Ennen kuin puhutaan virran voimakkuudesta, on yleisesti ottaen tarpeen kuvitella mikä se on - sähkövirta?

Klassisten määritelmien mukaan tämä on varautuneiden hiukkasten (elektronien) suunnattu liike johtimessa. Jotta se tapahtuisi, on välttämätöntä luoda alustava sähkökenttä, joka panee liikkeelle varautuneet hiukkaset.

Ampeerin esiintyminen

Kaikki aineelliset aineet koostuvat molekyyleistä, ne on jaettu atomiin. Atomit on myös jaettu komponentteihin: ytimet ja elektronit. Kemiallisen reaktion alkaessa tapahtuu elektronien siirtyminen atomista toiseen. Syynä tähän on se, että joillakin atomilla on puute elektroneja, kun taas toisilla on ylimääräisiä. Tämä on ensinnäkin ”vastakkaisten maksujen” käsite. Tällaisten aineiden kosketuksessa elektronit liikkuvat, mikä itse asiassa on sähkövirta. Nykyinen virtaus jatkuu, kunnes kahden aineen varaukset ovat yhdenmukaiset.

Jo muinaisina aikoina ihmiset huomasivat, että meripihka, jota he hieroivat villalle, pystyy houkuttelemaan erilaisia \u200b\u200bkevyitä esineitä. Lisäksi kävi ilmi, että muilla aineilla on samat ominaisuudet. He alkoivat kutsua niitä sähköistetyiksi kreikkalaisesta sanasta "elektron", joka tarkoittaa meripihkaa.

Sähkön teho voi olla voimakas tai heikko. Se riippuu varauksen määrästä, joka virtaa sähköpiiriä pitkin tietyn ajan. Mitä enemmän elektronia liikkui navasta napaan, sitä suurempi on elektronien kantama varaus. Latauksen kokonaismääräksi kutsutaan myös johtimen läpi kulkevan sähkön määrää.

Ensimmäisen kerran virran voimakkuuden määritelmän antoi Andre-Marie Ampère (1775-1836) - ranskalainen tutkija, fyysikko ja matemaatikko. Sen määritelmä muodosti perustan nykyisen voiman käsitteelle.

mittayksikkö

Virtalujuus on arvo, joka on yhtä suuri kuin johtimen poikkileikkauksen läpi kulkevan varauksen määrän suhde sen kulkuaikaan. Johtimen läpi kulkeva varaus mitataan kuljussa (C), kuljetusaika on sekunteina (s). Virran voimakkuusyksikölle saadaan arvo (C / s). Ranskan tutkijan kunniaksi tämä yksikkö nimettiin (A) ja on tällä hetkellä päävirtavoiman mittayksikkö.

Virran voimakkuuden mittaamiseen käytetään erityistä mittauslaitetta. Se kytkeytyy suoraan piirin katkeamiseen paikassa, jossa voiman mittaus on tarpeen. Laitteita, joilla pienet virrat mitataan, kutsutaan milliammetriksi tai mikromittareiksi.

Johtotyypit

Aineita, joissa varautuneet hiukkaset (elektronit) liikkuvat vapaasti keskenään, kutsutaan johtimiksi. Näitä ovat melkein kaikki metallit, happojen ja suolojen liuokset. Muissa aineissa elektronit liikkuvat erittäin heikosti keskenään tai eivät liiku ollenkaan. Tätä aineryhmää kutsutaan dielektrikoiksi tai eristeiksi. Näitä ovat eboniitti, keltainen, kvartsi, kaasut ilman muuttunutta tilaa. Tällä hetkellä on olemassa suuri joukko keinotekoisia materiaaleja, jotka toimivat eristeinä ja joita käytetään laajasti sähkötekniikassa.

Herrat, hei kaikki!

Tänään puhumme niin fysiikan ja erityisesti elektroniikan peruskäsitteestä, kuten virran voimakkuus. Jokaisen teistä on täytynyt kuulla tämä termi useammin kuin kerran. Yritämme tänään ymmärtää sitä hiukan paremmin.

Keskitymme tänään pääasiassa tasavirta. Toisin sanoen noin sellaisen, jonka suuruus on aina vakio vahvuudessa ja suunnassa. Hyvät herrat, porausreiät voivat alkaa päästä pohjaan - mitä tarkoittaa "koko ajan"? Sellaista termiä ei ole. Tähän voimme vastata, että nykyisen arvon ei pitäisi muuttua koko ajan havaintoja.

Joten, nykyinen. Nykyinen vahvuus. Mikä tämä on? Kaikki on melko yksinkertaista. Virtaa kutsutaan varautuneiden hiukkasten suunnattuksi liikkeeksi.   Huomaa herrat, että se on ohjaaja. Epämuodollinen - terminen - liike, josta elektronit metallissa rynnävät edestakaisin tai ionit nesteessä / kaasussa eivät kiinnosta meitä vain vähän. Mutta jos kaikkien hiukkasten liike samassa suunnassa on päällekkäin tämän satunnaisliikkeen kanssa, niin tämä on täysin erilainen kalico.

Millaiset varautuneet hiukkaset voivat olla? Älä yleensä välitä mitä, ei eroa. Positiiviset ionit, negatiiviset ionit, elektronit - sillä ei ole väliä. Jos meillä on näiden arvostettujen tovereiden suunnattu liike, se tarkoittaa, että sähkövirralle on paikka.

Nykyisellä on tietysti jonkinlainen suunta. varten nykyinen suunta   hyväksytty positiivisten hiukkasten liikkeen hyväksymiseen. Toisin sanoen, vaikka elektronit kulkisivat miinus-plus-puolelle, uskotaan, että virran suunta on tässä tapauksessa päinvastainen - plus: sta miinus: iin. Joten tässä kaikki on vääntynyt. Mitä voit tehdä - kunnianosoitus perinteelle.

Kaaviokuva virtajohtimesta on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1 - Kaaviokuva johtimesta, jolla on virta

Kuvittele pilvi, jossa on hyttysiä. Kyllä, tiedän, surkeat olennot ja jopa pilvi - yleensä jonkinlainen kauhu. Mutta silti, tukahduttaen inhoa, yritä kuvitella heidät. Joten tässä pilvessä jokainen häpeällinen hyttysi lentää yksinään. Tämä on epävakaa liike. Kuvittele nyt säästötuuli. Hän kantaa samanaikaisesti kaiken tämän hyttyslauman yhteen suuntaan, toivottavasti meiltä. Tämä on suunnattu liike. Korvaamalla hyttyset elektroneilla ja tuulen mukana jollain salaperäisellä käyttövoimalla, saamme yleensä jonkinlaisen analogian sähkövirralla.

Useimmiten siinä on virta, jonka aiheuttaa elektronien liikkuminen. Kyllä, ystävät, koko elämämme ympärillä olemme köyhiä sähkötekniikan insinöörejä, jotka pakotetaan liikkumaan, voimme sanoa järjestyksessä pakkovoiman avulla. Ne kulkevat voimajohtojen johtoja pitkin, kaikissa myyntipisteissämme, kaikissa älylaitteissamme - tietokoneissa, kannettavissa tietokoneissa, älypuhelimissa - ja työskentelevät aivan kuten Papa Carlo helpottamaan vaikeamme elämäämme ja täyttämään sen mukavuuksilla.

Hyttyset - hyttyset, kaikki on siistiä, mutta on aika muodollisille määritelmille.

Joten, herrat, virran voimakkuus on varauksen Δq suhde, joka siirretään johtimen S tietyn osan läpi ajan Δt. Mitattu virranvoimakkuus, kuten monet jo tietävät, ampeereissa. Joten - johtimen virta on 1 ampeeri, jos 1 riipus kulkee tämän johtimen läpi 1 sekunnissa.

”Erinomainen!” Rakas lukija huudahti. Ja mitä minun pitäisi tehdä tämän kaavan kanssa? !! No, aika on hieno, minulla on sekuntikello iPhonessa, havaitsen sen. Entä maksu? Mitä minun on tarkoitus laskea johdossa olevien elektronien lukumäärä ja kertoa sitten yhden elektronin varauksella, koska tämä on tunnettu määrä virran määrittämiseksi ?!

Rauhaa, herrat! Kaikki tulee olemaan. Älä kiirehdi. Muista toistaiseksi, että oli jonkinlainen kaava. Sitten käy ilmi, että sen avulla voit harkita hienoja asioita, kuten kondensaattoreiden latausta ja paljon muuta.

Sillä välin ... Vaikka voit ottaa ampeerimittarin, mittaa virtapiiri piirissä lampulla ja selvitä, mikä varaus virtaa joka toinen sekunti johtimen poikkileikkauksen läpi q \u003d I · t \u003d I · 1c \u003d I.

Kyllä, jokaisessa sekunnissa sen virralle yhtä suuri varaus virtaa johtimen poikkileikkauksen läpi. Voit nyt kertoa tämän arvon elektronin varauksella (tekniikan asiantuntijoille, jotka unohtivat muistuttaa, että se on yhtä suuri) ja selvittää, kuinka monta elektronia virtaa piirissä. Voroja voi syntyä - mitä varten? Kirjailijan vastaus on vain huvin vuoksi. Et todennäköisesti saa tästä mitään käytännön hyötyä. Jos vain sinä miellyt opettajaasi. Tämä tehtävä on puhtaasti akateeminen.

Voi syntyä kysymys - kuinka ampeerimittari mittaa virran? Ajatteleeko hän elektroneja? Tietysti ei, herrat. Tässä meillä on epäsuora   mittaus. Ne perustuvat virheen magneettiseen vaikutukseen isoisän analogisissa osoittimamittarissa tai Ohmin lakiin - muuntamalla virtausvirta tunnetun jännitteenvastuksen kautta ja sen myöhempi käsittely - kaikissa nykyaikaisissa yleismittarissa. Mutta lisää siitä myöhemmin.

Nyt annan tämän laskelman. Se on melko yksinkertainen, ja jopa humanististen tieteiden pitäisi sulauttaa se. Jos sinulla on henkilökohtaista suvaitsemattomuutta mataniin, voit vain katsoa tulosta.

Muista veloitus AQjoka menee ajan myötä At   johtimen poikkileikkauksen läpi AS   josta puhimme vähän korkeammalle. Kuten oikeat matemaatikotkin, me monimutkaistamme sen häpeäksi, jotta vasta aivojen jännityksen jälkeen on selvää, että kirjoitimme identiteetin.

Herrat, chesslovo, ei petoksia. e   Onko elektronin varaus, n Onko elektronien konsentraatio, toisin sanoen kappaleiden lukumäärä yhdessä kuutiometrissä, v Onko elektronien nopeus. On selvää, että v ∙ ∆t ∙ ∆S - Tämä on pohjimmiltaan tilavuus, jonka elektroneja kulkee. Kertomme pitoisuuden tilavuudella - saamme kappaleita, kuinka monta kappaletta elektronia kulki. Kertomme kappaleet yhden elektronin varauksella - saamme osuuden läpi kulkevan kokonaisvarauksen. No sanoin, että kaikki on reilua!

Esittelemme virrantiheyden käsitteen. Porat, jotka ovat jo lukeneet jotain siitä, huutavat nyt - joo, tämä on vektorimäärä! En väitä, herrat, vektori. Mutta me jo yksinkertaistaaksemme jo vaikeata elämää oletamme, että virrantiheysvektorin suunta osuu johtimen akselin kanssa, mikä tapahtuu useimmissa tapauksissa. Siksi vektoreista tulee heti skalaareja. Karkeasti sanottuna virrantiheys on kuinka monta ampeeria on johtimen poikkileikkauksen neliömetriä kohti. On selvää, että tätä varten on tarpeen jakaa virran voimakkuus alueittain. Meillä on

Nyt toivon, että on selvää, miksi muutimme kaavaa tällä tavalla? Leikata joukko kaikkea!

Muista tärkein asia - etsimme nopeutta. Me ilmaisemme sen:

Kaikki olisi hyvin, mutta emme tiedä vielä keskittymistä. Muista kemia. Oli sellainen kaava

jossa ρ \u003d 8900 kg / m3on kuparin tiheys N A \u003d 6 · 10 23   Avogadro-numero M \u003d 0,0635 kg / mol   - moolimassa.

Hyvät herrat, toivottavasti ei ole tarvetta selittää mistä tämä kaava tuli. En ole kovin ystävällinen kemian kanssa, rehellisesti. Vaikka opiskelin koulussa 11 vuotta perusteellisella kemian opinnolla, pääsin kuitenkin 8. luokassa fysiikan ja matematiikan luokkaan, kiinnostuin fysiikasta, etenkin osasta, joka puhuu sähköstä, mutta unohdin kemiasta. Oikeastaan \u200b\u200bhe eivät kysyneet häneltä syvästi, me olimme fyysikot. Jos kuitenkin yhtäkkiä, yhtäkkiä kuitenkin ilmenee tarve, olen silti valmis syventämään näitä kemiallisia villiä ja kertomaan, mitä täällä tapahtuu.

Siten elektronien nopeus johtimessa, jolla on virta, on

Korvaa tietyt numerot. Määritetään ehdottomasti virrantiheys 5 A / mm 2.

Kaikki muut numerot meillä on jo. Voi syntyä kysymys - miksi tarkalleen 5 A / mm 2.

Se on yksinkertaista, herrat. Ihmiset eivät harjoita elektroniikkaa ensimmäisenä vuonna. Tällä alalla on kokemusta tai tieteen kielellä empiiristä tietoa. Joten nämä empiiriset tiedot osoittavat, että kuparijohtimien sallittu virrantiheys on yleensä 5-10 A / mm 2. Suuremmalla virrantiheydellä johtimen kohtuuton ylikuumeneminen on mahdollista. Kuitenkin painetun piirilevyn raidoilla tämä arvo on paljon suurempi ja on 20 A / mm 2 ja jopa enemmän. Tämä on kuitenkin aihe aivan erilaisesta keskustelusta. Palatkaamme palata tehtäväämme, nimittäin elektronien nopeuden laskemiseen johtimessa. Korvaavat numerot, saamme

Hyvät herrat, laskelma osoittaa kiistatta, että virran johtimessa olevat elektronit liikkuvat vain nopeudella 0,37 millimetriä sekunnissa! Hyvin hidas. Totta, on muistettava, että tämä ei ole terminen liike, vaan suunnattu. Lämpöliike on paljon, paljon suurempi, luokkaa 100 km / s. Kohtuullinen kysymys on - miksi valo vilkkuu heti, kun käännän kytkintä? Ja muista, puhuin jostain pakkovoimasta? Asia on hän! Mutta lisää siitä seuraavassa artikkelissa. Toivotan teille kaikille onnea ja nähdään pian!

Liity

Todennäköisesti kaikki ainakin kerran elämässään tunsivat virran vaikutuksen itseensä. Tavallinen akku puristuu tuskin havaittavissa kieleen kiinnitettäessä. Asunnon pistorasian virta osuu melko kovasti, kun kosketat paljaita johtoja. Mutta sähkötuoli ja voimajohdot voivat viedä elämän.

Kaikissa tapauksissa puhumme sähkövirran vaikutuksesta. Kuinka yksi virta on niin erilainen kuin toinen, että sen vaikutuksen ero on niin merkittävä? On selvää, että on olemassa tietty määrällinen ominaisuus, joka selittää tämän eron. Kuten tiedät, virta on elektroneja, jotka liikkuvat johdinta pitkin. Voidaan olettaa, että mitä enemmän elektronia kulkee johdinosan läpi, sitä suurempi virran vaikutus on.

Nykyinen kaava

Johtimen läpi kulkevan varauksen karakterisoimiseksi johdettiin fyysinen määrä, jota kutsutaan sähkövirran vahvuudeksi. Johtimen virranlujuus on sähkön määrä, joka kulkee johtimen poikkileikkauksen kautta aikayksikköä kohti. Virran lujuus on yhtä suuri kuin sähkövarauksen suhde sen kulkuaikaan. Laske nykyinen vahvuus käyttämällä kaavaa:

missä olen nykyinen vahvuus,
q on sähkövaraus,
t on aika.

Piirin virran voimakkuusyksikkö on 1 ampeeri (1 A) ranskalaisen tutkijan Andre Amperen kunniaksi. Käytännössä käytetään usein useita yksiköitä: milliamppeja, mikroampeja ja kiloampeja.

Ampermittarin virran mittaus

Ampermittareita käytetään virran mittaamiseen. Ampeerimittarit ovat erilaisia \u200b\u200bsen mukaan, mihin mittauksiin ne on suunniteltu. Tämän mukaisesti laitteen mittakaava on asteikolla vaadituissa arvoissa. Ampeerimittari on kytketty sarjaan kaikkialle verkkoon. Ampeerimittarin kytkentäkohdalla ei ole merkitystä, koska piirin läpi kulkevan sähkön määrä on sama missä tahansa. Elektroneja ei voi kertyä mihinkään piirin paikoista, ne virtaavat tasaisesti kaikkia johtimia ja elementtejä pitkin. Kun ampeerimittari kytketään ennen ja jälkeen kuorman, se näyttää samat arvot.

Ensimmäisillä sähkön tutkijoilla ei ollut välineitä virran ja varauksen mittaamiseen. He tarkistivat virran läsnäolon omilla tunneillaan kuljettamalla sen kehonsa läpi. Aika epämiellyttävä tapa. Tuolloin virrat, joiden kanssa he työskentelivät, eivät olleet kovin suuria, joten suurin osa tutkijoista pakeni vain epämiellyttävin tunnein. Aikanaan, jopa arjessa, puhumattakaan teollisuudesta, käytetään kuitenkin erittäin suuria arvoja.

Sinun pitäisi tietää, että ihmiskehossa jopa 1 mA: n virran voimakkuus tunnustetaan turvalliseksi. Yli 100 mA: n virta voi aiheuttaa vakavia vaurioita keholle. Useiden ampeerien virta voi tappaa ihmisen. Samanaikaisesti on otettava huomioon kehon henkilökohtainen alttius, joka on erilainen jokaiselle henkilölle. Siksi sinun tulee muistaa sähkölaitteiden käytön tärkein vaatimus - turvallisuus.

Kohdassa 8 tarkastelimme kokemusta lampulla ja kahdella spiraalilla (vastuksilla). Huomasimme, että muuttamalla virran voimakkuutta tarkoitamme johtimen läpi kulkevien elektronien vuon muutosta. Tämä lause viittaa kiinteät metallijohtimet.   Nestemäisissä metalleissa (esimerkiksi elohopeassa), sulatetuissa tai liuenneissa aineissa (esimerkiksi suoloissa, hapoissa ja emäksissä) sekä kaasuissa virta syntyy elektronien ja ionien avulla (ks. § 8). He ovat kaikki sähkövarauksen kantajat.
   Siksi virran voimakkuuden perusteella on helpompaa ymmärtää johtimen läpi jonkin aikaa kulkevien erilaisten varautuneiden hiukkasten (elektronien ja / tai ionien) lukumäärää, mutta johtimen kautta siirretty kokonaisvaraus aikayksikköä kohti.   Kaavan muodossa se näyttää tältä:

siten, virran voimakkuus - fyysinen määrä, joka näyttää johtimen läpi kulkevan varauksen yksikköaikaa kohti.

Mittaa nykyinen voimakkuus laitteella ampeerimittari.   Se on kytketty sarjaan sen piirin osan kanssa, jossa virran voimakkuus on mitattava. Nykyinen yksikkö - 1 ampeeri   (1 A). Se määritetään mittaamalla johtimien vuorovaikutusvoima (vetovoima tai heijastus) virran kanssa. Katso selitys tämän aiheen alussa olevista kalvoraidoista.
   1 ampeerin kohdalla otetaan vastaan \u200b\u200btällaisen virran voima, joka, kun se kulkee kahden äärettömän pituisen ja pienen halkaisijan omaavan yhdensuuntaisen suorajohtimen läpi, jotka sijaitsevat 1 m etäisyydellä toisistaan \u200b\u200btyhjössä, aiheuttaa vuorovaikutusvoiman 0,0000002 H johtimen yhden metrin osassa.
   Opi tuntemaan virranjakolait   piireissä, joissa on erilaiset johtimet. Kaavioissa "a", "b", "c" lamppu ja reostaatti on kytketty toisiinsa johdonmukaisesti.   Kaavioissa "g", "d", "e" lamput on kytketty samanaikaisesti.   Ota amperimittari ja mittaa nykyinen voimakkuus punaisilla pisteillä merkityissä paikoissa.
   Kytke ensin virta ampetrimittari reostaatin ja lampun välillä (piiri "a"), mittaa virran voimakkuus ja merkitse se symbolilla minäyhteiskunta. Sitten asetamme ampeerimittari reostaatin vasemmalle puolelle (piiri "b"). Mittaamme virran voimakkuuden merkitsemällä se symbolilla minä1 . Sitten asetamme ampeerimittarin lampun vasemmalle puolelle, merkitsemme virran voimakkuutta minä2   (kaavio "c").



kaikissa piirin osissa, joissa johtimet on kytketty sarjaan, virran voimakkuus on sama:

   Mittaamme nyt virran voimakkuuden piirin eri osissa kahden lampun rinnakkaisliitännällä. Kaaviossa "g" ampermetri mittaa kokonaisvirran lujuuden; kaavioissa "e" ja "e" - ylä- ja alavalojen läpi virtaavat virrat.



   Lukuisat mittaukset osoittavat sen virtavoimakkuus piirin haaroittumattomassa osassa, jossa on johtimet yhdensuuntaisella kytkennällä (kokonaisvirran voimakkuus), on yhtä suuri kuin virtajen summa tämän piirin kaikissa haaroissa.