Сила тока. Измерение силы тока. Электрическое напряжение. Измерение напряжения.

Электрический ток в цепи представляет собой направленное движение электрических зарядов.

Для характеристики электрического тока вводится особая физическая величина – сила тока. В создании электрического тока в проводнике участвуют электроны. Сколько их? И как быстро они движутся? Когда свободно заряженная частица – электрон в металле или ион в растворе кислот, солей или щелочей – движется по электрической цепи, то вместе с этой частицей происходит перемещение заряда. Чем большее количество частиц переместится от одного полюса источника тока к другому или от одного конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд, перенесенный частицами. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 с, определяет силу тока в цепи.

Измерим количество электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника за 1 секунду. Если в одном случае за 1 с через поперечное сечение прошло больше частиц, чем во втором, то и сила тока в первом случае больше.

Силой тока называется скалярная величина, равная отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения.

Теперь запишем кратко формулу:

I=q/t (и равно кью деленное на тэ)

Где q –заряд, t – время прохождения тока, I – сила тока.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу силы тока принят 1 ампер (А). Свое название эта единица измерения силы тока получила в честь французского физика Андре Мари Ампера, одного из основоположников теории электрических явлений.

На практике пользуются величинами силы тока,

Которые больше ампера:

1 кА=1000А(один кило ампер равен тысяче ампер)

1 МА=1000000А (один мега ампер равен одному миллиону ампер)

И меньше ампера:

1 мА=0,001 А (один миллиампер равен одной тысячной ампера) 1мкА=0,000001 А(один микроампер равен одной миллионной ампера).

1А=1Кл/1с

При силе тока в 1Ампер по цепи проходит в 1 секунду через поперечное сечение заряд 1 Кулон. Единица измерения заряда носит имя еще одного французского физика Шарля Кулона, который установил закон взаимодействия электрических зарядов

А как на опыте различать, в каком случае по цепи течет ток большей силы?

Если сила тока больше, то больше частиц пройдет по цепи в жидком проводнике и больше вещества выделится на катоде. Если сила тока больше, то лампочка будет светить ярче. Значит, при большей силе тока действия тока будут сильнее выражены. Это не трудно проверить на опыте.

Для измерения силы тока используют прибор, называемый амперметром.

Его изображают на схемах так, как показано на рисунке.

 

Как у всякого прибора, у амперметра есть шкала и стрелка, позволяющая производить отсчет показания.

Как же пользоваться этим прибором? Нужно включить его в цепь так, чтобы он учел весь ток в цепи. А это значит, что амперметр нужно включить последовательно с тем элементом цепи, в котором сила тока измеряется.

Проведем опыт. Присоединим к источнику постоянного тока, лампочку (3В), последовательно амперметр лабораторный (до 3 А), соблюдая полярность.

(клемму с + соединяем со стороны + на источнике) и выключатель. Включаем выключатель. Лампочка загорается и светит нормальным светом, а амперметр показывает какую-то часть ампера (0,4 А). Делаем вывод: амперметр, включенный последовательно с потребителем, измеряет силу тока, протекающего через этот потребитель.

Устройство амперметра таково, что его стрелка может поворачиваться только в одну сторону (обычно: по часовой стрелке), поэтому соблюдать полярность нужно обязательно!

Электрическое поле совершает работу по перемещению заряженной частицы из одной точки поля в другую (назначение источника тока). Мы знаем, что величина работы зависит от величины силы и величины перемещения, которое совершает тело под действием силы.

A=F∙s, (а равно эф умножить на эс)

где А – работа, F – сила, S- перемещение

Физическая величина, характеризующая работу, которую совершает электрическое поле источника при переносе по цепи (между двумя точками) электрического заряда в 1 Кл, называется напряжением.

Допустим, что электрическое поле совершило работу А Дж и по цепи был перенесен заряд q Кл. Тогда напряжение равно отношению работы поля к величине перенесенного по цепи заряда:

U=A/q, (у равно а деленое на кью) где U – напряжение,

A- работа, q - заряд

За единицу напряжения в системе СИ принят 1 Вольт (названный в честь итальянского ученого Алесандро Вольта).

 

1 вольт – это напряжение между двумя точками, при котором поле совершает работу в 1 джоуль при перемещении между точками заряда в 1 кулон.

Проведем опыты.

Опыт 1. Соберем электрическую цепь из источника тока (4,5В), лампочки карманного фонарика (на 3В), демонстрационного амперметра (на 3А), выключателя. При замыкании ключа лампочка карманного фонарика горит полным накалом, но дает мало света и тепла. Амперметр показывает 0,5А.

Опыт 2. Соберем электрическую цепь из лампочки (на 220В), демонстрационного амперметра, выключателя и провода с вилкой, позволяющей включить в розетку с 220В (соблюдаем технику безопасности: нигде не должно быть оголенных проводов и контактов). При замыкании ключа лампочка горит полным накалом, но дает много больше света и тепла. А вот демонстрационный амперметр показывает 0,5А. Делаем вывод: в обоих опытах сила тока одинакова (0,5А).

Задаем вопрос: «А почему во втором опыте лампочка дает больше света и тепла при одинаковых силах тока?» Сразу можем ответить, что причина не в величине силы тока. Тогда в чем?

А в том, что в наших цепях использованы разные источники тока (разного напряжения!)

Они создают разные электрические поля. В первом случае (при 4,5В) поле слабое, а во втором случае (220В) – поле много сильнее.

Делаем вывод: в первой лампочке выделяется меньше света и тепла, чем во второй. Значит, от источника зависит, сколько энергии в виде света и тепла выделяется в цепи, подключенной к этому источнику.

Для измерения напряжения используют вольтметр.

Так как измерение напряжения проводится между «началом» и «концом» цепи (между двумя точками), то вольтметр подключается параллельно к этой цепи.

Клеммы вольтметра то же должны подключаться: «+» со стороны положительного полюса источника. Минус со стороны отрицательного полюса. Вольтметр на схеме обозначается кружочком, в котором написано «V».

Оптическая сила линзы.

В быту говорят, что сильнее та линза, которая сильнее изменяет ход лучей.

Линзы с более выпуклыми поверхностями преломляют лучи сильнее, чем линзы с меньшей кривизной.

Как же характеризовать более «сильную» линзу?

Введем величину, обратную главному фокусному расстоянию линзы и назовем ее – оптическая сила линзы.

Оптическая сила линзы обозначается D, рассчитывается по формуле:

D = 1/F

Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях (дптр).

1 дптр – это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Чем больше оптическая сила линзы, тем сильнее собирает или рассеивает линза падающий на нее параллельный пучок лучей.

Оптическая сила собирающей линзы будет числом положительным, а оптическая сила рассеивающей линзы – числом отрицательным.

Проведем опыт (5). На столе расположим линзу и экран таким образом, чтобы они находились на одной прямой с дальним окном в кабинете. Расположим линзу около экрана и начнем отодвигать линзу в сторону окна. Будем перемещать до тех пор, пока на экране не получится четкое изображение окна.

Сделаем вывод: расстояние от линзы до экрана практически равно главному фокусному расстоянию линзы.

Измерим это расстояние

Значит, фокусное расстояние F=0,1м и оптическая сила линзы D =1:0,1м =10 дптр.

Билет №12