Единица измерения силы тока и его природа

Электрический ток в виде молнии
1
30/03/2018 18:57:34
Содержание:

Комфорт современной жизни обеспечивается работой многих электрических устройств и приборов, в которых протекает ток. С его помощью нам светло в темное время — освещаются улицы,  дома, квартиры, здания и производственные мощности. Электрический ток дает нам возможность комфортно приготовить пищу, не замерзнуть в холодное время года. В мегаполисах он упрощает логистику передвижения — работают метрополитен, электрички, передвижные лестницы и эскалаторы, лифтовое хозяйство и многие другие системы и механизмы.

Без простого понимания, как происходит процесс электротока и что такое сила тока,  полного представления об электричестве составить невозможно. На основе понятий тока строятся электрические цепи и другие электротехнические схемы, системы жизнеобеспечения и комфортного проживания человека.

Что такое ток и его сила

Прежде чем перейти к понятию, в чем измеряется ток, специалисты рекомендуют рассмотреть его определение. Электроток — это упорядоченное движение частиц, имеющих заряд. Простыми словами ток определяется как некое количество частиц, имеющих заряд, которые за определенное время прошли через сечение проводимых материалов (алюминиевый или медный провод).

Направление движения тока
Направление движения тока

Металлический проводник в качестве носителей зарядов использует электроны. Когда ток в проводнике отсутствует, электроны в нем находятся в хаотическом состоянии, простыми словами, через сделанное сечение в проводнике без электротока слева направо и обратно протекает равное количество электронов. Когда включается электроток, это движение упорядочивается, электроны начинают двигаться направленно через воображаемое сечение в проводнике.

Силой электрического тока является величина, характеризующаяся численным значением заряда, который за определенное время (единицу времени) прошел через воображаемое сечение проводника.

Формула нахождения силы тока
Формула нахождения силы тока

Для лучшего понимания физического значения силы электротока специалисты часто представляют электрическую цепь в виде водопроводной системы любой квартиры, в которой насос, подающий воду, изображает источник тока.

Вода в кране как аналог заряженных частиц
Вода в кране как аналог заряженных частиц

Когда насос прекращает свою работу, в доме или квартире прекращается подача воды в запорные устройства (краны, смесители). В этом случае кран является аналогом прерывателя в электрической цепи: когда он открыт, вода поступает, если его закрыть, подачи не будет. Молекулы воды могут в этом случае заменить заряженные частицы в электросхеме.

Как двигаются молекулы в воде при отрытом кране
Как двигаются молекулы в воде при отрытом кране

Рассмотрим в этом примере величину, аналогичную силе тока, — это количество молекул воды, которые за одну секунду прошли через сечение водопроводной трубы. Другими словами, это напор воды. Когда сильный напор, вы за то же время наберете больше воды, чем при слабом напоре. Поводим аналогию, и получается, что чем больше сила ампера, тем сильнее электроток и его воздействие.

Электроток в различных средах

Электрический ток в разных средах протекает по-разному, специалисты рассматривают его протекание в твердых материалах, к ним относятся: проводники (металл, медь, железо, алюминий), полупроводники и материал, не проводящий ток (диэлектрик). Необходимо всегда учитывать состояние среды, в которой находятся носители зарядов, а именно:

  • твердое состояние;
  • жидкая среда;
  • газообразный проводник.
Носители зарядов в разных средах
Носители зарядов в разных средах

Примером носителя часто встречающегося заряда нам может быть простая вода. Когда она находится в жидком виде и после заморозки становится льдом, это твердое состояние вещества. Современная наука рассматривает и такую среду протекания тока, как плазма, которая  находится в ионосфере земной поверхности. Условия изучения в лабораториях создать сложно, для этого надо сделать температурный режим около 1 млн кельвина.

В чем измеряется сила тока

Величина, которая определяется как сила тока, измеряется в амперах. Количество электричества полностью не может характеризовать электроток. Возьмем количественное значение электричества 1 кулон, которое может протекать по проводу (проводнику) в течение 60 минут (час), но такое же количество может через тот же самый провод пройти за 1 секунду (единица времени).

Из приведенного примера видно, что интенсивность электротока во втором случае будет выше, это 1 секунда времени и 1 кулон электричества, проходящего через сечение провода.

В электротехнике принято обозначать силу тока литерой I, а измерять ее в амперах.

Что такое ампер в системе измерений (СИ)? Это единица, которой измеряется сила электротока в цепи, он равняется силе неизменного тока, который протекает по параллельным проводам, имеющим неограниченную длину. Сечение имеет минимальное значение, с удалением в 1 метр друг от друга, среда — вакуум, вызывающий воздействие на метре длины силу, равную 2*10 минус 7 степени ньютона. Это можно записать следующим образом:

единица измерения: 1 ампер = кулон/секунду.

Формула, чему равен один ампер
Формула, чему равен один ампер

Сила тока названа ампером в честь ученого из Франции Анри М. Ампера, который работал над магнитным воздействием протекающего в проводе тока. Для точных измерений используются дополнительные величины силы тока: миллиампер = единица/1000 ампер = 10 в минус 3 степени ампера, микроампер = единица/ 1 млн ампер = 10 в минус 6 степени ампера.

Нахождение значения силы ампера
Нахождение значения силы ампера

Виды электричества

Для обывателей электричество больше знакомо в виде переменного тока (сетевые розетки, освещение) и постоянного тока (батарейки). Привычный для людей комфорт создает в основном переменное электричество, которое отличается от постоянного тока лучшей трансформацией от источника к потребителю. Работу переменного тока хорошо видно на таком осветительном приборе, как люминесцентная лампа, когда в процессе розжига происходит ее мигание и заметно движение из одной стороны в другую заряженных частиц.

Специалисты в основном рассматривают переменный ток, так как он в большем количестве применяется в бытовых системах. Для расчета тока на участке электроцепи системы переменного напряжения применяется закон Ома, а именно, находится ампер (единица силы) по формуле.

Формула для переменного тока полной цепи
Формула для переменного тока полной цепи

Способы измерения силы тока

Метод определения величины силы тока магнитоэлектрическим способом считается наиболее точным, он чувствителен к процессам в цепи, не берет много энергии, но применяется только для цепей постоянного тока.

Электромагнитный способ измерения значения силы тока применяется для переменного электротока и цепей постоянного тока.

Косвенный метод нахождения силы — это когда применяется измерительный прибор напряжения для нахождения его значения на сопротивлении.

В электротехнике силу тока измеряют специальным устройством – амперметром. Для незначительных величин применяется микроамперметр или миллиамперметр, а также гальванометр.

Микроамперметр, миллиамперметр
Микроамперметр, миллиамперметр

Сила тока в цепи измеряется амперметром следующим образом: он включается в цепь последовательно в ее разрыв, ток должен пойти через прибор к потребителю, на амперметре будет показываться значение силы тока в цепи в текущее время. В каком месте делать разрыв для измерения силы тока, значения не имеет, можно до потребителя энергии или же после него.

Место разрыва цепи не имеет значения, когда измеряется величина тока
Место разрыва цепи не имеет значения, когда измеряется величина тока

Амперметры могут иметь на шкале значений разную цену деления, это зависит от назначения измерительного устройства. По шкале можно увидеть возможности измерений прибора, по этой причине не рекомендуется его включать в цепь с током, который больше его измерительных возможностей. Правила включения амперметра в цепь постоянного тока:

  • делаем разрыв цепи, последовательно включаем прибор;
  • амперметр имеет клемму (+), на нее подключаем провод со стороны источника (+);
  • на минусовую клемму подключаем провод со стороны источника (-).

Безопасным током для человека определена сила тока, имеющая значение меньше 1 миллиампера, свыше 100 миллиампер может нанести серьезные травмы человеку, значение в несколько ампер смертельно для организма человека. Работая с электричеством, кроме принятых безопасных значений, надо всегда в учет брать личные качества человека и его особенности по отношению к воздействию на него электротока.

Практический способ измерения силы тока

Для практического измерения значения силы тока в сети специалисты рекомендуют сделать удлинитель, который имеет две розетки, внешне он не отличается от промышленных удлинителей, однако розетки соединяются последовательно, а не параллельно, как показано на фото:

Двурозеточный удлинитель
Двурозеточный удлинитель

Верхние клеммы розеток соединяются между собой, а на нижние контакты подается напряжение. В одну розетку включаем любой электрический прибор, во вторую — щупы амперметра. Перед тем как вставить щупы в розетку, надо выставить правильный параметр тока на приборе (постоянный или переменный) и убедиться в максимальном значении выбранного параметра тока, как показано на фото ниже:

Клеммы удлинителя
Клеммы удлинителя
Проверка работоспособности
Проверка работоспособности

Из представленного примера видно, что сила потребляемого тока = 0,25 А, если прибор измерений не позволяет сделать отсчет по шкале, надо выполнить расчет. Установленный предел 0,5 А, цена деления шкалы измерений 0,5. Делим на количество делений шкалы, получается 0,005 А, показания прибора — 50 делений, что равняется 0,25 А.

Амперметр
Амперметр

Расчет мощности устройств по току

Зная величину силы тока, можно простыми расчетами определить мощность подключенного к сети потребителя — лампочки, кондиционера, холодильника или телевизора. Для этой цели используем установленный Джоулем и Ленцом закон:

Формула мощности
Формула мощности

Сделаем простой расчет на примере автомобильной лампочки с потребляемым током в 5 А. Питание автомобиля 12 вольт, тогда мощность лампочки = 5*12 = 60 ватт. Для стирального агрегата в квартире: напряжение сети 220 вольт, потребляемый ток 10 А по измерительному прибору, тогда мощность = 10*220 = 2200 ватт, или 2,2 кВт.

Безопасность

Каждое помещение имеет собственный класс безопасности для проведения измерений. Есть влажные и сухие помещения, другие условия, по этой причине необходимо выполнять следующие рекомендации специалистов:

  • не заниматься измерением значений тока в сети, когда для этого нужны специальные знания (напряжение сети более 1000 вольт);
  • не заниматься измерениями в труднодоступных местах, не рекомендуется измерять ток на высоте;
  • проводить измерения, применяя защитные средства (резиновые перчатки, боты, коврики);
  • устройство, которым вы проводите измерения величины электротока, должно быть проверено и исправно;
  • работая с мультиметром, надо всегда перед началом измерений убедиться в правильном выставлении на приборе параметров;
  • электрические щупы измерительного прибора должны быть исправны.

Электротоки природного происхождения

В современном городе человек постоянно находится под воздействием электромагнитных полей, разрядов. Значение разрядов, создаваемых промышленным оборудованием и машинами, имеет небольшие величины, которые не чувствуются человеком.

Молния

Каждый человек видел молнию в процесс е непогоды, она получается от трения воздушных слоев в оболочке Земли, которые электризуются, облако выполняет функцию накопителя электрического разряда. При достижении большого значения разряда между разными по знаку зарядами происходит разряд — молния, она же электрическая искра. Этот вид разряда происходит между облаками или Землей и облаком. Когда облако в нижней кромке своей имеет отрицательный заряд (-), а Земля позиционируется положительным зарядом (+), молния «бьет» в Землю.

В XVIII веке над данным природным явлением работали Франклин и Ломоносов, примечательно то, что на всех картинках ее рисуют как удар сверху вниз, но в действительности визуальное свечение начинается снизу вверх.Удар молнии
Удар молнии

 

Огни Эльма

Это явление можно наблюдать вокруг заостренных высоких шпилей, конструкций. Перед началом грозы вокруг заостренной части на высоте наблюдается визуально электрическое свечение. Длительное время в прошлые столетия это явление толковалось как божественное вмешательство, которое предупреждало человека о надвигающейся грозе, особенно это проявляется на парусных судах перед бурей.

Много описаний огней Святого Эльма можно встретить в судовых документах именитых путешественников. Они по-разному описывают свечение вокруг заостренных концов мачт, в виде пламени или фейерверка, но всегда бело-голубого цвета непродолжительного действия. Из описаний можно сделать вывод, что пламя не несет обжигающих и возгорающихся свойств. В некоторых случаях это явление сопровождается шипящим звуком.

Сейчас огни Святого Эльма можно увидеть в горах на зданиях с молниеотводами, научное определение этого явления — коронный электрический разряд непродолжительного действия.

Огни Святого Эльма
Огни Святого Эльма

Вывод

Всем привычное электричество создает для людей комфорт: интернет, электрические сети освещения, телевидение, бытовые агрегаты. Промышленность напрямую зависит от электрической энергии, поэтому надо понимать, как находить силу тока в цепи. В медицине много приборов и устройств работают от электричества с нужной силой тока.

Для практических измерений важно понимать, что сила электрического тока измеряется с учетом его поведения: переменный или постоянный, импульсный. Этими измерениями характеризуется работа многих приборов и устройств. Специалисты различают следующие значения измеряемого тока: амплитудное, среднее, мгновенное, действующее. Занимаясь измерениями силы тока, надо всегда соблюдать правила безопасности проведения работ с электричеством.

Изображение пользователя Кибкало Евгений Дмитриевич
Кибкало Евгений Дмитриевич Инженер-электрик
комментарии:
Чтобы оставить отзыв, пожалуйста, авторизируйтесь используя социальные сети.
добавить комментарий:
Нажимая кнопку Отправить вы соглашаетесь с Пользовательским соглашением и Правилами размещения информации.
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора отзыва.
Сколько денег вы тратите на ремонтные работы в год?
от 10 000 до 100 000 рублей
60% (6 ответов)
от 1 000 до 10 000 рублей
40% (4 ответа)
до 1 000 рублей
0% (0 ответов)
Всего проголосовало: 10