Сила струму - коротке визначення. Що таке електричний струм? Які бувають види електричного струму в побуті

Визначення

Електричним струмомназивають упорядкований рух носіїв зарядів. У металах такими є електрони, негативно заряджені частинки із зарядом, рівним елементарному заряду. Напрямком струму вважають напрямок руху позитивно заряджених частинок.

Силою струму (струмом) через деяку поверхню S називають скалярну фізичну величину, яку позначають I, рівну:

де q - Заряд, що проходить крізь поверхню S, t - час проходження заряду. Вираз (1) визначає величину сили струму на момент часу t (миттєве значення величини сили струму).

Деякі види сили струму

Струм має назву постійного, якщо його сила і напрямок з часом не змінюються, тоді:

Формула (2) показує, що сила постійного струму дорівнює заряду, що проходить крізь поверхню S в одиницю часу.

Якщо струм є змінним, то виділяють миттєву силу струму (1), амплітудну силу струму та ефективну силу струму. Ефективною величиною сили змінного струму (I eff) називають таку силу постійного струму, яка виконає роботу рівну роботі змінного струму протягом одного періоду (T):

Якщо змінний струм можна подати як синусоїдальний:

то I m – амплітуда сили струму ( – частота сили змінного струму).

Щільність струму

Розподіл електричного струму за перерізом провідника характеризують вектором щільності струму (). При цьому:

де – кут між векторами та ( – нормаль до елемента поверхні dS), j n – проекція вектора щільності струму на напрямок нормалі ().

Сила струму у провіднику визначається за допомогою формули:

де інтегрування у виразі (6) проводиться по всьому поперечному перерізу провідника S

Для постійного струму маємо:

Якщо розглядати два провідники з перерізами S 1 і S 2 та постійними струмами, то виконується співвідношення:

Сила струму у з'єднаннях провідників

При послідовному з'єднанні провідників сила струму у кожному їх однакова:

При паралельному з'єднанні провідників сила струму (I) обчислюється як сума струмів у кожному провіднику (I i):

Закон Ома

Сила струму входить до одного з основних законів постійного струму – закон Ома (для ділянки ланцюга):

де - - Різниця потенціалів на кінцях, що розглядається ділянки, - ЕРС джерела, який входить у ділянку ланцюга, R - опір ділянки ланцюга.

Одиниці виміру сили струму

Основною одиницею вимірювання сили струму у системі СІ є: [I]=A(ампер)=Кл/с

Приклади розв'язання задач

приклад

Завдання.Який заряд (q) проходить через поперечний переріз провідника за проміжок часу від t 1 =2c до t 2 =6c, якщо сила струму змінюється відповідно до рівняння: I=2+t де сила струму в амперах, час у секундах?

Рішення.За основу розв'язання задачі приймемо визначення миттєвої сили струму:

У такому разі заряд, який проходить через поперечний переріз провідника, дорівнює:

Підставимо у вираз (1.2) рівняння для сили струму з умов задачі, візьмемо до уваги межі зміни ділянки часу:

Відповідь. q=24 Кл

приклад

Завдання.Плоский конденсатор складений із двох квадратних пластин зі стороною A, що знаходяться на відстані dдруг від одного. Цей конденсатор підключений до джерела постійної напруги U. Конденсатор занурюють у посудину з гасом (пластини вертикальні конденсатора) зі швидкістю v=const. Яка сила струму, яка буде текти по проводах, що підводять в описаному вище процесі. Вважати, що діелектрична проникність гасу дорівнює .

Рішення.Основою для розв'язання задачі стане формул для обчислення сили струму виду.

Зміст:

Рух заряджених частинок у провіднику електротехніки називається електричним струмом. Електрострум не характеризується тільки значенням кількості, що пройшло через провідник електричної енергії, Так як за 60 хвилин через нього може пройти електрику 1 Кулону, але і таку ж кількість електрики можна пропустити через провідник за одну секунду.

Що таке сила струму

Коли розглядається кількість електрики, що протікає через провідник за різні інтервали часу, зрозуміло, що за менший проміжок часу струм тече інтенсивніше, тому в характеристику електроструму вводиться ще одне визначення - це сила струму, яка характеризується струмом, що протікає в провіднику, за секунду часу. Одиницею вимірювання величини сили струму, що проходить, в електротехніці прийнятий ампер.

Іншими словами, сила електричного струму в провіднику - це кількість електрики, яка пройшла через його перетин за секунду часу, маркування літерою I. Силу струму вимірюють в амперах - це одиниця виміру, яка дорівнює силі незмінного струму, що проходить по нескінченним паралельним проводам з найменшою перетином, віддаленим один від одного на 100 см і розташованим у вакуумі, який викликає взаємодію на метрі довжини провідника силою = 2*10±7 ступеня Ньютона на кожні 100 см довжини.

Фахівці часто визначають величину струму, що проходить, в Україні (сила струму) вона дорівнює 1 амперу, коли через перетин провідника проходить кожну секунду 1 кулон електрики.

В електротехніці можна побачити часте застосування інших величин у визначенні значення сили струму, що проходить: 1 міліампер, який дорівнює одиниця/ Ампер, 10 в мінус третього ступеня Ампер, один мікроампер - це десять в мінус шостого ступеня Ампер.

Знаючи кількість електрики, що пройшла через провідник за певний проміжок часу, можна обчислити силу струму (як кажуть в Україні – силу струму) за формулою:

Коли електричний ланцюг замкнутий і немає відгалужень, тоді кожному місці його поперечного перерізу протікає за секунду однакову кількість електрики. Теоретично це пояснюється неможливістю накопичення електричних зарядів у якомусь місці ланцюга, тому сила струму скрізь однакова.

Це правило справедливе і в складних ланцюгах, коли є відгалуження, але відноситься до деяких ділянок складного ланцюга, які можна розглядати у вигляді простого електроланцюга.

Як вимірюється сила струму

Величину сили струму вимірюють приладом, який називається амперметр, а також для невеликих значень - міліамперметр та мікроамперметр, який можна побачити на фото внизу:

Серед людей існує думка, що коли вимірюється сила струму в провіднику до навантаження (споживача), то значення буде вищим, ніж після неї. Це помилкова думка, заснована на тому, що нібито якесь значення сили витрачатиметься на те, щоб привести споживач у дію. Електрострум у провіднику - це процес електромагнітний, в якому беруть участь заряджені електрони, вони спрямовано рухаються, але енергію передають не електрони, а електромагнітне поле, що оточує провідник.

Кількість електронів, що вийшли з початку ланцюга, дорівнюватиме кількості електронів і після споживача в кінці ланцюга, вони не можуть бути витрачені.

Які провідники бувають? Фахівці дають визначення поняття «провідник» - це матеріал, у якому частки, що мають заряд, можуть вільно переміщатися. Такі властивості на практиці мають майже всі метали, кислота та сольовий розчин. А матеріал або речовина, в якій рух заряджених частинок утруднений або взагалі неможливий, називаються ізоляторами (діелектриками). Найпоширеніші матеріали-діелектрики - це кварц або ебоніт, штучний ізолятор.

Висновок

На практиці сучасне обладнання працює з великими величинами струму, до сотні, а то й тисячі ампер, а також з малими значеннями. Прикладом у повсякденному життівеличини струму в різних приладах може бути електрична плита, де вона досягає значення 5 А, а проста лампа розжарювання може мати величину 0,4 А, у фотоелементі величина струму, що проходить, вимірюється в мікроамперах. У лініях міського громадського транспорту(тролейбус, трамвай) значення струму, що проходить, досягає 1000 А.

Що таке електричний струм? У підручнику фізикиє визначення:

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ- це впорядкований (спрямований) рух заряджених частинок під дією електричного поля. Частинками можуть бути: електрони, протони, іони, дірки.

В академічних підручникахвизначення описується так:

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ- Це швидкість зміни електричного заряду в часі.

- Заряд електронів негативний.

- протони- Частки з позитивним зарядом;

нейтрони- З нейтральним зарядом.

СИЛА СТРУМУ- Це кількість заряджених частинок (електрони, протони, іони, дірки), що протікають через поперечний переріз провідника.

Всі фізичні речовини, у тому числі метали складаються з молекул, що складаються з атомів, які в свою чергу складаються з ядер і електронів, що обертаються навколо них. Під час хімічних реакцій електрони переходять від одних атомів до інших, тому атоми однієї речовини відчувають нестачу в електронах, а атоми іншої речовини мають їх надлишок. Це означає, що речовини мають заряди. У разі їх контакту електрони прагнутимуть перейти з однієї речовини в іншу. Саме це переміщення електронів і є ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. Струм, який буде текти, доки заряди цих двох речовин не зрівняються. Натомість електрона, що пішов, приходить інший. Звідки? Від сусіднього атома, до нього — від його сусіда, до крайнього, до крайнього — від негативного полюса джерела струму (наприклад — батарейки). З іншого кінця провідника електрони йдуть позитивний полюс джерела струму. Коли всі електрони на негативному полюсі закінчаться, струм припиниться (батарея села).

Електричний струм нагріває провідник, яким тече. Тому:

1. Якщо побутова електрична мережазазнає перевантаження, ізоляція поступово обвуглюється і обсипається. Виникає можливість короткого замикання, яке є дуже небезпечним.

2. Електричний струм, протікаючи проводами і побутовими приладами, зустрічає опір, тому «вибирає» шлях з найменшим опором.

3. Якщо відбувається коротке замикання, то сила струму різко зростає. При цьому виділяється велика кількість тепла, здатна розплавити метал.

4. Коротке замикання може статися через вологу. Якщо у випадку з коротким замиканням відбувається пожежа, то у випадку з впливом вологи на електроприлади насамперед страждає людина.

5. Удар електрикою дуже небезпечний, ймовірний смертельний результат. При протіканні електричного струму через організм людини опір тканин різко зменшується. В організмі відбуваються процеси нагрівання тканин, руйнування клітин, відмирання нервових закінчень.

Як убезпечити себе від ураження електричним струмом

Щоб убезпечити себе від впливу електричного струму, використовують засоби захисту від ураження електричним струмом: працюють у гумових рукавичках, використовують гумовий килимок, розрядні штанги, пристрої заземлення апаратури, робочих місць. Автоматичні вимикачіз тепловим захистом і захистом струму, так само є не поганим засобом захисту від ураження струмом, здатним зберегти життя людини. Коли я не впевнений у відсутності небезпеки ураження електричним струмом, при виконанні не складних операцій в електрощитових блоках апаратури, я як правило працюю однією рукою, а іншу руку кладу в кишеню. Тим самим унеможливлюється ураження струмом по дорозі рука-рука, у разі випадкового дотику до корпусу щита, або іншим масивним заземленим предметам.

Для гасіння пожежі, що виникла на електрообладнанні, використовують тільки порошкові або вуглекислотні вогнегасники. Порошкові гасять краще, але після засипання апаратури пилом з вогнегасника, цю апаратуру не завжди можна відновити.

Електричним струмом в електротехніці називається рух заряджених частинок по якомусь провіднику. Ця величина не характеризується лише кількістю енергії електрики, що проходить через провідник, тому що за той самий провідник можна пропустити струм як різної, так і рівної сили за різні проміжки часу. Саме тому не все так просто, як здається. Рекомендується ознайомитися з більш розгорнутими визначеннями електроструму, чому він дорівнює як і обчислюється. У цій статті буде пояснено, як знайти силу струму у провіднику, буде надано формулу цього рівняння.

Розглядаючи кількість електроенергії, що протікає через певний провідник за різні часові інтервали, стане ясно, що за малий проміжок струм протікає інтенсивніше, тому потрібно ввести ще одне визначення. Воно означає силу струму, що протікає у провіднику за секунду часу.

Основні величини, що характеризують потік електронів

Якщо сформулювати визначення на основі всього перерахованого вище, то сила електроструму – це кількість електроенергії, що проходить через поперечний переріз провідника за секунду. Маркується величина латинською літерою "I".

Гальванометр для вимірювання невеликої сили струму

Важливо!Фахівці визначають силу електроструму, що дорівнює одному амперу, коли через поперечний переріз провідника проходить один кулон електрики за одну секунду.

Часто в електротехніці можна побачити інші одиниці виміру сили електроструму: міліампери, мікроампери тощо. Пов'язано це з тим, що для живлення сучасних схем таких величин буде достатньо. 1 ампер – це дуже велике значення, Так як людину може вбити струм в 100 міліампер, і тому електророзетка для людини нітрохи не менш небезпечна, ніж, наприклад, автомобіль, що несе на швидкості.

Схема, що визначає поняття, що розглядається

Якщо відомо кількість електроенергії, яке пройшло через провідник за конкретний проміжок часу, силу (не потужність) можна обчислити за формулою, зображеною на картинці.

Коли електромережа замкнена і не має жодних відгалужень, через кожен поперечний переріз за секунду протікає те саме кількість електрики. Теоретично це обгрунтовується так: заряд не може накопичуватися в певному місці, і сила електроструму скрізь однакова.

Види струмів

Джерела струму

Джерелом електроструму називається такий електротехнічний прилад, який конвертує певний вид енергії на електричну. Такі пристрої поділяються на фізичні та хімічні.

Принцип дії хімічних джерел ґрунтується на перетворенні хімічної енергії на електричну. Це перетворення відбувається самостійно і вимагає участі ззовні. Залежно від поновлюваності елементів та типу реакцій, вони поділяються на:

Первинні (батарейки) Первинні джерела не можна використовувати вдруге, якщо вони розрядилися, оскільки хімічні реакції, які у них, необоротні. Вони діляться на паливні та напівпаливні елементи. Паливні подібні до батарейок, але хімічні речовини в них заправляються окремо, як продукти хімічної реакції вони виходять назовні. Це допомагає їм працювати довгий час. Напівпаливні включають один з хімічних елементів, а другий поступово надходить протягом усього використання. Їх термін служби визначається запасом невідновлюваної речовини. Якщо для такого елемента можлива регенерація через зарядку, він відновлює свої можливості як акумулятор.

Батарейки – як первинні хімічні джерела струму

Повторні (акумулятори) перед використанням проходять цикл заряджання. Заряд, який вони одержують у процесі, можна транспортувати разом із пристроями. Після витрачання заряду можлива його регенерація за рахунок зарядки та оборотності хімічної реакції. Також до вторинних відносяться відновлювані елементи, які заряджаються механічним або хімічним шляхом і відновлюють здатність живити прилади. Вони розроблені таким чином, що після певного терміну вимагають заміни певних частиндля продовження реакції.

Види джерел живлення електричним струмом

Важливо!Слід розуміти, що поділ на батареї та акумулятори є умовним. Властивості акумулятора можуть виявлятися, наприклад, у лужних батарей, які можна реанімувати за певної міри заряду.

Також за типом реагентів хімічні джерела поділяються на:

Кислотні.
Сольові.
Лужні.

Фізичні джерела електроструму засновані на перетворенні механічної, а також ядерної, теплової або світлової енергії в електричну.

Промисловий генератор трифазного струму

Сила струму – чому дорівнює, в яких одиницях вона вимірюється, як знайти силу струму за формулою

Як стало зрозуміло, сила електроструму – це фізична величина, що показує заряд, який проходить через провідник за одиницю часу. Основна формула її обчислення виглядає так: I = q/t, де q – це заряд, що йде провіднику в кулонах, а t – це часовий інтервал у секундах.

Розрахувати силу електроструму можна за допомогою закону Ома. Він говорить, що ця величина дорівнює напрузі мережі у вольтах, поділеному на її опір в омах. У зв'язку з цим має місце така формула - I = U/R. Цей закон застосовний до розрахунку значень постійного струму.

Щоб обчислити змінні параметри електрики, потрібно розділити знайдені величини квадратний коріньз двох.

До відома!Це більш практичний метод вимірювання, і їм доводиться користуватися часто, тому що всі прилади в будинку або офісі працюють від розеток, які подають змінний струм. Робиться це тому, що з ним легше працювати, його зручніше трансформувати.

Закон Ома у таблиці

Важливо!Наочний приклад роботи змінного електроструму можна спостерігати під час включення люмінесцентних ламп. Поки вони повністю не спалахнуть, вони моргатимуть, бо струм рухається в них то туди, то сюди.

Одиницею виміру сили струму є ампер. Він визначається як сила струму, що незмінюється, який проходить по нескінченним паралельним провідникам з найменшим круговим перерізом (з мінімальною площею кругового перерізу), віддаленим один від одного на 1 метр і розташованим у безповітряному вакуумному просторі. Це взаємодія на одному метрі довжини цих провідників, що дорівнює 2 × 10 мінус 7-го ступеня Ньютона. Якщо у провіднику за одну секунду часу проходить один кулон заряду, то сила струму в ньому дорівнює одному амперу.

Акумулятори є вторинними джерелами, але нерозривно пов'язані з батареями

Навіщо потрібно вимірювати силу струму

Силу струму у провіднику чи ділянці електричної ланцюга вимірюють у тому, щоб мати уявлення про характеристики даного провідника чи ланцюга. Оскільки сила струму – одне із основних параметрів електрики, він нерозривно пов'язані з іншими значеннями на кшталт напруги і опору. Більше того, як вже стало зрозуміло, ці три величини можуть пропорційно визначати один одного.

Сонячна панель також є джерелом, що перетворює світлову енергію.

Розрахунки сили електроструму робляться у різних випадках:

Під час прокладання електричних мереж.
Під час створення приладів.
В освітніх цілях.
При виборі потрібних деталей для здійснення тих чи інших дій.

Схема пристрою генератора струму

Електроприлад для вимірювання сили струму

Для вимірювання сили електроструму використовують спеціальний прилад під назвою амперметр. Якщо потрібно виміряти струми різних сил, то вдаються до використання міліамперметрів і макроамперметрів. Щоб виміряти їм необхідну величину, його підключають до ланцюга послідовно. Струм, який проходить через пристрій, змінюватиметься ним, і дані будуть виведені на цифровий дисплей або аналогові шкали.

Важливо!Варто пам'ятати, що включати амперметр можна на будь-якій ділянці мережі, оскільки сила струму в простому замкнутому ланцюзі без відгалужень однакова у всіх точках.

Сучасні тестери та мультиметри містять функцію вимірювання сили електроструму, тому немає необхідності вдаватися до габаритних приладів, призначених для промислового використання.

Силу струму в домашніх умовах можна виміряти за допомогою мультиметра

Таким чином, сила електроструму - це основна характеристика частинок, що рухаються. Вона не тільки дає зрозуміти, яка в мережі напруга та опір, а й визначає інші важливі величини на кшталт ЕРС тощо.

Ми пам'ятаємо з уроків фізики середньої школиосновний постулат. Виглядає він в такий спосіб.

Силою струмуназивається величина, яка кількісно характеризує впорядкований рух заряджених частинок

Щоб зрозуміти це визначення, потрібно спочатку з'ясувати, що таке «упорядкований рух заряджених частинок». Це якраз і є електричний струм. Таким чином, сила струму дозволяє чисельно виміряти електричний струм.

Наприклад, задана кількість електричних зарядів може проходити провідником протягом 1 години або 1 секунди. Зрозуміло, що у другому випадку інтенсивність проходження зарядів буде набагато більшою. Відповідно і сила струму буде більшою. Бо в міжнародної системиСІ одиницею часу прийнято вважати 1 секунду, приходимо до визначення сили струму.

Сила струму- Це кількість електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за одну секунду.

Одиниця сили струму

Одиницею виміру сили струму є Ампер. Ампер — сила електричного струму, при якому через поперечний переріз провідника щосекунди проходить кількість електрики, що дорівнює одному кулону: 1 ампер = 1 кулон/1 секунду.

Додаткові одиниці виміру, що найчастіше зустрічаються в енергетиці:

1 мА (міліампер) = 0,001 А;
1 мкА (мікроампер) = 0,000001 А;
1 кА (кілоампер) = 1000 А.

Тепер ми знаємо, у чому вимірюється сила струму.

Вимірювання сили струму

Для вимірювання сили струму служить прилад Амперметр. Для вимірювання дуже малих сил струму застосовуються міліамперметри та мікроамперметри.

Умовні позначення амперметра та міліамперметра

Для того, щоб виміряти силу струму потрібно включити амперметр у розрив ланцюга, тобто послідовно. Вимірюваний струм проходить від джерела через амперметр і приймач. Стрілка амперметр показує силу струму в ланцюзі. Де саме включити амперметр у ланцюгу - байдуже, оскільки сила струму в простому замкнутому ланцюгу (без розгалужень) буде однакова у всіх точках ланцюга.

Прилад амперметр

У техніці зустрічаються дуже великі сили струму (тисячі ампер) та дуже маленькі (мільйонні частки ампера).

Наприклад, сила струму електричної плитки приблизно 4-5 ампер, лампи розжарювання - від 0,3 до 4 ампер (і більше). Струм, що проходить через фотоелементи, становить лише кілька мікроампер. У головних дротах підстанцій, що дають електроенергію для трамвайної мережі, сила струму сягає тисяч ампер.