Электрический ток

Электрическим током называется упорядоченное направленное движение электрически заряженных частиц.

Мы с вами знаем, что заряда без частицы не может быть. Поэтому, направленное упорядоченное движение и будет у нас представлять не что иное, как электрический ток.

Стоит отметить, что электрический ток - это не просто движение направленное и упорядоченное, надо себе достаточно точно представлять, что же это такое. И в таком случае можно сказать следующее, что движение зарядов, конечно же может быть хаотично, беспорядочно, но на это хаотично и беспорядочное движение, накладывается еще одно движение, которое определяет смещение всех частиц по определенному направлению.

Вот такое движение и надо себе представлять, как электрический ток. То есть заряженные частицы движутся беспорядочно, но в этом движении есть смещение частиц в конкретном направлении. И как раз такое движение и будет не чем иным, как электрическим током.

Разумеется, нужно отметить тот факт, что частицы могут быть заряжены по-разному. Это могут быть и отрицательно заряженные частицы. Чаще, конечно, это электроны, а могут быть и положительно заряженные частицы - ионы. Но, конечно же, бывают и отрицательно заряженные ионы, которые тоже способны определять электрический ток.

Кроме этого следует сказать еще о том, что когда мы с вами какое-либо тело зарядим, то есть сообщим заряд этому телу, и это тело будет двигаться у нас в пространстве, то и такое движение можно назвать электрическим током.

Другими словами, если например, движется заряженный шарик, то этот шарик, конечно же, обладает зарядом, и соответственно он будет определять электрический ток.

Давайте рассмотрим простейший случай электрического тока. Этот электрический ток мы называем постоянным, то есть, когда электрические заряды не меняют свое направление движения и передвигаются с постоянной скоростью и при этом ток своего значения не изменяет, то, следовательно, этот ток является постоянным.

Сила тока

Для характеристики электрического тока применяют такую величину, как сила тока. Обозначают эту силу большой латинской буквой – I, а измеряют силу тока в амперах.

Однако для определения понятия "сила тока", нам нужно рассмотреть действия силы тока. Но, сам электрический ток мы с вами видеть не имеем возможности, а можем говорить о нем, когда наблюдаем его в действии.

Тепловое действие

В первую очередь, понятное дело, это действие тепловое. Вот тепловое действие тока и стоит на первом месте, потому что встречается чаще других. Что же это за такое действие? Выясняется, что если электрический ток проходит по проводнику, то проводники нагреваются. Вот это тепловое действие лежит в основе очень многих электронагревательных приборов.

Химические действия

На втором месте стоит, так называемое химическое действие. Оказывается, если ток протекает по некоторым проводникам, то меняется их химический состав и такое действие называют химическим действием.

Магнитное действие

И наконец-то третье действие, которое очень часто нам встречается – это магнитное действие электрического тока. Вот именно магнитное действие и положено в основу измерения определения того, что же такое сила тока.

Конечно же, силу тока определяют заряды, которые проходят или протекают через поперечное сечение проводника за единицу времени. Следовательно, сила тока будет определяться отношением количества электричества, которое прошло через поперечное сечение за единицу времени или за интервал времени.

Сила тока, как мы уже говорили, обозначается латинской буквой I и определяется она следующим образом, как отношение количества электричества, которое прошло через поперечное сечение проводника к промежутку времени, за которое этот заряд прошел через сечение проводника.

А сила тока измеряется в амперах. Обозначение Ампера появилось в честь физика Андре Мари Ампера из Франции, который достаточно много посвятил в своих работах изучению вопросов об электрическом токе. И еще важно знать, что 1 ампер является отношением количества электричества в один Кулон, прошедшего через сечение данного проводника за одну секунду.

Следует понимать, что электрический ток в таком случае может характеризоваться скоростью движения электрического заряда. Сила тока как раз и будет той самой характеристикой, которая определяет быстроту прохождения заряда через поперечное сечение данного проводника.

Прибор для измерения тока

Прибор для измерения силы тока называется амперметр. На данном приборе всегда ставится символ в виде буквы «А», которая говорит нам о том, что назначение этого прибора - измерение силы тока. На схеме амперметр, обозначается кружочком, в котором внутри ставится буква «А». А вот данные две черты обозначают соединительные провода, при помощи которых амперметр подключают в электрическую цепь. Амперметр подключается в цепь последовательно, так чтобы весь электрический ток прошел через этот прибор.

Электрический ток можно сравнить с движением воды по трубе. А вот амперметр в таком случае, будет прибором, который измеряет скорость течения этой воды по трубе.

Каждый из нас не единожды наблюдал за птицами, беззаботно сидящими на электрических проводах. А знаете, почему сидящие на проводах пернатые не гибнут? Оказывается, что по их телу проходит ничтожно малый ток. Но если, же она коснется какого-либо заземленного предмета, то ее моментально убьет током.

А известно ли вам, что многие животные имеют такую способность, как вырабатывать электрический ток. Обороняясь от врагов, электрический угорь способен выработать электрический ток, который имеет напряжение до 500В.

Между прочим, тело человека также способно вырабатывать электроэнергию, в частности на такой подвиг способна сердечная мышца. Благодаря таким сердечным способностям, с помощью электрокардиограммы, можно измерить ритм биения сердца.

Также интересным явлением из области электричества, является то, что при попадании в человека разряда молнии, у него на теле появляется довольно таки особенный рисунок, который еще называют фигурой Лихтенберга.

А вот в период, когда человек только начинал заниматься исследованиями электрических явлений, но при этом еще даже не знал о существовании специальных приборов, он ради науки приносил в жертву свое здоровье, а иногда и жизнь. Так однажды ученый-физик В. Петров, который исследовал явление электрической дуги, пошел на такую жертву и срезал слой кожи на пальцах, чтобы была возможность лучше чувствовать слабые токи.

Знаете ли вы, что древние римляне додумались лечить болезни с помощью электричества. Они нашли выход, как можно избавиться от головной боли. Для этих целей, на голову больного накладывали электрического угря. Конечно, сказать об эффективности такого лечения очень трудно, так как больной после такой процедуры уверял, что все прошло, или же боялся признаться, что у него болит голова.

На протяжении многих столетий человечество пыталось понять, что такое ток. Сегодня же ученые дали конкретное определение этому физическому явлению. Так что на самом деле является током, а так же в чем измеряются его показатели?

Еще из школьного курса физики нам известно, что электрическим током принято считать ни что иное, как движение частиц, имеющих заряд в определенном направлении, в определенном проводнике. Чтобы такое движение могло возникнуть, требуется наличие электрического поля. В то же время заряженные частицы же могут возникать повсеместно, благодаря тесному контакту, который бывает между различными веществами.

Заряды способны совершать свободные движение между самыми разными частицами в проводниках или же не иметь возможности передвигаться в изоляторах. В качестве проводника выступают металлы, солевые и кислотные растворы. Примером изолятора являются многие газы. Так же не пропускают электрический заряд эбонит, кварц, янтарь, некоторые искусственные материалы: поливинилхлорид, полиэтилен и т.д.

Для измерения тока используются различные параметры, к которым относят: напряжение, силу, сопротивление, мощность, частоту и т.д. Рассмотрим основные из них.

Сила тока

Так называется физическая величина, поддающаяся измерению. Она равна отношению между количеством имеющегося электрического заряда, которое способно пройти сквозь проводник, точнее его поперечное сечение за установленный промежуток времени относительно величины этого временного промежутка. Физики для измерения этой величины используют единицу, которая имеет название Ампер (А).

Мощность тока

Мощностью принято называть работу, которую выполняют частицы тока относительно сопротивлению электричества. В результате такой работы выделяется тепловая энергия. Можно так же сказать, что мощность тока – то количество тепловой энергии, которое выделяется за установленный промежуток времени. В физике принято измерять мощность в единицах, которые имеют название Ватты (Вт).

Напряжение

Это понятие определяет отношение работы тока, которая осуществляется относительно заряда на отдельно взятом участке электроцепи. Так как единицей измерения заряда принято считать Кулон (Кл), а работы – Джоуль (Дж), то для измерения напряжения используют единицу 1Дж/1Кл, которая равна 1 Вольту (В).

Сопротивление электричества

При проведении различных экспериментов с электрическим током, Георг Ом отметил, что в зависимости от используемых электрических цепей, приборы показывают разную силу тока. Так было появилось доказательство того, что каждый проводник имеет свое сопротивление. Для его расчета длину проводника нужно разделить на площадь его сечения. Единицей измерения сопротивления принято считать Ом.

Уже из названия становится понятно, что постоянным током называют тот, который независимо от внешних факторов не меняет направления и частоты. Так как у постоянного тока нет частоты, поэтому принятой считать ее нулевой.

Соответственно, переменный ток – ток способный изменять свою величину и направление за обозначенную единицу времени. Его частотой называют число циклов изменения за определенный промежуток времени. Эта величина измеряется в Герцах (Гц).

Для измерения силы тока применяется измерительный прибор, который называется . Силу тока приходится измерять гораздо реже, чем напряжение или сопротивление , но, тем не менее, если нужно определить потребляемую мощность электроприбором, то без зная величины потребляемого ним тока, мощность не определить.

Ток, как и напряжение, бывает постоянным и переменным и для измерения их величины требуются разные измерительные приборы. Обозначается ток буквой I , а к числу, чтобы было ясно, что это величина тока, приписывается буква А . Например, I=5 A обозначает, что сила тока в измеренной цепи составляет 5 Ампер.

На измерительных приборах для измерения переменного тока перед буквой А ставится знак "~ ", а предназначенных для измерения постоянного тока ставится "– ". Например, –А означает, что прибор предназначен для измеренная силы постоянного тока.

О том, что такое ток и законы его протекания в популярной форме Вы можете прочитать в статье сайта «Закон силы тока» . Перед проведением измерений настоятельно рекомендую ознакомиться с этой небольшой статьей. На фотографии Амперметр, рассчитанный на измерение силы постоянного ток величиной до 3 Ампер.

Схема измерения величины протекающего тока Амперметром

Согласно закону, ток по проводам течет в любой точке замкнутой цепи одинаковой величины. Следовательно, чтобы измерять величину тока, нужно прибор подключить, разорвав цепь в любом удобном месте. Надо отметить, что при измерении величины тока не имеет значение, какое напряжение приложено к электрической цепи. Источником тока может быть и батарейка на 1,5 В, автомобильный аккумулятор на 12 В или бытовая электросеть 220 В или 380 В.

На схеме измерения также видно, как обозначается амперметр на электрических схемах. Это прописная буква А обведенная окружностью.

Приступая к измерению силы тока в цепи необходимо, как и при любых других измерениях, подготовить прибор, то есть установить переключатели в положение измерения тока с учетом рода его, постоянного или переменного. Если не известна ожидаемая величина тока, то переключатель устанавливается в положение измерения тока максимальной величины.

Как на практике
измерять потребляемый электроприбором ток

Для удобства и безопасности работ по измерению потребляемого тока электроприборами необходимо сделать специальный удлинитель с двумя розетками. По внешнему виду самодельный удлинитель ничем не отличается от обыкновенного удлинителя.

Но если снять крышки с розеток, то не трудно заметить, что их выводы соединены не параллельно, как во всех удлинителях, а последовательно.

Как видно на фотографии сетевое напряжение подается на нижние клеммы розеток, а верхние выводы соединены между собой перемычкой из провода с желтой изоляцией.

Все подготовлено для измерения. Вставляете в любую из розеток вилку электроприбора, а в другую розетку, щупы амперметра. Перед измерениями, необходимо переключатели прибора установить в соответствии с видом тока (переменный или постоянный) и на максимальный предел измерения.

Как видно по показаниям амперметра, потребляемый ток прибора составил 0,25 А. Если шкала прибора не позволяет снимать прямой отсчет, как в моем случае, то необходимо выполнить расчет результатов, что очень неудобно. Так как выбран предел измерения амперметра 0,5 А, то чтобы узнать цену деления, нужно 0,5 А разделить на число делений на шкале. Для данного амперметра получается 0,5/100=0,005 А. Стрелка отклонилась на 50 делений. Значит нужно теперь 0,005×50=0,25 А.

Как видите, со стрелочных приборов снимать показания величины тока неудобно и можно легко допустить ошибку. Гораздо удобнее пользоваться цифровыми приборами, например мультиметром M890G.

На фотографии представлен универсальный мультиметр, включенный в режим измерения переменного тока на предел 10 А. Измеренный ток, потребляемый электроприбором составил 5,1 А при напряжении питания 220 В. Следовательно прибор потребляет мощность 1122 Вт.

У мультиметра предусмотрено два сектора для измерения тока, обозначенные буквами А– для постоянного тока и А~ для измерения переменного. Поэтому перед началом измерений нужно определить вид тока, оценить его величину и установить указатель переключателя в соответствующее положение.

Розетка мультиметра с надписью COM является общей для всех видов измерений. Розетки, обозначенные mA и 10А предназначены только для подключения щупа при измерении силы тока. При измеряемом токе менее 200 мA штекер щупа вставляется в розетку mA, а при токе величиной до 10 А в розетку 10А.

Внимание, если производить измерение тока, многократно превышающего 200 мА при нахождении вилки щупа в розетке mA, то мультиметр можно вывести из строя.

Если величина измеряемого тока не известна, то измерения нужно начинать, установив предел измерения 10 А. Если ток будет менее 200 мА, то тогда уже переключить прибор в соответствующее положение. Переключение режимов измерения мультиметра допустимо делать только обесточив измеряемую цепь .

Как рассчитать потребляемую мощность электроприбором
по потребляемому току

Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца .

. Ток или силу тока определяют количеством электронов, проходящих через точку или элемент схемы в течение одной секунды. Так, например, через нить накала горящей лампы накаливания карманного фонаря ежесекундно проходит около 2 000 000 000 000 000 000 (два триллиона) электронов. Однако на практике измеряется не количество электронов, а их движение, выраженное в амперах (А).

Ампер – это единица электрического тока, которую так назвали в честь французского физика и математика А. Ампера изучавшего взаимодействие проводников с током. Экспериментально установлено, что при токе в 1А через точку или элемент схемы проходит около 6 250 000 000 000 000 000 электронов.

Помимо ампера применяют и более мелкие единицы силы тока: миллиампер (мA), равный 0,001 А, и микроампер (мкA), равный 0,000001 А или 0,001 мА. Следовательно: 1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА .

1. Прибор для измерения силы тока.

Как и напряжение, ток бывает постоянный и переменный . Приборы, служащие для измерения тока, называют амперметрами , миллиамперметрами и микроамперметрами . Так же, как и вольтметры, амперметры бывают стрелочными и цифровыми .

На электрических схемах приборы обозначаются кружком и буквой внутри: А (амперметр), мА (миллиамперметр) и мкА (микроамперметр). Рядом с условным обозначением амперметра указывается его буквенное обозначение «PА » и порядковый номер в схеме. Например. Если амперметров в схеме будет два, то около первого пишут «PА1 », а около второго «PА2 ».

Для измерения тока амперметр включается непосредственно в цепь последовательно с нагрузкой , то есть в разрыв цепи питания нагрузки. Таким образом, на время измерения амперметр становится как бы еще одним элементом электрической цепи, через который протекает ток, но при этом в схему амперметр никаких изменений не вносит. На рисунке ниже изображена схема включения миллиамперметра в цепь питания лампы накаливания.

Также надо помнить, что амперметры выпускаются на разные диапазоны (шкалы), и если при измерении использовать прибор с меньшим диапазоном по отношению к измеряемой величине, то прибор можно повредить. Например. Диапазон измерения миллиамперметра составляет 0…300 мА, значит, силу тока измеряют только в этих пределах, так как при измерении тока свыше 300 мА прибор выйдет из строя.

2. Измерение силы тока мультиметром.

Измерение силы тока мультиметром практически ни чем не отличается от измерения обыкновенным амперметром или миллиамперметром. Разница состоит лишь в том, что у обычного прибора всего один диапазон измерения, рассчитанный на определенную максимальную величину тока, тогда как у мультиметра диапазонов несколько, и перед измерением приходится определять каким из диапазон пользоваться в данный момент.

Обычные мультиметры, не профессиональные, рассчитаны на измерение постоянного тока и имеют четыре поддиапазона, что на бытовом уровне вполне достаточно. У каждого поддиапазона есть свой максимальный предел измерения, который обозначен цифровым значением: 2m , 20m , 200m , 10А . Например. На пределе «20m » можно измерять постоянный ток в диапазоне 0…20 мА.

Для примера измерим ток, потребляемый обычным светодиодом. Для этого соберем схему, состоящую из источника напряжения (пальчиковой батарейки) GB1 и светодиода VD1 , а в разрыв цепи включим мультиметр РА1 . Но перед включением мультиметра в схему подготовим его к проведению измерений.

Измерительные щупы вставляем в гнезда мультиметра, как показано на рисунке:

красный щуп называют плюсовым , и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых параметров: «VΩmA »;
черный щуп является минусовым или общим и вставляется он в гнездо, напротив которого написано «СОМ ». Относительно этого щупа производятся все измерения.

В секторе измерения постоянного тока выбираем предел «2m », диапазон измерения которого составляет 0…2 мА. Подключаем щупы мультиметра согласно схеме и затем подаем питание. Светодиод загорелся, и его потребление тока составило 1,74 мА. Вот, в принципе, и весь процесс измерения.

Однако этот вариант измерения подходит тогда, когда величина потребления тока известна. На практике же часто возникает ситуация, когда необходимо измерить ток на каком-либо участке цепи, величина которого неизвестна или известна приблизительно. В таком случае измерение начинают с самого высокого предела.

Предположим, что потребление тока светодиодом неизвестно. Тогда переключатель переводим на предел «200m », который соответствует диапазону 0…200 мА, и после этого щупы мультиметра включаем в цепь.

Затем подаем напряжение и смотрим на показания мультиметра. В данном случае показания тока составили «01,8 », что означает 1,8 мА. Однако нолик впереди указывает на то, что можно снизиться на предел «20m ».

Отключаем питание. Переводим переключатель на предел «20m ». Включаем питание и опять производим измерение. Показания составили 1,89 мА.

Часто бывает ситуация, когда при измерении тока или напряжения на индикаторе появляется единица . Единица говорит о том, что выбран низкий предел измерения и он меньше величины измеряемого параметра. В этом случае необходимо перейти на предел выше.

Также может возникнуть момент, когда измеряемый ток выше 200 мА и необходимо перейти на предел измерения «10А ». Однако здесь есть нюанс, который надо запомнить. Помимо того, что переключатель переводится на предел «10А », еще также необходимо переставить плюсовой (красный) щуп в крайнее левое гнездо, напротив которого стоит цифро-буквенное значение «10А», указывающее, что это гнездо предназначено для измерения больших токов.

И еще совет. Возьмите за правило: когда закончите все измерения на пределе «10А » сразу же переставляйте плюсовой (красный) щуп на свое штатное место . Этим Вы сбережете себе нервы, щупы и мультиметр.

Ну вот, в принципе и все, что хотел сказать об измерении тока мультиметром. Главное понимать, что при вольтметр подключается параллельно нагрузке или источнику напряжения, тогда как при измерении силы тока амперметр включается непосредственно в цепь и через него протекает ток, которым питаются элементы схемы.

Ну и в качестве закрепления прочитанного предлагаю посмотреть видеоролик, в котором на примере схем рассказывается об измерениях напряжения и силы тока мультиметром.

Похожие статьи