În acest articol, veți afla definițiile curentului electric, amperajului și tensiunii. Să înțelegem principalele caracteristici și formule ale curentului și cum să te protejezi de curentul electric.

Definiție

Într-un manual de fizică exista o definitie:

ELECTRICITATE- aceasta este mișcarea ordonată (dirijată) a particulelor încărcate sub influența unui câmp electric. Particulele pot fi: electroni, protoni, ioni, găuri.

În manualele academice definiția este descrisă după cum urmează:

ELECTRICITATE este viteza de modificare a sarcinii electrice în timp.

• Sarcina electronului este negativă.
• protoni- particule cu sarcină pozitivă;
• neutroni- cu o sarcină neutră.

FORTA ACTUALA este numărul de particule încărcate (electroni, protoni, ioni, găuri) care curg prin secțiunea transversală a conductorului.

Toate substanțele fizice, inclusiv metalele, constau din molecule formate din atomi, care la rândul lor constau din nuclee și electroni care se rotesc în jurul lor. Pe parcursul reacții chimice electronii se deplasează de la un atom la altul, prin urmare, atomilor unei substanțe le lipsesc electroni, iar atomii altei substanțe au un exces de ei. Aceasta înseamnă că substanțele au sarcini opuse. Dacă intră în contact, electronii vor tinde să se deplaseze de la o substanță la alta. Aceasta este mișcarea electronilor ELECTRICITATE. Un curent care va curge până când sarcinile celor două substanțe sunt egale. Electronul plecat este înlocuit cu altul. Unde? De la atomul vecin, la el - de la vecinul său, deci la extrem, la extrem - de la polul negativ al sursei de curent (de exemplu, o baterie). De la celălalt capăt al conductorului, electronii merg la polul pozitiv al sursei de curent. Când toți electronii de pe polul negativ dispar, curentul se va opri (bateria este descărcată).

VOLTAJ este o caracteristică a câmpului electric și reprezintă diferența de potențial dintre două puncte din interiorul câmpului electric.

Se pare că nu este clar. Conductor- în cel mai simplu caz, acesta este un fir din metal (cupru și aluminiu sunt mai des folosite). Masa electronului este 9,10938215(45)×10 -31 kg. Dacă un electron are masă, înseamnă că este material. Dar conductorul este făcut din metal, iar metalul este solid, deci cum circulă unii electroni prin el?

Numărul de electroni dintr-o substanță egal cu numărul de protoni asigură doar neutralitatea acesteia, iar elementul chimic în sine este determinat de numărul de protoni și neutroni pe baza lege periodică Mendeleev. Dacă, pur teoretic, îi scădem toți electronii din masa oricărui element chimic, practic nu se va apropia de masa celui mai apropiat element chimic. Prea mult o mare diferentaîntre masele electronului și nucleu (masa doar a primului proton este cu aproximativ 1836 mai mare decât masa electronului). O scădere sau creștere a numărului de electroni ar trebui să ducă doar la o schimbare a încărcăturii totale a atomului. Numărul de electroni dintr-un atom individual este întotdeauna variabil. Fie o părăsesc din cauza mișcării termice, fie revin înapoi, după ce au pierdut energie.

Dacă electronii se mișcă direcțional, înseamnă că își „părăsesc” atomul, iar masa atomică nu se va pierde și, ca urmare, se va schimba și compoziție chimică conductor? Nu. Un element chimic este determinat nu de masa atomică, ci de numărul de PROTONI din nucleul unui atom, si nimic altceva. În acest caz, prezența sau absența electronilor sau neutronilor într-un atom nu contează. Să adăugăm - scădem electroni - obținem un ion; adăugăm - scădem neutroni - obținem un izotop. În acest caz, elementul chimic va rămâne același.

Cu protonii este o poveste diferită: un proton este hidrogen, doi protoni sunt heliu, trei protoni sunt litiu etc. (vezi tabelul periodic). Prin urmare, indiferent de cât de mult curent treceți prin conductor, compoziția sa chimică nu se va modifica.

Electroliții sunt o altă chestiune. Aici se schimbă COMPOZIȚIA CHIMĂ. Elementele electrolitice sunt eliberate din soluție sub influența curentului. Când toată lumea este eliberată, curentul se va opri. Acest lucru se datorează faptului că purtătorii de sarcină din electroliți sunt ioni.

Sunt elemente chimice fara electroni:

1. Hidrogenul cosmic atomic.

2. Gaze din straturile superioare ale atmosferei Pământului și ale altor planete cu atmosferă.

2. Toate substanțele sunt în stare de plasmă.

3. La acceleratoare, ciocnitoare.

Sub influența curentului electric substanțe chimice(conductori) se pot „împrăștia”. De exemplu, o siguranță. Electronii în mișcare împing atomii de-a lungul traseului lor; dacă curentul este puternic, rețeaua cristalină a conductorului este distrusă și conductorul se topește.

Să luăm în considerare funcționarea dispozitivelor electrice de vid.

Permiteți-mi să vă reamintesc că în timpul acțiunii unui curent electric într-un conductor obișnuit, un electron, părăsindu-și locul, lasă acolo o „gaură”, care este apoi umplută cu un electron dintr-un alt atom, unde, la rândul său, se formează și o gaură. , care este ulterior umplut de un alt electron. Întregul proces de mișcare a electronilor are loc într-o direcție, iar mișcarea „găurilor” are loc în direcția opusă. Adică, gaura este un fenomen temporar; se umple oricum. Umplerea este necesară pentru a menține echilibrul de sarcină în atom.

Acum să ne uităm la funcționarea unui dispozitiv electric de vid. De exemplu, să luăm cea mai simplă diodă - un kenotron. Electronii din diodă în timpul acțiunii curentului electric sunt emiși de catod către anod. Catodul este acoperit cu oxizi metalici speciali, care facilitează evacuarea electronilor din catod în vid (funcție de lucru scăzută). Nu există nicio rezervă de electroni în acest film subțire. Pentru a asigura eliberarea electronilor, catodul este puternic încălzit cu un filament. În timp, pelicula fierbinte se evaporă, se așează pe pereții balonului, iar emisivitatea catodului scade. Și un astfel de dispozitiv electronic de vid este pur și simplu aruncat. Și dacă dispozitivul este scump, este restaurat. Pentru a-l reface, balonul este dezlipit, catodul este înlocuit cu unul nou, după care balonul este sigilat înapoi.

Electronii dintr-un conductor se mișcă „purtând pe ei înșiși” electricitate, iar catodul este completat cu electroni de la conductorul conectat la catod. Electronii care părăsesc catodul sunt înlocuiți cu electroni de la sursa de curent.

Conceptul de „viteză de mișcare a curentului electric” nu există. La o viteză apropiată de viteza luminii (300.000 km/s), prin conductor se propagă un câmp electric, sub influența căruia toți electronii încep să se miște cu o viteză mică, care este aproximativ egală cu 0,007 mm/s, nu. uitând să se grăbească și haotic în mișcare termică.

Să înțelegem acum principalele caracteristici ale curentului

Să ne imaginăm poza: Ai un standard? cutie de carton cu băutură tare pentru 12 sticle. Și încerci să pui o altă sticlă acolo. Să presupunem că ai reușit, dar cutia abia a rezistat. Mai pui una acolo și dintr-o dată se rupe cutia și sticlele cad.

O cutie de sticle poate fi comparată cu o secțiune transversală a unui conductor:

Cu cât cutia este mai largă (sârma mai groasă), cu atât cantitate mare sticle (PUTEREA CURENTĂ), poate conţine (furniza).

Puteți plasa de la una la 12 sticle într-o cutie (într-un conductor) - nu se va destrăma (conductorul nu se va arde) și număr mai mare sticle ( mare putere curent) nu contine (reprezinta rezistenta).
Dacă punem o altă cutie deasupra cutiei, atunci pe o unitate de suprafață (secțiunea transversală a conductorului) vom plasa nu 12, ci 24 de sticle, alta deasupra - 36 de sticle. Una dintre cutii (un etaj) poate fi luată ca o unitate similară cu TENSIUNEA curentului electric.

Cu cât cutia este mai lată (rezistență mai mică), cu atât poate furniza mai multe sticle (CURRENT).

Prin creșterea înălțimii cutiilor (tensiune), putem crește numărul total de sticle (PUTERE) fără a distruge cutiile (conductor).

Folosind analogia noastră am obținut:

Numărul total de sticle este POWER

Numărul de sticle dintr-o cutie (strat) este PUTEREA CURENTĂ

Numărul de cutii în înălțime (planșee) este TENSIUNE

Lățimea cutiei (capacitatea) este REZISTENTA secțiunii circuitului electric

Prin analogiile de mai sus, am ajuns la „ LEGEA OMA„, care se mai numește și Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit. Să o reprezentăm ca o formulă:

Unde eu - puterea curentului, U R - rezistenta.

În termeni simpli, sună așa: Curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența.

În plus, am ajuns la " LEGEA LUI WATT". Să o descriem și sub forma unei formule:

Unde eu - puterea curentului, U – tensiune (diferență de potențial), R – putere.

În termeni simpli, sună așa: Puterea este egală cu produsul dintre curent și tensiune.

Puterea curentului electric măsurată cu un instrument numit ampermetru. După cum ați ghicit, cantitatea de curent electric (cantitatea de sarcină transferată) este măsurată în amperi. Pentru a crește gama de desemnări ale unităților de modificare, există prefixe de multiplicitate, cum ar fi micro - microamperi (µA), mile - miliamperi (mA). Alte console nu sunt folosite în utilizarea de zi cu zi. De exemplu: Ei spun și scriu „zece mii de amperi”, dar nu spun sau scriu niciodată 10 kiloamperi. Astfel de valori în viață obișnuită nu este real. Același lucru se poate spune despre nanoamperi. De obicei ei spun și scriu 1×10 -9 Amperi.

Tensiune electrică(potențialul electric) este măsurat de un dispozitiv numit voltmetru, așa cum ați ghicit, tensiunea, adică diferența de potențial care face ca curentul să circule, este măsurată în Volți (V). La fel ca și pentru curent, pentru a crește gama de denumiri, există mai multe prefixe: (micro - microvolt (μV), mile - milivolt (mV), kilo - kilovolt (kV), mega - megavolt (MV). Tensiunea mai este numită și EMF - forță electromotoare.

Rezistență electrică măsurată de un dispozitiv numit Ohmmetru, așa cum ați ghicit, unitatea de rezistență este Ohm (Ohm). La fel ca și pentru curent și tensiune, există prefixe de multiplicitate: kilo - kiloohm (kOhm), mega - megaohm (MOhm). Alte semnificații nu sunt reale în viața de zi cu zi.

Mai devreme, ați învățat că rezistența unui conductor depinde direct de diametrul conductorului. La aceasta putem adăuga că dacă unui conductor subțire i se aplică un curent electric mare, acesta nu îl va putea trece, motiv pentru care se va încălzi foarte mult și, în final, se poate topi. Funcționarea siguranțelor se bazează pe acest principiu.

Atomii oricărei substanțe sunt localizați la o oarecare distanță unul de celălalt. În metale, distanțele dintre atomi sunt atât de mici încât învelișurile de electroni se ating practic. Acest lucru permite electronilor să rătăcească liber de la nucleu la nucleu, creând un curent electric, motiv pentru care metalele, precum și alte substanțe, sunt CONDUCTOARE de electricitate. Alte substanțe, dimpotrivă, au atomi distanțați larg, electroni strâns legați de nucleu, care nu se pot mișca liber. Astfel de substanțe nu sunt conductoare și se numesc de obicei DIELECTRICE, dintre care cea mai cunoscută este cauciucul. Acesta este răspunsul la întrebarea de ce firele electrice sunt fabricate din metal.

Este indicată prezența curentului electric următoarele acțiuni sau fenomenele care o însoțesc:

;1. Conductorul prin care curge curentul poate deveni fierbinte;

2. Curentul electric poate modifica compoziția chimică a unui conductor;

3. Curentul exercită o forță asupra curenților vecini și a corpurilor magnetizate.

Când electronii sunt separați de nuclee, se eliberează o anumită cantitate de energie, care încălzește conductorul. Capacitatea de „încălzire” a unui curent este de obicei numită disipare a puterii și se măsoară în wați. Aceeași unitate este folosită pentru a măsura energia mecanică convertită din energia electrică.

Pericole electrice și alte proprietăți periculoase ale electricității și măsuri de siguranță

Curentul electric încălzește conductorul prin care trece. De aceea:

1. Dacă gospodărie reteaua electrica suferă suprasolicitare, izolația se încarcă treptat și se sfărâmă. Există posibilitatea unui scurtcircuit, ceea ce este foarte periculos.

2. Curentul electric care circulă prin fire și electrocasnice întâmpină rezistență, așa că „alege” calea cu cea mai mică rezistență.

3. Dacă apare un scurtcircuit, curentul crește brusc. În același timp, iese în evidență un numar mare de căldură care poate topi metalul.

4. Un scurtcircuit poate apărea și din cauza umidității. Dacă se produce un incendiu în cazul unui scurtcircuit, atunci în cazul expunerii la umezeală pe aparatele electrice, persoana este cea care suferă primul.

5. Șocul electric este foarte periculos și poate fi fatal. Când curentul electric trece prin corpul uman, rezistența țesuturilor scade brusc. Procesele de încălzire a țesuturilor, distrugerea celulelor și moartea terminațiilor nervoase au loc în organism.

Cum să te protejezi de șoc electric

Pentru a vă proteja de expunerea la curent electric, utilizați mijloace de protecție împotriva șocurilor electrice: lucrați cu mănuși de cauciuc, folosiți covoraș de cauciuc, tije de descărcare, dispozitive de împământare pentru echipamente, locuri de muncă. De asemenea, întreruptoarele cu protecție termică și protecție curentă nu sunt remediu prost protecție împotriva șocurilor electrice care poate salva viața umană. Când nu sunt sigur că nu există risc de electrocutare atunci când execut operatii complexeÎn camerele de control electric și în unitățile de echipamente, de obicei lucrez cu o mână și bag cealaltă mână în buzunar. Acest lucru elimină posibilitatea de electrocutare de-a lungul traseului mână la mână în cazul contactului accidental cu corpul scutului sau cu alte obiecte masive legate la pământ.

Pentru stingerea unui incendiu care are loc pe echipamentele electrice se folosesc numai stingătoare cu pulbere sau dioxid de carbon. Stingătoarele cu pulbere sunt mai bune, dar după ce ați acoperit echipamentul cu praf de la un stingător de incendiu, nu este întotdeauna posibilă restaurarea acestui echipament.

În § 8 ne-am uitat la un experiment cu o lampă și două spirale (rezistoare). Am observat că prin schimbarea curentului înțelegem o modificare a fluxului de electroni care trec prin conductor. La această frază se face referire conductoare metalice solide.În metale lichide (de exemplu, mercur), în substanțe topite sau dizolvate (de exemplu, în săruri, acizi și alcalii), precum și în gaze, curentul este creat de electroni și ioni (vezi § 8). Toate sunt purtători de sarcină electrică.
Prin urmare, prin puterea curentului este mai convenabil să înțelegem nu numărul diferitelor particule încărcate (electroni și/sau ioni) care trec printr-un conductor într-o perioadă de timp, ci sarcina totală transferată printr-un conductor pe unitatea de timp. Sub formă de formulă arată astfel:

Asa de, puterea curentului - o mărime fizică care arată sarcina care trece printr-un conductor pe unitatea de timp.

Un dispozitiv este folosit pentru a măsura puterea curentului ampermetru. Este conectat în serie cu secțiunea circuitului în care trebuie măsurat curentul. unitate de curent - 1 amper(1 A). Se instaleaza prin masurarea fortei de interactiune (atractie sau respingere) a conductorilor cu curentul. Pentru o explicație, vezi poza cu benzi de folie postată chiar la începutul acestui subiect.
1 amper este considerat puterea unui curent care, la trecerea prin doi conductori drepti paraleli de lungime infinită și diametru mic, situati la o distanță de 1 m unul de celălalt în vid, determină o forță de interacțiune egală cu 0,0000002 N pe o secţiune a conductorului de 1 m lungime.
Să facem cunoștință legile distribuţiei curenteîn circuite cu diferite conexiuni ale conductoarelor. În diagramele „a”, „b”, „c” lampa și reostatul sunt conectate secvenţial.În diagramele „d”, „d”, „f” lămpile sunt conectate paralel. Să luăm un ampermetru și să măsurăm curentul în locurile marcate cu puncte roșii.
În primul rând, pornim ampermetrul dintre reostat și lampă (circuitul „a”), măsurăm puterea curentului și o desemnăm cu simbolul euîn general. Apoi plasăm ampermetrul în stânga reostatului (diagrama „b”). Să măsurăm puterea curentului, notând-o cu simbolul eu1 . Apoi plasăm ampermetrul în stânga lămpii, indică puterea curentului eu2 (diagrama „c”).


în toate secțiunile circuitului cu conexiune în serie a conductorilor, puterea curentului este aceeași:

Să măsurăm acum puterea curentului în diverse zone circuite cu conexiune paralelă a două lămpi. În diagrama „d”, ampermetrul măsoară curentul total; în diagramele „d” și „f” - puterea curenților care trec prin lămpile superioare și inferioare.


Numeroase măsurători arată asta puterea curentului în partea neramificată a circuitului cu conexiune paralelă a conductorilor (tăria totală a curentului) este egală cu suma intensităților curentului din toate ramurile acestui circuit.

Un fulger orbitor, tunete. De multă vreme, omenirea a observat aceste fenomene naturale formidabile și, fără a le înțelege, a simțit teamă de ele. Și cu puțin peste o sută de ani în urmă, oamenii au învățat forțele electrice ale naturii să se servească singuri.

Fizica expresă

În natură există particule mici încărcate. Există particule care sunt încărcate și au o sarcină cu semnul plus și există particule care au o sarcină negativă cu semnul minus. Particulele care au sarcină negativă se numesc electroni. Ele pot rula pe conductori metalici. Și oamenii de știință au numit acest flux de particule încărcate curent electric.

Ce caracteristici are curentul? În primul rând, aceasta este puterea curentului și densitatea sa și, în al doilea rând, aceasta este puterea curentului. Ne vom uita la densitatea și puterea curentului într-un alt articol; acum să ne îndreptăm atenția asupra puterii curente. Să luăm în considerare ce este, ce definiție și semnificație are această cantitate în fizică. Ce denumiri sunt folosite pentru curent? Cum să găsești puterea actuală? Să aflăm fapte interesante și educaționale despre puterea actuală.

Limbajul formulei

Forța curentului este o mărime fizică care determină nu varietatea de particule care au trecut prin secțiunea transversală a unui conductor, ci sarcina totală care este transferată prin conductor pe unitate de timp. Arata cam asa:

• I=q/t

Unde I este puterea noastră curentă măsurată în Amperi (A), q este sarcina care trece prin conductor, unitățile sale de măsură sunt Coulomb (C) și t este timpul de observație măsurat în secunde (s).

Și conform legii lui Ohm, curentul poate fi determinat după cum urmează, iar pentru aceasta va trebui să cunoaștem tensiunea secțiunii circuitului U, măsurată în volți (V) și rezistența sa R, măsurată în ohmi (Ohm):

• I=U/R

Cum putem determina puterea curentului dacă nu cunoaștem sarcina care trece prin conductor? Cum să găsești puterea actuală dacă aceasta nu este o problemă școlară? Există un dispozitiv special pentru aceasta - un ampermetru. Pentru a determina puterea curentului, trebuie să ne conectăm dispozitivul în serie cu secțiunea circuitului în care măsurăm puterea curentului. A fi capabil să determine puterea curentului este foarte important și pur și simplu necesar în Viata de zi cu zi. Un curent de 0,01 Amperi nu se simte sau se simte, ci foarte slab. Dar un curent de 0,1 Amperi duce la mari tulburări în corpul uman. Iar un curent de peste 0,2 Amperi este fatal, ducând la arsuri grave și stop respirator. Fii extrem de atent și atent cu puterea actuală!

Domnilor, salut tuturor!

Astăzi vom vorbi despre un astfel de concept fundamental al fizicii în general și al electronicii în special ca puterea curentului. Probabil că fiecare dintre voi a auzit acest termen de mai multe ori. Astăzi vom încerca să înțelegem puțin mai bine.

Astăzi vom vorbi în primul rând despre DC. Adică despre ceva a cărui amploare este constantă în putere și direcție tot timpul. Dragi domni, s-ar putea ca plictisurile să înceapă să sape în chestiune - ce înseamnă „tot timpul”? Nu există un astfel de termen. La aceasta putem răspunde că valoarea curentă nu ar trebui să se schimbe pe tot parcursul timpului observatii.

Deci, curent. Puterea curentă. Ce este? Totul este destul de simplu. Curentul este mișcarea direcțională a particulelor încărcate. Vă rugăm să rețineți, domnilor, că regizat. Mișcarea aleatorie - termică - din care electronii dintr-un metal sau ionii dintr-un lichid/gaz se repetă înainte și înapoi, ne interesează puțin. Dar dacă suprapuneți acestei mișcări aleatorii mișcarea tuturor particulelor într-o direcție, atunci acesta este un calico complet diferit.

Ce tipuri de particule încărcate pot exista? În general, nu contează ce este, nu contează. Ioni pozitivi, ioni negativi, electroni - nu conteaza. Dacă avem o mișcare dirijată a acestor respectați tovarăși, înseamnă că există curent electric.

Evident, curentul are o anumită direcție. In spate sensul curentului Este obișnuit să presupunem mișcarea particulelor pozitive. Adică, deși electronii rulează de la minus la plus, se crede că direcția curentului în acest caz este invers - de la plus la minus. Așa este totul răsucit. Ce poți face - un tribut adus tradiției.

O reprezentare schematică a unui conductor purtător de curent este prezentată în Figura 1.

Figura 1 - Reprezentarea schematică a unui conductor purtător de curent

Să ne imaginăm un nor cu țânțari. Da, știu, creaturi josnice, iar norul este în general un fel de groază. Dar totuși, reprimând dezgustul, vom încerca să ne imaginăm. Deci, în acest nor, fiecare țânțar urât zboară de la sine. Aceasta este o mișcare dezordonată. Acum să ne imaginăm o briză salvatoare. În același timp, duce toată hoarda de țânțari într-o direcție, sperăm că departe de noi. Aceasta este o mișcare dirijată. Înlocuirea țânțarilor cu electroni, iar briza cu unele misterioase forta motrice Obținem, în general, un fel de analogie cu curentul electric.

Cel mai adesea, există un curent cauzat de mișcarea electronilor. Da, prieteni, de-a lungul vieții suntem înconjurați de bietele electronice, forțați să ne mișcăm direcțional, s-ar putea spune în formație, sub influența forței coercitive. Ei circulă de-a lungul liniilor electrice, în toate prizele noastre, în toate dispozitivele noastre inteligente - computere, laptopuri, smartphone-uri și lucrează la fel ca Papa Carlo pentru a ne ușura viața dificilă și pentru a o umple de plăceri.

Țânțarii sunt țânțari, asta e bine, dar este timpul pentru definiții formale.

Deci, domnilor, puterea curentului este raportul sarcinii Δq, care este transferată printr-o anumită secțiune transversală a conductorului S în timpul ∆t. Puterea curentului se măsoară, după cum mulți știu deja, în Amperi. Deci - curentul dintr-un conductor este egal cu 1 Ampere dacă 1 Coulomb trece prin acest conductor în 1 secundă.

"Grozav!" – va exclama drag cititor. Și ce ar trebui să fac cu această formulă?!! Ei bine, am un cronometru pe iPhone, îl voi cronometra. Ce zici de taxa? Ar trebui să număr numărul de electroni din fir și apoi să înmulțesc cu sarcina unui electron, din fericire aceasta este o cantitate cunoscută, pentru a determina curentul?!

Calm, domnilor! Toate vor fi. Nu te grabi. Deocamdată, amintiți-vă că a existat un fel de formulă. Apoi se dovedește că, cu ajutorul lui, puteți calcula câteva lucruri interesante, cum ar fi încărcarea condensatoarelor și multe altele.

Ei bine, deocamdată... Deocamdată, puteți lua un ampermetru, puteți măsura curentul din circuit cu un bec și puteți afla câtă sarcină curge în fiecare secundă prin secțiunea transversală a conductorului q = I t = I 1c= I.

Da, în fiecare secundă o sarcină egală cu curentul din ea trece printr-o secțiune transversală a unui conductor. Acum puteți înmulți această valoare cu sarcina electronului (pentru cei care au uitat, vă reamintesc că este egală) și să aflați câți electroni rulează în circuit. Pot apărea întrebări - de ce? Răspunsul autorului este doar pentru distracție. Este puțin probabil să obțineți vreun beneficiu practic din asta. Dacă îți mulțumești profesorul. Această problemă este pur academică.

Poate apărea întrebarea - cum măsoară un ampermetru curentul? Numără electronii? Bineînțeles că nu, domnilor. Aici avem indirect măsurători. Ele se bazează pe acțiunea magnetică a curentului în ampermetrele analogice cu cadran de modă veche sau pe legea lui Ohm - prin transformarea curentului care curge printr-o rezistență cunoscută în tensiune și apoi procesarea acestuia - în toate multimetrele moderne. Dar mai multe despre asta mai târziu.

Acum voi da acest calcul. Este destul de simplu și ar trebui să fie digerat chiar și de umaniști. Dacă aveți o intoleranță individuală la matan, ei bine, vă puteți uita doar la rezultat.

Să ne amintim taxa noastră ∆q care trece în timp ∆t prin secțiunea transversală a conductorului ∆S despre care am vorbit ceva mai sus. Asemenea matematicienilor adevărați, o vom complica până la scandalos, astfel încât abia după ce ne-am încordat creierul să fie clar că am scris o identitate.

Domnilor, sincer, nicio înșelăciune. e − sarcina electronilor, n − concentrația de electroni, adică numărul de bucăți dintr-una metru cub, v − viteza de mişcare a electronilor. Este evident că v∙∆t∙∆S − acesta este în esență volumul prin care vor călători electronii. Înmulțim concentrația cu volumul - obținem bucăți, câți bucăți de electroni au trecut. Înmulțim piesele cu sarcina unui electron - obținem sarcina totală care trece prin secțiunea transversală. Ți-am spus că totul a fost corect!

Să introducem conceptul de densitate de curent. Plictisitorii care au citit deja ceva despre asta vor exclama acum - aha, aceasta este o cantitate vectorială! Nu mă cert, domnilor, este un vector. Dar pentru a simplifica o viață deja dificilă, vom presupune că direcția vectorului densității curentului coincide cu axa conductorului, ceea ce se întâmplă în majoritatea cazurilor. Prin urmare, vectorii devin imediat scalari. În linii mari, densitatea de curent este câți amperi există pe unul metru patrat secțiunile transversale ale conductorului. Evident, pentru a face acest lucru, trebuie să împărțiți curentul la zonă. Avem

Acum, sper, este clar de ce am transformat formula în acest fel? Pentru a reduce o grămadă de lucruri!

Ne amintim principalul lucru - căutăm viteză. Să exprimăm:

Totul ar fi bine, dar nu știm încă concentrația. Să ne amintim de chimie. A existat o astfel de formulă

Unde ρ=8900 kg/m 3- densitatea cuprului, NA = 6.10 23 numărul lui Avogadro M=0,0635 kg/mol - Masă molară.

Domnilor, sper că nu va fi nevoie să explic de unde a venit această formulă. Nu mă pricep prea bine la chimie, să fiu sincer. Chiar dacă am studiat la școală toți cei 11 ani studiu aprofundat chimie, însă, în clasa a VIII-a am intrat la ora de fizică și matematică, m-am interesat de fizică, în special de partea ei care vorbește despre electricitate și, s-ar putea spune, am renunțat la chimie. De fapt, ei nu ne-au întrebat profund despre asta; noi eram fizicieni. Cu toate acestea, dacă nevoia apare brusc, sunt încă gata să mă adâncesc în această junglă chimică și să vă spun ce este.

Astfel, viteza de mișcare a electronilor într-un conductor cu curent este egală cu

Să înlocuim anumite numere. Pentru claritate, să setăm o densitate de curent de 5 A/mm2.

Avem deja toate celelalte numere. Poate apărea întrebarea - de ce exact 5 A/mm 2.

E simplu, domnilor. Nu este prima dată când oamenii sunt implicați în electronică. S-a acumulat ceva experiență în acest domeniu sau, în termeni științifici, date empirice. Deci, aceste date empirice spun că densitatea de curent admisibilă în firele de cupru este de obicei 5-10 A/mm2. La densități de curent mai mari, este posibilă supraîncălzirea inacceptabilă a conductorului. Cu toate acestea, pentru pistele de pe o placă de circuit imprimat această valoare este mult mai mare și se ridică la 20 A/mm 2 sau chiar mai mult. Cu toate acestea, acesta este un subiect pentru o conversație complet diferită. Să revenim la sarcina noastră, și anume, calcularea vitezei electronilor într-un conductor. Înlocuind numerele, obținem asta

Domnilor, calculul arată în mod irefutat că electronii dintr-un conductor purtător de curent se mișcă cu doar o viteză de 0,37 milimetri pe secundă! Atât de lent. Cu toate acestea, trebuie amintit că aceasta nu este mișcare termică, ci direcțională. Mișcarea termică este mult, mult mai mare, de ordinul a 100 km/s. O întrebare rezonabilă - de ce lumina clipește instantaneu când rotesc întrerupătorul? Îți amintești ce am spus despre un fel de forță coercitivă? Este vorba despre ea! Dar mai multe despre asta în articolul următor. Mult succes tuturor și ne revedem!

Alăturați-vă noastre

În cadrul acestei lecții se va defini fenomenul curentului electric, diverse situatii cursul său și diferitele sale efecte asupra organismelor. De asemenea, vom caracteriza curentul folosind mărimea curentului, vom da definiția acestuia și, de asemenea, vom lua în considerare relația sa cu alte mărimi fizice.

Din această lecție începem să repetăm ​​cunoștințele dobândite în clasa a VIII-a despre curentul electric, precum și să aprofundăm aceste cunoștințe.

Definiție.Electricitate– mișcarea ordonată direcționată a particulelor încărcate (Fig. 1).

Orez. 1. Mișcarea particulelor încărcate

Particulele menționate pot fi complet diferite: electroni, ioni (atât pozitivi, cât și negativi). Chiar și un macrocorp obișnuit (de exemplu, o minge), căruia i se dă o anumită sarcină și o anumită viteză, produce un curent prin mișcarea sa.

De asemenea, este important să înțelegem că mișcarea ordonată nu trebuie să se extindă la toate particulele. Fiecare particulă se poate mișca haotic, dar, în general, întreaga masă a acestor particule este deplasată într-o anumită direcție, iar această deplasare este cea care provoacă prezența curentului (Fig. 2).

Orez. 2. Mișcare ordonată

Pentru simplitate, vom studia așa-numitul DC., adică curentul la care viteza medie a particulelor încărcate nu își schimbă nici valoarea, nici direcția.

Principala mărime fizică care caracterizează curentul este puterea curentului.

Current are trei acțiuni principale (proprietăți).

• Termic. Când curentul este trecut printr-un conductor, căldura este eliberată activ (Fig. 3).

Orez. 3. Efectul termic al curentului

• Chimic. Debitul de curent poate afecta structura chimica substanțe (fig. 4).

Orez. 4. Acțiune chimică actual

• Magnetic. Prezența curentului inițiază prezența camp magnetic(Fig. 5).

Orez. 5. Efectul magnetic al curentului

Puterea curentului este determinată de raportul sarcinii care trece prin secțiunea transversală pe unitatea de timp (pe interval de timp) (Fig. 6).

Definiție.Puterea curentului– o mărime fizică egală cu raportul dintre sarcina care trece prin secțiunea transversală a conductorului și perioada de timp în care a trecut această sarcină.

Unitate de măsură: A – amper (în onoarea fizicianului francez Andre-Marie Ampere (Fig. 7).

Orez. 7. André-Marie Ampère (1775-1836)

Dispozitivul de măsurare a curentului este un ampermetru (Fig. 8, 9). Acesta este un dispozitiv electric care trebuie conectat într-un circuit în serie cu secțiunea în care trebuie măsurată puterea curentului (Fig. 10).

Orez. 8. Aspect ampermetru

Orez. 9. Desemnarea ampermetrului pe schema electrică

Orez. 10. Ampermetrul este conectat în serie la circuit

Curentul electric poate fi comparat cu mișcarea apei printr-o țeavă, iar un ampermetru este un dispozitiv care măsoară viteza acestei mișcări.

Să luăm în considerare cazul curentului continuu care circulă într-un conductor cilindric și să obținem o formulă care determină viteza mișcării ordonate a electronilor în metale.

Orez. 11. Schema fluxului de curent într-un conductor

Să notăm definiția curentului:

De-a lungul timpului, toți acei electroni aflați în spațiul conductorului, limitați de lungime (distanța pe care electronii au parcurs-o în timp), au reușit să traverseze secțiunea transversală. Prin urmare, se poate calcula ca:

Aici: - sarcina unei particule; - concentratia electronilor in conductor.

Să înlocuim această egalitate în definiția puterii curentului și ținând cont de faptul că este valoarea absolută a sarcinii electronului:

Viteza medie de deplasare ordonată a încărcăturilor.

Obținem formula:

Adică, puterea curentului și viteza mișcării direcționale a electronilor sunt cantități direct proporționale.

Pentru a determina concentrația de electroni, este necesar să se aplice formule de la cursul de fizică moleculară. Dacă presupunem că există câte un electron pentru fiecare atom al substanței conductor, atunci este adevărat:

Știind asta, obținem:

Să înlocuim și , unde este masa molară (masa unui mol dintr-o substanță); - numărul lui Avogadro (numărul de molecule dintr-un mol de substanță). Primim:

Adică, în ipoteza noastră, concentrația de electroni liberi depinde numai de materialul conductorului (densitate și masă molară).

Orez. 12. Toți electronii din întregul volum al conductorului încep să se miște aproape simultan

În lecția următoare ne vom uita la condițiile a căror prezență este necesară pentru existența curentului.

Bibliografie

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizică ( un nivel de bază al) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizica clasa a X-a. - M.: Ilexa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizică. Electrodinamică. - M.: 2010.

1. Portalul de internet „Physics.ru” ().
2. Portalul de internet „Mugo.narod.ru” ().
3. Portalul de internet „Curentul electric. Forța și densitatea curentului" ().

Teme pentru acasă

1. Pagină 101: Nr 775. Fizica. Cartea cu probleme. 10-11 clase. Rymkevich A.P. - M.: Butard, 2013. ()
2. Se mișcă particulele încărcate într-un conductor prin care nu trece curent?
3. Ce efecte ale curentului pot fi observate prin trecerea curentului apa de mare?
4. La ce putere de curent trece 32 C prin secțiunea transversală a conductorului în 4 s?
5. *Este posibil curentul electric în absența unui câmp electric?