Формула силы тока в физике

Определение и формула силы тока

Определение

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.

Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока. Эффективной величиной силы переменного тока (Ieff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равную работе переменного тока в течение одного периода (T):

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

то Im – амплитуда силы тока ( – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока (). При этом:

где – угол между векторами и ( – нормаль к элементу поверхности dS), jn – проекция вектора плотности тока на

www.webmath.ru

Основные электротехнические формулы. Мощность. Сопротивление. Ток. Напряжение. Закон Ома.

Электрическое напряжение:

  • U = R* I - Закон Ома для участка цепи
  • U = P / I
  • U = (P*R)1/2

Электрическая мощность:

  • P= U* I
  • P= R* I2
  • P = U 2/ R

Электрический ток:

  • I = U / R
  • I = P/ E
  • I = (P / R)1/2

Электрическое сопротивление:

  • R = U / I
  • R = U 2/ P
  • R = P / I2

НЕ ЗАБЫВАЕМ: Законы Кирхгофа они же Правила Кирхгофа для тока и напряжения.

Цепь переменного синусоидального тока c частотой ω.

Применимость формул: пренебрегаем зависимостью сопротивлений от силы тока и частоты.

Напомним, что любой сигнал, может быть с любой точностью разложен в ряд Фурье, т.е. в предположении, что параметры сети
частотнонезависимы - данная формулировка применима ко всем гармоникам любого сигнала.

Закон Ома для цепей переменного тока:

  • U = U0eiωt  напряжение или разность потенциалов,
  • I  сила тока,
  • Z = Reiφ  комплексное сопротивление (импеданс)
  • R = (Ra2+Rr2)1/2  полное сопротивление,
  • Rr = ωL — 1/ωC  реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
  • Rа  активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
  • φ = arctg Rr/Ra — сдвиг фаз между напряжением и током.

dpva.ru

Постоянный ток Основные формулы:

Сила тока: .

Плотность тока: ,j=qnV.

Закон Ома для однородного участка цепи:

Сопротивление проводника:

Зависимость удельного сопротивления от температуры:

Закон Ома для неоднородного участка цепи:

Сила тока короткого замыкания: .

Закон Ома для замкнутой цепи: .

Работа электрического поля на участке цепи:

Закон Джоуля-Ленца:

Мощность тока: P=I . U .

Полная мощность, выделяемая в цепи: P=I .  .

Первый закон Кирхгофа: .

Второй закон Кирхгофа:

Примеры решения задач

Задача 12. Амперметр, накоротко присоединенный к источнику тока с ЭДС 1,5 В и внутренним сопротивлением 0,2 Ом, показывает силу тока 5 А. Какую силу тока показывает этот амперметр, если его зашунтировать сопротивлением 0,1 Ом?

Дано:

 = 1,5 В

r= 0,2 Ом

I1 = 5 А

Rш = 0,1 Ом

Решение.

Ток в цепи без шунта был равен

Отсюда .

Ток в цепи с зашунтированным амперметром равен

I2 — ?

,

где — сопротивление внешней цепи.

Ответ: I2 = 10 A.

Задача 13. Даны 12 элементов с ЭДС  =1,5В и внутренним сопротивлением r=0,4Ом. При последовательном или параллельном соединении этих элементов в батарею ток внешней цепи, имеющей сопротивление R=0,3 Ом, будет максимальным?

Дано:

n = 12

 = 1,5 В

r= 0,4 Ом

R= 0,3 Ом

Решение.

При последовательном соединении источников тока суммарная ЭДС равна p=n, а результирующее внутреннее сопротивление батареи равно rp= n . r.

Таким образом, ток в цепи при последовательном соединении источников тока равен

Imax — ?

При параллельном соединении одинаковых источников тока суммарная ЭДС будет равна , а результирующее внутреннее сопротивление батареи равно

Таким образом, ток в цепи при параллельном соединении источников тока равен

Ответ: I2 > I1 при параллельном соединении.

Задача 14. Электрическая плитка мощностью 1 кВт и нихромовой спиралью предназначена для включения в сеть с напряжением 220 Вт. Сколько метров проволоки диаметром 0,5 мм надо взять для изготовления спирали, если температура нити равна 900оС. Удельное сопротивление нихрома при 0о С — 1мк Ом.м, а температурный коэффициент сопротивления — 4.10—4 К—1.

Дано:

Р = 1 кВт = 103 Вт

U = 220 В

d = 0,5 мм = 0,5.10—3

t = 900о С

po=1мк Ом . м =10—6 Ом . м

= 4 . 10—4

К—1

Решение.

Мощность плитки равна где

—сопротивление нихромовой проволоки. Сопротивление проволоки также равно

—?

где — удельное сопротивление проволоки приt=900oC.

Таким образом, длина нихромовой проволоки, необходимой для изготовления спирали, равна

Ответ: =7м.

Задача 15. Сила тока в проводнике равномерно нарастает от Io= 0 до I = 3A в течение времени t = 10с. Определить заряд q, прошедший в проводнике.

Дано:

Io= 0

I = 3 A

t=10 с

Решение.

Элементарный заряд dq, прошедший в проводнике за время

dt, равен dq=I·dt, где I в силу равномерного нарастания может быть выражено формулой I =k t ,

q— ?

где — коэффициент пропорциональности.

Полный заряд, прошедший в проводнике за время t, равен

Ответ: q=15 Кл.

Задача 16. Сила тока в проводнике равномерно нарастает от Io = 0 до некоторого максимального значения в течение времени t=10 с. За это время в проводнике выделилось количество теплоты Q=1 кДж. Определить скорость нарастания тока в проводнике, если сопротивление R его равно 3 Ом.

Дано:

Io= 0

t = 10с

Q = 1кДж

R = 3 Ом.

Решение.

Количество теплоты, выделившееся в проводнике за время t, равно

,I=k·t,

где - скорость нарастания тока в проводнике.

q— ?

Отсюда

Ответ: k = 1 A / c.

Задача 17. Три источника тока с ЭДС 1 = 11 B, 2 =4 B и 3 = 6 B и три реостата с сопротивлениями R1=5 Ом, R2=10 Ом и R3=2 Ом соединены, как показано на рисунке. Определить силы токов I в реостатах. Вынужденное сопротивление источника тока пренебрежимо мало.

Дано:

1 = 11 B

2 =4 B

3 = 6 B

R1=5 Ом

R2

=10 Ом

R3=2 Ом

Решение.

I 1 , I 2 , I 3 — ?

Силы токов в разветвленной цепи определяются с помощью законов Кирхгофа. Поскольку в задаче три неизвестных, необходимо составить три уравнения. Перед составлением уравнений следует, во-первых, выбрать произвольно направления токов, текущих через сопротивления, указав их стрелками на чертеже, и, во-вторых, выбрать направление обхода контуров (только для составления уравнений по второму закону Кирхгофа).

При решении данной задачи направления токов выбраны, как показано на рисунке.

Одно из трех необходимых для решения задачи уравнений составляется, исходя из первого, два других — из второго закона Кирхгофа.

По первому закону Кирхгофа для узла В имеем

I 1 + I 2 - I 3 = 0.

При составлении уравнений по первому закону Кирхгофа необходимо соблюдать правило знаков: ток, подходящий к узлу, входит в уравнение со знаком плюс; ток, отходящий от узла — со знаком минус.

При составлении уравнений по второму закону необходимо соблюдать следующее правило знаков: а) если ток по направлению совпадает с выбранным направлением обхода контуров, то соответствующее произведение IR входит в уравнение со знаком плюс, в противном случае произведение IR входит в уравнение со знаком минус; б) если ЭДС повышает потенциал в направлении обхода контура, то есть, если при обходе контура приходится идти от минуса к плюсу внутри источника, то соответствующая ЭДС входит в уравнение со знаком плюс, в противном случае — со знаком минус.

По второму закону Кирхгофа имеем соответственно для контуров AR1 BR2 и AR2 BR3 :

I 1 R1 - I 2 R2 = 1 - 2,

I 2 R2 + I 3 R3 = 2 - 3.

Подставив в уравнения значения сопротивлений и ЭДС, получим систему уравнений:

I 1 + I 2 I 3 = 0 ;

5 I 1  10 I 2 = 7 ;

10 I 2 + 2 I 3 =  2 .

Решив эту систему уравнений, получаем что I1 = 0,8 А, I2 =  0,3 А, I3= 0,5 А.

Знак минус у значения тока I2 свидетельствует о том, что при произвольном выборе направлений токов, указанных на рисунке, направление тока I 2 было указано противоположно истинному.

Ответ: I 1 = 0,8 А, I 2=  0,3 А, I 3 = 0,5А.

studfiles.net

Сила тока. Амперметр — урок. Физика, 8 класс.

В процессе своего движения вдоль проводника заряженные частицы (в металлах это электроны) переносят некоторый заряд. Чем больше заряженных частиц, чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесён за одно и то же время. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи.

Сила тока \((I)\) — скалярная величина, равная отношению заряда (\(q\)), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени (\(t\)), в течение которого шёл ток.

I=qt, где \(I\) — сила тока, \(q\) — заряд, \(t\) — время.

 

Единица измерения силы тока в системе СИ — \([I] = 1 A\) (ампер).


В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током:


при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях — отталкиваются.


 

За единицу силы тока \(1 A\) принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной \(1\) м, расположенные на расстоянии \(1\) м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой \(0,0000002\)\(H\).

Единица силы тока называется ампером (\(A\)) в честь французского учёного А.М. Ампера.

 

Андре-Мари Ампер

(1775 - 1836)

 

А.М. Ампер ввёл такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т.д.


Ампер — довольно большая сила тока. Например, в электрической сети квартиры через включённую \(100\) Вт лампочку накаливания проходит ток с силой, приблизительно равной \(0,5A\). Ток в электрическом обогревателе может достигать \(10A\), а для работы карманного микрокалькулятора достаточно \(0,001A\).

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например, миллиампер (мА) и микроампер (мкА):
\(1 мA = 0,001 A\), \(1 мкA = 0,000001 A\), \(1 кA =1000 A\).
То есть \(1 A = 1000 мA\), \(1 A = 1000000 мкA\), \(1 A = 0,001 кA\).

Если электроны перемещаются в одном направлении, т.е. — от одного полюса источника тока к другому, то такой ток называют постоянным.

Переменным называется ток, сила и направление которого периодически изменяются.

В бытовых электросетях используют переменный ток напряжением \(220\) В и частотой \(50\) Гц. Это означает, что ток за \(1\) секунду \(50\) раз движется в одном направлении и \(50\) раз — в другом. У источников переменного тока нет полюсов. У многих приборов имеется блок питания, который преобразует переменный ток в постоянный (у телевизора, компьютера и т.д.).

 

Силу тока измеряют амперметром. В электрической цепи он обозначается так:

 

Обрати внимание!

Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить. Амперметр нельзя подсоединять к источнику тока, если в цепь не подключён потребитель!

Измеряемая сила тока не должна превышать максимально допустимую силу тока для измерения амперметром. Поэтому существуют различные амперметры.

 

Микроамперметр

Миллиамперметр

Амперметр

Килоамперметр

 

Обрати внимание!

Различают амперметры для измерения силы постоянного тока и силы переменного тока.

Их можно различить по обозначениям: 

  • «~» означает, что амперметр предназначен для измерения силы переменного тока;
  • «» означает, что амперметр предназначен для измерения силы постоянного тока.

Можно обратить внимание на клеммы прибора. Если указана полярность («\(+\)» и «\(-\)»), то это прибор для измерения постоянного тока.


Иногда используют буквы \(AC/DC\). В переводе с английского \(AC\) (alternating current) — переменный ток, а \(DC\) (direct current) — постоянный ток.
 

Для измерения силы постоянного тока

Для измерения силы переменного тока

 

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр. Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

 

 

Обрати внимание!

Включая амперметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность (см. рисунок): провод, который идёт от положительного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «+»; провод, который идёт от отрицательного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «-».

Если полярность на источнике тока не указана, следует помнить, что длинная линия соответствует плюсу, а короткая — минусу.


 

В цепь переменного тока включается амперметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

 

Обрати внимание!

В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова.

Это видно из опыта, изображённого на рисунке.

 

 

Обрати внимание!

Безопасным для организма человека можно считать переменный ток силой не выше \(0,05 A\), ток силой более \(0,05 — 0,1 A\) опасен и может вызвать смертельный исход.

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

http://class-fizika.narod.ru/8_28.htm
http://school.xvatit.com/index.php?title=%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D0%B0_%D1%82%D0%BE%D0%BA%D0%B0
http://physics.kgsu.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=217&Itemid=72

http://kamenskih3.narod.ru/untitled74.htm

 

www.yaklass.ru

Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл

Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.

Выясним, что же представляет собой понятие электричество?

Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз

И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

А теперь, перейдем к главному.

Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.

Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R

Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах. Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах. Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.

Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.

О мощности электрического тока

В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.

Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.

Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:

P = U*I.

Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.

Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.

Вот так – ничего сложного!

pue8.ru

Сила тока | Практическая электроника

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, для того чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать.  Наше тело тоже обладает силой. У кого-то сила такая, что может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, другой не сможет поднять даже и ложку. Так вот, дорогие мои читатели,  электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с которым вы поливаете свой огород.

Пусть шланг  – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода 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.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из краника или шланга вы его быстрее наполните? Диаметр шланга и краника при этом одинаковы

Разумеется, напором из желтого шланга! Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из краника и желтого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из краника за одно и то же время.

Что такое сила тока

С проводами точно такая же история). То есть за равный промежуток времени количество электронов, бегущих по проводу может быть абсолютно разное. Отсюда можно вывести определение силы тока.

Итак, сила тока – это количество электронов, проходящих через  площадь поперечного сечения проводника за единицу времени, ну скажем, за секунду. Ниже на рисунке заштрихована зелеными линиями та самая площадь поперечного сечения провода, через который бежит электрический ток.

И чем бОльшее количество электронов “пробежит” по проводу через поперечное сечение проводника за какое-то время, тем больше будет сила тока в проводнике.

Или иначе формулой для чайника:

где

I – собственно сила тока

N – количество электронов

t – период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника.

Сила тока измеряется в так называемых Амперах, в честь французского ученого Андре-Мари Ампера.

Имейте также ввиду, что каждый отдельно взятый шланг выдерживает только определенный максимальный поток воды, иначе он или где-то продырявиться от такого напора, либо его просто разнесет по кускам. Так же и с проводами. Мы должны знать, какой максимальный ток мы можем прогонять через этот провод. Например, для медного провода сечением в 1ммнормальное значение составляет 10 Ампер. Если мы будем подавать больше, то провод либо начнет греться, либо плавиться. На этом принципе завязаны плавкие предохранители. 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.

Также про силу тока можете прочитать в более информативной статье.

www.ruselectronic.com

Ответы@Mail.Ru: формулы силы тока(все)?

I = U/R -- закон Ома.<br>I = q/t -- кол-во протекающего заряда в ед. времени.<br>I^2*R*t = A -- тепловая энергия.<br>I^2*R = P -- активная мощность.<br>I*U*Y3 = S -- полная мощность трехфазной цепи.<br>I*U*Y3cosф = P -- активная мощность трехфазной цепи. и т.д. <br>Все формулы нет смысла помнить (как и любые другие). Есть фундаментальные и из них выводятся другие, в зависимости от постановки задачи.

I=U/R - самая важная

ток тем больше, чем меньше сопротивление и чем выше напряжение. Закон Ома.

Закон Ома для полной цепи: e=Ir+IR, откуда I=e/(r+R), где e - ЭДС, R и r - сопротивления соответственно цепи и источника тока. "Электродвижущая сила равна сумме падений напряжений в цепи и источнике тока". Но этот закон действует только для постоянного тока.

I=S/U* корень из n, где I - сила тока, S - мощность оборудования, U - напряжение в сети, а n - кол-во фаз. Это при активной мощности (лампы накаливания, спирали....). При реактивной же мощности, (двигатели, дросселя и т.д.), числитель нужно умножить на cos f, указанный на оборудовании.

touch.otvet.mail.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *