В чем измеряется работа тока

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.

Как создать длительный ток и что для этого необходимо

Положительный заряд – это недостаток электронов, а отрицательный – это их избыток. В момент соединения тел проводником, отрицательные электроны устремились к положительно заряженному телу.

А в конце ток прекратился потому, что заряды тел скомпенсировались и тела превратились в электрически нейтральные. Нам известно, что нейтральные тела электрическое поле не создают.

Значит, ток существует до тех пор, пока существует электрическое поле. Поэтому, нужно каким-либо образом поддерживать электрическое поле. А для этого нужно, чтобы одно из тел обладало избыточным отрицательным зарядом. То есть, нужно поддерживать на одном из тел отрицательный, а на другом – положительный заряд. Пока заряды тел будут поддерживаться, ток будет существовать.

Чтобы на теле с положительным зарядом поддерживать этот заряд, нужно убирать с этого тела прибежавшие туда электроны и отправлять их обратно на отрицательно заряженное тело.

Такая схема по своему устройству напоминает фонтан, в котором насос поддерживает разность давлений. В нагнетающей воду трубе давление больше, чем в трубе, через которую вода поступает обратно в насос.

Рис. 18. Поток воды циркулирует благодаря насосу, поддерживающему разность давлений

Именно благодаря этой разности, из одной трубы вода выплескивается вверх, а собранная в чашу вода попадает обратно в насос. При этом, по контуру циркулирует одно и то же количество воды, то есть, водяной контур замкнут. А ток воды в этом контуре поддерживается специальным устройством – насосом. Он совершает работу против силы тяжести.

Рис. 19. Водяной насос в фонтане совершает работу против силы тяжести

Сторонние силы — что это такое

Подобно своеобразному насосу устроен источник тока. Внутри источника действуют сторонние силы. Они возвращают электроны на «-» контакт.

На заряды в электрическом поле будет действовать сила. Она называется силой Кулона и имеет электрическую природу. Электроны будут притягиваться к телу, имеющему положительный заряд.

Сила Кулона будет мешать возвращать электроны на отрицательное тело. Подобно силе тяжести, которая мешает воде в фонтане двигаться вверх.

Чтобы вернуть электроны на отрицательно («-») заряженное тело, нужно совершить против силы Кулона. Значит, должна присутствовать какая-то внешняя сила, возвращающая электроны на отрицательно («-») заряженное тело. Эта сила имеет неэлектрическую природу, она называется сторонней силой.

Рис. 20. Источник тока совершает работу против электрической силы Кулона

Теперь можно ответить на вопрос: Что такое источник тока?

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

Чтобы ток существовал постоянно, нужно, чтобы между заряженными противоположно телами электрическое поле существовало непрерывно.

Примечание: В качестве заряженных противоположно тел можно рассматривать контакты источника тока.

Для этого электроны нужно пропустить по замкнутому контуру, т. е. непрерывной электрической цепи. Поэтому, еще одно условие существования постоянного тока – это замкнутая электрическая цепь. Как только замыкается цепь, в направленное движение приходят все заряженные частицы, находящиеся в этой цепи.

Рис. 21. Электрический ток источник может создать только в замкнутой цепи

В такой цепи заряды циркулируют по замкнутой траектории. То есть, заряд, вышедший из источника и совершивший полный оборот, попадет обратно в источник тока. Там он будет подхвачен сторонними силами и через противоположный вывод источника тока попадает обратно в цепь. Затем, будет двигаться далее и, совершит следующий круг. Поэтому, во время протекания электрического тока сами заряды не расходуются.

Нам известно, если на заряд действует сила и, под действием этой силы заряд перемещается, то эта сила совершает работу.

Это значит, что сторонние силы в источнике совершают работу. Подробнее о работе сторонних сил (ссылка).

Основные типы проводников

В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием силы, как правило разности электрических потенциалов, приходят в движение и создают электрический ток. Вольтамперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).

Металлы — здесь носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа.

Плазма — ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, которые образуются под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и (или) нагревания.

Электролиты — жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока. Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации. При нагревании сопротивление электролитов падает из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются, оседая на них. Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.

Существует также электрический ток электронов в вакууме, который используется в электронно-лучевых приборах.

Как измеряют cosφ на практике

Значение коэффициента cosφ обычно указано на бирках электроприборов, однако, если необходимо измерить его на практике пользуются специализированным прибором – фазометром. Также с этой задачей легко справится цифровой ваттметр.

Если полученный коэффициент cosφ достаточно низок, то его можно компенсировать практически. Осуществляется это в основном путем включения в цепь дополнительных приборов.

1. Если необходимо скорректировать реактивную составляющую, то следует включить в цепь реактивный элемент, действующий противоположно уже функционирующему прибору. Для компенсации работы асинхронного двигателя, для примера индуктивной нагрузки, в параллель включается конденсатор. Для компенсации синхронного двигателя подключается электромагнит.
2. Если необходимо скорректировать проблемы нелинейности в схему вводят пассивный корректор коэффициента cosφ, к примеру, это может быть дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой.

Мощность – это один из важнейших показателей электроприборов, поэтому знать какой она бывает и как рассчитывается, полезно не только школьникам и людям, специализирующимся в области техники, но и каждому из нас.

Как перевести амперы в ватты и обратно?

Как перевести амперы в киловаты?

Как рассчитать падение напряжения по длине кабеля в электрических сетях

Что такое коэффициент трансформации трансформатора?

Что такое диэлектрическая проницаемость

Сколько электроэнергии потребляют бытовые приборы, способы вычисления, таблица

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

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

Откуда вообще берется электрический ток?

Несмотря на кажущуюся простоту вопроса, немногие способны дать на него вразумительный ответ. Конечно, в наши дни, когда технологии развиваются с неимоверной скоростью, человек особо не задумывается о таких элементарных вещах, как принцип действия электрического тока. Откуда берется электричество? Наверняка многие ответят «Ну, из розетки, ясное дело» или же просто пожмут плечами

А между тем, очень важно понимать, как происходит работа тока. Это следует знать не только ученым, но и людям, никак не связанным с миром наук, для их же всеобщего разностороннего развития. А вот уметь грамотно использовать принцип работы тока под силу не каждому

А вот уметь грамотно использовать принцип работы тока под силу не каждому.

Итак, для начала следует понять, что электричество не возникает ниоткуда: его вырабатывают специальные генераторы, которые находятся на различных электростанциях. Благодаря работе вращения лопастей турбин паром, полученным в результате нагрева воды углями или нефтью, возникает энергия, которая впоследствии с помощью генератора превращается в электричество. Генератор устроен очень просто: в центре устройства находится огромный и очень сильный магнит, который заставляет электрические заряды двигаться по медным проводам.

Мощность электрического тока

Работа, произведенная в единицу времени, называется мощностью и обозначается буквой P.

Из этой формулы имеем:

A = P × t.

Единица измерения мощности:

1 (Дж/сек) иначе называется ваттом (Вт). Подставляя в формулу мощности выражение для работы электрического тока, имеем:

P = U × I (Вт).

Формула мощности электрического тока может быть выражена также через потребляемый ток и сопротивление потребителя:

Кроме ватта, на практике применяются более крупные единицы измерения электрической мощности. Электрическая мощность измеряется в:

100 Вт = 1 гектоватт (гВт); 1000 Вт = 1 киловатт (кВт); 1000000 Вт = 1 мегаватт (МВт).

Электрическая мощность измеряется специальным прибором – ваттметром. Ваттметр имеет две обмотки (катушки): последовательную и параллельную. Последовательная катушка является токовой и включается последовательно с нагрузкой на участке цепи, где производятся измерения, а параллельная катушка – это катушка напряжения, она соответственно включается параллельно этой нагрузке. Принцип действия ваттметра основан на взаимодействии двух магнитных потоков создаваемых током, протекающим по обмотке подвижной катушки (токовой катушки), и током, проходящим по неподвижной катушке (катушке напряжения). При прохождении измеряемого тока по обмотке подвижной и неподвижной катушек образуются два магнитных поля, при взаимодействии которых подвижная катушка стремится расположится так, чтобы направление ее магнитного поля совпадало с направлением магнитного поля неподвижной катушки. Вращающему моменту противодействует момент, созданный спиральными пружинками, через которые в подвижную катушку проводится измеряемый ток. Противодействующий момент пружинок прямо пропорционален углу поворота катушки. Стрелка, укрепленная на подвижной катушке, указывает значение измеряемой величины. Схема включения ваттметра показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема включения ваттметра

Если вы решили измерить потребляемую мощность, какой либо имеющейся у вас нагрузки, и при этом у вас отсутствует ваттметр, вы можете «изготовить» ваттметр своими руками. Из формулы P = I × U видно, что мощность, потребляемую в сети, можно определить, умножив ток на напряжение. Поэтому для определения мощности, потребляемой из сети, следует использовать два прибора, вольтметр и амперметр. Измерив амперметром потребляемый ток и вольтметром напряжение питающей сети, необходимо показание амперметра умножить на показание вольтметра.

Так, например, мощность, потребляемая сопротивлением r, при показании амперметра 3 А и вольтметра 220 В будет:

P = I × U = 3 × 220 = 660 Вт.

Для практических измерений электрической работы (энергии) джоуль является слишком мелкой единицей.

Если время t подставлять не в секундах, а в часах, то получим более крупные единицы электрической энергии:

1 Дж = 1 Вт × сек; 1 Вт × ч = 3600 ватт × секунд = 3600 Дж; 100 Вт × ч = 1 гектоватт × час (гВт × ч); 1000 Вт × ч = 1 киловатт × час (кВт × ч).

Электрическая энергия измеряется счетчиками электрической энергии.

Видео 1. Работа и мощность электрического тока

Еще немного о мощности
Работа и мощность электрического тока

Видео 1. Работа и мощность электрического тока

Еще немного о мощности

Видео 2. Еще немного о мощности

Пример 1. Определить мощность, потребляемую электрическим двигателем, если ток в цепи равен 8 А и двигатель включен в сеть напряжением 220 В.

P = I × U = 8 × 220 = 1760 Вт = 17,6 гВт = 1,76 кВт.

Пример 2. Какова мощность, потребляемая электрической плиткой, если плитка берет из сети ток в 5 А, а сопротивление спирали плитки равно 24 Ом?

P = I 2 × r = 25 × 24 = 600 Вт = 6 гВт = 0,6 кВт.

При переводе механической мощности в электрическую и обратно необходимо помнить, что 1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт; 1 киловат (кВт) = 1,36 л. с.

Пример 3. Определить энергию, расходуемую электрической плиткой мощностью 600 Вт в течение 5 часов.

A = P × t = 600 × 5 = 3000 Вт × ч = 30 гВт × ч = 3 кВт × ч

Пример 4. Определить стоимость горения двенадцати электрических ламп в течение месяца (30 дней), если четыре из них по 60 Вт горят по 6 часов в сутки, а остальные восемь ламп по 25 Вт горят по 4 часа в сутки. Цена за энергию (тариф) 2,5 рубля за 1 кВт × ч.

Мощность четырех ламп по 60 Вт.

P = 60 × 4 = 240 Вт.

Число часов горения этих ламп в месяц:

t = 6 × 30 = 180 часов.

Энергия, расходуемая этими лампами:

A = P × t = 240 × 180 = 43200 Вт × ч = 43,2 кВт × ч.

Мощность остальных восьми ламп по 25 Вт.

P = 25 × 8 = 200 Вт.

Число часов горения этих ламп в месяц:

t = 4 × 30 = 120 часов.

Энергия, расходуемая этими лампами:

A = P × t = 200 × 120 = 24000 Вт × ч = 24 кВт × ч.

Общее количество расходуемой энергии:

43,2 + 24 = 67,2 кВт × ч

Стоимость всей потребленной энергии:

67,2 × 2,5 = 168 рублей.

Измерение силы тока в электрических сетях

Сила тока измеряется в амперах и характеризует нагрузку электрических сетей. Необходимость измерения силы тока возникает для проверки, является ли нагрузка на кабель допустимой. Для монтажа электропроводок используются кабели различных сечений. Допустимыми токами для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, проложенных по воздуху, являются:

Сечение жилы, мм2	Алюминиевые жилы в количестве	Медные жилы в количестве
2	3	4	5	2	3	4	5
1,5	24	21	20	20
2,5	25	21	20	20	33	28	26	26
4,0	34	29	27	27	44	37	34	34
6,0	43	37	34	34	56	49	46	46

При превышении нагрузки кабельной линии допустимой, кабель будет нагреваться, а его изоляция – разрушаться. В итоге это приведет к короткому замыканию, а кабель придется менять на новый.

Поэтому после замены кабелей измеряют ток, протекающий через него при подключении всех электроприборов. Если электропроводка старая, то при подключении к ней дополнительной нагрузки тоже нужно проверить, соответствуют ли токи в ней допустимым значениям.

При максимальной нагрузке электропроводки можно проверить, соответствует ли ток через автоматические выключатели их номинальным данным. При превышении номинального тока автомата его срабатывание от перегрузки неизбежно.

Измерение силы тока требуется для определения режимов работы электроприборов. Измерение токов нагрузки электродвигателей производится не только для контроля их исправности (токи во всех фазах должны быть одинаковы), но и для определения наличия перегрузки из-за повышенного момента на валу. Для обогревателя измерение тока покажет, все ли греющие элементы у него исправны. Только измерением тока нагрузки можно выяснить, заработал ли теплый пол.

Методы измерения силы тока

В отличие от измерения напряжения ток измеряется не при параллельном подключении прибора к нагрузке, а при последовательном. Это означает, что измерительный прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания однофазного потребителя.

При трехфазном питании то же самое нужно проделывать для каждой из фаз. В этом случае ток в нулевом проводе не измеряется, так как при симметричной нагрузке он равен нулю.

Иногда требуется измерить ток в нулевом проводнике, но для группы потребителей отключения нуля для производства измерений невозможно.

Подключение амперметра при измерении тока

Все эти причины приводят к тому, что тестеры и обычные мультиметры редко применяют для измерения силы тока. Их можно использовать только для одиночного потребителя или при измерениях на постоянном токе.

Во всех остальных случаях применяются токоизмерительные клещи или мультиметры, имеющие их в своем составе. Для измерений достаточно нажатием на клавишу разжать клещи, поместить внутрь измерительного контура проводник с измеряемым током и отпустить клавишу. Магнитопровод клещей замкнется и на дисплее (есть клещи со шкалой и стрелкой) отобразится измеряемое значение.

При использовании токоизмерительных клещей нужно внимательно следить, чтобы внутрь магнитопровода попал только проводник, в котором измеряется ток. При попадании внутрь двух проводников и более клещи будут измерять сумму токов в них, причем еще и векторную. Это означает, что поместив внутрь магнитопровода клещей двухжильный кабель с нагрузкой, мы измерим ток, равный нулю. Клещи, как и УЗО, сложат уходящий по фазному проводнику ток в сторону нагрузки и тот же ток с обратным знаком, возвращающийся обратно.

Клещи предназначены только для измерения переменного тока. На постоянном токе попытка их применения приведет к тому, что магнитопровод замкнется с непреодолимой силой. Разжать его руками не получится до тех пор, пока ток не будет отключен.

Формула вычисления

В 1841 году английский ученый Джеймс Джоуль сформулировал закон для нахождения количественной меры теплового воздействия электрического тока. В 1842 году этот же закон был также открыт русским физиком Эмилием Ленцем. Из-за этого он получил двойное название закона Джоуля-Ленца. В общем виде закон записывается следующим образом: Q = I² • R • t.

Он имеет достаточно обобщенный характер, так как не имеет зависимости от природных сил, генерирующих ток. Сегодня этот закон активно применяется в быту. Например, для определения степени нагрева вольфрамовой нити, используемой в лампочках.

Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяемое током. Но, тем не менее, это поможет узнать, по каким формулам вычисляется работа электрического поля. Всё потому, что она впоследствии проявляется в виде нагревания проводника. Это говорит о том, что работа тока равна теплоте нагревания проводника (A=Q). Работа эл тока, формула: А= I² • R • t. Это не единственная формула для нахождения работы. Если использовать закон Ома для участка цепи (I=U:R), то можно вывести еще две формулы: А=I•U•t или A=U²:R.

Вам это будет интересно Особенности катушки Тесла

Общая формула для того, чтобы вычислять мощность, заключается в ее прямой пропорциональности работе и обратной зависимости от времени (P=A:t). Если говорить о мощности в электрическом поле, то исходя из предыдущих формул, можно составить целых три: Р= I² • R; Р=I•U; Р=U²:R.

Конденсатор в цепи постоянного тока

Постоянный ток через конденсатор не идет, но заряд на нем накапливается, и напряжение между обкладками поддерживается. Напряжение на конденсаторе такое же, как на параллельном ему участке цепи.

Ток не проходит через те резисторы, что соединены с конденсатором последовательно. При расчете электрической цепи их сопротивления не учитывают.

Подсказки к задачам

Электроемкость, заряд и напряжение	C=qU..
Напряженность и напряжение	E=Ud..
Энергия конденсатора	W=q22C..=CU22..
Количество теплоты	Q=ΔW

Пример №5. К источнику тока с ЭДС ε = 9 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом подключили параллельно соединенные резистор с сопротивлением R = 8 Ом и плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого d = 0,002 м. Какова напряженность электрического поля между пластинами конденсатора?

Напряжение на конденсаторе равно напряжению на резисторе, так как он подключен к нему последовательно. Чтобы найти это напряжение, сначала выразим силу тока на этом резисторе:

I=εR+r..

Применим закон Ома:

I=UR..

Приравняем правые части выражений и получим:

εR+r..=UR..

Отсюда напряжение на конденсаторе равно:

U=εRR+r..

Напряженность электрического поля равна:

E=Ud..=εRd(R+r)..=9·8,002(8+1)..=72,018..=4000(Вм..)

Сила тока

Сразу нам понадобится величина, с которой мы будем измерять «голову» электрического тока. Так что это зависит от количества частиц, протекающих через проводник.

Сила тока – это физическая величина, которая показывает, сколько заряда прошло через проводник.

Текущая сила I = q / t I – сила тока А q – загрузка C t – время с

Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения была выбрана неспроста.

Во-первых, он получил свое название от физика Андре-Мари Ампера, изучавшего электрические явления. А во-вторых, единица этой величины выбирается исходя из явления взаимодействия двух проводников.

Здесь, к сожалению, не удастся провести аналогию с водопроводом. Наполненные водой трубы не притягиваются и не отталкиваются близко друг к другу (что было бы обидно, но было бы весело).

Когда ток течет через два параллельных проводника в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу. А при обратном направлении (по тем же проводникам) они отклоняются.

За единицу силы тока 1 А принимается сила тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

Задача

Найдите ток в цепи, если заряд 300 мкКл проходит через нее за 2 секунды.

Решение:

Возьмем формулу для текущего

I = q / t

Заменить значения

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: ток в шлейфе 150 мА

Основные единицы измерения силы тока

В качестве основной единицы измерения силы тока используется ампер (краткое обозначение – А). Ампер, названный в честь ученого-физика Анри Ампера, является частью Международной системы единиц (СИ).

Если 1 кулон электричества проходит через поперечное сечение за 1 секунду, ток в этом проводнике равен одному амперу. Как используются вспомогательные агрегаты:

• миллиампер (ма), одна тысячная или 10-3 ампер;
• микроампер (мкА), миллионная или 10-6 ампер.

Сила тока – важный параметр, знание которого поможет выбрать кабели с оптимальным размером сечения для планируемой нагрузки.

Сила тока – обозначение и базовые формулы

В формулах при расчете такого параметра, как сила тока, принято обозначение его значения буквой «I». Основная формула выглядит так: I = q / t, где q – количество электричества, а t – временной интервал.

Также для расчета силы тока можно использовать такие параметры, как:

• эффективное напряжение (U);
• мощность (P).

В этом случае применяется формула I = P / U. Получение силы тока расчетным методом актуально в тех случаях, когда использование средств измерений невозможно, например на этапе проектирования электрических сетей.

Единицы измерения

Единица измерения силы тока

Основной единицей, которой принято выражать осуществляемую электротоком трансформацию, является джоуль. Данное наименование единица получила по фамилии английского физика, обосновавшего опытным путем закон сохранения энергии. В сокращенном виде джоуль пишется как «Дж». Выразить величину через другие единицы измерения можно, используя основную формулу: 1 Дж = 1 А*1В*1 с (ампер, вольт и секунда, соответственно).

Важно! Приборы учета затраченной электроэнергии используют иную единицу измерения – киловатт-час (указывается как кВт*ч). Связано это с тем, что джоуль является весьма некрупной единицей, а один киловатт-час равен 3600000 джоулей

Поскольку функционирование осветительных приборов и бытовой техники в жилой квартире или доме продолжается сотни часов ежемесячно, и в процессе этого реализуется значительная работа тока, киловатт-час является куда более адекватной данным условиям измерительной единицей.

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 · 10-19 Кулон. 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.

Влияние силы тока на разные материалы

Одна и та же сила тока оказывает разное влияние при прохождении через различные материалы. Металлы, например, отличаются хорошей проводимостью. Примеси повышают сопротивление, поэтому для улучшения экономических показателей линии электропередач создают из хорошо очищенной меди. Полимерные соединения – диэлектрики, их часто используют для создания изоляции.

Вода проводит электрический ток, благодаря находящимся в ней ионам. Это свойство используют для фильтрации, создания тонких покрытий и автономных источников питания. Достаточно опустить в жидкость пластины с разноименными зарядами, чтобы обеспечить перемещение частиц в противоположных направлениях.

Слабым электрическим током стимулируют мозговую деятельность, оказывают стимулирующее воздействие на кожные покровы. Специализированные аппараты применяют в медицинских учреждениях и салонах красоты. Сильный ток опасен для человека, поэтому при работе с электричеством следует применять соответствующие средства защиты.

Калькулятор потребления электроэнергии

Расход электричества можно вычислить с помощью калькулятора электроэнергии онлайн. Для этого внесите в его поля следующие данные:

• мощность одно или нескольких приборов (например, лампочек, компьютеров или телевизоров);
• цену, по которой вы покупаете 1 кВт-ч электроэнергии;
• Время работы прибора, если точное время не известно, возьмите приблизительное;
• периодичность и время работы в сутки (час, день, месяц, год).

Если калькулятор не отображается , перейдите в раздел калькуляторы и сервисы – по этой ссылке.

Также вы можете воспользоваться другими нашими калькуляторами по этой ссылке.

Потенциальная энергия

Плотность тока — что это такое и в чем измеряется

Эта физическая характеристика является частью полной механической энергии. Описывает расположение тела в силовом поле (источнике силы). Причём эта величина может давать оценку только для целой системы. Она бесполезна для характеристики отдельных точек. При этом оценивается не величина, а ее изменение.

Единицей измерения является Дж или Эрг. Наиболее часто применяемые графические обозначения – U, Ep, W.

Различают следующие типы потенциальной энергии:

• в пределах земного притяжения;
• в зоне действия электростатических полей;
• в системах механической природы.

Для тела, расположенного поблизости от земной поверхности, формула имеет вид:

Ер = m*g*h,

где:

• m – масса;
• g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2);
• h – высота центра массы тела над нулевым уровнем.

Уровень нуля можно выбирать произвольно.

Электрически заряженная материальная точка, имеющая потенциал φ(r→), находясь в зоне электростатического поля, обладает потенциальной энергией Ер. Она вычисляется с помощью выражения:

Ер = qp* φ(r→),

где qp – электрический заряд, которым эта точка обладает.

В механических системах при упругих деформациях тела разные его точки взаимодействуют между собой. Такие взаимодействия можно охарактеризовать потенциальной энергией.

Упругая деформация может быть записана как:

Ep = k*(∆x)2/2.

Здесь k – это жёсткость (упругость), ∆x – величина смещения от равновесного положения.

Модели, часто используемые в быту

Условно измерительные устройства делят на бытовые и «интеллектуальные». Первая группа – относительно простые аппараты с минимумом дополнительных функций. Вторая категория «умных» ваттметров позволяет не только определять параметры потребляемой энергии, но и передавать значения на смартфоны, отключать или снова включать потребители и даже измерять концентрацию углекислого газа в помещении.

ROBITON PM-1

Стандартный прибор, объединяющий в едином корпусе розетку для потребителя, сетевую вилку, экран для вывода информации и три клавиши управления.

Прибор определяет:

• мощность нагрузочного устройства;
• количество потребляемой энергии;
• полную стоимость киловатт*часов за расчётное время.

Основные плюсы – недорогой и достаточно точный прибор для применения в быту.

Минус – сложная процедура обнуления значений.

HiDANCE 3680W AC Power Meter

Более совершенный ваттметр позволяет использовать дополнительные полезные функции: определить коэффициент мощности для тестируемого прибора – Power Factor (он же cos φ). Также демонстрирует все остальные параметры – силу тока и мощность.

Плюсы: аккуратная сборка, достаточная функциональность, крупный дисплей.

Минус – после сброса необходимо вновь вводить цену за квт*час.

Espada TSL 1500WB

Электронный ваттметр для бытовых и коммерческих нужд. Главное отличие от аналогов – есть возможность учёта дневного и ночного тарифов. Есть подсветка экрана. Дополнительно – функция сигнализации о превышении максимально допустимых силы тока или мощности.

Плюсы: простой и понятный интерфейс, надёжность, крупный экран, небольшая погрешность измерений.

Минус – затруднена смена источника питания.

TP-Link HS110

«Умный» ваттметр от известной компании, производящей электронику и сетевое оборудование. Управление и мониторинг осуществляется удалённо. Можно использовать для подключения ПК, смартфон и другие устройства. Пользователь сможет не только произвести измерения значений мощности, силы тока и напряжения, но и отключить потребитель энергии, а если потребуется – включить вновь.

Плюсы: удобство работы, сравнительно низкая цена.

Минус – в доме должна быть стабильная интернет-связь.

Edimax SP 2101W

Ваттметр предназначен для постоянной работы с одним потребителем. Представляет собой «интеллектуальную» розетку, которая может работать по определённой программе или управляться владельцем вручную. Если возникнет аварийная ситуация, то пользователю автоматически отправится сообщение.

Плюсы: отлично подходит для систем типа «умный дом», ёмкая память сохранит результаты измерений 12 месяцев.

Минусы – высокая цена.

МЕГЕОН 71016

Ваттметр с информативным ЖК-экраном и подсвечивающими элементами. Расчёт показаний производится в режиме реального времени. Дополнительная функция – показывает концентрацию СО2 в воздухе.

Плюсы: малый размер, можно вставлять трехштырьковые евророзетки, аккуратная сборка.

Минус: высокая цена при покупке в обычном магазине.

Energenie EGM-PWM

Ваттметр со стильным чёрным корпусом объединяет в себе измерительный прибор и систему для анализа поведения потребителя. Самостоятельно выстраивает диаграммы, графики. Есть порт для подключения к ПК или другому устройству.

Плюсы: несложное управление, возможна работа с отопительным оборудованием.

Минус – высокая цена.

Вывод формулы для нахождения работы электрического тока

Известно, что напряжение представляет собой работу поля по переносу определенного электрозаряда. Это можно выразить формулой:

В чем измеряется работа силы

U=A/q,

где:

• U – напряжение на концах участка электроцепи,
• А – работа тока,
• q – электрический заряд.

Отсюда получается, что преобразование электротока можно выразить произведением:

A=U*q.

Поскольку токовая сила выражается через отношение размера заряда к временному периоду, за который заряд проходит по проводниковому фрагменту, то величину заряда можно описать произведением тока и времени его прохождения:

q = I*t.

Если подставить это произведение в выражение выше, можно получить формулу работы тока:

A = U*q=U*I*t.

Здесь А – это численный показатель.

Важно! Помимо этого, рассматриваемая величина может быть рассчитана и в том случае, если пользователь не имеет вольтметра и располагает только данными о сопротивлении в цепочке и значении силы электрического тока. Тогда формульное выражение будет иметь следующий вид: А = I2 *R*t

В случае, когда, наоборот, известен показатель напряжения, но отсутствует значение тока, выражение принимает иную форму: A = U2*t/R.