Сила тока. Единицы силы тока

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.

{"questions":[{"content":"Чем больше заряд, переносимый частицами в проводнике, тем [[fill_choice-1]] действие электрического тока.","widgets":{"fill_choice-1":{"type":"fill_choice","options":["сильнее","слабее"],"answer":0}}}]}

Сила тока

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

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.

{"questions":[{"content":"Формула для силы тока: $I = \\frac{q}{t}$, где[[matcher-4]]","widgets":{"matcher-4":{"type":"matcher","labels":["$I$","$q$","$t$"],"items":["Сила тока","Суммарный электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника","Время прохождения заряда через поперечное сечение проводника"]}}}]}

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).

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.

{"questions":[{"content":"Если расположить параллельно друг другу два гибких проводника и пропустить через них электрический ток, то они [[choice-7]]","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":["будут притягиваться друг к другу","будут отталкиваться друг от друга","не будут никак взаимодействовать","будут притягиваться или отталкиваться друг от друга в зависимости от направления тока в них"],"answer":[3]}}}]}

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 $2 \cdot 10^{-7} \space Н$ ($0.0000002 \space Н$).

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

{"questions":[{"content":"Единицей измерения силы тока является[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["ампер","паскаль","ньютон","кулон"],"explanations":["","Это единица измерения давления.","Это единица измерения силы.","Это единица измерения электрического заряда."],"answer":[0]}}}]}

Дольные и кратные единицы силы тока

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

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

{"questions":[{"content":"5000 мкА - это[[choice-18]]","widgets":{"choice-18":{"type":"choice","options":["0,005 А","0,5 А","500 А","5 А"],"explanations":["$I = 5000 \\space мкА = 5000 \\cdot 10^{-6} \\space А = 5 \\cdot 10^{-3} \\space А = 0.005 \\space А$.","","",""],"answer":[0]}}}]}

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.

{"questions":[{"content":"Сила тока для электрического утюга составляет [[input-1]] А.","widgets":{"input-1":{"type":"input","inline":1,"answer":"3"}}}]}

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 $1 \space с$.

{"questions":[{"content":"Один кулон равен[[choice-4]]","widgets":{"choice-4":{"type":"choice","options":["произведению одного ампера на одну секунду","отношению одного ампера к одной секунде","произведению одного ампера на один метр"],"answer":[0]}}}]}

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 $400 \space мА$.

$q — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

{"questions":[{"content":"Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, зависит от[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["силы тока","времени его прохождения","площади поперечного сечения","длины проводника"],"answer":[0,1]}}}]}

Упражнения

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

$q — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

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

$n_e — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть