Личный кабинет Выйти Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание История России ОГЭ
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Сила тока. Единицы силы тока

Содержание

    При прохождении электрического тока по цепи мы можем наблюдать различные его действия: тепловое, химическое, магнитное, световое. 

    Возьмем, к примеру, тепловое действие. Вы можете уверенно сказать, что оно точно может проявляться в разной степени. Это подтверждали наши опыты. Натянутая медная проволока просто нагревалась, а вот вольфрамовая спираль в электрической лампе уж точно нагревалась сильнее. Ведь она накалилась настолько, что начинала излучать свет. Значит, мы могли накалить до похожего состояния и медную проволоку. Что же для этого нужно сделать? Как контролировать силу действия тока? Что эта сила вообще из себя представляет?

    На данном уроке вы узнаете ответы на все эти вопросы. Мы рассмотрим, как заряд перемещается по проводнику при прохождении тока. С помощью этих знаний мы подойдем к определению новой силы и ее свойств — силы тока.

    Перемещение заряда по проводнику

    Как вы уже знаете, электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. Мы говорим, что частицы “заряженные” — это означает, что они имеют какой-то определенный заряд $q$.

    Соответственно, при движение таких частиц происходит перенос некоторого заряда. Каждый свободный электрон в металле переносит заряд. Каждый ион в растворе кислот, солей или щелочей тоже переносит заряд.

    Логично, что чем больше частиц переместится от одного участка цепи к другому, тем больший общий заряд будет ими перенесен.

    От чего же зависит интенсивность действий электрического тока? Опытным путем было доказано, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит как раз от величины этого переносимого заряда.

    Сила тока

    Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в $1 \space с$, будет определять такую величину, как сила тока в цепи (рисунок 1).

    Рисунок 1. Заряд, проходящий через поперечное сечение проводника

    Сила тока — это физическая величина, равная отношению электрического заряда $q$, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения $t$:
    $I = \frac{q}{t}$,
    где $I$ — сила тока.

    Сила взаимодействия проводников с током как основа для определения единицы силы тока

    Для того, чтобы определить единицу измерения силы тока, были проведены опыты, которые мы сейчас и рассмотрим. Опыты эти заключались в явлении взаимодействия двух проводников с током.

    Возьмем два гибких прямых проводника. Расположим их параллельно друг другу. Подсоединим их к источнику тока (рисунок 2).

    Рисунок 2. Взаимодействие проводников с током

    После замыкания цепи по ней пойдет электрический ток. Ток будет идти и по нашим подопытным проводникам.

    Что мы увидим? Они начнут взаимодействовать друг с другом. А именно, они будут притягиваться друг к другу (рисунок 2, а) или отталкиваться друг от друга (рисунок 2, б). Это будет зависеть от направления тока в них.

    Тут же встает вопрос о том, как же измерить эту силу, с которой взаимодействуют проводники? Опыты показали следующее.

    Сила взаимодействия между проводниками с током зависит от:
    длины проводников;
    расстояния между ними;
    среды, в которой находятся проводники;
    силы тока в проводниках.

    Для нас сейчас имеет значение самый последний пункт. Возьмем проводники, для которых все остальные условия будут одинаковы, кроме силы токов. Окажется, что, чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой они взаимодействуют между собой.

    Единица измерения силы тока

    А теперь представьте себе очень тонкие и очень длинные проводники. Расположены они параллельно друг другу. Расстояние между ними — $1 \space м$. Сила тока в них одинакова. И все это в вакууме! Вот здесь и появляется единица измерения силы тока (рисунок 3).

    За единицу силы тока принимаю такую силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной $1 \space м$ взаимодействуют с силой $2 \cdot 10^{-7} \space Н$ ($0.0000002 \space Н$).

    Рисунок 3. Определение единицы измерения силы тока

    Имя этой единицы — ампер ($А$). Она названа в честь французского физика Андре Ампера (рисунок 4).

    Рисунок 4. Ампер Андре Мари (1775 — 1836) — французский физик, математик и естествоиспытатель. Ввел в физику понятие электрического тока, за что в научном кругу его прозвали “Ньютоном электричества”

    Дольные и кратные единицы силы тока

    На практике вы часто можете увидеть следующие единицы: миллиампер ($мА$), микроампер ($мкА$), килоампер ($кА$).

    $1 \space мА = 0.001 \space А = 1 \cdot 10^{-3} \space А$;
    $1 \space мкА = 0.000001 \space А = 1 \cdot 10^{-6} \space А$;
    $1 \space кА = 1000 \space А = 1 \cdot 10^3 \space А$.

    Сила тока некоторых электроприборов

    Для лучшего понимания, сколько же составляет один ампер на практике, в таблице 1 приведены средние значения силы тока для некоторых электроприборов.

    УстройствоЗначение силы тока $I$, А
    Лампочка карманного фонаря0,1
    Обычная лампа накаливания0,3 — 0,5
    Холодильник0,8 — 1
    Телевизор1,2 — 2
    Электрический утюг3
    Пылесос4 — 9
    Стиральная машина6 — 10
    Двигатель троллейбуса160 — 220
    Молнияболее 400 000
    Таблица 1. Значения силы тока в различных потребителях электроэнергии

    Связь единицы измерения заряда и единицы измерения силы тока

    Хоть мы уже и говорили о заряде и единице его измерения (кулон) ранее, в физике принято определять его через ампер.

    Выразим из определения силы тока ($I = \frac{q}{t}$) сам заряд и получим следующую формулу.

    $q = It$.

    Если $I = 1 \space А$, а $t = 1 \space с$, то мы получим единицу электрического заряда — $1 \space Кл$.

    $1 \space кулон = 1 \space ампер \cdot 1 \space с$, или
    $1 \space Кл = 1 \space А \cdot 1 \space с = 1 \space А \cdot с$.

    За единицу электрического заряда принимают электрический заряд, проходящий сквозь поперечное сечение проводника при силе тока $1 \space А$ за время $1 \space с$.

    Электрический заряд и его зависимость от силы тока и времени

    Мы получили формулу, позволяющую по-новому взглянуть на определение электрического заряда: $q = It$.

    Делаем вывод:
    электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника зависит от силы тока и времени его прохождения.

     Эти знания пригодятся в решении задач. Обратите внимание, что электрический заряд иногда называют количеством электричества.

    Например, давайте найдем количество электричества, которое проходит сквозь поперечное сечение спирали лампы за $1 \space мин$. Сила тока лампы равна $400 \space мА$.

    Дано:
    $I = 400 \space мА$
    $t = 1 \space мин$

    СИ:
    $I = 0.4 \space А$
    $t = 60 \space с$

    $q — ?$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:

    Используем формулу для электрического заряда, полученную из определения силы тока:
    $q = It$.

    Рассчитаем этот заряд:
    $q = 0.4 \space А \cdot 60 \space с = 24 \space Кл$.

    Ответ: $q = 24 \space Кл$.

    Упражнения

    Упражнение №1

    Выразите в амперах силу тока, равную $2000 \space мА$; $100 \space мА$; $55 \space мА$; $3 \space кА$.

    Дано:
    $I_1 = 2000 \space мА$
    $I_2 = 100 \space мА$
    $I_3 = 55 \space мА$
    $I_4 = 3 \space кА$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:

    $I_1 = 2000 \space мА = 2000 \cdot 10^{-3} \space А = 2 \space А$.

    $I_2 = 100 \space мА = 100 \cdot 10^{-3} \space А = 0.1 \space А$.

    $I_3 = 55 \space мА = 55 \cdot 10^{-3} \space А = 0.055 \space А$.

    $I_4 = 3 \space кА = 3 \cdot 10^3 \space А = 3000 \space А$.

    Ответ: $I_1 = 2 \space А$, $I_2 = 0.1 \space А$, $I_3 = 0.55 \space А$, $I_4 = 3000 \space А$.

    Упражнение №2

    Сила тока в цепи электрической плитки равна $1.4 \space А$. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение ее спирали за $10 \space мин$?

    Дано:
    $t = 10 \space мин$
    $I = 1.4 \space А$

    СИ:
    $t = 600 \space с$

    $q — ?$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:

    Используем формулу: $q = It$.
    $q = 1.4 \space А \cdot 600 \space с = 840 \space Кл$.

    Ответ: $q = 840 \space Кл$.

    Упражнение №3

    Сила тока в цепи электрической лампы равна $0.3 \space А$. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали за $5 \space мин$?

    Маленькое напоминание:
    заряд одного электрона по модулю равен $|q_e| = 1.6 \cdot 10^{-19} \space Кл$.

    Дано:
    $t = 5 \space мин$
    $I = 0.3 \space А$
    $|q_e| = 1.6 \cdot 10^{-19} \space Кл$

    СИ:
    $t = 300 \space с$

    $n_e — ?$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:

    Для начала определим суммарный заряд, который проходит через поперечное сечение спирали лампы за указанное время:
    $q = It$,
    $q = 0.3 \space А \cdot 300 \space с = 90 \space Кл$.

    А теперь найдем количество электронов, которые в сумме несут этот заряд:
    $n_e = \frac{q}{|q_e|}$,
    $n_e = \frac{90 \space Кл}{1.6 \cdot 10^{-19} \space Кл} \approx 56 \cdot 10^{19}$.

    Вот такое огромное количество электронов проходит через поперечное сечение спирали всего за 5 минут.

    Ответ: $n_e = 56 \cdot 10^{19}$.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии

    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение