Сила тока как физическая величина. Амперметр

Электричество – это удивительное явление, без которого сегодня невозможно представить нашу жизнь. Оно питает наши дома, школы и больницы, помогает нам общаться, развлекаться и учиться. Но чтобы грамотно и безопасно пользоваться электричеством, нужно хорошо понимать, что такое сила тока и как её измерять.

Сила тока обозначается буквой I и измеряется в амперах (А). Её назвали в честь французского учёного Андре Ампера, который изучал явления, связанные с протеканием тока, большую часть жизни. Один ампер равен одному кулону электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду. (Кулон – это единица электрического заряда).

Поток воды, протекающей по трубе, можно сравнить с течением электрического тока в проводнике. Чем больше воды проходит через сечение трубы за секунду, тем больше будет расход воды. Точно так же, чем больше электрических зарядов (электронов) проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени, тем больше будет сила тока в этом проводнике.

Где:

– сила электрического тока, [А]

– время прохождения заряда через поперечное сечение проводника, [с]

– величина заряда, [Кл]

Условия существования электрического тока

• наличие свободных электрических зарядов;
• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;
• замкнутая электрическая цепь.

Без понимания силы тока невозможно было бы создавать и использовать все те современные технологии, которыми мы привыкли пользоваться в повседневной жизни.

В зависимости от направления движения электронов различают два вида электрического тока: постоянный и переменный.

Примерами устройств, работающих на постоянном токе, могут служить фонарик, мобильный телефон или настольная лампа.

Самым простым и наглядным примером переменного тока является электричество, поступающее в наши дома и квартиры от электрической сети.

Вне зависимости от того, является ток в электрической цепи постоянным или переменным, сила тока остаётся важной физической величиной, которая определяет эффективность работы электрических устройств. Она является ключевым параметром, влияющим на производительность и энергопотребление различных электрических приборов и систем.

Сила тока в электрической цепи зависит от нескольких факторов. Одним из основополагающих законов электричества, описывающих эти факторы, является закон Ома.

Закон Ома позволяет рассчитывать параметры электрических цепей. Вот как звучит его формулировка:

Это соотношение между напряжением, силой тока и сопротивлением в электрической цепи записывается таким образом:

Где:

– сила тока, [А]

– напряжение на концах участка цепи, [В]

– сопротивление электрического проводника, [Ом]

Из этого уравнения мы можем сделать несколько важных выводов:

1. Чем выше напряжение в цепи, тем больше будет сила тока (при условии, что сопротивление остаётся неизменным).

2. Чем больше будет сопротивление в цепи при постоянном напряжении, тем меньше будет сила тока

3. Если напряжение и сопротивление в цепи известны, можно рассчитать силу тока, используя закон Ома.

Эти зависимости очень важны для понимания принципов работы самых разнообразных электрических устройств – от простых батареек до сложных промышленных электрических систем. Зная, как сила тока связана с напряжением и сопротивлением, мы можем прогнозировать поведение электрических цепей и оптимизировать их работу.

Сила тока как физическая величина лежит в основе многих электрических явлений и процессов, без которых невозможно представить современную жизнь.

Одним из ярких примеров является освещение. Лампочки, светодиоды и другие источники света работают благодаря протеканию электрического тока через специальные материалы, которые при этом излучают свет. Чем больше сила тока, протекающего через эти материалы, тем ярче будет свечение.

В качестве другого примера можно рассматривать работу электродвигателей. Принцип действия электродвигателя основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого обмотками статора, и магнитного поля ротора (якоря). Сила тока, протекающего по обмоткам статора, определяет крутящий момент и, следовательно, скорость вращения ротора. Регулируя силу тока, можно управлять скоростью и мощностью электродвигателя.

Сила тока также играет ключевую роль в процессах электролиза – химических превращениях, происходящих под действием электрического тока. Она определяет скорость и интенсивность протекания электролитических реакций, лежащих в основе гальванического покрытия, производства металлов, очистки сточных вод и многих других важных технологических процессов.

Кроме того, сила тока влияет на тепловые эффекты, возникающие при прохождении электрического тока через проводники. Согласно закону Джоуля-Ленца, количество выделяемого тепла прямо пропорционально квадрату силы тока. Этот эффект используется, например, в электрических плитах, утюгах и других нагревательных приборах.

Даже такое явление, как электромагнитная индукция, открытое Майклом Фарадеем, напрямую связано с силой тока. Изменение силы тока в одной цепи приводит к возникновению индукционного тока в соседней цепи, что лежит в основе работы трансформаторов, генераторов и многих других электрических устройств.

Таким образом, сила тока используется абсолютно во всех областях электротехники и электроники.

Для того, чтобы определить численное значение силы тока в электрической цепи, используется специальный измерительный прибор – амперметр.

Амперметр – это прибор, который измеряет силу электрического тока, протекающего в электрической цепи. Он подключается последовательно с исследуемым участком цепи, то есть ток, проходящий через амперметр, равен току в этом участке цепи.

Принцип работы амперметра основан на использовании электромагнитных явлений. Внутри амперметра расположена катушка с подвижной стрелкой, которая отклоняется под действием магнитного поля, создаваемого протекающим током. Чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле и, соответственно, тем дальше отклоняется стрелка прибора.

Последовательно подключаясь к исследуемому участку цепи, амперметр «перехватывает» весь поток электрических зарядов, проходящих через него, и показывает их количество за единицу времени.

Например, представим себе, что мы хотим измерить силу тока, текущего через лампочку в нашей комнате. Для этого нам нужно «разорвать» цепь, в которую включена лампочка, и присоединить к разрыву амперметр. Тогда весь ток, идущий к лампочке, будет проходить через амперметр, и прибор отобразит его силу.

Если же мы просто подключим амперметр параллельно лампочке, то он ничего не покажет, так как ток будет «обходить» его по другим участкам цепи. Поэтому при измерении силы тока важно очень внимательно подключать амперметр.

Кроме того, важно учитывать, что сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления участка цепи, в котором он включен. Если сопротивление амперметра будет слишком большим, то он исказит показания силы тока в цепи.

Шкала амперметра предназначена для отображения величины электрического тока, протекающего в электрической цепи. Данная шкала может быть градуирована в двух различных единицах измерения – амперах (А) или миллиамперах (мА), в зависимости от предполагаемого диапазона измеряемых токов. В случае необходимости измерения переменного тока, на шкале амперметра могут быть обозначены как положительные, так и отрицательные значения, отражающие направление и величину колебаний электрического тока с течением времени.

Подробнее о типах, применении и правилах безопасности в использовании амперметра можно прочитать в этой статье

Измерение силы тока с помощью амперметра очень важно в науке и технике. Без этого невозможно правильно рассчитать, подобрать и безопасно эксплуатировать различные электрические устройства – от бытовых нагревательных приборов до сложных компьютеров и промышленных машин. Например, зная силу тока в электрической цепи, можно вычислить мощность, выделяемую на различных ее участках, что важно для оценки энергопотребления и предотвращения перегрузок.

Также измерение силы тока необходимо при изучении электрических явлений в физике, химии, биологии и других науках.

Таким образом, умение работать с амперметром – обязательный навык для каждого, кто изучает физику и электротехнику.