Что такое сила тока, формула — как измерить силу тока, сопротивление в цепи, проводника; амперметр

Напряжение.

По определению напряжение
– это энергия (или работа), которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом (т. первая точка имеет более отрицательный потенциал по сравнению со второй). Из курса физики мы помним, что потенциал электростатического поля – это скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду. Давайте рассмотрим небольшой пример:

В пространстве действует постоянное электрическое поле, напряженность которого равна E. Рассмотрим две точки, расположенные на расстоянии d
друг от друга. Так вот напряжение между двумя точками представляет из себя ни что иное, как разность потенциалов в этих точках:

В то же время не забываем про связь напряженности электростатического поля и разности потенциалов между двумя точками:

И в итоге получаем формулу, связывающую напряжение и напряженность:

В электронике, при рассмотрении различных схем, напряжение все-таки принято считать как разность потенциалов между точками. Соответственно, становится понятно, что напряжение в цепи – это понятие, связанное с двумя точками цепи. То есть говорить, к примеру, “напряжение в резисторе” – не совсем корректно. А если говорят о напряжении в какой-то точке, то подразумевают разность потенциалов между этой точкой и “землей”. Вот так плавно мы вышли к еще одному важнейшему понятию при изучении электроники, а именно к понятию “земля”
🙂 Так вот “землей”
в электрических цепях чаще всего принято считать точку нулевого потенциала (то есть потенциал этой точки равен 0).

Давайте еще пару слов скажем о единицах, которые помогают охарактеризовать величину напряжения. Единицей измерения является Вольт (В). Глядя на определение понятия напряжения мы можем легко понять, что для перемещения заряда величиной 1 Кулон
между точками, имеющими разность потенциалов 1 Вольт
, необходимо совершить работу, равную 1 Джоулю. С этим вроде бы все понятно и можно двигаться дальше 😉

А на очереди у нас еще одно понятие, а именно ток.

Ток, сила тока в цепи.

Что же такое электрический ток
?

Давайте подумаем, что будет происходить если под действие электрического поля попадут заряженные частицы, например, электроны…Рассмотрим проводник, к которому приложено определенное напряжение
:

Из направления напряженности электрического поля (E
) мы можем сделать вывод о том, что title=»Rendered by QuickLaTeX. com» height=»16″ width=»60″ style=»vertical-align: -4px;»> (вектор напряженности всегда направлен в сторону уменьшения потенциала). На каждый электрон начинает действовать сила:

Где e – это заряд электрона.

И поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, то вектор силы будет направлен в сторону противоположную направлению вектора напряженности поля. Таким образом, под действием силы частицы наряду с хаотическим движением приобретают и направленное (вектор скорости V на рисунке). В результате и возникает электрический ток
🙂

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Важным нюансом является то, что принято считать, что ток протекает от точки с более положительным потенциалом к точке с более отрицательным потенциалом, несмотря на то, что электрон перемещается в противоположном направлении.

Носителями заряда могут выступать не только электроны. Например, в электролитах и ионизированных газах протекание тока в первую очередь связано с перемещением ионов, которые являются положительно заряженными частицами. Соответственно, направление вектора силы, действующей на них (а заодно и вектора скорости) будет совпадать с направлением вектора E. И в этом случае противоречия не возникнет, ведь ток будет протекать именно в том направлении, в котором движутся частицы 🙂

Для того, чтобы оценить ток в цепи придумали такую величину как сила тока. Итак, сила тока
(I
) – это величина, которая характеризует скорость перемещения электрического заряда в точке. Единицей измерения силы тока является Ампер. Сила тока в проводнике равна 1 Амперу
, если за 1 секунду
через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кулон.

Мы уже рассмотрели понятия силы тока и напряжения
, теперь давайте разберемся каким образом эти величины связаны. И для этого нам предстоит изучить, что же из себя представляет сопротивление проводника.

Сопротивление проводника/цепи.

Термин “сопротивление
” уже говорит сам за себя 😉

Итак, сопротивление
– физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать (сопротивляться
) прохождению электрического тока.

Рассмотрим медный проводник длиной l
с площадью поперечного сечения, равной S
:

Сопротивление проводника зависит от нескольких факторов:

Удельное сопротивление – это табличная величина.

Формула, с помощью которой можно вычислить сопротивление проводника выглядит следующим образом:

Для нашего случая будет равно 0,0175 (Ом * кв. мм / м)
– удельное сопротивление меди. Пусть длина проводника составляет 0. 5 м
, а площадь поперечного сечения равна 0. 2 кв. Тогда:

Как вы уже поняли из примера, единицей измерения сопротивления
является Ом
😉

С сопротивлением проводника
все ясно, настало время изучить взаимосвязь напряжения, силы тока и сопротивления цепи.

И тут на помощь нам приходит основополагающий закон всей электроники – закон Ома:

Сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению рассматриваемого участка цепи.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь:

Как следует из закона Ома напряжение и сила тока в цепи связаны следующим образом:

Пусть напряжение составляет 10 В, а сопротивление цепи равно 200 Ом. Тогда сила тока в цепи вычисляется следующим образом:

Как видите, все несложно 🙂

Пожалуй на этом мы и закончим сегодняшнюю статью, спасибо за внимание и до скорых встреч! 🙂

Прежде чем говорить о силе тока, необходимо, в общих чертах, представить себе, что же это такое — электрический ток?

Согласно классическим определениям — это направленное движение заряженных частиц (электронов) в проводнике. Для того, чтобы произошло его возникновение, необходимо предварительное создание электрического поля, которое и приведет в движение заряженные частицы.

Возникновение силы тока

Все материальные вещества состоят из молекул, те делятся на атомы. Атомы также делятся на составляющие: ядра и электроны. В период возникновения химической реакции, происходит переход электронов из одних атомов в другие. Причина здесь в том, что у одних атомов недостаток электронов, у других — их избыточное количество. В- этом, в первую очередь, и заключается понятие «разноименные заряды». В случае контакта таких веществ происходит перемещение электронов, которое, фактически, и является электрическим током. Течение тока будет продолжаться до тех пор, пока заряды двух веществ не выровняются.

Еще в давние времена люди заметили, что янтарь, который потерли о шерсть, становится способным притягивать к себе различные легкие предметы. Далее выяснилось, что и другие вещества обладают такими же свойствами. Их стали называть наэлектризованными, от греческого слова «электрон», означающее янтарь.

Сила действия электричества может быть сильная или слабая. Зависит от величины заряда, протекающего по электрической цепи за определенный промежуток времени. Чем больше электронов перемещено от полюса к полюсу, тем выше значение заряда, перенесенного электронами. Общее количество заряда называют еще количеством электричества, проходящим через проводник.

Впервые определение силы тока дал Андре-Мари Ампер (1775-1836) — французский ученый, физик и математик. Его определение легло в основу понятия силы тока, которым мы пользуемся в настоящее время.

Единица измерения

Сила тока — это величина, равная отношению количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к времени его прохождения. Проходящий через проводник заряд, измеряется в кулонах (Кл), время прохождения — в секундах (с). Для единицы силы тока получается значение (Кл/с). В честь французского ученого эта единица была названа (А) и в настоящее время является основной единицей измерения силы тока.

Для измерения силы тока применяют специальный измерительный прибор. Он включается непосредственно в разрыве цепи в том месте, где необходимо измерить силу. Приборы, с помощью которых измеряют малые токи — называются миллиамперметр или микроамперметр.

Виды проводников

Вещества, в которых заряженные частицы (электроны) свободно перемещаются между собой, называются проводниками. К ним относятся практически все металлы, растворы кислот и солей. В других веществах электроны крайне слабо перемещаются между собой или вообще не перемещаются. Эта группа веществ называется диэлектриками или изоляторами. К ним можно отнести эбонит, янтарь, кварц, газы без измененного состояния. В настоящее время существует большое количество искусственных материалов, выступающих в качестве изоляторов и широко применяемых в электротехнике.

Электрический ток. Сила тока. Плотность тока

Электрический
ток — направленное движение электрически
заряженных частиц под воздействием
электрического поля.

Сила
тока (I) — скалярная величина, равная
отношению заряда (q), прошедшего через
поперечное сечение проводника, к
промежутку времени (t), в течение которого
шёл ток.

I=q/t,
где I- сила тока, q — заряд, t — время.

Источник
тока — это устройство, в котором происходит
преобразование какого-либо вида энергии
в электрическую энергию.

ЭДС
— энергетическая характеристика
источника. Это физическая величина,
равная отношению работы, совершенной
сторонни­ми силами при перемещении
электрического заряда по замкнутой
цепи, к этому заряду:

Измеряется
в вольтах (В).

Источник
ЭДС — двухполюсник, напряжение на
зажимах которого не зависит от тока,
протекающего через источник и равно
его ЭДС. ЭДС источника может быть задана
либо постоянным, либо как функция
времени, либо как функция от внешнего
управляющего воздействия.

Закон
Ома

:
сила тока, текущего по однородному
участку проводника, прямо пропорциональна
падению напряжения на проводнике:

-закон
Ома в интегральной форме

R – электрическое сопротивление
проводника

—
закон
Ома в дифференциальной форме.

Обобщенный закон Ома

Обобщенный
закон Ома
определяет
связь между основными электрическими
величинами на участке цепи постоянного
тока, содержащем резистор и идеальный
источник ЭДС (рис. 2):

Формула
справедлива для указанных на рис. 2
положительных направлений падения
напряжения на участке цепи (Uab
),
идеального источника ЭДС (Е
)
и положительного направления тока (I
).

Выражение
закона Джоуля — Ленца

Интегральная
форма закона

Если
принять, что сила тока и сопротивление
проводника не меняется в течение
времени, то закон Джоуля — Ленца можно
записать в упрощенном виде:

Применив
закон Ома и алгебраические преобразования,
получаем приведенные ниже эквивалентные
формулы:

Эквивалентные
выражения теплоты согласно закона Ома

Словесное
определение закона Джоуля — Ленца

Если
принять, что сила тока и сопротивление
проводника не меняется в течение времени,
то закон Джоуля — Ленца можно записать
в упрощенном виде:

Магни́тное
по́ле

—
силовое поле,
действующее на движущиесяэлектрические
заряды и на тела, обладающиемагнитным
моментом, независимо от состояния ихдвижения;
магнитная составляющаяэлектромагнитного
поля

Магнитное
поле может создаваться током
заряженных частиц и/илимагнитными
моментамиэлектроноватомах (и
магнитными моментами другихчастиц,
что обычно проявляется в существенно
меньшей степени) (постоянные
магниты).

Кроме
этого, оно возникает в результате
изменения во времени электрического
поля.

Основной
силовой характеристикой магнитного
поля является вектор
магнитной индукции

(вектор
индукции магнитного поля). С математической
точки зрения- векторное
поле, определяющее и конкретизирующее
физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции
называется для краткости просто магнитным
полем (хотя, наверное, это не самое
строгое употребление термина).

Ещё
одной фундаментальной характеристикой
магнитного поля (альтернативной магнитной
индукции и тесно с ней взаимосвязанной,
практически равной ей по физическому
значению) является векторный
потенциал.

Вместе,
магнитное и
электрическое
поля
образуют
электромагнитное
поле
,
проявлениями которого являются, в
частности
свет
и
все другие
электромагнитные
волны.

Магнитное
поле создаётся (порождается)
током
заряженных частиц

или изменяющимся во времени
электрическим
полем
,
или собственными
магнитными
моментами
частиц
(последние для единообразия картины
могут быть формальным образом сведены
к электрическим токам)

Графическое
изображение магнитных полей

Для
графического изображения магнитных
полей используются линии магнитной
индукции. Линия магнитной индукции –это
линия, в каждой точке которой вектор
магнитной индукции направлен по
касательной к ней.

Определение понятия силы тока звучит так: это заряженные частицы (электрические заряды), которые двигаются в определённом направлении и называются электронами.

Представим, что через участок цепи проходит определённое количество электричества, например, один кулон.

Он может пройти за одну секунду, а может за целый час. Поэтому сила его определяется именно количеством электричества, которое проходит через проводник за конкретную единицу времени — секунду.

Виды тока и единицы измерения

Ток бывает двух видов:

• Постоянный
  — это тот, что не меняется со временем.
• Переменный
  — это тот, что находится в розетке.

Обычные батарейки или аккумуляторы телефонов выдают именно постоянный. А переменный может изменяться. Когда вы включаете в одну розетку настольную лампу, которой не требуется большая сила, и вместе с ней включаете, например, мощный пылесос, то работают оба прибора, так как ток в сети переменный, в отличие от напряжения, он «подстроился» под приборы. Если бы он был постоянным, то в зависимости от его величины у вас либо сгорит лампа, либо не заработает пылесос.

Измеряется в амперах (А) — эта единица измерения одна из основных в СИ, обозначается величина английской буквой I.

Сила может измеряться основными и вспомогательными единицами:

• Ампер
  (А).
• миллиампер
  (мА) — это одна тысячная ампера.
• микроампер
  (мкА) — одна миллионная ампера.

Если в замкнутой простой цепи проходит постоянный тoк, то в каждом месте цепи за секунду или минуту проходит абсолютно равное его количество, так как он не может накапливаться в отдельных участках цепи. Если рассматривать сложные цепи, то это правило тоже работает, но уже для отдельных участков цепи, которые можно считать простыми.

Количество его измеряется в кулонах. Если через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит точно один кулон — то это один ампер. Для нахождения её можно использовать специальные приборы либо формулы.

Формулы для расчета величины

Начнём с формул, по которым можно вычислить эту самую силу. Например, если знать, сколько электричества прошло через проводник за определённый и известный промежуток времени, то можно узнать его силу по такой формуле: I = q/t, где:

• q — это электрический заряд, который измеряется в кулонах;
• t — время прохождения этого заряда, измеряется в секундах.

Закон Ома звучит так: сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению и прямо пропорциональна напряжению. Этот закон применяется для вычисления силы постоянного тока.

Если вам нужно найти значение для переменного, то результат формулы нужно разделить на корень из двух.

Если опустить слова и перейти к обозначениям, то выглядит формула так: I = U/R. Буква I — сила тока в амперах. Буквой U обозначается напряжение в цепи, которое измеряется в вольтах. Буква R — это сопротивление, оно измеряется в Омах.

Зная эту формулу, можно без проблем вычислять и напряжение или сопротивление в цепи.

Можно ещё встретить такую запись закона: I = U/R+r. Это полный Закон Ома, который, помимо сопротивления внешних элементов цепи, учитывает сопротивление внутри источника питания и позволяет вычислить потребляемый ток.

Измерение с помощью приборов

Амперметр — специальный прибор, с помощью которого можно узнать, какая в цепи сила тока. Обозначение на амперметре покажут вам результат. Он подключается в разрыв таким образом, чтобы электричество протекало через прибор. Такое подключение называется последовательным. Подключать можно в любом месте, так как сила одинакова на любом участке замкнутой цепи. Применяется этот метод для измерения постоянного тока.

Если амперметра нет под рукой, то можно воспользоваться вольтметром — прибором для измерения напряжения в цепи. Для этого его нужно подключить параллельно в электрическую цепь. Замерив напряжение в цепи и зная сопротивление, мы можем высчитать силу тока по формуле Ома.

Также существует электромагнитный способ измерения постоянного и переменного тoка. Для этого требуется специальный магнитомодульный датчик. Он находит нужное значение, анализируя электромагнитное поле.

Не стоит забывать, что ток, как огонь — он полезен точно так же, как и опасен. Даже одна десятая ампера может быть опасна и даже смертельна для человека. А ведь в некоторых бытовых приборах он может достигать 10 и больше ампер. Даже в обычной лампочке накаливания его может быть достаточно для того, чтобы убить человека. Не говоря уже про технику где-нибудь на производствах, где он порой достигает нескольких тысяч ампер. Так что будьте осторожны.

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического.

Как образуется ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на – различают проводники, полупроводники, диэлектрики,.

Где возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

• В металлах
  заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
• В жидкостях
  (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.
• В газах
  под действием разности потенциалов образуется плазма. Заряженными частицами являются ионы, плюсовые и минусовые, и свободные электроны, образующиеся под воздействием ионизатора.
• В вакууме
  электрический существует в виде потока электронов, которые движутся от катода к аноду.
• В полупроводниках
  в направленном движении участвуют электроны, перемещающиеся от одного атома к другому, и образующиеся при этом вакантные места – дырки, которые условно считают плюсовыми.При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки.При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Сила тока измеряется в Амперах
(А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

Понятие силы тока

Сила электрического тока будет представлять величину, характеризующую порядок движения электрических зарядов, численно равную количеству заряда $\delta q$, который при этом протекает сквозь определенную поверхность $S$, (представляющую поперечное сечение проводника) за единицу времени:

С целью определения силы тока $I$, требуется разделить электрический заряд $\delta q$, прошедший через поперечное сечение проводника за время $\delta t$, на это время.

Сила тока будет зависимой от заряда, переносимого посредством всех частиц, скорости их ориентированного в конкретном направлении движения и площади поперечного проводникового сечения.

Рассмотрим проводник с площадью поперечного сече­ния $S$. Заряд всех частиц обозначим $q_о$. В объеме проводника, ограниченного двумя сечениями, содержится $nS\delta l$ частиц, где $n$ представляет их концентрацию. Их общий заряд окажется таким:

• $I$ — обозначение силы электричества, измеряется в Амперах (А) или Кулонах/секунду;
• $q$ — заряд, идущий по проводнику, единица измерения Кулоны (Кл);

В СИ единицу силы тока считают основной, а называется она ампер (А). Измерительным прибором выбран амперметр, чей принцип работы основывается на магнитном действии тока.

Отличие силы тока от напряжения

В физике различают такие понятия, как «сила тока» и «напряжение». Между ними существуют некоторые отличия, рассмотрение которых играет важное значение для понимания принципа действия силы тока.

Под «силой тока» понимается некоторое количество электричества, «напряжением», в то же время считается мера потенциальной энергии. При этом данные понятия достаточно сильно взаимозависимы. Важнейшими факторами, влияющими на них, являются:

• материал проводника;
• температура;
• внешние условия.

Различия можно наблюдать также и в способе их получения. Если в случае воздействия на электрические заряды создается напряжение, ток возникнет уже за счет действия напряжения между точками схемы. Также существует различие и в сравнении с таким понятием, как «энергопотребление». Оно будет заключаться именно в мощности. Так, если напряжение требуется для характеристики потенциальной энергии, то ток уже будет характеризовать энергию кинетическую.

Способы определения силы тока

Вычисляется сила тока на практике с задействованием специальных измерительных приборов либо посредством отдельных формул (при условии наличия исходных данных). Основной формулой, согласно которой рассчитывается сила тока, выглядит следующим образом:

Существование электричества может быть постоянным (например, содержащийся в батарейке ток), а также переменным (ток в розетке). Освещение помещений и работа всех приборов электрического типа происходит именно посредством воздействия переменного электричества. Основным отличием переменного тока от постоянного выступает его более сильная склонность к трансформации.

Наглядным примером действия переменного тока может также послужить эффект включения люминесцентных ламп. Так в процессе включения такой лампы начинает осуществляться движение заряженных частиц то вперед, то назад, что объясняет действие переменного тока. Именно данный вид электричества считается наиболее распространенным в быту. Соответственно закону Ома, силу тока рассчитывают по формуле (для участка электроцепи):

Сила тока, таким образом, оказывается прямо пропорциональна напряжению $U$, измеряемому в Вольтах, к участку цепи и обратно пропорциональной $R$-сопротивлению проводника указанного участка, выражаемому в Омах. Расчет силы электричества в полной цепи рассчитан таким образом:

• $Е$ — электродвижущая сила, ЭДС, Вольт;
• $R$ — внешнее сопротивление, Ом;
• $r$ — внутреннее сопротивление, Ом.

Основными способами определения силы тока посредством систем приборов на практике являются следующие:

• Магнитоэлектрический измерительный метод. Его преимуществами выступают высокая чувствительность и точность показаний при незначительном энергопотреблении. Указанный способ применим исключительно при определении величины силы постоянного тока.
• Электромагнитный способ заключается в нахождении силы токов переменного и постоянного типов путем процесса трансформации из электромагнитного поля в сигнал магнитного модульного датчика.
• Косвенный метод направлен на определение за счет вольтметра напряжения при определенном сопротивлении.

При определении величины силы малого электричества применяют миллиамперметры, микроамперметры, а также гальванометры, также подключаемые к определенному месту в цепи, где необходимо найти силу тока. Подключение может быть выполнено двумя способами:

• последовательным;
• параллельным.

Определение силы тока, который потребляется, считается не так часто востребованным, как измерение напряжения или сопротивления. В то же время, без вычисления физической величины силы тока становится невозможным расчет потребляемой мощности.

Что такое мощность (Р) электротока

Электрическая мощность является физической величиной, характеризующей скорость преобразования или передачи электрической энергии. Единицей измерения по Международной системе единиц (СИ) является ватт, в нашей стране обозначается Вт, международное обозначение — W.

Что влияет на мощность тока

На мощность (Р) влияет величина силы тока и величина приложенного напряжения. Расчет параметров электроэнергии выполняется еще на стадии проектирования электрических сетей объекта. Полученные данные позволяют правильно выбрать питающий кабель, к которому будут подключаться потребители. Для расчетов силы электротока используется значения напряжения сети и полной нагрузки электрических приборов. В соответствии с величиной силы электротока выбирается сечение жил кабелей и проводов.

Отличия мощности при постоянном и переменном напряжении

Ведем обозначения электрических величин, которые приняты в нашей стране:

• Р − активная мощность, измеряется в ваттах, обозначается Вт;
• Q − реактивная мощность, измеряется в вольт амперах реактивных, обозначается ВАр;
• S − полная мощность, измеряется в вольт амперах, обозначается ВА;
• U − напряжение, измеряется в вольтах, обозначается ВА;
• I − ток, измеряется в амперах, обозначается А;
• R − сопротивление, измеряется в омах, обозначается Ом.

Назовем основные отличия P на постоянном и Q на переменном электротоке. Расчет P на постоянном электротоке получается наиболее простым. Для участков электрической цепи справедлив закон Ома. В этом законе задействованы только величина приложенного U (напряжения) и величина сопротивления R.

Расчет S (полной мощности) на переменном электротоке производится несколько сложнее. Кроме P, имеется Q и вводится понятие коэффициента мощности. Алгебраически складывая активную P и реактивную Q, получают общую S.

Трёхфазное или однофазное подключение

В зависимости от того, какой тип подключения используют, определение потребляемой мощности производится по-разному.

В однофазной сети потребляемая энергия считается по простейшей формуле:

где cosϕ – коэффициент мощности, характеризующий сдвиг фаз между током и напряжением в реактивной нагрузке.

Мощность 3 х фазной сети является суммой потребления по каждой фазе в отдельности. Формула мощности 3 х фазного тока имеет следующий вид:

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc,

где U, I, cosϕ – напряжение, сила тока и коэффициент мощности в каждой фазе, соответственно.

К сведению. Видно, что в общем случае трехфазное соединение требует большее количество приборов учета.

Иногда посчитать потребление энергии можно по упрощенному варианту. При симметричном потреблении, например, при подключении асинхронного двигателя, токи потребления одинаковы, и формула принимает следующий вид:

• Uф, Iф – фазные напряжение и ток;
• Uл, Iл – линейные напряжение и ток.

Принцип определения

Iн для жил проводов и кабелей определяют по таблицам “Правил устройства электроустановок”, справочников и прочей специализированной литературы, в них учитываются:

• материал проводника (в основном указываются данные для меди и алюминия). Металлы и сплавы имеют разное сопротивление, а от него зависит баланс между выделением тепла (Q = I2 * R, где I — сила тока, R — электросопротивление проводника) и его отводом;
• площадь поперечного сечения жилы: от этого также зависит величина R;
• способ прокладки (открыто или в канале), число жил в кабеле и материал изоляции.

Для вычисления площади поперечного сечения жилы, измеряют штангенциркулем ее диаметр D, затем производят расчет по формуле: S = (3. 14 * D2) / 4. Определив номинальный ток провода, сопоставляют его с номинальным током нагрузки.

Если последний окажется больше, берут провод с большей площадью сечения жил. Для определения номинального тока нагрузки, если таковая не указана на информационной табличке, необходимо знать формулы.

Характеристики трехфазной системы

Формула мощности электрического тока

Трехфазная система электропитания характеризуется несколькими значениями напряжения и тока. Все зависит от того, между какими точками схемы производятся измерения:

• между фазным проводом и нейтралью – фазное напряжение Uф;
• между отдельными фазами – линейное Uл.

Соотношение между данными параметрами:

При симметричном распределении нагрузки токи во всех проводах равны. В четырехпроводной схеме (с заземленным нулем) ток в нулевом проводнике отсутствует, поэтому даже при обрыве нуля сеть продолжает нормально функционировать.

В том случае, когда потребление энергии по фазам различается, в нейтральном проводе протекает некоторый ток. Полный обрыв нейтрального проводника вызывает перекос фаз, поэтому напряжение на проводах может измениться в диапазоне от нуля до линейного.

Последствия увеличения сопротивления нейтрали

Реактивный характер нагрузки учитывается коэффициентом мощности cosϕ. Данная величина пришла из теории комплексных чисел, которые используются, когда необходимо рассчитать параметры цепей переменного тока. В случае активной нагрузки cosϕ=1, но, чем более реактивный характер имеют потребители, тем больше коэффициент уменьшается, показывая, как снижается реальная мощность относительно полной.

Важно! Поэтому для правильного расчета и уменьшения нагрузки на генераторное оборудование в реактивных цепях устанавливают корректоры коэффициента мощности. Цепи с корректором приближают коэффициент cosϕ к единице.

Выбор автоматов защиты

Поскольку возрастание силы тока свыше номинального значения (перегрузка) влечет за собой нарушения в работе устройств, на этот случай требуется предусмотреть обесточивание цепи.

Задачу выполняют такие аппараты защиты:

• предохранители: содержат легкоплавкую вставку — при перегреве она расплавляется и цепь размыкается;
• выключатели автоматические (ВА).

ВА состоит из двух частей:

• тепловой расцепитель. Биметаллическая пластина, размыкающая контакты при нагреве. Время срабатывания может составлять десятки минут;
• электромагнитный расцепитель (катушка с соленоидом). Срабатывает практически мгновенно (0,02 с) при достижении силой тока определенного значения.

Порог срабатывания электромагнитного расцепителя для разных потребителей также требуется индивидуальный. Некоторые выходят из строя даже при самой незначительной перегрузке, другие выдерживают 14-кратное превышение Iн. Потому выпускают 4 класса ВА, отличающиеся настройкой электромагнитного приспособления размыкания цепи (уставка тока отсечки): A, B, C и D.

Класс подбирается соответственно виду потребителей:

• полупроводниковые элементы. Класс А, наиболее чувствительный: ток отсечки — в 2 раза выше номинального;
• розетки, осветительные цепи и прочие, где пусковые токи отсутствуют или невелики. Класс В: ток отсечки — в 3 раза больше номинального;
• вводные устройства бытовых электросетей. Класс С: ток отсечки — в 5 раз выше номинального. Такие ВА в одиночку не применяются: они обеспечивают безопасность сети в целом, тогда как каждая группа (розетки, освещение) дополнительно защищается ВА класса В. То есть ВА класса С страхует автоматы класса В, но при этом в случае перегрузки в одной из групп вся сеть не обесточивается (селективность);
• вводные устройства сетей зданий и сооружений, цепи с большими пусковыми токами (в качестве потребителей выступают электродвигатели). Класс D: ток отсечки — в 10 раз выше номинального. На вводе в здание такой ВА также играет роль селективного — страхует автоматы защиты на этажах и в отдельных помещениях.

При перегрузке менее уставки тока отсечки по цепи какое-то время протекает ток свыше номинального (до срабатывания теплового расцепителя).

Это учитывают, например, при выборе УЗО, официально именуемого «выключателем дифференциального тока». Это еще один аппарат защиты, обесточивающий цепь при обнаружении утечки тока и предотвращающий тем самым электротравму пользователя.

УЗО подбирают с номинальным током, на ступень превышающим соответствующий параметр защищающего его ВА.

Пример расчёта мощностных показателей

Что такое коэффициент мощности

Наиболее простым примером может считаться расчет потребления энергии симметричной нагрузкой. Сколько будет потреблять электроэнергии трехфазный асинхронный двигатель, подключенный в сеть с линейным напряжением 380 В, и потребляющий ток 10 А по каждой фазе? Коэффициент мощности cosϕ=0. Тогда потребляемая мощность равна:

Более сложный расчет бытовой сети:

• Фазное напряжение – 220 В;
• Потребление по линиям – 10 А, 5 А, 2 А;
• Первые две фазы подключены к активной нагрузке (электроплита, чайник);
• Третья нагружена на люминесцентные светильники с cosϕ=0,5.

Pобщ=Uа∙Iа∙cosϕа+ Ub∙Ib∙cosϕb+ Uc∙Ic∙cosϕc=220∙10+220∙5+220∙2∙0,5=3520 ВА.

Используя онлайн калькулятор расчетов, можно избавиться от большинства ошибок и сократить время вычислений. Требуется лишь правильно ввести данные по текущим параметрам

Измерение мощности ваттметром

Мощность потребления трехфазного тока измеряют, используя ваттметры. Это может быть специальный ваттметр, для 3-х фазной сети, либо однофазный, включенный по определенной схеме. Современные приборы учета электроэнергии часто выполняются по цифровой схемотехнике. Такие конструкции отличаются высокой точностью измерений, большими возможностями оперирования с входными и выходными данными.

Трехфазный цифровой ваттметр

• Соединение «звезда» с нулевым проводником и симметричная нагрузка – измерительный прибор подключается к одной из линий, считанные показания умножаются на три.
• Несимметричное потребление тока в соединении «звезда» – три ваттметра в цепи каждой фазы. Показания ваттметров суммируются;
• Любая нагрузка и соединение «треугольник» – два ваттметра, подключенных в цепь любых двух нагрузок. Показания ваттметров также суммируются.

На практике всегда стараются выполнить нагрузку симметричной. Это, во-первых, улучшает параметры сети, во-вторых, упрощает учет электрической энергии.

Расчет потребляемой мощности

Электромощность является величиной, которая отвечает за факт скорости изменения или передачи электрической энергии. Есть полная и активная мощностная нагрузка, а также активная и реактивная. Полная вычисляется так: S = √ (P2 + Q2), где P является активной частью, а Q реактивной. Для нахождения потребляемого мощностного показателя необходимо знать число электротока, которое потребляется нагрузкой, а также питательное напряжение, которое выдается при помощи источника.

Что касается бытового определения потребляемой электрической энергии, необходимо вычислить общее количество ватт питания электрических приборов и паспортные данные номинальной силы электротока котла. Как правило, все электрические приборы работают с переменным током и напряжением в 220 вольт. Для вычисления тока проще всего воспользоваться амперметром. Зная первый и второй параметры, реально узнать величину потребляемой энергии.

Стоит указать, что измерить мощность через напряжение или сделать расчет мощности по сопротивлению и напряжению возможно не только формулой, но и прибором. Для этого можно воспользоваться мультиметром с токоизмерительными клещами или специализированным измерителем — ваттметром.

Расчет электрических цепей онлайн и основная формула расчета

Наверное, каждый кто делал или делает ремонт электрики сталкивался с проблемой определения той или иной электрической величины. Для кого-то это становится настоящим камнем преткновения, а для кого-то все предельно ясно и каких-либо сложностей при определении той или иной величины нет. Данная статья посвящена именно первой категории – то есть для тех, кто не очень силен в теории электрических цепей и тех показателей, которые для них характерны.

Итак, для начала вернемся немного в прошлое и постараемся вспомнить школьный курс физики, касательно электрики. Как мы помним, основные электрические величины определяются на основании всего одного закона – закона Ома. Именно этот закон является базой проведения абсолютно для любых расчетов и имеет вид:

Отметим, что в данном случае речь идет о расчете самой простейшей электрической цепи, которая выглядит следующим образом:

Подчеркнем, что абсолютно любой расчет ведется именно посредством этой формулы. То есть путем не сложных математических вычислений можно определить ту или иную величину зная при этом два иных электрических параметра. Как бы там ни было, наш ресурс призван упростить жизнь тому кто делает ремонт, а поэтому мы упростим решение задачи определения электрических параметров, вывив основные формулы и предоставив возможность произвести расчет электрических цепей онлайн.

Формула расчета сечения провода и как определяется сечение провода

Довольно много вопросов связано с определением сечения провода при построении электропроводки. Если углубиться в электротехническую теорию, то формула расчета сечения имеет такой вид:

Конечно же, на практике, такой формулой пользуются довольно редко, прибегая к более простой схеме вычислений. Эта схема довольно проста: определяют силу тока, которая будет действовать в цепи, после чего согласно специальной таблице определяют сечение. Более детально по этому поводу можно почитать в материале – «Сечение провода для электропроводки»

Приведем пример. Есть бойлер мощностью 2000 Вт, какое сечение провода должно быть, чтобы подключить его к бытовой электропрводке? Для начала определим силу тока, которая будет действовать в цепи:

Как видим, сила тока получается довольно приличной. Округляем значение до 10 А и обращаемся к таблице:

Таким образом, для нашего бойлера потребуется провод сечением 1,7 мм. Для большей надежности используем провод сечением 2 или 2,5 мм.

Как рассчитать ампераж

Ампераж является значением электротока, которое выражена в амперах. Рассчитать ампераж можно так:

Измерительными приборами

Если под руками имеются измерительные приборы, то с их помощью довольно просто найти силу тока. Необходимо лишь соблюдать правила измерений и не забывать о правилах безопасности.

Амперметром

Пользуясь приборами для измерения ампеража, следует помнить, что они подключаются в цепи последовательно. Внутреннее сопротивление амперметра очень маленькое, поэтому прибор легко выводится из строя, если проводить измерения пределами значений, для которых он рассчитан.

Схема подключения амперметра показана на рисунке 3. Обратите внимание на то, что на участке измеряемой электрической цепи обязательно должна быть нагрузка.

Рис. Схема подключения амперметра

Большинство аналоговых амперметров, например, таких, как на рисунке 4, предназначены для измерений параметров в цепях с постоянными токами.

Рис. Аналоговый амперметр

Обратите внимание распределение шкалы амперметра. Цена первого деления 50 А, а всех последующих – 10 А. Максимальная величина, которую можно измерить данным амперметром не должна превышать 300 А. Для измерений электрической величины в меньших либо в больших пределах следует применять соответствующие приборы, предназначенные для таких диапазонов. В этом смысле универсальность амперметра ограничена.

При измерениях постоянных токов необходимо соблюдать полярность щупов при подключении амперметра. Для подключения прибора требуется разрывать цепь. Это не всегда удобно. Иногда вычисление силы тока по формуле является предпочтительней, особенно если приходится проводить измерения в сложных электротехнических схемах.

Мультиметром

Преимущество мультиметра в том, что этот прибор многофункциональный. Современные мультиметры цифровые. У них есть режимы для измерений в цепях постоянных и переменных токов. В режиме измерения силы тока этот измерительный прибор подключается в цепь аналогично амперметру.

Перед включением мультиметра в цепь, всегда проверяйте режим измерений, а пределы измерения выбирайте заведомо большие предполагаемой силы тока. После первого измерения можно перейти в режим с меньшим диапазоном.

Для работы с переменным напряжением переводите прибор в соответствующий режим. Считывайте значения с дисплея после того, как цифры перестанут мелькать.

Как рассчитать силу тока, вычислить мощность

Чтобы правильно подобрать размер электрического кабеля для квартиры или частного дома, необходимо знать такие параметры, как сила тока, мощность и напряжение. Если произвести неправильный расчет, то рано или поздно проводку замкнет, что непременно приведет к возгоранию. Как рассчитать силу, вычислить мощность, измерить ампераж? Сделать это можно применив простые законы физики.

Зачем необходим расчёт силы тока и других параметров?

Различные электрические приборы потребляют разное количество электроэнергии. Если бы в квартире или доме находился только один электроприбор, то подобные вычисления были бы не нужны.

Основным показателем электрической энергии является напряжение. Измеряется в вольтах, обозначают латинской U. Напряжение зависит:

• от материала, из которого выполнена проводка;
• сопротивления, которое выдает конкретный прибор;
• температуры окружающей среды и прибора.

Один из приборов с постоянным напряжением – обычная батарейка. В сложных электроцепях напряжение всегда переменное. Его и передают на большие расстояния от электростанций к зданиям. В нашей стране для этого применяют сети с тремя фазами.

4 провода (3 – фазных, 1 – нулевой) можно увидеть между опорами ЛЭП. От ЛЭП к домам и зданиям ведут 2 или 4 провода. В первом случае получаем сеть с напряжением в 220 вольт, во втором – 380 вольт. Для безопасности людей имеется заземление.

От опоры ЛЭП к домам ведут 2 или 4 провода. Так создают сети в 220 или 380 вольт

Силу измеряют в амперах, обозначают латинской I. На всем протяжении электроцепи сила одинакова. Чтобы измерить показания, применяют специальное оборудование – амперметр или мультиметр. Такой прибор должен быть на вооружении любого практичного хозяина. Для бытовых целей лучше использовать мультиметр.

Он прост в управлении, стоит около 500 рублей. Обратите внимание на модели от производителей: «TEK», «Ресанта», «Sturm!», «Defort».

Сопротивление измеряют в омах. Возникает в момент движения электрической энергии внутри провода. Для обозначения используют латинскую R. Показатель определяется исходя из материала провода и его сечения. Часто применяют термин «удельное сопротивление». Величина показывает сопротивляемость различных материалов, толщины и длины проводов.

Мощность указывают в ваттах. Для обозначения применяют латинскую P. Для расчета нужно знать силу тока, его напряжение. Сопротивление «гасит» мощность любого электрооборудования. Чтобы оно работало нормально, источник питания должен выдавать большую силу тока, чем нужно для работы определенного прибора или группы приборов.

Как вычислить?

Определить любую величину, касаемую электрической энергии, поможет закон Ома. Он гласит: напряжение равняется силе тока, умноженной на сопротивление, а мощность – это сила, умноженная на напряжение.

Напряжение тока – это его сила умноженная на сопротивление. Показатель нужен для подбора оптимальных проводов и кабелей в доме. Получается, чтобы рассчитать ток по мощности, надо знать его силу и напряжение. Но как рассчитать амперы, зная мощность и напряженность, например? Опять же следуя закону Ома. Для этого необходимо мощность разделить на напряженность.

Произвести точный расчет можно с помощью нашего калькулятора.

Достаточно просто узнать силу тока, гораздо сложнее – произвести расчет сечения проводов. Для этого нужно посчитать силу тока и воспользоваться следующей таблицей:

Сечение медного провода в зависимости от величины потребляемого токаМаксимальный ток в амперах1234561016202532405063Сечение жилы провода в миллиметрах0,170,330,520,670,8411,72,73,34,25,36,78,410,5

Для того чтобы посчитать мощность, зная ток и напряженность, используйте представленную ниже таблицу:

Электрическое оборудованиеМощность прибора в ваттахСила в амперахСтиральная машинка200010«Теплый пол»10005Кухонная плита700035Микроволновка10005Посудомойка200010Холодильник2501Кухонный комбайн11005Чайник19009Кофеварка11005Миксер3001,4Фен10002Утюг15006Пылесос12005Телевизор1500,7Радио1000,4Светильники500,2

Используя даже один из показателей и зная напряжение в сети, вы сможете без труда рассчитать ток.

Оборудование для защиты сети от короткого замыкания

Вы уже знаете, как посчитать амперы, зная мощность и напряжение, или вычислить мощность, когда известны сила тока и напряжение. Но иногда даже точные и верные расчеты не спасают от короткого замыкания.

ЧП может случиться на трехфазной линии по не зависящим от пользователя причинам: попадание постороннего объекта на провода, обрыв из-за падения дерева.

В таком случае даже если вы максимально правильно рассчитали силу тока по мощности и в вашем доме самая идеальная проводка, возможен пожар или выход электроприборов из строя. Защитить свою сеть можно следующими способами:

• поставить плавкий предохранитель. Если амперы в электроцепи превысят допустимые значения, то предохранитель расплавится, цепь будет нарушена. Цена плавкого предохранителя – 400-600 рублей. Выбирайте товар отечественного производства, рассчитанный на работу с нашими электросетями;
• установить автоматический выключатель. Это современное оборудование, которое надежно защищает бытовые приборы от преждевременного выхода из строя вследствие проблемы с проводами. Стоит от 200 до 2 тысяч рублей. Сработает за секунды в отличие от плавкого предохранителя, которому на размыкание потребуется примерно полминуты. При подключении изучите подробную информацию о маркировках проводов.

Зачем нужна сила тока

Работа любой электротехники напрямую связана с физической величиной заряженных частиц. Знание того, как найти силу тока, позволяет понимать нюансы работы такого оборудования, отдельной цепи либо схемы. Расчет подобного значения у настоящего профессионала не вызовет особых трудностей, а вот у начинающих электриков это может вызвать некоторые проблемы. Для этого стоит знать определенные расчетные формулы или иметь под рукой специальный измерительный прибор.

По своей сути различают несколько разновидностей тока — это постоянный (содержащийся в аккумуляторных батарейках) и переменный (находящийся в розетке). Именно второй вид отвечает за освещение в помещении, работу электроприборов. Особенность переменного тока заключается в быстрой передаче и трансформации, ярким примером тому может служить работа люминесцентных лампочек (движение токовых частиц при включении).

Расчет величины по формулам

Так как самым распространенным видом тока, использующимся в быту, является переменный, то для его расчета используется известная каждому школьнику формула расчета «Закон Ома». Выглядит она следующим образом — I = U / R (найти ток можно, разделив напряжение на сопротивление), где:

• I — это переменное токовое значение;
• U — это напряжение;
• R — это сопротивление.

Из этой формулы тока можно вывести и другие, не менее полезные вычисления, позволяющие определить другие значения, имея только фактические показатели двух других величин (R = U / I и U = I * R). При расчете рекомендуется использовать основные единицы измерения — амперы, вольты и омы. Данная расчетная формула чаще всего используется для вычисления силы в цепях с активной нагрузкой, например, нагревательных приборах, электрочайниках, светодиодах и т.

В других же случаях используется иная вычислительная формула, содержащая в себе мощность и напряжение. Выглядит она следующим образом — I = P / U. Также сила тока рассчитывается по формуле I = q / t, где q — это заряд, идущий по проводнику, измеряющийся в кулонах, а t — это время прохождения электрического заряда, вычисляющееся в секундах.

Вычисление значений приборными системами

Помимо формул при отсутствии четких показателей необходимых значений используются специальные приборные системы. Преимущество такого метода заключается в быстроте и точности получаемых данных, минус — в необходимости покупать требуемые устройства. К основным способам, как определить силу тока, стоит отнести:

• Магнитоэлектрический метод вычисления, отличающийся высокой чувствительностью, точностью показаний, минимальным потреблением электроэнергии. Используется он зачастую для определения значения силы постоянного тока.
• Электромагнитный, основным вычислительным элементом которого становится магнитомодульный датчик, на который из магнитного поля поступает сигнал. Таким способом можно узнать силу постоянного и переменного тока.
• Косвенный, где по старинке используется вольтметр, определяющий показания напряжения на определенном сопротивлении.

Стоит отметить, что подобные методы редко применяются самими электрикам, так как они отнимают много времени. Гораздо проще использовать специальные приборы, а не приборные системы.

Измерение амперметром

Самым простым способом узнать силу тока является измерение показаний амперметром. Особенности его использования заключаются в подключении прибора к разрывам электрической цепи. Для этого выбирается подходящее место, после чего остается дождаться, когда на экране амперметра высветится значение силы тока (заряда), прошедшего через кабельное сечение через определенное время.

Помимо классического прибора используются похожие на них аналоги, предназначенные для того, чтобы быстро найти силу тока малого электричества — это миллиамперметры, микроамперметры, гальванометры. Процедура подключения установки мало чем отличается от обычных измерительных приборов, их нужно зафиксировать на том участке цепи, где требуется узнать значение заряда. Подключение осуществляется несколькими методами — последовательным и параллельным. Условно весь процесс можно разделить на несколько этапов:

• подготовка прибора, из которого выходит провод с двумя кабелями питания;
• выставление необходимого измерительного диапазона на вычислительной установке;
• прикладывание одного щупа к проводу питания прибора;
• подключение второго щупа к любому контакту электропитания;
• подсоединение оставшегося провода ко второму щупу;
• включение измерительного прибора;
• получение величины токовой силы, показанной на измерителе.

При измерении токовой силы нельзя забывать о том, что особую роль в этом деле играет его вид (переменный либо постоянный). Особое внимание следует уделить постоянному типу тока, например, если внутри устройства установлен блок питания, снижающий сетевое напряжение до меньших значений.

В таком случае необходимо измерять токовую силу в той части цепи, где установлен выпрямляющий мост диодов.

Немаловажную роль в измерении играет напряжение, в таком случае измерительные щипы прибора прикладываются не к разрыву цепи, а к параллельным контактам электропитания. Тут также стоит уделить внимание типу напряжения, которое бывает переменным и постоянным.