Изучая использование электрического тока, необходимо уметь вычислять количество электроэнергии, которое расходуется на то либо другое действие тока. К примеру, подъём лифта, нагревание чайника и тому схожее. Потому выведем формулу для подсчёта работы тока.
В прошлом параграфе
мы узнали формулу:
В левых частях этих равенств стоят различные знаки, но они обозначают одну и ту же физическую величину – мощность. Поэтому, правые части формул можно приравнять: I · U = A / t . Выразим работу:
Формула для вычисления работы электрического тока либо, что то же самое, для расчета потреблённой электроэнергии.
A – работа электрического тока, Дж
I – сила электрического тока, А
U – электрическое напряжение, В
t – время наблюдения, с
По этой формуле рассчитывается работа тока либо, что то же самое, израсходованная электроэнергия. Поясним, что выделенные нами определения – синонимы.
В момент замыкания цепи электрическое поле источника энергии приводит в движение заряженные частички в проводнике (электроны и/либо ионы), и их энергия увеличивается. Сумма энергий всех частиц тела является внутренней энергией тела (см. § 7-д), означает, внутренняя энергия проводника в момент появления в нём тока увеличивается. Согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия может расходоваться на теплопередачу либо совершение работы (см. § 6-з). Но, расходуясь, она повсевременно дополняется от источника энергии.
Вспомним, что прохождение тока по проводнику всегда сопровождается действиями тока (см. § 8-з). При всем этом непременно происходит перевоплощение электроэнергии в другие виды энергии. К примеру, внутреннюю (утюг либо чайник), механическую (пылесос либо вентилятор) и т.д.. Потому под выражением «ток совершает работу» мы будем осознавать перевоплощение электроэнергии в другие виды энергии. В таком смысле работа тока и израсходованная электроэнергия – выражения-синонимы.
Для измерения потреблённой электроэнергии служат особые измерительные приборы – счётчики электроэнергии.
Для учёта электроэнергии заместо джоуля применяется более большая единица – киловатт-час (обозначение: 1 кВт·ч). К примеру, счётчик на рисунке указывает значение 254,7 кВт·ч. Это может означать, что за всё время учёта потребитель мощностью 254,7 кВт работал 1 час либо что потребитель мощностью 2547 Вт работал 100 часов (и т.д., соблюдая пропорцию).
Найдём связь киловатт-часа с более обычной нам единицей для измерения работы – джоулем.
1 кВт · ч = 1000 Вт · 60 мин =
= 1000 Дж/с · 3600 с = 3 600 000 (Дж/с)·с =
= 3 600 000 Дж = 3,6 МДж
Итак, 1 кВт·ч = 3,6 МДж.
Примечание. Формула для работы тока A = I·U·t поможет узнать физический смысл электрического напряжения. Выразим его:
| U = | A | Поэтому, | 1 В = 1 | Дж |
| I·t | А·с |
Отсюда видно, что 1 вольт – это такое напряжение, при котором ток силой 1 ампер способен за 1 секунду создавать 1 джоуль работы. Другими словами, электрическое напряжение указывает работу, которую раз в секунду совершают силы электрического поля для поддержания в цепи тока силой 1 ампер.
Не считая того, из формулы I = q / t (см. § 9-б) следует: q = I · t. Тогда:
| U = | A | Поэтому, | 1 В = 1 | Дж |
| q | Кл |
Исходя из этой формулы, 1 вольт может рассматриваться и как такое напряжение, при котором работа сил электрического поля при перемещении заряда в 1 Кл будет равна 1 Дж. Обобщённо мы скажем: электрическое напряжение является одной из черт электрического поля, перемещающего заряды по проводнику.
Что такое сила тока, формулы
ГОСТ
Ток является процессом, при протекании которого (под конкретным воздействием электрического поля) начинает осуществляться движение некоторых заряженных частиц.
Такими заряженными частичками могут выступить различные элементы (все будет зависеть от ситуации). В случае с проводниками, к примеру, в роли таких частиц, выступят электроны.
Сила тока, таким макаром, будет считаться движением заряженных частиц, нацеленных в одном направлении.
Понятие силы тока
Сила электрического тока будет представлять величину, характеризующую порядок движения электрических зарядов, численно равную количеству заряда $\delta q$, который при всем этом протекает через определенную поверхность $S$, (представляющую поперечное сечение проводника) за единицу времени:
С целью определения силы тока $I$, нужна поделить электрический заряд $\delta q$, прошедший через поперечное сечение проводника за время $\delta t$, на это время.
Сила тока будет зависимой от заряда, переносимого средством всех частиц, скорости их нацеленного в определенном направлении движения и площади поперечного проводникового сечения.
Разглядим проводник с площадью поперечного сечения $S$. Заряд всех частиц обозначим $q_о$. В объеме проводника, ограниченного 2-мя сечениями, содержится $nS\delta l$ частиц, где $n$ представляет их концентрацию. Их общий заряд окажется таким:
При условии движения частиц со средней скоростью $v$, за время $\delta t=\frac$ все частички, заключенные в рассматриваемом объеме, успеют пройти через 2-ое поперечное сечение, что значит соответствие силы тока расчетам по таковой формуле:
- $I$ — обозначение силы электричества, измеряется в Амперах (А) либо Кулонах/секунду;
- $q$ — заряд, идущий по проводнику, единица измерения Кулоны (Кл);
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу либо консультацию спеца по вашему учебному проекту Выяснить цена
В СИ единицу силы тока считают основной, а именуется она ампер (А). Измерительным устройством избран амперметр, чей механизм работы основывается на магнитном действии тока.
При оценке скорости упорядоченного движения электронов снутри проводника, выполненная, согласно формуле для медного проводника при площади поперечного сечения в один квадратный мм, мы получаем малозначительную величину (0,1мм/с).
Отличие силы тока от напряжения
В физике различают такие понятия, как «сила тока» и «напряжение». Между ними есть некоторые отличия, рассмотрение которых играет принципиальное значение для осознания принципа деяния силы тока.
Под «силой тока» понимается некоторое количество электричества, «напряжением», в то же время считается мера возможной энергии. При всем этом данные понятия довольно сильно взаимозависимы. Важными факторами, влияющими на них, являются:
- материал проводника;
- температура;
- наружные условия.
Различия можно следить также и в методе их получения. Если в случае воздействия на электрические заряды создается напряжение, ток возникнет уже за счет деяния напряжения между точками схемы. Также существует различие и в сопоставлении с таким понятием, как «энергопотребление». Оно будет заключаться конкретно в мощности. Так, если напряжение нужна для свойства возможной энергии, то ток уже будет охарактеризовывать энергию кинетическую.
Методы определения силы тока
Рассчитывается сила тока на практике с задействованием особых измерительных устройств или средством отдельных формул (при условии наличия начальных данных). Основной формулой, согласно которой рассчитывается сила тока, смотрится следующим образом:
Существование электричества может быть неизменным (к примеру, находящийся в батарейке ток), также переменным (ток в розетке). Освещение помещений и работа всех устройств электрического типа происходит конкретно средством воздействия переменного электричества. Главным различием переменного тока от неизменного выступает его более мощная склонность к трансформации.
Приятным примером деяния переменного тока может также послужить эффект включения люминесцентных ламп. Так в процессе включения таковой лампы начинает осуществляться движение заряженных частиц то вперед, то вспять, что разъясняет действие переменного тока. Конкретно данный вид электричества считается более распространенным в быту. Соответственно закону Ома, силу тока рассчитывают по формуле (для участка электроцепи):
Сила тока, таким макаром, оказывается прямо пропорциональна напряжению $U$, измеряемому в Вольтах, к участку цепи и назад пропорциональной $R$-сопротивлению проводника обозначенного участка, выражаемому в Омах. Расчет силы электричества в полной цепи рассчитан таким макаром:
- $Е$ — электродвижущая сила, ЭДС, Вольт;
- $R$ — наружное сопротивление, Ом;
- $r$ — внутреннее сопротивление, Ом.
Основными методами определения силы тока средством систем устройств на практике являются следующие:
- Магнитоэлектрический измерительный способ. Его преимуществами выступают высочайшая чувствительность и точность показаний при малозначительном энергопотреблении. Обозначенный метод применим только при определении величины силы неизменного тока.
- Электромагнитный метод заключается в нахождении силы токов переменного и неизменного типов методом процесса трансформации из электромагнитного поля в сигнал магнитного модульного датчика.
- Косвенный способ ориентирован на определение за счет вольтметра напряжения при определенном сопротивлении.
С целью нахождения силы тока, на практике часто применяется особый устройство амперметр. Такое устройство врубается в разрывы электроцепи в требуемой точке измерения силы электрозаряда, прошедшего за некоторое время через сечение провода.
При определении величины силы малого электричества используют миллиамперметры, микроамперметры, также гальванометры, также подключаемые к определенному месту в цепи, где нужно отыскать силу тока. Подключение может быть выполнено 2-мя методами:
- последовательным;
- параллельным.
Определение силы тока, который потребляется, считается не так нередко нужным, как измерение напряжения либо сопротивления. В то же время, без вычисления физической величины силы тока становится неосуществимым расчет потребляемой мощности.
