийся в противоположном направлении, эквивалентен положительному заряду той же величины, движущемуся в обычном направлении, и должен учитываться как вклад в общий ток. Ток в полупроводниках состоит из движения дырок в обычном направлении и электронов в противоположном направлении.

Существуют токи многих других видов, например, пучки протонов, позитронов или заряженных пионов и мюонов в ускорителях частиц.
Электрический ток создает сопровождающее магнитное поле, как в электромагнитах. Когда электрический ток течет во внешнем магнитном поле, на него действует магнитная сила, как в электродвигателях.