Ампер — что это такое
Содержание
Заряженные частицы при продольном движении через проводник переносят электрический заряд. Перемещение зарядов носит название электрического тока. В металлических проводниках это движение электронов. От количества электронов и скорости их перемещения зависит величина переносимого заряда за один и тот же промежуток времени.
Сила тока при движении через поперечное сечение металлического проводника
Какие характеристики определяют силу тока в 1 ампер
Если расположить в вакууме параллельно пару проводников длиной в метр на расстоянии в 1 м и пропустить по ним электрический ток, они станут взаимодействовать друг с другом. Когда электричество будет протекать однонаправленно, проводники будут притягиваться, в разных направлениях – отталкиваться. Это явление было рассмотрено, как определяющее для единицы силы тока. Величину, которая вызывала взаимодействие этих проводников между собой с силой 2*10-7 Н, было принято считать силой тока, равной 1 Ампер. Единица именована по фамилии А. М. Ампера, француза, и принята к обозначению в системе СИ.
Взаимодействие проводников в вакууме при подключении электричества
Закон Ампера – определение
Андре Ампер в 1920 году дал определение тому, с какой силой магнитное поле влияет на проводник, помещённый в него. Он установил прямое соотношение между силой, возникающей вокруг проводника, силой тока, модулем магнитной индукции и синусом угла между вектором магнитной индукции и направлением тока. Выражение имеет вид:
FА = B *I*L*sinα,
где:
- FА – сила Ампера, Н;
- В – модуль магнитной индукции;
- I – сила тока, А;
- L – длина отрезка проводника, м.
Определение справедливо для проводника, по которому происходит постоянно направленное движение электронов.
Закон Ома
Один из законов электротехники, который выведен путём экспериментальных исследований, – эмпирический. С его помощью установлена связь между сопротивлением проводника, напряжением на его концах и силой тока, проходящего через проводник. Ом Георг, немецкий физик, в 1826 году провёл ряд опытов и вывел зависимость между этими величинами, которую можно раскрыть так: сила тока находится в прямой зависимости от разности потенциалов на концах проводника и в обратной от его сопротивления. Формула Закона Ома:
I = U/R,
где:
- I – сила тока, А;
- U – напряжение (разность потенциалов), В;
- R – сопротивление проводника, Ом.
Ампер – это единица количества электричества на участке цепи, полученная в результате деления напряжения величиной в 1 вольт на сопротивление в 1 Ом.
Мнемоническое правило запоминания формулы закона Ома
Формула применяется для участка цепи, по которому движение электронов происходит в одном направлении. В случае переменного электричества с одной фазой, формула меняет вид:
I = U/Z, где:
- I – сила тока, А;
- U – разность потенциалов, В;
- Z – полное (комплексное) сопротивление цепи, Ом.
Если цепь включает в себя, наряду с активными компонентами, ещё и реактивные, направление движения электронов имеет гармонические колебания, то этот закон описывает зависимость комплексных величин.
Кратные и дольные единицы
Ампер – единица измерения немаленькая. Его дольные единицы обозначают приставками, которые можно найти в международной системе обозначений единиц СИ. На практике используют только несколько кратных единиц для обозначения ампер. Для того чтобы разложить ампер на доли или узнать, сколько маленьких величин в него входит, существует специальная программа – электронный калькулятор-конвертер.
Очень маленькие токи исчисляются в тысячных долях ампера – миллиамперах (mА), это 1*10-3А. Ещё меньшее значение этой величины обозначают в микроамперах (μА), это 1 *10-6 А. Электронные схемы современных гаджетов работают с такими величинами.
Нагревательные, осветительные приборы и крупная бытовая техника пропускают через свои цепи токи от 0,1 А и выше.
Дольные и кратные единицы количества электричества
При определении эталона и тарировании приборов приходилось измерять величины взаимодействия между парой катушек с обмотками из большого количества витков провода очень малого сечения.
Связь с другими единицами СИ
Что такое амперы с точки зрения связи между электрическими единицами, можно увидеть на примерах:
- при силе тока в 1 ампер (А) поперечное сечение проводника за одну секунду пропускает через себя заряд в 1 кулон (Кл);
- при подаче заряда силой 1 ампер к обкладкам конденсатора с ёмкостью 1 Ф напряжение на пластинах будет расти, увеличиваясь каждую секунду на 1 В;
- ёмкость гальванических источников и аккумуляторов измеряется в ампер-часах (А*ч, или А*h), 1 А*ч = 3660 Кл, такое количество электричества протекает через проводник за 1 час;
- отдаваемая максимальная мощность (ватт) выпрямителей или блоков питания – вторая по значению характеристика подобных источников, имеет маркировку В*А;
- величина электричества в разряде молнии равна приблизительно 500 килоамперам (1 кА = 10³ А);
- лампочка накаливания мощностью 0,1 киловатт (кВт) потребляет 0,5 А.
Обозначение количества ампер наносится на корпуса автоматических выключателей и предохранителей.
Сила тока в быту
Для того чтобы защитить бытовые сети от коротких замыканий и перегрузок, в цепь переменного электричества устанавливают автоматы. Это выключатели, рассчитанные на предельные значения, при которых происходит автоматическое разъединение цепи.
Так, автомат, рассчитанный на 2 ампера, выдержит кратковременную нагрузку до 2-х ампер, при кратковременной нагрузке большей, чем 2 А, он выключится. Существует понятие «время токовая характеристика (ВТХ)». Это параметр, который показывает зависимость времени срабатывания устройства от отношения тока, проходящего через выключатель, к его номинальному току срабатывания.
ВТХ имеет буквенные индексы, которые наносятся на корпус автоматического выключателя. Они обозначают кратность установки электромагнитного разъединителя к номинальному току автомата. Это самое маленькое значение, при котором произойдёт мгновенное отключение.
Буквенные индексы, обозначающие ВТХ, бывают:
- В (3 – 5* In);
- С (5 – 10* In);
- D (10 – 20* In).
При монтаже электрической проводки производится расчёт максимальной мощности потребителей, сечения применяемых проводов. При расчётах следят за тем, чтобы максимальная сила тока не превышала допустимого значения для выбранного сечения.
Перспективы единицы силы тока в будущем
Когда определено, что такое амперы, можно рассмотреть перспективы этой единицы в будущем. В 2011 году на международной конференции оговорены условия предстоящей ревизии обозначений единиц в системе СИ.
Предложенные новые эталоны должны повысить точность различных измерений в любом временном, метрическом и географическом векторах без утраты точности. Ампер не потерпит особых изменений, кроме того, что его величина станет обозначаться в зависимости от данного числа.
На сегодняшний день ампер – это результат воображаемого процесса, в котором представляют возникновение силы между двумя проводниками безразмерной длины. Практически это невозможно воспроизвести, потому что нет таких длинных и тонких проводов. На конференции решили применить новую идею. Она будет основываться на физических константах или атомных свойствах. Такой физической константой будет заряд электрона.
Практическим инструментом послужит одноэлектронный насос, который позволяет перемещать в течение одного своего цикла фиксированное количество электронов.
В будущем, ампер – это мера силы тока, определение которого перестало описываться вымышленной виртуальной установкой, приобрело прочную, фундаментальную основу.
