Az elektromos áram irányított mozgás elektromos töltések. Az áram nagyságát az áthaladó elektromosság mennyisége határozza meg keresztmetszet vezető egységnyi idő alatt.

Csak a vezetőn áthaladó elektromosság mennyiségével még nem tudjuk teljesen jellemezni elektromos áram. Valójában egy coulombnak megfelelő mennyiségű elektromosság tud áthaladni egy vezetőn egy óra alatt, és ugyanannyi elektromosság tud áthaladni rajta egy másodperc alatt.

Az elektromos áram intenzitása a második esetben lényegesen nagyobb lesz, mint az elsőben, mivel ugyanannyi elektromosság sokkal rövidebb idő alatt halad át. Az elektromos áram intenzitásának jellemzésére általában a vezetőn áthaladó elektromosság mennyiségére utalnak időegységre (másodpercre). A vezetőn egy másodperc alatt áthaladó elektromos áram mennyiségét áramerősségnek nevezzük. A rendszerben lévő áram mértékegysége az amper (A).

Az áramerősség a vezető keresztmetszetén egy másodperc alatt áthaladó elektromosság mennyisége.

Megjelenik az áramerősség angol levélÉN.

Az amper az elektromos áram mértékegysége (az egyik), jelölése A. 1 A egyenlő az erővel változatlan áram, amely vákuumban két párhuzamos, végtelen hosszúságú és elhanyagolhatóan kis kör keresztmetszetű, egymástól 1 m távolságra lévő egyenes vezetéken áthaladva kölcsönhatási erőt okozna az 1 vezeték egy szakaszán m hosszúság 2 10 -7 N minden hosszméterenként.

Egy vezetőben az áramerősség egyenlő egy amperrel, ha másodpercenként egy coulomb elektromosság halad át a keresztmetszetén.

Az amper az elektromos áram erőssége, amelynél másodpercenként egy coulombnak megfelelő mennyiségű elektromosság halad át a vezető keresztmetszetén: 1 amper = 1 coulomb/1 másodperc.

Gyakran használnak segédegységeket: 1 milliamper (mA) = 1/1000 amper = 10 -3 amper, 1 mikroamper (mA) = 1/1000000 amper = 10 -6 amper.

Ha ismert a vezeték keresztmetszetén áthaladó villamos energia mennyisége egy bizonyos idő alatt, akkor az áramerősség a következő képlettel határozható meg: I=q/t

Ha elektromos áram folyik egy zárt áramkörben, amelynek nincsenek elágazásai, akkor másodpercenként ugyanannyi elektromos áram halad át bármely keresztmetszeten (bárhol az áramkörben), függetlenül a vezetők vastagságától. Ez azzal magyarázható, hogy a töltések sehol nem halmozódhatnak fel a vezetőben. Ezért, áramerősség bárhol ugyanaz az elektromos áramkörben.

A különféle ágakkal rendelkező összetett elektromos áramkörökben ez a szabály (a zárt áramkör minden pontján állandó áram) természetesen érvényben marad, de csak az általános áramkör egyes szakaszaira vonatkozik, amelyek egyszerűnek tekinthetők.

Árammérés

Az áramerősség mérésére egy ampermérő nevű eszközt használnak. Nagyon kis áramok méréséhez milliampermétereket és mikroampermétereket vagy galvanométereket használnak. ábrán. 1. feltételes látható grafikus kép ampermérő és milliampermérő az elektromos áramkörökön.

Rizs. 1. Az ampermérő és a milliamperméter szimbólumai

Rizs. 2. Ampermérő

Az áramerősség méréséhez ampermérőt kell csatlakoztatni a szakadt áramkörhöz (lásd 3. ábra). A mért áram a forrásból az ampermérőn és a vevőn keresztül halad át. Az ampermérő tűje az áramkörben lévő áramot mutatja. Az, hogy pontosan hol kell bekapcsolni az ampermérőt, azaz a fogyasztó előtt (számlálás) vagy utána, teljesen közömbös, mivel az áramerősség egy egyszerű zárt áramkörben (ágak nélkül) az áramkör minden pontján azonos lesz.

Rizs. 3. Kapcsolja be az ampermérőt

Néha tévesen úgy gondolják, hogy a fogyasztó előtt csatlakoztatott ampermérő nagyobb áramerősséget mutat, mint a fogyasztó után csatlakoztatott. Ebben az esetben úgy kell tekinteni, hogy az „áram egy részét” a fogyasztóban fordítják annak aktiválására. Ez természetesen hamis, és itt van az ok.

A fémvezetőben lévő elektromos áram egy elektromágneses folyamat, amelyet az elektronok rendezett mozgása kísér a vezető mentén. Az energiát azonban nem az elektronok adják át, hanem az elektromágneses mező, körülveszik a karmestert.

Pontosan ugyanannyi elektron halad át a vezetékek tetszőleges keresztmetszetén egy egyszerű elektromos áramkörben. Akárhány elektron érkezik is az elektromos energiaforrás egyik pólusáról, ugyanannyi elektron jut át ​​a fogyasztón, és természetesen a forrás másik pólusára, mert az elektronok, mint anyagi részecskék nem fogyaszthatók el közben. mozgásuk.

Rizs. 4. Árammérés multiméterrel

A technikában vannak nagyon nagy áramok (több ezer amper) és nagyon kicsik (az amper milliomod részei). Például egy elektromos tűzhely áramerőssége körülbelül 4-5 amper, az izzólámpák - 0,3-4 amper (és több). A fotocellákon áthaladó áram csak néhány mikroamper. A villamoshálózatot árammal ellátó alállomások fővezetékeiben az áramerősség eléri a több ezer ampert.

Tartalom:

A töltött részecskék mozgását a vezetőben az elektrotechnikában elektromos áramnak nevezik. Az elektromos áramot nem csak a vezetőn áthaladó elektromos energia mennyisége jellemzi, hiszen 60 perc alatt 1 Coulombnak megfelelő elektromosság tud áthaladni rajta, de egy másodperc alatt ugyanennyi elektromosság halad át a vezetőn.

Mi a jelenlegi erősség

Ha figyelembe vesszük a vezetőn különböző időintervallumokban átfolyó villamos energia mennyiségét, akkor egyértelmű, hogy rövidebb idő alatt az áram intenzívebben folyik, ezért egy másik definíciót vezetünk be az elektromos áram jellemzőibe - ez az áramerősség, amelyet a vezetőben másodpercenként folyó áram jellemez. Az elektrotechnikában az áthaladó áram nagyságának mértékegysége az amper.

Más szavakkal, a vezetőben lévő elektromos áram erőssége az a villamos energia mennyisége, amely egy másodperc alatt áthaladt a keresztmetszetén, I betűvel jelölve. Az áram erősségét amperben mérjük - ez a olyan mértékegység, amely megegyezik a 100 cm-re elválasztott, vákuumban elhelyezkedő, végtelenített párhuzamos vezetékeken áthaladó állandó áram erősségével, amely kölcsönhatást vált ki a vezető méter hosszúságán olyan erővel = 2 * 10 mínusz 7 Newton-fok minden 100 cm hosszúságra.

A szakértők gyakran határozzák meg az áthaladó áram nagyságát Ukrajnában (strum teljesítmény), ez egyenlő 1 amperrel, amikor másodpercenként 1 coulomb elektromosság halad át a vezető keresztmetszetén.

Az elektrotechnikában megfigyelhető más mennyiségek gyakori használata az átmenő áram értékének meghatározásában: 1 milliamper, ami egyenlő egy / Amperrel, 10 az Amper mínusz harmadhatásával, egy mikroamper tíz a mínusz hatodik. Amper ereje.

Ismerve a vezetőn egy bizonyos idő alatt áthaladó villamos energia mennyiségét, a képlet segítségével kiszámíthatja az áramerősséget (ahogy Ukrajnában mondják - strumu erő):

Ha egy elektromos áramkör zárt és nincs elágazása, akkor a keresztmetszete minden pontján másodpercenként ugyanannyi elektromos áram folyik. Elméletileg ez azzal magyarázható, hogy az áramkör bármely pontján nem lehet elektromos töltést felhalmozni, ezért az áramerősség mindenhol azonos.

Ez a szabály az összetett áramkörökre is igaz, ha vannak elágazások, de bizonyos szakaszokra vonatkozik összetett lánc, amely egyszerű elektromos áramkörnek tekinthető.

Hogyan mérik az áramerősséget?

Az áram nagyságát egy ampermérőnek nevezett eszközzel mérik, és kis értékek esetén is - milliamperméter és mikroamperméter, ami az alábbi képen látható:

Az emberek körében elterjedt az a vélemény, hogy ha egy vezetőben az áramerősséget a terhelés (fogyasztó) előtt mérik, akkor az érték nagyobb lesz, mint utána. Ez egy téves vélemény, amely azon alapul, hogy állítólag bizonyos mennyiségű erőt kell kifejteni a fogyasztó cselekvésre ösztönzésére. A vezetőben lévő elektromos áram egy elektromágneses folyamat, amelyben a töltött elektronok egy irányba mozognak, de nem az elektronok adják át az energiát, hanem a vezetőt körülvevő elektromágneses tér.

A lánc elejét elhagyó elektronok száma megegyezik a lánc végén lévő fogyasztó utáni elektronok számával, nem használhatók fel.

Milyen típusú vezetékek léteznek? A szakértők a „vezető” fogalmát olyan anyagként határozzák meg, amelyben a töltéssel rendelkező részecskék szabadon mozoghatnak. A gyakorlatban szinte minden fém, sav és sóoldat. Az olyan anyagot vagy anyagot, amelyben a töltött részecskék mozgása nehéz, vagy akár lehetetlen, szigetelőknek (dielektrikumoknak) nevezzük. A gyakori dielektromos anyagok a kvarc vagy az ebonit, amelyek mesterséges szigetelő.

Következtetés

A gyakorlatban a modern berendezések nagy áramértékekkel, akár több száz vagy akár több ezer amperrel, valamint kis értékekkel működnek. Példa itt mindennapi élet Az áram nagysága a különböző készülékekben lehet egy elektromos tűzhely, ahol eléri az 5 A-t, és egy egyszerű izzólámpa 0,4 A-es lehet, az átmenő áram értékét mikroamperben mérik . A város soraiban tömegközlekedés(trolibusz, villamos) az átmenő áram értéke eléri az 1000 A-t.

Meghatározás

Áramütés töltéshordozók rendezett mozgásának nevezzük. A fémekben ezek elektronok, negatív töltésű részecskék, amelyek töltése egyenlő elemi töltés. Az áram irányát a pozitív töltésű részecskék mozgási irányának tekintjük.

Az áramerősség (áram) egy bizonyos felületen S egy skaláris fizikai mennyiség, amelyet I-vel jelölünk, egyenlő:

ahol q az S felületen áthaladó töltés, t a töltés utazási ideje. Az (1) kifejezés határozza meg az áram nagyságát a t időpontban (az áram pillanatnyi értéke).

Néhány áramtípus

Az áramot állandónak nevezzük, ha erőssége és iránya az idő múlásával nem változik, akkor:

A (2) képlet azt mutatja, hogy az egyenáram erőssége egyenlő az S felületen egységnyi idő alatt áthaladó töltéssel.

Ha az áram váltakozó, akkor a pillanatnyi áramerősség (1), amplitúdó áramerősség és hatékony erő jelenlegi A váltakozó áram effektív értéke (I eff) az egyenáram erőssége, amely egy periódus alatt (T) a váltakozó árammal megegyező munkát végez:

Ha AC szinuszos alakban ábrázolható:

akkor I m az áram amplitúdója ( a váltakozó áram frekvenciája).

Áramsűrűség

Az elektromos áram eloszlását a vezető keresztmetszetében az áramsűrűségvektor () segítségével jellemezzük. Ebben az esetben:

ahol a vektorok közötti szög és ( a dS felületi elem normálisa), j n az áramsűrűségvektor vetülete a normál () irányába.

A vezetőben lévő áramerősséget a következő képlet segítségével határozzuk meg:

ahol az integráció a (6) kifejezésben az S vezető teljes keresztmetszetén történik

Egyenáramhoz a következőkkel rendelkezünk:

Ha két S 1 és S 2 keresztmetszetű és egyenáramú vezetőt veszünk figyelembe, akkor az összefüggés fennáll:

Áramerősség a vezetékcsatlakozásokban

Ha a vezetékeket sorba kötik, az áram mindegyikében azonos:

A vezetékek párhuzamos csatlakoztatásakor az áramerősséget (I) az egyes vezetőkben lévő áramok összegeként számítják ki (I i):

Ohm törvénye

Az áramerősséget az egyenáram egyik alapvető törvénye tartalmazza - Ohm törvénye (az áramkör egy szakaszára):

ahol - a potenciálkülönbség a vizsgált szakasz végén, - EMF forrás, amely az áramköri szakaszban szerepel, R az áramköri szakasz ellenállása.

Jelenlegi mértékegységek

Az áram alapegysége az SI rendszerben: [I]=A(amper)=C/s

Példák problémamegoldásra

Példa

Gyakorlat. Milyen töltés (q) halad át a vezető keresztmetszetén t 1 = 2c és t 2 = 6c közötti időtartam alatt, ha az áramerősség a következő egyenlet szerint változik: I = 2 + t, ahol az áramerősség amperben van, az időt másodpercben?

Megoldás. A probléma megoldásának alapjául a pillanatnyi áramerősség definícióját vesszük:

Ebben az esetben a vezető keresztmetszetén áthaladó töltés egyenlő:

Helyettesítsük be az (1.2) kifejezésbe az áramerősség egyenletét a feladat feltételeiből, figyelembe véve az időszegmens változásának határait:

Válasz. q = 24 Cl

Példa

Gyakorlat. Egy lapos kondenzátor két négyzet alakú, A oldalú lapból áll, amelyek egymástól d távolságra helyezkednek el. Ez a kondenzátor egy állandó U feszültségű forráshoz van csatlakoztatva. A kondenzátort kerozint tartalmazó edénybe merítjük (a kondenzátorlapok függőlegesek) v=const sebességgel. Mekkora áram fog átfolyni a vezető vezetékeken a fent leírt folyamat során. Tegyük fel, hogy a kerozin dielektromos állandója .

Megoldás. A probléma megoldásának alapja a forma aktuális erősségének kiszámítására szolgáló képletek lesznek.

Az áramerősség fogalma a modern elektrotechnika alapja. Ezen alapvető ismeretek nélkül lehetetlen az áramkörökre vonatkozó számításokat végezni, elektromos műveleteket végezni, az áramkörben keletkezett sérüléseket megelőzni, azonosítani és megszüntetni.

Hogyan keletkezik

Ahhoz, hogy megértsük, mi az áramerősség, ismernie kell az előfordulásának feltételét - a részecskék létezését ingyenes töltéssel. A vezetőn (keresztmetszetén) áthalad egyik pontból a másikba. Az áram fizikája az elektronok rendezett mozgásából áll, amelyekre az áramforrásból származó elektromos tér hat. Hogyan több töltött részecskék kerülnek átadásra, és minél gyorsabban mozognak egy irányba, annál nagyobb töltés éri el a célt.

A zárt áramkör elemei az áramforráson kívül összekötő vezetékek, amelyeken keresztül áramlik át, és energiafogyasztók (telepítések, ellenállások).

További információk. A fémvezetőkben az elektronok töltésadóként működnek a folyékony vezetőkben, a töltött részecskék átvitele mindkét típusú részecske segítségével történik. Az áthaladási sorrend megsértése a töltések kaotikus mozgását jelzi, amelyben az áramkör feszültségmentessé válik.

Meghatározás

A vezetőben lévő áramerősség az egységnyi időintervallumban egy keresztmetszeten áthaladó elektromosság mennyisége. Ennek az értéknek a növeléséhez el kell távolítania a lámpát az áramkörből, vagy növelnie kell az akkumulátor által létrehozott mágneses mezőt.

Az elektromos áram SI-rendszer szerinti mértékegysége (Systeme International) az amper (A), amelyet a 19. század kiváló francia tudósáról, Andre-Marie Ampere-ről neveztek el.

További információk. Az Amper meglehetősen lenyűgöző elektromos mérték. A 0,1A-ig terjedő áramérték halálos veszélyt jelent az emberi életre. Egy égő 100 W-os háztartási villanykörte körülbelül 0,5 A áramot ad át.

A villamosmérnöki gyakorlatban a kis mennyiségek mérése mikro- és milliamperben fejezhető ki.

Az áramerősséget egy mérőeszköz (amper vagy galvanométer) határozza meg, szekvenciálisan csatlakoztatva az áramkör kívánt szakaszához. Kis mennyiségek mérése mikro- vagy milliampermérővel történik. A villamos energia mennyiségének műszerek segítségével történő meghatározásának fő módszerei a következők:

• Magnetoelektromos – állandó áramértékkel. Ezt a módszert fokozott pontosság és alacsony energiafogyasztás jellemzi;
• Elektromágneses – álló és változó mennyiségekhez. Ennek a módszernek a használatakor az áramkörben lévő áram az átalakítás eredményeként található meg mágneses mező a modulációs érzékelő kimeneti jelébe;
• Közvetett - ismert ellenállás melletti feszültség mérésén alapul. Ezután számítsa ki a kívánt értéket az Ohm-törvény segítségével (lásd alább).

A definíció szerint az áramerősség (én) a következő képlettel kereshető:

I = q/t, ahol:

• q – töltés áthalad a vezetőn (C);
• t a részecskék mozgatásával töltött idő (s).

Az áramerősség képlete a következő: a szükséges I érték a vezetőn áthaladó töltés és a felhasznált időtartam aránya.

Figyel! Az áram erősségét nemcsak a töltésen keresztül határozzák meg, hanem az Ohm-törvényen alapuló számítási képletekkel is, amely kimondja: az elektromosság erőssége egyenesen arányos a vezető feszültségével és fordítottan arányos az ellenállásával.

Az Ohm-törvény képlete segít megtalálni az áramerősséget, amely így néz ki:

I = U/R, itt:

• U – feszültség (V);
• R – ellenállás (Ohm).

Ez a létrejött kapcsolat fizikai mennyiségek különféle számításokhoz használható:

• figyelembe véve az áramforrás jellemzőit;
• számításokhoz bármilyen irányú áramkörben;
• többfázisú áramkörökhöz.

Figyel! Ha a vezetők sorba vannak kötve, akkor mindegyikük elektromossága egyenlő. A párhuzamos csatlakozás számos ampert biztosít, amely az egyes vezetők áramértékeinek összege.

Hogyan találjuk meg a teljesítményt (energiaátviteli vagy átalakítási sebességet) az áramérték alapján? Ehhez a következő képletet kell használnia:

P = U*I, ahol fent említettük a szorzott értékeket.

Faj

Állandó és váltakozó áram mellett az erőssége változó. Egy állandó irányú részecskemozgású lánc esetén minden paraméter változatlan marad. Egy változó faj képes a nagyságát azonos vagy változó irányban változtatni. A villamos energia mennyisége ebben az esetben:

• pillanatnyi, a szögfrekvenciához kapcsolódó rezgések amplitúdójától és frekvenciájától függően;
• amplitúdó - a pillanatnyi áram maximális értéke egy bizonyos ideig;
• hatékony - az energia átalakításakor a hőmennyiség mindkét típusú áramból azonos.

A háztartási elektromos hálózatok váltakozó áramot vezetnek át, amely egy elektromos készülék (számítógép, TV) tápegységén áthaladva egyenárammá alakul.

Az áram nagysága szorosan kapcsolódó fogalom elektromos energia, ami nagy jelentőséggel bír a mindennapi életben, nemzetgazdaság, tárgyak stratégiai cél. Ráadásul a villamosenergia-ipar az gazdasági alaponállam és a fejlődés meghatározó vektora az országon belül és nemzetközi szinten.

Videó

3451

Az előző cikkben az elektromos árammal foglalkoztunk. Ebben a cikkben a mértékegységeket nézzük meg. Hogyan élhetünk nélkülük? De hogy ne bonyolítsuk a dolgokat, csak a legszükségesebbeket vesszük figyelembe, és a jövőben elvileg csak azokra lesz szükség.

Azt már tudjuk, hogy az elektromos áram a részecskék mozgása. Ahhoz, hogy ezek a részecskék mozogjanak, külső irányított erőre (például elektromos térre) van szükség. És ezt az erőt, amely a részecskéket mozgatja, fenn kell tartani.
Az áramforrásnak (feszültségforrás, áramforrás) két kivezetése vagy két pólusa van. Amikben van potenciálkülönbség. A potenciálkülönbség, ha egyszerű szavakkal magyarázzuk, az egymáshoz hajlamos részecskék készlete. Ez azt jelenti, hogy ha lehetséges, a részecskék a (-) terminálról a (+) terminálra hajlanak.
Nézzük a képet.

mozgassa az egérmutatót vagy kattintson az animációhoz

A képen az áramforrást és a vezetőt látjuk. Ha a kép fölé visszük az egeret, az áramforrás „pörög”, vagyis ott marad valamiféle erő a részecskék átviteléhez. A vezető nincs csatlakoztatva az áramforráshoz, vagyis az áramkör nincs lezárva. Ahhoz, hogy elektromos áram jöjjön létre, az áramkört zárni kell.
Nézzünk egy példát.

A vezetőben elektromos áram keletkezik, vagyis a részecskék rendezett mozgása. Mit látunk, amikor a töltött részecskék mozognak?

• 1. Hány részecske mozog.
• 2. Mekkora energiát fordítanak a részecske mozgatására.

Jelenlegi erősség

Az áramerősség egy olyan mennyiség, amely egyenlő a vezető keresztmetszetén áthaladó töltésmennyiség és az áthaladási idő arányával. Vagyis ez a válasz arra az első kérdésünkre, hogy hány töltés halad át egy vezető keresztmetszetén egy adott idő alatt.
Az áram mértékegysége az Amper (A).
Szimbólum: I
Az alábbi képen ez a pillanat látható:

Feszültség

Az áramerősség inkább mennyiségi mutató. A részecskék mozgásához energia (munka) szükséges.
Feszültség ( elektromos feszültség) a töltés mozgatásakor elfogyasztott energia. Egyszerű szavakkal, ez az az erő (nyomás), amely a töltéseket egy vezető mentén mozgatja. Így válaszoltunk a második kérdésre.
Az áramfeszültség mértékegysége Volt (V).
Szimbólum: U

Ma már tudjuk, mi az áramerősség, az áramfeszültség és ezek szimbólumai. Hozzáteszem azt is, hogy a csőben lévő víz példáját gyakran használják e folyamatok magyarázatára. A cső ebben az esetben egy vezető, a vizet nyomó nyomás a feszültség, a vízmennyiség (keresztmetszeten keresztül) pedig az áramerősség.