Что такое сила тока и как ее найти
. Формула и единица измерения
Треугольник Ома
Электрический ток — упорядоченное движение носителей электрического заряда, то есть электронов, по замкнутой цепи. Проводниками тока служат различные материалы: металлы, жидкости и даже газы. Количество электронов, проходящих через сечение проводника, зависит от характеристик цепи и подключенных к ней элементов. Именно направленное движение заряженных частиц создает силу тока, которая лежит в основе работы большинства электрических приборов и систем [1]. РБК Life объясняет, кто открыл силу тока, как ее найти и чем измерить.
Что такое сила тока
Сила тока — это физическая величина, которая показывает электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за одну секунду [2].
Понятие «сила тока» ввел французский физик Андре Ампер. В начале XIX века ученые изучали взаимосвязи между электричеством и магнетизмом — явлениями, которые ранее казались не связанными друг с другом. Ханс Кристиан Эрстед провел эксперимент, в рамках которого обнаружил, что провод с электрическим током отклоняет магнитную стрелку компаса. Явление заинтересовало Ампера, который провел серию фундаментальных экспериментальных и математических исследований взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. Результатом работы стал закон, который теперь носит его имя [3].
Силу тока измеряют для расчета мощности приборов, управления аккумуляторами и батареями и обеспечения пожарной безопасности.
«Сила тока пригодится, чтобы понять, как электричество воздействует на человека, и применить это при создании техники безопасности. Например, на уроке мы рассчитываем количество пальчиковых батареек, которое необходимо, чтобы человек почувствовал их воздействие. В задачах мы отталкивались от таблицы значений силы тока, проходящего через тело человека. Есть предельные значения силы тока для различных ощущений. Например, при силе тока 1 мА (миллиампер) человек почувствует легкое покалывание или пощипывание».
«Базовые знания об электричестве и силе тока нужны нам чаще, чем кажется. Например, автолюбители сталкиваются с этим регулярно. Сделать подогрев руля в автомобиле будет проще, если вы не пропускали физику в школе. В теории все выглядит легко: обмотать руль проволокой, которая будет нагреваться при прохождении тока, обтянуть ее кожей — и готово. Однако на практике сначала нужно выбрать материал проволоки, рассчитать ее сопротивление, подготовить преобразователь напряжения и запастись терпением».
В чем измеряется сила тока
Сила тока измеряется в амперах — А [4]. Единица измерения получила название в честь Андре Ампера. Обозначение А ученые приняли в 1881 году на первом Международном конгрессе электриков в Париже. Сегодня ампер — одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ) [5].
Сила тока в один ампер будет достигнута, если 6,24 квинтиллиона (то есть 6 240 000 000 000 000 000) электронов пройдут через поперечное сечение проводника в течение одной секунды [1].
Андре Ампер. Портрет неизвестного художника
Формула силы тока
I = q : t, где:
- I — сила тока, измеряется в амперах (А);
- q — заряд электронов, прошедший через поверхность, измеряется в кулонах (русское обозначение — Кл; международное — C);
- t — время, которое потребовалось заряду для прохождения всей цепи, измеряется в секундах.
Например, через поперечное сечение проводника за 5 секунд прошел заряд, равный 150 Кл. Рассчитаем силу тока по формуле I = q : t. 150 : 5 = 30 (А).
Запомнить формулу поможет треугольник силы тока.
Треугольник силы тока
«Формулу силы тока можно понять, представив электроны в замкнутой цепи в виде спортсменов на стадионе. Количество спортсменов-электронов, пересекающих финишную черту за одну секунду, и есть сила тока: I = q : t».
«Из формулы мы понимаем: чем больше заряд, тем больше ток. Чтобы запомнить это, можно представить обычный садовый шланг. Как усилить поток воды из шланга? Или добавить напор, или взять шланг большего диаметра, тогда он будет пропускать большее количество воды за единицу времени. Аналогично и с проводником тока: чем больше он в сечении, тем больший поток электронов может пропустить».
Расчет силы тока по мощности и напряжению
I = P : U, где:
- I — сила тока, измеряется в амперах (А);
- P — мощность, измеряется в ваттах (Вт);
- U — напряжение, измеряется в вольтах (В).
Например, если электрический прибор потребляет мощность 600 Вт при напряжении 200 В, то сила тока в цепи составит I = P : U = 600 : 200 = 3 (А).
Математическую взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением показывают с помощью треугольника Ома.
Треугольник Ома поможет запомнить формулу силы тока
Прибор для измерения силы тока
Амперметр — прибор для измерения силы тока в амперах [6]. Его подключают в цепь последовательно с тем элементом, силу тока через который нужно измерить. В последовательной цепи она везде одинакова, поэтому амперметр может точно показать величину тока, проходящего через нагрузку [7].
Амперметр измеряет силу тока в амперах
Амперметры бывают разных типов.
- Амперметр системы д'Арсонваля измеряет постоянный ток с помощью катушки, подвешенной между полюсами магнита. Его точность составляет от 0,1 до 2%.
- Электродинамический амперметр использует подвижную катушку, которая вращается в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой. Он способен измерять как постоянный, так и переменный ток с высокой точностью — от 0,1 до 0,25%.
- Тепловой амперметр применяют для измерения переменного тока, он работает на основе нагрева проволоки протекающим током. Расширение проволоки указывает на величину тока. Точность такого прибора варьируется от 0,5 до 3%.
- Цифровой амперметр использует сложные схемы, чтобы преобразовать аналоговый (непрерывный) ток в цифровой сигнал. Он отличается высокой точностью — 0,1% [8].
«Амперметр пригодится в каждом доме. Например, с его помощью можно проверять электроприборы на целостность сети. Подойдет стандартный прибор — даже недорогие модели способны работать в очень большом диапазоне, которого в быту будет достаточно».
Современный амперметр можно купить на любом маркетплейсе. Цена начинается от 150–200 руб. Также есть мультитестеры (от 400 руб.) — устройства, которые работают и как амперметр (измеряют силу тока), и как вольтметр (напряжение).
