Почему для определения единицы силы тока выбрано магнитное действие тока кратко

Обновлено: 04.07.2024

Для большинства людей электрический ток — это что-то из категории магии вне Хогвартса. На самом деле, это всего лишь упорядоченность природных явлений и больше ничего. Давайте переходить в категорию разбирающегося меньшинства.

О чем эта статья:

Электрический ток

Сила струи очень слабая. Потом вы решили, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете два ведра из двух шлангов. У зеленого напор сильнее, у желтого — слабее. Быстрее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных шлангов тоже разный. Иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.

Сила тока

Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой заряд прошел через проводник за единицу времени.

Как обозначается сила тока?

Сила тока обозначается буквой I

Сила тока

I = q/t

Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана не просто так.

Во-первых, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался изучением электрических явлений. А во-вторых, единица этой величины выбрана на основе явления взаимодействия двух проводников.

Здесь аналогии с водопроводом провести, увы, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются вблизи друг друга (а жаль, было бы забавно).

Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в противоположном направлении (по этим же проводникам) — отталкиваются.

За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

Задача

Найти силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.

Решение:

Возьмем формулу силы тока

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА

Чтобы хорошо запомнить теорию, нужно много практики. Классический курс по физике для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — отличная возможность попрактиковаться в решении задач.

Проводники и диэлектрики

Некоторые делят мир на черное и белое, а мы — на проводники и диэлектрики.

Проводники — это материалы, которые проводят электрический ток. Самыми лучшими проводниками являются металлы.
Диэлектрики — материалы, которые не проводят электрический ток. Изи!

Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам

Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук

То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не значит, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передавать.

Направление тока

Раньше в учебниках по физике писали так: когда-то давно решили, что ток направлен от плюса к минуса, а потом узнали, что по проводам текут электроны. Но электроны эти — отрицательные, а значит к минусу идти не могут. Но раз уже условились о направлении, поэтому оставим, как есть. Вопрос тогда возникал у всех: почему нельзя поменять направление тока? Но ответ так никто и не получил.

Сейчас пишут немного иначе: положительные частицы текут по проводнику от плюса к минусу, туда и направлен ток. Здесь вопросов ни у кого не возникает.

Так и какая версия верна?

На самом деле, обе. Носители заряда в каждом типе материала разные. В металлах — это электроны, в электролитах — ионы. У каждого типа частиц свои знаки и потребность в том, чтобы бежать к противоположно заряженному полюса источника тока.

Не будем же мы для каждого типа материала выбирать направление тока, чтобы решить задачу! Поэтому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве задач школьного курса направление тока роли не играет, но есть то самое коварное меньшинство, где этот момент будет очень важным. Поэтому запомните — направляем ток от плюса к минусу.

Источник тока

Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.

В качестве источника может выступить, например, гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

Амперметр

Мы знаем, куда ток направлен, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.

Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в котором ток измеряют.

Амперметры бывают очень разными по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные — и это только самые распространенные.

Мы рассмотрим только принцип действия теплового амперметра, потому что для понимания принципа действия других устройств необходимо знать, что такое магнитное поле и катушки.

Тепловой амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум неподвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта тонкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей охватывает неподвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к неподвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).

Под действием тока проволока немного нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.

После знакомства с тремя действиями тока, уместно задать себе вопрос: от чего зависит эффективность каждого из действий, то есть от чего зависят количество теплоты, выделяемой в нити накала электролампы, масса выделенной в опыте меди и подъёмная сила изготовленного электромагнита? На уроке мы узнаем, что называют силой тока в цепи и какова её единица измерения в системе СИ. Дадим строгое определение единицы электрического заряда. А также познакомимся с устройством и принципом действия прибора, служащего для измерения силы тока.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Сила тока. Измерение силы тока"

На прошлом уроке мы с вами говорили о действиях, которые способен оказывать электрический ток, протекая в различных средах. Познакомившись с тремя действиями тока, уместно задать себе вопрос: от чего зависит эффективность каждого из действий, то есть от чего зависит количество теплоты, выделяемой в нити накала электролампы, масса выделенной в опыте меди, подъёмная сила изготовленного электромагнита?

Эффективность этих действий будет зависеть от нескольких причин. Электрический ток, как вы знаете, — это направленное движение заряженных частиц. Поэтому чем больше электрический заряд, перенесённый частицами через поперечное сечение проводника за какое-то определённое время, тем интенсивнее будет действие тока.

Здесь можно провести аналогию: эффективность действия воды на водяной мельнице или гидроэлектростанции, конечно же, определяется массой ежесекундно протекающей в таком устройстве воды. Поэтому важнейшей характеристикой электрического тока является величина, называемая силой тока.

Сила тока — это физическая величина, численно равная электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Обозначают силу тока буквой I.

Пусть q — заряд, протекающий через сечение проводника за некоторый отрезок времени t. Тогда очевидно, что для нахождения ежесекундно протекающего заряда мы должны разделить весь заряд на значение промежутка времени, что и приводит нас к формуле силы тока:

Единицу силы тока не вводят через какие-либо формулы, а просто выбирают по договорённости, как это было уже сделано с единицами массы, времени и длины.

Здесь вы можете сказать, что подобная договорённость лишена логики: брать в качестве основной величины не единицу заряда, которая рассматривается значительно раньше, а единицу силы тока, то есть величину, которая получается путём логической операции с электрическим зарядом.

В 1948 г. на Генеральной конференции по мерам и весам решили, что в основе определения единицы силы тока должно лежать явление взаимодействия двух проводников с током. Это явление можно пронаблюдать на опыте. Если по двум параллельным проводникам пропустить ток, то, в зависимости от направления тока, проводники либо притянутся, либо оттолкнутся.

При этом сила притяжения или отталкивания между проводниками прямо пропорциональна силе тока в них, то есть чем больше сила тока, тем сильнее взаимодействуют проводники.

Но чтобы ввести точный эталон, необходимо соблюдать очень жёсткие условия опыта. Проводники должны быть тонкими и бесконечно длинными, при этом они должны находиться в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга.

Поэтому, за единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой бесконечно длинные параллельные проводники, находящиеся на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме, на каждом метре своей длины взаимодействуют с силой 2 ∙ 10 −7 Н.

Эту единицу силы тока называют ампером. Названа она так в честь французского физика А. Ампера, и является основной единицей силы тока в СИ.

1 А — это очень большое значение силы тока. Поэтому в науке, технике и на практике часто используют кратные и дольные единицы силы тока:

Познакомившись с единицей силы тока, мы можем дать и строгое определение единицы электрического заряда (количества электричества). Зная формулу для расчёта силы тока, можно записать: q = It. Учитывая, что единицей силы тока является ампер, а единицей времени — секунда, получим, что 1 Кл — это заряд, протекающий за 1 с через поперечное сечение проводника с током силой 1 А.

Ещё одна очень важная особенность силы тока заключается в следующем: сила тока во всех участках проводника, по которому протекает электрический ток, одинакова. Всё дело в том, что, когда в проводнике протекает ток, заряд нигде ни в какой его части не скапливается. Так, если в начале проводника, например, металлической проволочки, сила тока равна 1 А, то и в любом поперечном сечении проводника, и в конце его она тоже обязательно 1 А.

Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называют амперметром.

Амперметр и по своему принципу действия, и по устройству похож на гальванометр. Его работа основана на магнитном действии тока.

Чем больше сила тока, проходящего по катушке, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки прибора. Поскольку с помощью амперметра измеряют силу тока, то он устроен так, чтобы включение его в цепь практически не влияло на силу тока в цепи.

Будьте внимательны при работе с амперметрами, так как каждый из них рассчитан на некоторую максимальную силу тока. Иначе прибор может попросту сгореть.

Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить. Иными словами, чтобы контролировать значение силы тока, протекающего в интересующей нас части цепи, мы должны обязательно сделать разрыв цепи и включить в разрыв амперметр, чтобы весь заряд, протекающий в этой части цепи, проходил через прибор.

Если цепь состоит из нескольких последовательно соединённых проводников или приборов (это такое соединение, при котором начало одного проводника соединяется с концом другого), то амперметр будет показывать во всех точках цепи одно и то же значение силы тока.

Пример решения задачи.

Задача. По графику зависимости перенесённого заряда от времени найдите силу тока в проводнике. Какое количество электронов проходит через сечение проводника за 5 с?

Упорядоченное, не хаотичное перемещение заряженных частиц под действием силы электрического поля называется электрическим током. Ток возникает в газообразных, жидких и твердых веществах. Сила тока относится к числу базовых физических величин в теории и практике электромагнетизма, поэтому необходимо знать в каких единицах может измеряться сила тока.

Определение силы тока

Силой тока — это физическая величина, равная электрическому заряду q, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

где I — сила тока, t — время (в системе СИ единицей времени является секунда).

За единицу измерения силы тока в международной системе единиц СИ принят ампер, получивший свое название в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775-1836 г.г.), который впервые сформулировал понятие силы тока. Сокращенное обозначение единицы пишется с заглавной буквы А.

Рис. 1. Портрет Андре-Мари Ампера

При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит электрический заряд величиной 1 К (кулон).

Протекание электрического тока проявляется различных химических реакциях (в электролитах), в свечении или нагревании вещества, а также в магнитном взаимодействии проводников. Оказалось, что из всех известных проявлений тока только магнитное взаимодействие воспроизводится вместе с электрическим током всегда, при любых условиях, в любых средах и в вакууме.

По этой причине магнитное взаимодействие проводника с током было выбрано в системе СИ для определения силы тока ампера (А).

В системе СИ ампер является одной из семи основных единиц для физических величин, пользуясь которыми можно выразить все остальные единицы. Кроме ампера — это метр (м), килограмм (кг), секунда (с), моль (моль), температура (кельвин, К). Например, сила измеряется в ньютонах (Н), который равен:

Определение единицы силы тока

Напомним, что при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока в противоположных направлениях — отталкиваются. Этот эффект обнаружил Ампер и назвал его электромагнитным взаимодействием.

Рис. 2. Схема опыта Ампера для взаимодействия двух параллельных токов

Действующее на сегодняшний день определение единицы силы тока было сформулировано и принято в 1948 г.:

Ампер — сила постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника 1 метр силу взаимодействия, равную 2*10 -7 Н (ньютона).

Дополнительные единицы

На практике для удобства записи, для очень маленьких или очень больших токов, часто применяют кратные и дольные единицы от основной. Напомним, что кратными называют единицы намного больше основной, а дольными — намного меньше основной:

Наноампер — 1 нА = 0,000000001=1,0*10 -9 А;
Микроампер — 1 мкА = 0,000001 А;
Миллиампер — 1 мА = 0,001 А;
Килоампер — 1 кА = 1000 А;
Мегаампер — 1МА = 1000000 А= 1,0*10 6 А.

Международное бюро мер и весов (находится в г. Севр, Франция), которое отвечает за обеспечение существования системы СИ, в 2019 г. планирует введение некоторых изменений в определениях основных единиц. Изменения будут внесены в определения кельвина, килограмма, моля и ампера. Эта реформа не повлияет на жизнь большинства людей. Необходимость этого мероприятия вызвана требованиями повышения точности в научных экспериментах и приборостроении. На основании опубликованных документов будут разработаны и утверждены государственные стандарты в странах, использующих систему СИ. На следующем этапе будут внесены корректировки в школьных и вузовских учебниках физики. Пока действующим является определение ампера, утвержденное в 1948 году.

Рис. 3. Примеры амперметров

Измерение тока в электрических цепях производится с помощью амперметров. Для калибровки шкал этих приборов (стрелочных и цифровых) очень важное значение имеет универсальность и точность самой единицы измерения — ампера.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое сила электрического тока, и как она связана с величиной электрического заряда. Единица измерения силы тока — ампер. Определение единицы измерения силы тока основано на силовом магнитном взаимодействии проводников, по которым течет ток. Дополнительно, когда величины токов много больше или, наоборот, много меньше 1 ампера, допускается использование дольных и кратных единиц: наноампер, микроампер, килоампер, мегаампер и др.

Submit to our newsletter to receive exclusive stories delivered to you inbox!

Васян Коваль

Лучший ответ:

Зачетный Опарыш

Из-за универсальности магнитного действия тока.

Вы можете из нескольких рисунков создать анимацию (или целый мультфильм!). Для этого нарисуйте несколько последовательных кадров и нажмите кнопку Просмотр анимации.

Читайте также: