Что такое сила тока и её связь с другими величинами

Электричество считается важной составляющей нашей жизни, люди пользуются им постоянно. Поэтому важно знать его природу и особенности. В первую очередь нужно разобраться, что такое сила тока, поскольку именно это понятие лежит в основе электричества. Благодаря ему, человечество смогло сделать прорыв в различных технологиях, оно создало множество приборов, устройств, существенно облегчивших жизнь.

Природа электрического тока

Слово «ток» означает течение, а электрический ток — это течение электрозаряда. Но вот — какие именно частицы имеют электрозаряд?

В основе разных металлов содержатся свободные электроны, а в составе растворов с солями, кислотами, щелочами — отрицательно и положительно заряженные ионы. Данные частицы обычно принимают участие в формировании электротока, но само их наличие не способствует его созданию. Образование электротока становится возможным лишь в том случае, когда частицы с зарядом начинают двигаться упорядоченно. Такой процесс возникает при наличии электрополя. Следовательно, напрашивается вывод, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, которые находятся под действием электрополя.

Функции источника электротока

Чтобы в проводнике образовался электроток, требуется заставить частицы с зарядом двигаться в необходимом направлении. Но вот как можно получить электроток, способный существовать достаточно долгое время?

Для этого необходимы два тела, соединенные проводником. Величина зарядов этих тел должна быть одинаковой, а знак — разным. На отрицательно заряженном теле возникает избыточное количество электронов, а на теле с положительным зарядом — недостаток электронов, поэтому электроны начнут перемещаться в сторону второго тела. В результате образуется электроток, который будет существовать до тех пор, пока не исчезнет электрополе.

Разделение электрозарядов осуществляется за счет источников электротока.

В них благодаря химическим и другим процессам наблюдается разделение электрозарядов с плюсовым и минусовым знаком. В итоге они начинают накапливаться на полюсах источника электротока.

Примером источника электротока могут служить аккумуляторы. Существуют кислотные (свинцовые) щелочные (железно-никелевые) батареи. Последние получили более широкое применение. На данный момент популярностью пользуются аккумуляторы с использованием литиевого элемента.

По габаритам источники электротока также могут быть разнообразными — от мини-батареек для работы ручных часов до аккумуляторных батарей большой мощности, используемых для автомобилей и даже для подводных лодок.

Суть понятия электротока

Многим известно, что в стержне, изготовленном из металла, присутствует достаточно много носителей электрозаряда — электронов. При отсутствии электрополя они перемещаются в хаотическом порядке. Если же стержень поместить в электрополе, то электроны начинают двигаться однонаправленно, а их количество, которое перемещается через сечение стержня за определенное время, существенно увеличивается. Этот процесс в физике получило название сила электрического тока. Данная характеристика численно равна электрозаряду, протекающему через какое-либо поперечное сечение проводника за единицу времени. Сила тока обозначается буквой I. Измеряется она единицей, которая называется ампер. Такое название единица измерения силы тока получила в честь великого ученого Андре-Мари Ампера.

Электрический ток или сила тока вычисляется по формуле, основными составляющими которой являются такие физические параметры, как заряд и время.

Следовательно, за единицу силы тока 1 А принимают электрозаряд, равняющийся 1 кулону электронов и перемещающийся каждую секунду через сечение проводника.

На практике используются кратные единицы силы тока, такие как миллиампер и микроампер.

Важность электрического напряжения

Визуально можно представить, что перемещение электротока подобно течению воды в обычном шланге. Если концы шланга расположить на одном уровне, то течение воды прекратится. Если же один конец опустить ниже, то жидкость начнет перемещаться к нему.

Разность уровней можно считать аналогом электронапряжения источника электротока. Чем выше электронапряжение, тем больше сила тока в цепи. Если говорить простыми словами, то электронапряжение отражает, какую именно работу совершает электрополе при перемещении электрозаряда из одного пункта в другой. Для него принято обозначение символом U. Электронапряжение измеряют в вольтах: 1 В = 1Дж/Кл.

Электронапряжение на полюсах источника электротока или на определенном участке электроцепи измеряется при помощи специального прибора — вольтметра.

Электрическое сопротивление

Если в электроцепи попеременно использовать разные проводники, то сила электротока будет также разной.

Зависимость между силой электротока и видом проводника можно продемонстрировать на примере. Для этого нужно собрать электроцепь, состоящую из источника электротока, выключателя, лампочки, амперметра. К ней поочередно следует подключить проводники одинаковых размеров, но изготовленные из разных материалов — стали, меди, никеля.

В результате при использовании стального проводника будет отмечаться свечение намного более яркое, чем при использовании проводника из никеля, но меньше, чем проводника из меди. Следовательно, можно очевиден вывод, что сила тока в проводнике разная. Это объясняется наличием разного сопротивления электротоку у разных проводников, что зависит от особенностей строения кристаллической решетки материалов. Данная зависимость наблюдается не только у металлических проводников, но и  у электролитов.

Электрическим сопротивлением принято называть физическую величину, характеризирующую способность проводника противодействовать прохождению электротока в нем. Для обозначения данного параметра была выбрана буква R, а единица измерения названа омом в честь еще одного великого ученого — автора известного закона. Единицы измерения силы тока, электронапряжения и сопротивления связаны зависимостью 1 Ом = 1 В/1 А.

Какой электроток используется в бытовых электросетях

Форма сигналов электротока зависит от вида используемого источника питания и сопротивления среды, через которую проходит сигнал. На практике обычно приходится сталкиваться с такими видами электротока:

• Постоянный вырабатывается аккумуляторными батареями или гальваническими элементами.
• Синусоидальный возникает при использовании промышленных генераторов.
• Пульсирующий образуется с помощью различных блоков питания.
• Импульсный возникает в бытовой сети при попадании разряда молнии в воздушные линии электропередач.

В бытовых электросетях присутствует синусоидальный или переменный электроток, частота которого составляет 50 Гц. Именно им питаются все домашние приборы.

Как электроток влияет на разные материалы

Различные материалы проявляют себя по-разному при прохождении по ним электротока одной и той же силы. Например, металлы обладают хорошей проводимостью, а разного вида примеси способствуют повышению сопротивления. Поэтому для электролиний используются проводники из хорошо очищенной меди. Для электроизоляции применяются полимерные материалы, поскольку они являются диэлектриками.

Хорошо проводит электроток вода, что связано с наличием в ней ионов. Данное свойство обеспечивает качественную фильтрацию, а также используется при создании тонкослойных покрытий. Чтобы заставить положительно и отрицательно заряженные частицы двигаться в противоположных направлениях, нужно лишь поместить в жидкость пластинки с разноименными электрозарядами.

Измерение силы электротока

Чтобы определить силу электротока на каком-либо участке электроцепи, можно выполнить вычисление, используя специальные формулы. Но зачастую результаты получаются приблизительными. Поэтому определение показателей силы электротока рекомендуется проводить с помощью специального прибора — амперметра. Он позволяет узнать точное значение силы электротока на определенном участке электроцепи. Следует отметить, что значения свыше 1 А можно увидеть только в силовых установках и сетях. Чтобы снять показания при работе с ними, используют специальные понижающие трансформаторы.

Существуют еще микроамперметры и миллиамперметры. Также многие знают такой прибор, как мультиметр. От амперметра он отличается тем, что может использоваться для проведения замеров нескольких характеристик электросети в одно время. А вот амперметр считается узконаправленным прибором. Его включают иключительно в разрыв электроцепи. Подсоединять прибор можно до или после нагрузки, поскольку в простой схеме без ответвлений сила электротока будет всегда одинаковой.

Измерение силы электротока является стандартной процедурой. Она выполняется, когда нужно узнать состояние нагрузки или степень ее влияния на электроцепь, а также в ходе поиска неисправностей и их устранения.

Видео по теме