Величины, характеризующие электрический ток

Величины, характеризующие электрический ток

Существует два вида тока:

  • постоянный ток, получаемый химическим способом (батарей­ ки и аккумуляторы), как в рассмотренном примере, или ге­ нерируемый полупроводниковыми фотоэлектрическими пре­ образователями, которые в просторечии обычно именуются солнечными батареями. Этот ток поляризован и течет в опре­деленном направлении, как было описано выше;
  • переменный ток, вырабатываемый благодаря магнитному эффекту (электромагнитной индукции); такой ток использу­ется в быту.  Переменный ток не имеет полюсов в том виде, в котором они определяются для постоянного; смена полю­ сов происходит циклически и постоянно. Это явление (сме­на полярностей) происходит с определенной частотой. Изме­ряется она в герцах (Гц). В бытовых сетях на территории бывшего СССР используется переменный ток частотой 50 Гц; это значит, что смена направления происходит 50 раз в секунду. Два провода, которые идут от ввода линии в дом, называются фазным и нулевым проводами.

Разность потенциалов (в формулах обозначается U). Поскольку генератор действует на электроны подобно водяному насосу, суще­ ствуетразность на его клеммах, которую называют разностью по­тенциалов или напряжением; измеряется она в вольтах (В). Изме­ряемая вольтметром разность потенциалов на входном и выходном соединении электроприбора (которые можно рассматривать как клеммы генератора) должна составлять 210—240 В.

Сила тока (в формулах обозначается I). Когда к генератору под­ ключают лампочку, получается простейшая электри­ческая цепь. Поток электронов течет через провода и нить накали­вания лампочки. Сила тока измеряется в амперах (А).

Сопротивление (R) — физическая величина, характеризую­щая свойства проводника препятствовать прохождению элек­ трического тока. Эта величина измеряется в омах (Ом). Сопро­тивление позволяет электрической энергии преобразовываться в тепловую. Это явление используется, например, в лампах на­каливания. При постоянном напряжении сила тока пропорцио­ нальна сопротивлению. Известный еще со школьных времен закон Ома устанавливает связь между напряжением, сопротивлением и током в участке электрической цепи и формулируется так: ве­ личина тока I, протекающего через участок цепи с известным сопротивлением R, зависит от разности потенциалов U между концами этого участка и численно равна отношению разности потенциалов между концами участка к величине сопротивления этого участка:

I=U/R.

В замкнутой электрической цепи электродвижущая сила (Е) рав­на сумме напряжений на отдельных участках цепи; следовательно, общее сопротивление этой цепи будет равно R=E/I. Общее сопротивление складывается из внутреннего сопротив­ ления источника электроэнергии и сопротивления внешней цепи. Обычно внутреннее сопротивление (r вн) имеет относительно малую величину, а сопротивление всей внешней цепи (r вш) относительно большое.

Таким образом, согласно закону Ома в замкнутой цепи ток равен: и, следовательно,

Е = r вн х I + r вш х I .

Поскольку напряжение на зажимах источника равно

U =r вш х I, ТО U = E-r вн x I.

Другими словами, напряжение на выходных зажимах источника электроэнергии при протекании в замкнутой цепи тока меньше электродвижущей силы источника электроэнергии на величину внутреннего падения напряжения в источнике. Произведем теперь некоторые практически важные расчеты с использованием введенных величин и закона Ома. Очевидно, что с ростом сопротивления при постоянном напря­жении сила тока уменьшается; если в этих условиях уменьшить со­ противление, то сила тока возрастет. Когда в цепь ставят сопротивление, то получают различные ре­зультаты в зависимости от того, как делается соединение — после­довательно или параллельно. Сопротивления при последователь­ ном соединении дополняют друг друга. Эквивалентное им сопротивление будет равно сумме всех сопротивлений:

R общее = R1 + R2 .

Чем больше в цепи параллельно соединенных сопротивлений, тем меньше сила тока. Сопротивление при параллельном соединении под­ считывают по формуле:

1/Rо6щее=1/R1 + 1/R2 .

а:   б: 

Соединение:

а — последовательное;

б — параллельное.

Другими словами, общее сопротивление оказывается ниже само­ го малого из сопротивлений. В этом случае, чем больше ставят в цепь сопротивлений, тем больше возрастает сила тока. То же самое проис­ходит, когда подключают несколько приборов к одному вводу.

Мощность обозначается Р и измеряется в ваттах (Вт); эта вели­чина определяет количество энергии, потребляемой прибором, под­ключенным к источнику тока (в бытовых условиях — розетке). Для оценки энергетических возможностей выполнения работы в элек­трической цепи используется формула

P= Ux I = I2 x R=U2/R

где Р — мощность, выделяемая при прохождении электрического тока I через сопротивление R, между концами которого существует разность потенциалов U . На практике в зависимости от условий расчетов и имеющихся дан­ных может использоваться любая часть этой формулы. Например: на­пряжение в сети 17=220 В. Имеется лампочка с силой тока I=0,435 А. Мощность в этом случае составит:

Р=U •I=220•0,435=95,7 Вт.

Таким образом, если известна мощность прибора (информация о ней, а так­ же о напряжении для подключения должна быть на заводской эти­кетке), то несложно определить потребляемую им силу тока: I=P/U. При расчетах удобнее пользоваться единицами измерения со стан­дартными приставками, что позволяет избежать постоянных вычис­лений порядка значения (например, 1 кВт= 1000 Вт, 1 МВт= 1000000 Вт). Для переменного тока мощность может также измеряться в вольт- амперах (ВА) либо в киловольт-амперах (кВА). 1 кВА равен 1 кВт, если подсоединенный прибор представляет собой чисто активное сопротивление.

Расход электроэнергии вычисляется путем умножения мощно­сти прибора на длительность его использования; измеряется эта ве­ личина в киловатт-часах (кВт•ч). Обычная лампа мощностью 100 Вт в течение трех часов расходует 0,1 • 3 = 0,3 кВт•ч. Именно эту величи­ну можно увидеть на циферблате электросчетчика. В электротехнике используется еще несколько различных величин, но в бытовых условиях для работы достаточно и перечисленных.