Расчет электрических параметров необходим для правильных построений цепей. Поскольку целью использования электричества в электротехнике является задача по выполнению током работы, то встает вопрос о том, как найти силу тока. Данный параметр используют при вычислениях мощности и в расчетах потребления электрической энергии.
Существуют разные способы определения этого важного параметра, которые мы рассмотрим в данной статье.
Формулами
Параметры электрического тока всегда взаимосвязаны. Например, изменение величины нагрузки отображается на показателях других величин. Причем эти изменения подчиняются соответствующим законам, которые выражаются через формулы. Поэтому на практике для нахождения силы тока часто используют соответствующие формулы.
Через заряд и время
Вспомним определение (рис.1): электричество – это величина заряда, движимого силами электрического поля, преодолевающего за единицу времени условную плоскость проводника, называемую поперечным сечением проводника.
Таким образом, если известен электрический заряд, прошедший через проводник за определенное время, то не трудно найти величину этого заряда прошедшего за единицу времени, то есть: I = q/t
Через мощность и напряжение
В паспорте электроприбора обычно указывается его номинальная мощность и параметры электрической сети, для работы с которой он предназначен. Имея в распоряжении эти данные, можно вычислить силу тока по формуле: I = P/U.
Данное выражение вытекает из формулы для расчета мощности: P = IU.
Через напряжение или мощность и сопротивление
Силу электричества на участке цепи определяют по закону Ома. Для этого необходимо знать следующие параметры: сопротивление и напряжение на этом участке. Тогда I = U/R. Если известна мощность нагрузки, то ее можно выразить через квадрат силы тока умноженной на сопротивление участка: P = I2R, откуда
Для полной цепи эту величину вычисляют по закону Ома, но с учетом параметров источника питания.
Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R
Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры:
- внешнее сопротивление проводников (R);
- ЭДС источника питания (ε);
- внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).
Примечание! Реальные источники питания обладают внутренним сопротивлением. Поскольку в электрической цепи
показатель силы тока может уменьшаться в связи с возрастанием сопротивления источника питания или в результате падения ЭДС. Именно из-за роста внутреннего сопротивления садится аккумулятор и ослабевает ЭДС элементов питания.
Закон Джоуля-Ленца
Казалось бы, что расчет силы тока по количеству тепла, выделяющегося в результате нагревания проводника, не имеет практического применения. Однако это не так. Рассмотрим это на примере.
Пусть требуется найти силу тока во время работы электрочайника. Для этого доведите до кипения 1 кг воды и засеките время в секундах. Предположим, начальная температура составляла 10 ºС. Тогда Q = Cm(τ – τ0) = 4200 Дж/кг× 1 кг (100 – 10) = 378 000 Дж.
Из закона Джоуля-Ленца (изображение на рис. 2) вытекает формула:
Измерив сопротивление электроприбора и подставив значения в формулу, получим величину потребляемого тока.
Измерительными приборами
Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.
Амперметром
Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.
Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.
Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.
Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.
При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.
Мультиметром
Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.
Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.
Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.
Примеры
Покажем на простых примерах, как решать задачи на вычисление силы тока по формуле.
Задача 1.
На участке цепи имеются три параллельно включенных резистора (см. рис. 5). Значения сопротивлений резисторов: R1 = 5 Ом; R2 = 25 Ом; R3 = 50 Ом. Требуется рассчитать силу тока для каждого резистора и на всём участке, если на нем поддерживается постоянное напряжение 100 В.
Решение: При параллельном соединении нагрузочных элементов U = const, то есть, напряжение одинаково на всех резисторах и составляет 100 В. Тогда, по закону Ома I = U/R
- I1 = U/R1 =100/5 = 20 А;
- I2 = U/R2 =100/25 ≈ 4 А;
- I3 = U/R3 =100/50 = 2 А.
Для вычисления искомого параметра на всем участке цепи, нам необходимо знать общее сопротивление этого участка. Учитывая тот факт, что при параллельном соединении нагрузочных элементов в цепи их общее сопротивление равно:
Имеем: 1/R= 1/5 + 1/25 + 1/50 = 13/50; R = 50/13 ≈ 3.85 (Ом)
Тогда: I = U/R = 100 В/3,85 Ом ≈26 А.
Ответ:
- Сила тока на сопротивлениях: I1 =20 А; I2 = 4А; I3 = 2 А.
- Сила тока, поступающего на рассматриваемый участок цепи равна 26 А.
Задача 2.
Мощность электрочайника 2 кВт. Чайник работает от городской сети под напряжением 220 В. Сколько электричества потребляет этот электроприбор?
Решение:
Воспользуемся формулой для нахождения силы тока, включающей напряжение и мощность: I = P/U.
- 2 кВт преобразим в ватты: 2 кВт = 2000 Вт.
- Подставляем данные: I = 2 000 Вт/ 220 В ≈ 9 А
- Ответ: Нагревательный элемент электрочайника рассчитан на 9 А.
Задача 3.
Вычислить силу тока в цепи, если известно, что сопротивление составляет 5 Ом, ЭДС источника питания 6 В, а его внутреннее сопротивление составляет 1 Ом.
Решение.
Применяя закон Ома для полной цепи, запишем: I = ε / (R+r′)
I = 6 В / (5 Ом + 1 Ом) = 1 А.
Ответ: сила тока 1 А.
Задача 4.
Сколько энергии потребляет электроплита за 2 часа работы, если сопротивление нагревательного элемента 40 Ом?
Решение:
За время t электричество выполнит работу A = U*I*t.
Напряжение сети известно – оно составляет 220 В.Силу тока находим по формуле: I = U/R, тогда A = (U2/R)*t или
A = ((220 В)2 / 40 Ом) * 2 ч = 2420 Втч = 2,42 кВтч
Ответ: За 2 часа работы электроплита потребляет 2,42 кВт часов электроэнергии.
Применяя формулы для вычисления параметров электричества, пользуясь фундаментальными законами физики можно находить неизвестные данные для составных элементов цепей и электроприборов с целью оценки их состояния. В каждом отдельном случае необходимо определить известные параметры тока, которые можно использовать в дальнейших вычислениях. Обычно, это напряжение, мощность или сопротивление нагрузки.
Если можно обойтись без измерений амперметром – лучше прибегнуть к вычислениям, даже если при этом потребуется измерить напряжение. Такое измерение можно проводить без разрыва электрической цепи, чего нельзя сделать при помощи амперметра.
Содержание:
- Определение и формула силы тока
- Некоторые виды силы тока
- Плотность тока
- Сила тока в соединениях проводников
- Закон Ома
- Единицы измерения силы тока
- Примеры решения задач
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:
$$I=frac{d q}{d t}$
(1)$
где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в
момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).
Некоторые виды силы тока
Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:
$$I=frac{q}{t}(2)$$
Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.
Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока.
Эффективной величиной силы переменного тока (Ieff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равную
работе переменного тока в течение одного периода (T):
$$I_{e f f}=sqrt{frac{1}{T} int_{0}^{T} I^{2} d t}(3)$$
Если переменный ток можно представить как синусоидальный:
$$I=I_{m} sin omega t$$
то Im – амплитуда силы тока ($omega$ – частота силы переменного тока).
Плотность тока
Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока
($bar{j}$). При этом:
$$j_{n}=j cos alpha=frac{d I}{d S}(5)$$
где $alpha$ – угол между векторами
$bar{j}$ и
$bar{n}$ (
$bar{n}$ – нормаль к элементу поверхности dS),
jn – проекция вектора плотности тока на направление нормали ($bar{n}$).
Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:
$$I=int_{S} j d S(6)$$
где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S
($alpha equiv 0$)
Для постоянного тока имеем:
$I = jS (7)$
Если рассматривать два проводника с сечениями S1 и S2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:
$$frac{j_{1}}{j_{2}}=frac{S_{2}}{S_{1}}(8)$$
Сила тока в соединениях проводников
При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:
$$I=I_{1}=I_{2}=cdots=I_{i}(9)$$
При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):
$$I=sum_{i=1}^{n} I_{i}(10)$$
Закон Ома
Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):
$$I=frac{varphi_{1}-varphi_{2}+varepsilon}{R}(11)$$
где $varphi_{1}$ —
$varphi_{2}$ – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка,
$varepsilon$ — ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи.
Единицы измерения силы тока
Основной единицей измерения силы тока в системе СИ является: [I]=A(ампер)=Кл/с
Примеры решения задач
Пример
Задание. Какой заряд (q) проходит через поперечное сечение проводника за промежуток времени от
t1=2c до t2=6c, если сила тока изменяется в соответствии с уравнением: I=2+t, где сила
тока в амперах, время в секундах?
Решение. За основу решения задачи примем определение мгновенной силы тока:
$$I=frac{d q}{d t}$$
В таком случае, заряд, который проходит через поперечное сечение проводника, равен:
$$q=int_{t_{1}}^{t_{2}} I d t(1.2)$$
Подставим в выражение (1.2) уравнение для силы тока из условий задачи, примем во внимания границы изменения участка времени:
$q=int_{2}^{6}(2+t) d t=2 t+left.frac{t^{2}}{2}right|_{2} ^{6}=(30-6)=24$ (Кл)
Ответ. q=24 Кл
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 430 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Пример
Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A,
находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U.
Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока,
которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна
$varepsilon$.
Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:
$$I=frac{d q}{d t}(2.1)$$
При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине)
рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движении
удобно искать в виде:
$dq = UdC (2.2)$
Емкость при параллельном соединении конденсаторов равна:
$C = C_1 + C_2 (2.3)$
Формула для расчета емкостей C1 и C2 плоских конденсаторов имеет вид:
$$C_{1}=frac{varepsilon_{0}(A cdot(A-v t))}{d}=frac{varepsilon_{0}}{d}left(A^{2}-A v tright) rightarrow C_{2}=frac{varepsilon varepsilon_{0}(A v t)}{d}(2.4)$$
где $varepsilon_{0}$ – электрическая постоянная, переменной величиной при погружении
системы в керосин является площадь обкладок S:
$$S_{2}=A cdot v cdot t ; S_{1}=A cdot(A-v t)$$
Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:
$$d C=d C_{1}+d C_{2}=frac{varepsilon varepsilon_{0} A v d t}{d}-frac{varepsilon_{0}}{d} A v d t(2.6)$$
Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:
$$I=Uleft(frac{varepsilon varepsilon_{0} A v}{d}-frac{varepsilon_{0}}{d} A vright)=frac{varepsilon_{0} U A v}{d}(varepsilon-1)$$
Ответ. $I=frac{varepsilon_{0} U A v}{d}(varepsilon-1)$
Читать дальше: Формула силы.
Как разными способами найти силу тока
Содержание
- 1 Зачем нужно находить силу тока
- 2 Вычисление тока, если известны мощность и напряжение
- 3 Определение мощности прибора
- 4 Вычисление тока при известных значениях напряжения и сопротивления
- 5 Использование мощности и сопротивления
- 6 Непосредственное измерение силы тока
- 7 Видео по теме
Знание силы тока в электрической цепи является в некоторых случаях необходимым. Ее определяют не только с помощью непосредственного измерения, но и расчетов. В последнем случае нужную информацию можно получить на основе технических характеристик оборудования.
Зависимости между основными электрическими величинами
Зачем нужно находить силу тока
Любое вещество состоит из атомов, которые включают в себя положительно заряженное ядро и вращающиеся вокруг него электроны. При отсутствии электрического поля движение этих частиц является хаотичным. Но как только проводник становится частью электрической цепи, подключённой к источнику питания, электроны начинают двигаться по направлению к положительному полюсу.
Ток проявляется через заряд. Каждый электрон несёт в себе элементарный отрицательный электрический заряд. Сила тока — это количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за какой-то отрезок времени. Следовательно, можно сделать вывод, что рассматриваемый параметр определяют заряд и время.
Электроток, выраженный через заряд и время
Найти силу тока в проводнике можно только в том случае, когда электрическая цепь подключена к источнику питания. Например, это может быть включение бытового прибора в электросеть с переменным напряжением, равным 220 В. Разным приборам для работы нужна разная мощность. В некоторых случаях даже выключенное оборудование может потреблять небольшое количество электричества, если оставить его вилку в розетке. Поэтому рассчитать силу тока в цепи можно через мощность и напряжение.
Слишком интенсивный электроток способен создавать проблемы. Он может, например, привести к перегреву деталей или к их разрушению. Если большой ток пройдёт через человека, то это нанесет серьёзный вред его здоровью или даже станет опасным для жизни. Для нормального и безопасного функционирования оборудования важно, чтобы электроток соответствовал установленным нормативам. Определение силы тока по мощности и напряжению позволяет проверить, насколько она соответствует требованиям.
Вычисление тока, если известны мощность и напряжение
Есть простой способ, как узнать ток, зная мощность и напряжение. В данном случае рассчитать постоянный ток можно по формуле:
Расчет для переменного тока через мощность усложняется, поскольку его величина и направление постоянно меняются. Это обстоятельство нужно учитывать при расчетах. Если питание однофазное, то используется такая формула:
Чтобы определить силу переменного тока в трехфазной сети, следует воспользоваться формулой:
При рассмотрении переменного тока нужно учитывать не только активную, но и реактивную мощность. Первая связана с активным сопротивлением, а вторая — с реактивным (ёмкостным и индуктивным). Соотношение между различными видами отражается с помощью cos φ.
Косинус угла «фи» обычно указывают в технической документации прибора. Если эту информацию нельзя получить из документации, то в расчетах очень мощных устройств принимают значение 0.8. Для большинства обычных бытовых приборов в вычислениях используют 0.95.
Подставив в формулу, применяемую для определения силы тока на участке цепи, значения напряжения U = 220 В для однофазной цепи и 380 В для трехфазной, а также cos φ = 0.95, получим следующие выражения:
Как видим, сила тока в трехфазной и однофазной сети при одинаковой нагрузке будет разной. В однофазной она втрое больше, чем в трехфазной.
Определение мощности прибора
Перед тем как найти силу электрического тока, нужно определить величину используемой мощности:
- Ее значение должно указываться в технической документации. Однако она не всегда доступна. В частности, документация может быть утеряна.
- На задней панели приборов часто имеется наклейка, на которой приведены важнейшие характеристики устройства. В числе прочих обычно указывают мощность.
Задняя панель прибора с указанием основных данных
- Можно воспользоваться таблицей с указанием средних значений мощности для различных видов устройств.
Мощность разных приборов
При вычислениях необходимо помнить, что пусковая мощность может превышать рабочую. Расчёт силы тока должен учитывать обе этих величины. Когда пусковая мощность вызывает резкое мгновенное увеличение силы тока, оно не должно превышать допустимой величины. Для бытовой техники пусковую мощность указывают редко. Поэтому перед тем как рассчитать силу тока, необходимо обратиться к соответствующим справочникам, чтобы найти определенное значение мощности. Для получения ее точной величины следует провести измерение ваттметром.
Вычисление тока при известных значениях напряжения и сопротивления
Если известно напряжение и сопротивление, то сила тока вычисляется по формуле, вытекающей из закона Ома:
Если известны значения ЭДС, внутреннего сопротивления и нагрузки, то можно найти силу тока, используя закон Ома для полной цепи:
Использование мощности и сопротивления
Как известно, мощность можно находить по формуле.
Применив в данном выражении закон Ома, можно привести его к следующему виду:
Теперь силу тока можно выразить так:
Следовательно, вычислить силу тока можно разными способами.
Непосредственное измерение силы тока
Величину силы тока можно не только рассчитывать, но и измерять, используя такие приборы, как амперметр или мультиметр. Любой из них при измерениях должен стать частью электрической цепи. Поэтому прибор нужно подключать последовательно.
Если нет большой нужды измерять силу тока амперметром, то лучше вычислить этот параметр, используя формулы, даже если для этого придется измерить напряжение. Вольтметром эта процедура осуществляется без разрыва электроцепи, чего нельзя сделать при использовании амперметра.
Также применяется магнитометрический способ. Примером его использования являются токовые клещи. Перед тем как определить силу электротока, их устанавливают так, чтобы они охватывали провод. Поскольку вокруг проводника при протекании тока образуется магнитное поле, которое клещи улавливают, то по его характеристикам прибор определяет силу тока в цепи.
Видео по теме
|
По какой формуле рассчитывается сила тока.Сила тока формула?
Мгновенное значение электрического тока: i=dq/dt Т.е. равна производной заряда по времени.. Для постоянного тока I=Q/t количество заряда в кулонах, прошедшее через проводник за определённый отрезок времени, т.е. это физическое определение силы тока.. Эта формула используется обычно для задания размерности силы тока 1[A]=1[Кл]/1[с] (ампер равен кулон за секунду) Для цепей постоянного тока сила тока определяется законом Ома: I=U/R, где U-электрическое напряжение на концах рассматриевого проводника (Вольт), R-электрическое сопротивление проводника по постоянному току (Ом).. Если на рассматриваемом участке имеется источник ЭДС E, то закон Ома описывается в более обобщённой форме: I=(U-E)/R Для цепей переменного тока: I=U/Z, где I,U,Z-соответственно комплексные ток, напряжение и сопротивление цепи.. автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
olchiknikol 8 лет назад Формула имеет такой вид, то есть соотношение такого вида:
Где: I — это сила тока в проводнике, эта величина измеряется в Амперах (А), q — это заряд, который протекает по проводнику, измеряется он в Кулонах (Кл), t — это время прохождения заряда, измеряют в секундах (с).
РУДЬКО 6 лет назад Лично мне знакомы две формулы силы тока из школьной программы, одна из них через напряжение и сопротивление проводника тока.Так называемый, закон Ома
Вторая через количество электричества и время
Обе формулы верны, так что дерзайте..
alexiven 5 лет назад Упрощенно — силой тока называется количество электричества проходящего по проводу за единицу времени. Электрики обычно говорят просто — ток, и они в принципе правы. Ток на участке цепи будет зависеть от того с какой силой его будет толкать по проводу напряжение, и от того как провод будет сопротивляться движению тока по нему. Поэтому чем больше напряжение, тем больше и тока, и наоборот, чем больше сопротивление провода, тем тока будет меньше . Для определения основных физических величин очень удобно пользоваться вот такой таблицей. смотришь в центральном круге, какие величины необходимо найти, и в этом же секторе во внешнем круге, даются форму по которым их можно найти. Что бы найти ток по закону Ома, нужно напряжение разделить на сопротивление.
Zolotynka 5 лет назад Электрический ток — это не что иное, как скорость изменения электрического заряда, проходящего по цепи. Ток зависит от напряжения и сопротивления цепи. Его обозначают как «I», а единицей измерения в системе СИ являются амперы. Согласно закону Ома, формула электрического тока будет следующей: I=U/R, где U является напряжением, а R — сопротивлением. Зная данную формулу, можно без труда решить, например, такую задачу: Рассчитать ток, проходящий по цепи, в которой напряжение и сопротивление составляют соответственно 15 В и 3 Ом. Решение: Данные параметры, U = 15В и R = 3 Ом Уравнение для тока, использующее закон Ома, I = U/R, т.е. 15/3. Следовательно I = 5A
tana76 6 лет назад Сила тока (I) — это физическая величина, определяется как отношение количества заряда q (измеряется в Кулонах), который проходит через имеющуюся поверхность за определенный промежуток времени, к этому самому определенному промежутку времени t (измеряется в секундах). Формула выглядит как I=q/t. Часто поверхность представляет собой поперечное сечение проводника тока. Измеряется сила тока в Амперах, А. Если определять силу тока исходя из закона Ома, то она прямо пропорциональна напряжению на этом участке цепи U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R на этом участке. В виде формулы это выглядит как I=U/R.
Victor-59 8 лет назад Сила тока в приближенном для простого человека виде ( всем известный закон Ома ): Сила тока в проводнике прямопропорциональна приложенному напряжению, и обратно пропорционально удельному сопротивлению проводника. I=U:R
FantomeRU 5 лет назад Силу тока можно посчитать различными способами в зависимости от того, какие данные известны. Так, зная заряд (измеряется в Кулонах) и время его прохождения (в секундах), вычислить силу тока можно по данной формуле: I = q/t (где I — сила тока (Амперы); q — заряд (Кулоны), t — время (секунды)). Также по закону Ома, зная напряжение и сопротивление можно найти и силу тока: I = U / R (где I — сила тока (Амперы); U — напряжение (Вольты), R — сопротивление (Омы))
I=дельтаQдельтаt Сила тока — физическая величина I, равная отношению количества заряда Delta Q, прошедшего через некоторую поверхность за время Delta t, к величине этого промежутка времени . I=UR — напряжение делить на сопротивление .
Силу тока можно сравнить с давление воды и сечением шланга. Суть та же самая, только здесь «количество электричество пройденное через проводник определенного сечения, а там количество воды пройденное через шланг определенного сечения.
moreljuba 6 лет назад В первую очередь отметим тот факт, что сила тока является именно физической величиной. А рассчитана сила тока может быть по следующей формуле: СИЛА ТОКА = НАПРЯЖЕНИЕ на концах проводника / СОПРОТИВЛЕНИЕ самого данного проводника.
Татьяна и Николай 6 лет назад Силой тока через некоторую поверхность называют скалярную физическую величину, которую обозначают буквой l, равную l=dq:dt(1)/ где l заряд,проходящий сквозь поверхность S,t-время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока) Знаете ответ? |
Действие всех узнаваемых электрических устройств происходит за счет электроэнергии. В итоге этого мы получаем свет, тепло, звук, механическое движение, другими словами различные виды энергии. В этой статье мы разглядим и изучим такое физическое понятия, как мощность электрического тока.
Формулы мощности тока
Под мощностью тока так же, как и в механике, понимают работу, которая осуществляется за единицу времени. Высчитать мощность, зная работу, которую делает электрический ток за некоторый промежуток времени, поможет физическая формула.
Ток, напряжение, мощность в электростатике связаны равенством, которое можно вывести из формулы A = UIt. По ней определяют работу, которую делает электрический ток:
P = A/t = UIt/t = UI
Таким макаром, формула мощности неизменного тока на любом участке цепи выражается как произведение силы тока на напряжение между концами участка.
Единицы измерения мощности
1 Вт (ватт) — мощность тока в 1 А (ампер) в проводнике, между концами которого поддерживается напряжение 1 В (вольт).
Устройство для измерения мощности электрического тока именуется ваттметр. Также формула мощности тока позволяет определять мощность при помощи вольтметра и амперметра.
Внесистемная единица мощности — кВт (киловатт), ГВт (гигаватт), мВт (милливатт) и др. С этим связаны и некоторые внесистемные единицы измерения работы, которые нередко применяют в быту, к примеру (киловатт·час). Так как 1кВт = 10 3 Вт, а 1ч = 3600с, то
Закон Ома и мощность
Используя закон Ома, формула мощности тока P = UI записывается в таком виде:
P = UI = U 2 /R = I 2 /R
Итак, мощность, выделяемая на проводниках, прямо пропорциональна силе тока, протекающей через проводник, и напряжению на его концах.
Фактическая и номинальная мощность
При измерении мощности в потребителе формула мощности тока позволяет найти ее фактическую величину, другими словами ту, которая реально выделяется на этот момент времени на потребителе.
В паспортах разных электрических устройств также отмечают значение мощности. Ее именуют номинальной. В паспорте электрического устройства обычно указывают не только лишь номинальную мощность, но и напряжение, на которое он рассчитан. Но напряжение в сети может мало отличаться от обозначенного в паспорте, к примеру, возрастать. С повышением напряжения возрастает и сила тока в сети, а поэтому, и мощность тока в потребителе. Другими словами значение фактической и номинальной мощности устройства могут отличаться. Наибольшая фактическая мощность электрического устройства больше номинальной. Это изготовлено с целью предотвращения выхода устройства из строя при малозначительных конфигурациях напряжения в сети.
Если цепь состоит из нескольких потребителей, то, рассчитывая их фактическую мощность, следует держать в голове, что при любом соединении потребителей общая мощность во всей цепи равна сумме мощностей отдельных потребителей.
Коэффициент полезного деяния электрического устройства
Как понятно, безупречных машин и устройств не существует (другими словами таких, которые бы на сто процентов превращали один вид энергии в другой либо генерировали бы энергию). Во время работы устройства непременно часть затраченной энергии уходит на преодоление ненужных сил сопротивления либо просто «рассеивается» в окружающую среду. Таким макаром, только часть затраченной нами энергии уходит на выполнение полезной работы, для выполнения которой и было сотворено устройство.
Физическая величина, которая указывает, какая часть полезной работы в затраченной, именуется коэффициентом полезного деяния (дальше КПД).
Другими словами, КПД указывает, как отлично применяется затраченная работа при ее выполнении, к примеру, электрическим устройством.
КПД (обозначается греческой буковкой η («эта»)) — физическая величина, которая охарактеризовывает эффективность электрического устройства и указывает, какая часть полезной работы в затраченной.
КПД определяется (как и в механике) по формуле:
Если известна мощность электрического тока, формулы для определения ККД будут смотреться так:
До того как определять КПД некоторого устройства, нужно найти, что является полезной работой (зачем сотворено устройство), и что является затраченной работой (работа осуществляется либо какая энергия затрачивается для выполнения полезной работы).
Задачка
Рядовая электрическая лампа имеет мощность 60 Вт и рабочее напряжение 220 В. Какую работу делает электрический ток в лампе, и сколько вы платить за электроэнергию в течение месяца, при тарифе Т = 28 рублей, используя лампу 3 часа каждый денек?
Какая сила тока в лампе и сопротивление ее спирали в рабочем состоянии?
1. Для решения данной задачи:
а) вычисляем время работы лампы в течение месяца;
б) вычисляем работу силы тока в лампе;
в) вычисляем плату в месяц по тарифу 28 рублей;
г) вычисляем силу тока в лампе;
д) вычисляем сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии.
2. Работу силы тока рассчитываем по формуле:
Силу тока в лампе поможет вычислить формула мощности тока:
Сопротивление спирали лампы в рабочем состоянии из закона Ома равно:
t = 30 дней · 3 ч = 90 ч;
А = 60·90 = 5400 Вт·ч = 5,4 кВт·ч;
I = 60/220 = 0,3 А;
R = 220/0,3 = 733 Ом;
В = 5,4 кВт·ч·28 к / кВт ч = 151 руб.
Работа и мощность тока: как мы платим за электроэнергию?
У каждого в доме есть счетчик, по свидетельствам которого мы каждый месяц платим за электричество, оплачиваем какое-то количество киловатт-часов. Что все-таки такое эти киловатт-часы? За что непосредственно платим? Разберемся 
Мы используем электричество с определенными целями. Электрический ток делает какую-то работу, вследствие этого и работают наши электроприборы. Что все-таки такое – работа электрического тока? Понятно, что работа тока по перемещению электрического заряда на некотором отрезке цепи равна численно напряжению на этом участке. Если же заряд будет отличаться, к примеру, в огромную сторону, то и работа, соответственно, будет совершена большая.
Работу, которую электрическое поле совершает над свободными зарядами в проводнике именуют работой тока
Работа электрического тока охарактеризовывает процесс перевоплощения энергии 1-го вида (энергии электрического поля) в энергию другого вида (внутреннюю энергию тел, в механическую). Рабо та тока на участке цепи: формула
где A — работа, U- напряжение, I — сила тока,
Измеряется работа тока в джоулях (1 Дж).
1 Дж = 1 В * 1 А * 1 с. Другими словами, дабы измерить работу, которую сделал ток, нам необходимы три устройства: амперметр , вольтметр и часы. Счетчики электроэнергии, которые стоят в квартирах, вроде бы соединяют внутри себя все эти перечисленные выше приборы в одном. Они
определяют работу, совершенную током. Работа тока в нашей квартире – это энергия, которую он изр
асходовал на всех включенных в сеть квартиры устройствах. Это и есть то, за
что мы платим. Но, мы платим не за джоули, а за киловатт-часы.
Мощность электрического тока
Мощность тока – это работа тока, совершенная в единицу времени. Другими словами, мощность можно отыскать, разделив работу на время. А работа, как мы уже знаем – это произведение силы тока на напряжение и на время. Таким макаром, время сократится, и мы получим произведение силы тока на напряжение.
где P — мощность тока. Мощность измеряется в ваттах (1 Вт). Используют кратные величины – киловатты, мегаватты.
Работа и мощность электрического тока связаны теснейшим образом. Практически, работа – это мощность тока в каждый момент времени, взятая за определенный промежуток времени. Вот поэтому счетчики в
квартирах определяют работу тока не в джоулях, а в киловатт-часах. Просто величина мощности в 1 ватт – это очень маленькая мощность, и если б мы платили за ватты-в-секунду, мы бы оплачивали 10-ки и сотки тыщ таких единиц. Для упрощения расчетов и приняли единицу «киловатт-час».
Электрический ток: формула
Электрический ток является физическим процессом. Если гласить упрощенно, то это упорядоченное движение заряженных частиц. Его протекание можно измерить и соответственно выразить в символьном и цифровом виде. Формула электрического тока, представляет собой выражение высококачественных и количественных характеристик через сопротивление проводника, напряжение либо разность потенциалов, также через его силу. Так как хоть какое перемещение чего-либо, предполагает под собой совершение работы, то дополнительно можно вести разговор об электричестве используя формулу мощности электрического тока.
Главные понятия и формулы характеризующие электрический ток
Количественным параметром электрического тока является его сила, представляющая собой скалярную величину и выражающуюся в отношении заряда (принято обозначать буковкой q) к периоду времени (t), за которое он пересекает сечение проводника. Поэтому, формула электрического тока, а если гласить верно его сила, будет смотреться следующим образом — I=q/t. Измеряется данный параметр в амперах. Так как скалярные величины являются действительными числами и определяются только значением, сила тока не может иметь отрицательный символ. С учетом того, что величина заряда не является неизменным параметром для различных электрических цепей, было введено понятие – плотность электрического тока (j), формула которой смотрятся так – j=I/S, где S – площадь, пересекаемая зарядами. Поэтому, при увеличении силы тока и уменьшении поперечного сечения проводника плотность тока растет и напротив. Как отмечалось выше, необходимыми параметрами электричества, точнее электрической цепи являются напряжение в ней и сопротивление проводящих ток частей.
Формула выражения силы электрического тока через сопротивление и напряжение
В отличие от базовых исследовательских работ, в базе которых лежат теоретические выкладки данная зависимость была выведена практическим методом. Создателем открытия является физик Ом, в честь которого закон и получил свое имя. По результатам собственных опытов и тестов Ом сделал вывод что сила тока (I) впрямую находится в зависимости от величины напряжения (U)и имеет оборотную зависимость от сопротивления (R) частей и деталей, включенных в электрическую цепь. Эту связь можно представить в виде – I=U/R. Методом легких преобразований, формулы сопротивления и напряжения, выраженные через силу тока, будут смотреться следующим образом – R=U/I и U=IxR, соответственно.
Формула силы электрического тока
Сопротивление электрического тока: формула
Формула напряжения электрического тока
Работа и мощность электрического тока
Формула мощности (Р) электрического тока впрямую находится в зависимости от его работы (А). Под работой тока предполагается преобразование электроэнергии в механический, термический, световой либо другой ее вид. Величина данного процесса впрямую находится в зависимости от времени его протекания, силы тока и напряжения в сети. Это можно выразить следующей формулой – А=IxUxt. Произведение (IxU) является ничем другим как мощностью. Поэтому, чем выше напряжение либо сила тока в сети, тем огромную мощность имеет электрический ток и огромную работу он может совершить за единицу времени. Формула мощности электрического тока имеет следующий вид – Р=А/t либо Р=IxU.
Работа электрического тока формула
Формула мощности электрического тока
Потому, если нужно вычислить, какую работу производит ток, протекая по цепи в течение определенного времени, нужно помножить мощность на временной промежуток, выраженный в секундах. Разглядим использование формул расчета работы и мощности электрического тока на примере электрического мотора, присоединенного к сети 220 В, а сила тока, измеренная амперметром для этого участка, составила 10А.
Р (мощность мотора) = 10А (сила тока) х 220В (напряжение в сети) = 2200 Вт = 2,2 кВт.
Зная данный показатель, также реальное либо предполагаемое время функционирования электродвигателя можно найти какую работу он совершит за этот отрезок времени либо другим словами сколько будет потрачено электроэнергии. Если мотор был включен, к примеру, 1 час, то можно отыскать разыскиваемое значение.
А (работа, совершенная движком) = 2,2 кВт (мощность) х 1 (время работы в часах) = 2,2 кВт ч. Конкретно этот показатель будет отражен на приборе учета расхода электроэнергии.
Исходя из того, что электрический ток является физическим процессом, то какой-нибудь его неведомый параметр можно найти, зная его другие свойства. Приведем более распространенные формулы для определения черт электрической цепи используемые в электротехнике.
Напряжение либо разность потенциалов
Сила электрического тока
Сопротивление
Мощность
В заключение отметим, что приведенная информация справедлива для цепей с неизменным электрическим током. Формулы, используемые для расчета черт переменного тока, будут отличаться за счет введения дополнительных переменных и черт характерных данному типу электричества.