Gospodje, pozdravljeni vsi!
Danes bomo govorili o tem temeljni koncept fizika nasploh in posebej elektronika, kot jakost toka. Verjetno je vsak izmed vas že večkrat slišal ta izraz. Danes ga bomo poskušali razumeti malo bolje.
Danes bomo govorili predvsem o DC
. Se pravi o nečem, katerega velikost je ves čas konstantna v moči in smeri. Dragi gospodje, lahko začnejo dolgočasneži kopati po zadevi - kaj pomeni "ves čas"? Tega izraza ni. Na to lahko odgovorimo, da se trenutna vrednost ne sme spreminjati ves čas opazovanja.
Torej, trenutno. Moč toka. kaj je to Vse je zelo preprosto. Tok je usmerjeno gibanje nabitih delcev. Upoštevajte, gospodje, da usmeril. Naključno – toplotno – gibanje, od katerega elektroni v kovini ali ioni v tekočini/plinu hitijo naprej in nazaj, nas malo zanima. Toda če temu naključnemu gibanju dodate gibanje vseh delcev v eno smer, potem je to popolnoma drugačen kaliko.
Kakšne vrste nabitih delcev lahko obstajajo? Na splošno ni pomembno, kaj je, ni pomembno. Pozitivni ioni, negativni ioni, elektroni - ni pomembno. Če imamo usmerjeno gibanje teh spoštovanih tovarišev, to pomeni, da obstaja električni tok.
Očitno ima tok neko smer. Za smer toka sprejel sprejeti gibanje pozitivnih delcev. To pomeni, da čeprav elektroni tečejo od minusa do plusa, se domneva, da je smer toka v tem primeru nasprotna - od plusa do minusa. Takole je vse zasukano. Kaj lahko storite - poklon tradiciji.
Shematski prikaz prevodnika s tokom je prikazan na sliki 1.
Slika 1 - Shematski prikaz vodnika s tokom
Predstavljajmo si oblak s komarji. Ja, vem, podla bitja in oblak je na splošno nekakšna groza. A kljub temu si jih bomo poskušali predstavljati, zatirajoč gnus. Torej, v tem oblaku vsak zoprn komar leti sam. To je neurejeno gibanje. Zdaj pa si predstavljajmo rešilni vetrič. Hkrati odnese vso to hordo komarjev v eno smer, upam, da stran od nas. To je usmerjeno gibanje. Zamenjava komarjev z elektroni, vetrič pa z nekaj skrivnostnega gonilna sila na splošno dobimo nekaj analogije z električni udar.
Najpogosteje obstaja tok, ki ga povzroča gibanje elektronov. Da, prijatelji, vse življenje nas obkroža uboga mala elektronika, ki se pod vplivom prisilne sile prisiljena premikati smerno, lahko bi rekli v formaciji. Tečejo vzdolž daljnovodov, v vseh naših vtičnicah, v vseh naših pametnih napravah – računalnikih, prenosnih računalnikih, pametnih telefonih in delujejo tako kot Papa Carlo, da olajšajo naše težko življenje in ga napolni z užitki.
Komarji so komarji, to je vse v redu, vendar je čas za formalne definicije.
Torej, gospodje, jakost toka je razmerje naboja Δq, ki se prenese skozi določen prerez vodnika S v času ∆t. 
Moč toka se meri, kot mnogi že vedo, v amperih. Torej – tok v vodniku je enak 1 amperu, če skozi ta vodnik preteče 1 Coulomb v 1 sekundi.
"Super!" - bo vzkliknil dragi bralec. In kaj naj naredim s to formulo?!! No, v redu, na iPhonu imam štoparico, meril bom čas. Kaj pa dajatev? Ali naj preštejem število elektronov v žici in potem pomnožim z nabojem enega elektrona, na srečo je to znana količina, da bi določil tok?!
Mirno, gospodje! Vse se bo zgodilo. Ne hitite. Za zdaj se samo spomnite, da obstaja nekakšna formula. Potem se izkaže, da lahko z njegovo pomočjo izračunate nekaj kul stvari, kot je polnjenje kondenzatorjev in še veliko več.
No, za zdaj ... Zaenkrat lahko vzamete ampermeter, z žarnico izmerite tok v tokokrogu in ugotovite, koliko naboja steče vsako sekundo skozi prerez vodnika q = I t = I 1c= I.
Da, vsako sekundo naboj teče skozi presek prevodnika, enako moč tok v njem. Zdaj lahko to vrednost pomnožite z nabojem elektrona (za tiste, ki ste pozabili, vas spomnim, da je enak) in ugotovite, koliko elektronov teče v vezju. Lahko se pojavijo vprašanja - zakaj? Avtorjev odgovor je samo za zabavo. Praktične koristi verjetno ga ne boste najbolje izkoristili. Če le ugodiš svojemu učitelju. Ta problem je čisto akademski.
Lahko se pojavi vprašanje - kako ampermeter meri tok? Ali šteje elektrone? Seveda ne, gospodje. Tukaj imamo posredno meritve. Temeljijo na magnetno delovanje toka v staromodnih analognih ampermetrih s številčnico ali po Ohmovem zakonu - s pretvorbo toka, ki teče skozi znani upor, v napetost in nato obdelavo - v vseh sodobnih multimetrih. A o tem malo kasneje.
Zdaj bom podal ta izračun. Je čisto preprosta in bi jo morali prebaviti tudi humanisti. Če imate individualno intoleranco za matan, lahko samo pogledate rezultat.
Spomnimo se našega obračuna ∆q ki mine skozi čas ∆t skozi presek prevodnika ∆S o katerem smo govorili malo višje. Kot pravi matematiki bomo zapletli do nezaslišanosti, tako da bo šele po napenjanju možganov jasno, da smo napisali identiteto.
Gospodje, iskreno, brez zavajanja. e − naboj elektrona, n − koncentracija elektronov, to je število kosov v enem kubični meter, v − hitrost gibanja elektronov. To je očitno v∙∆t∙∆S − to je v bistvu prostornina, skozi katero bodo potovali elektroni. Koncentracijo pomnožimo z volumnom - dobimo kose, koliko kosov elektronov je prešlo. Koščke pomnožimo z nabojem enega elektrona - dobimo skupni naboj, ki gre skozi prerez. Povedal sem ti, da je vse pošteno!
Predstavimo koncept gostote toka. Dolgčasneži, ki so o tem že kaj prebrali, bodo zdaj vzkliknili - ja, to vektorska količina! Ne trdim, gospodje, to je vektor. Toda za poenostavitev že tako težkega življenja bomo predpostavili, da smer vektorja gostote toka sovpada z osjo prevodnika, kar se v večini primerov tudi zgodi. Zato vektorji takoj postanejo skalari. Grobo rečeno, gostota toka je, koliko amperov je na kvadratni meter preseki vodnikov. Očitno je, da to storite, morate tok deliti s površino. Imamo
Upam, da je zdaj jasno, zakaj smo tako preoblikovali formulo? Da zmanjšam kup stvari!
Zapomnimo si glavno stvar - iščemo hitrost. Izrazimo to:
Vse bi bilo v redu, a koncentracije še ne poznamo. Spomnimo se kemije. Obstajala je taka formula
kje ρ=8900 kg/m3- gostota bakra, NA =6·10 23 Avogadrovo število M = 0,0635 kg/mol- molska masa.
Gospodje, upam, da ne bo treba pojasnjevati, od kod izvira ta formula. Če sem iskren, nisem ravno dober s kemijo. Čeprav sem se v šoli 11 let učil s poglobljenim študijem kemije, sem v 8. razredu vendarle vstopil v razred fizike in matematike, se začela zanimati za fiziko, predvsem tisti del, ki govori o elektriki, in, lahko bi rekli, opustil kemijo. Pravzaprav nas niso poglobljeno spraševali o tem; Če pa se nenadoma pojavi potreba, sem še vedno pripravljena poglobiti se v to kemično džunglo in vam povedati, kaj je kaj.
Tako je hitrost gibanja elektronov v prevodniku s tokom enaka
Zamenjajmo določene številke. Za natančnost nastavimo gostoto toka 5 A/mm 2.
Vse ostale številke že imamo. Lahko se pojavi vprašanje - zakaj ravno 5 A/mm 2.
Preprosto je, gospodje. To ni prvič, da se ljudje ukvarjajo z elektroniko. Na tem področju je bilo nabranih nekaj izkušenj oziroma, znanstveno rečeno, empiričnih podatkov. Torej ti empirični podatki pravijo, da je dopustna gostota toka v bakrene žice običajno znaša 5-10 A/mm 2. pri večjo gostoto toka, je možno nesprejemljivo pregrevanje prevodnika. Pri tirnicah na tiskanem vezju pa je ta vrednost precej višja in znaša 20 A/mm 2 ali celo več. Vendar je to tema za povsem drug pogovor. Vrnimo se k naši nalogi, namreč računanju hitrosti elektronov v prevodniku. Če zamenjamo številke, dobimo to
Gospodje, izračun neizpodbitno pokaže, da se elektroni v vodniku po katerem teče tok gibljejo le s hitrostjo 0,37 milimetra na sekundo! Zelo počasi. Vendar je treba zapomniti, da to ni toplotno gibanje, ampak usmerjeno. Toplotno gibanje je veliko, veliko večje, reda velikosti 100 km/s. Razumno vprašanje - zakaj lučka takoj utripne, ko obrnem stikalo? Se spomnite, kaj sem rekel o nekakšni prisilni sili? Zanjo gre! A več o tem v naslednjem članku. Veliko sreče vsem in se vidimo spet!
Pridružite se nam
Vsebina:
Gibanje nabitih delcev v prevodniku v elektrotehniki imenujemo električni tok. Za električni tok ni značilna samo količina, ki prehaja skozi prevodnik električna energija, saj lahko v 60 minutah skozenj preide elektrika, enaka 1 Coulomb, vendar lahko enaka količina elektrike preide skozi prevodnik v eni sekundi.
Kakšna je moč toka
Če upoštevamo količino električne energije, ki teče skozi vodnik v različnih časovnih intervalih, je jasno, da v krajšem časovnem obdobju tok teče intenzivneje, zato je v značilnosti električnega toka uvedena še ena definicija - to je jakost toka, za katerega je značilen tok, ki teče v prevodniku na sekundo časa. Merska enota za velikost prehajajočega toka v elektrotehniki je amper.
Z drugimi besedami, moč električnega toka v prevodniku je količina električne energije, ki je prešla skozi njegov presek v sekundi časa, označena s črko I. Jakost toka se meri v amperih - to je merska enota, ki je enaka jakosti stalnega toka, ki teče skozi neskončno vzporedne žice z najmanjšim krožnim prečnim prerezom, ki je ločen za 100 cm in se nahaja v vakuumu, kar povzroči interakcijo na meter dolžine prevodnika s silo = 2 * 10 minus 7 Newtonovih potenc za vsakih 100 cm dolžine.
Strokovnjaki pogosto določijo velikost prehajajočega toka; v Ukrajini (moč struma) je enaka 1 amperu, ko 1 kulon električne energije preteče skozi prečni prerez vodnika vsako sekundo.
V elektrotehniki lahko opazite pogosto uporabo drugih količin pri določanju vrednosti prehodnega toka: 1 miliamper, ki enako ena/ Amper, 10 amperov na minus tretjo potenco, en mikroamper je deset amperov na minus šesto potenco.
Če poznate količino električne energije, ki prehaja skozi prevodnik v določenem časovnem obdobju, lahko izračunate jakost toka (kot pravijo v Ukrajini - sila strumu) po formuli:
Ko je električni tokokrog sklenjen in nima vej, teče enaka količina elektrike na sekundo na vsakem mestu njegovega preseka. Teoretično je to razloženo z nezmožnostjo kopičenja električnih nabojev na katerem koli mestu v vezju, zato je tok povsod enak.
To pravilo velja tudi za kompleksna vezja, ko obstajajo veje, vendar velja za nekatere odseke kompleksna veriga, ki ga lahko obravnavamo kot preprosto električno vezje.
Kako se meri tok?
Velikost toka se meri z napravo, imenovano ampermeter, in tudi za majhne vrednosti - miliampermeter in mikroampermeter, kar lahko vidite na spodnji fotografiji:
Med ljudmi obstaja mnenje, da bo vrednost toka v vodniku, izmerjena pred obremenitvijo (potrošnikom), višja kot po njej. To je zmotno mnenje, ki temelji na dejstvu, da bo domnevno vložena določena količina sile, da bi potrošnika spodbudili k ukrepanju. Električni tok v prevodniku je elektromagnetni proces, v katerem sodelujejo nabiti elektroni, ki se gibljejo v smeri, vendar ne prenašajo elektroni, temveč elektromagnetno polje, ki obdaja prevodnik.
Število elektronov, ki zapustijo začetek verige, bo enako številu elektronov za porabnikom na koncu verige, ki jih ni mogoče porabiti.
Katere vrste prevodnikov obstajajo? Strokovnjaki opredeljujejo pojem "prevodnik" kot material, v katerem se delci z nabojem lahko prosto gibljejo. Takšne lastnosti imajo v praksi skoraj vse kovine, kisline in solne raztopine. Material ali snov, v kateri je gibanje nabitih delcev oteženo ali celo nemogoče, imenujemo izolatorji (dielektriki). Pogosti dielektrični materiali so kremen ali ebonit, umetni izolator.
Zaključek
V praksi sodobno opremo dela z velike količine tok, do sto ali celo tisoč amperov, pa tudi z majhnimi vrednostmi. Primer v vsakdanjem življenju Velikost toka v različnih napravah je lahko električni štedilnik, kjer doseže vrednost 5 A, in preprosta žarnica z žarilno nitko ima lahko vrednost 0,4 A; v fotocelici se vrednost pretočnega toka meri v mikroamperih . V črtah mesta javni prevoz(trolejbus, tramvaj) vrednost prehodnega toka doseže 1000 A.
Verjetno je vsak vsaj enkrat v življenju občutil učinke električnega toka. Navadna baterija komaj opazno zaškripa, ko jo položiš na jezik. Tok v stanovanjski vtičnici udari precej močno, če se dotaknete izpostavljenih žic. Ampak električni stol daljnovodi pa lahko vzamejo življenja.
V vseh primerih govorimo o delovanju električnega toka. Kako se en tok tako razlikuje od drugega, da je razlika v njegovem vplivu tako velika? Očitno obstaja neka kvantitativna značilnost, ki lahko pojasni to razliko. Tok, kot je znano, so elektroni, ki se gibljejo vzdolž prevodnika. Lahko domnevamo, da več elektronov preide skozi presek prevodnika, tem večja akcija bo proizvedel tok.
Trenutna formula
Da bi opisali naboj, ki prehaja skozi prevodnik, smo uvedli fizikalna količina, ki se imenuje jakost električnega toka. Tok v prevodniku je količina električne energije, ki teče skozi prerez prevodnika na časovno enoto. Jakost toka je enaka razmerju med električnim nabojem in časom, ki ga prepotuje. Za izračun trenutne moči uporabite formulo:
kjer sem trenutna moč,
q - električni naboj,
t - čas.
Enota za tok v tokokrogu je 1 amper (1 A) v čast francoskega znanstvenika Andrea Ampereja. V praksi se pogosto uporablja več enot: miliamperov, mikroamperov in kiloamperov.
Merjenje toka z ampermetrom
Ampermetri se uporabljajo za merjenje toka. Ampermetri se razlikujejo glede na meritve, za katere so zasnovani. Skladno s tem se lestvica instrumenta umeri na zahtevane vrednosti. Ampermeter je povezan kjerkoli v omrežju zaporedno. Kje je ampermeter priključen, ni pomembno, saj bo količina električne energije, ki poteka skozi tokokrog, enaka na kateri koli lokaciji. Elektroni se ne morejo kopičiti na nobenem mestu v vezju; tečejo enakomerno skozi vse žice in elemente. Ko je ampermeter priključen pred in po obremenitvi, bo pokazal enake vrednosti.
Prvi znanstveniki, ki so preučevali elektriko, niso imeli instrumentov za merjenje toka in naboja. Prisotnost toka so preverjali z lastnimi občutki, spuščanjem toka skozi svoje telo. Precej grd način. Takrat trenutne moči, s katerimi so delali, niso bile zelo visoke, zato se je večina raziskovalcev izognila samo neprijetni občutki. Vendar pa se v našem času, tudi v vsakdanjem življenju, da ne omenjamo industrije, uporabljajo zelo visoki tokovi.
To bi morali vedeti za človeško telo Vrednost toka do 1 mA velja za varno. Vrednosti toka, večje od 100 mA, lahko povzročijo resne poškodbe telesa. Tok več amperov lahko ubije človeka. Ob tem je še vedno treba upoštevati individualno občutljivost telesa, ki je pri vsaki osebi drugačna. Zato se morate spomniti glavne zahteve pri delovanju električnih naprav - varnosti.
Preden govorimo o jakosti toka, je treba v splošni oris, predstavljajte si, kaj je to - električni tok?
Glede na klasične definicije- to je usmerjeno gibanje nabitih delcev (elektronov) v prevodniku. Da se pojavi, je potrebno predustvarjanje električno polje, ki bo spravila nabite delce v gibanje.
Pojav jakosti toka
Vse materialne snovi Sestavljeni so iz molekul, ki so razdeljene na atome. Atome delimo tudi na komponente: jedra in elektrone. V obdobju nastanka kemična reakcija, elektroni prehajajo iz enega atoma v drugega. Razlog je v tem, da nekaterim atomom primanjkuje elektronov, drugim pa jih je preveč. To je najprej koncept "nasprotnih nabojev". V primeru stika takšnih snovi se elektroni premikajo, kar je pravzaprav električni tok. Tok bo tekel, dokler se naboja obeh snovi ne izenačita.
Že v starih časih so ljudje opazili, da je jantar, s katerim so podrgnili volno, postal sposoben pritegniti različne lahke predmete. Kasneje se je izkazalo, da imajo enake lastnosti tudi druge snovi. Začeli so jih imenovati elektrificirani, od grška beseda"elektron" pomeni jantar.
Sila elektrike je lahko močna ali šibka. Odvisno od količine naboja, ki teče skozi električni tokokrog za določen čas. Več kot se elektronov premakne od pola do pola, večja je vrednost naboja, ki ga prenesejo elektroni. Skupna količina naboj imenujemo tudi količina elektrike, ki prehaja skozi prevodnik.
Prvo definicijo jakosti toka je podal francoski znanstvenik Andre-Marie Ampère (1775-1836). 
fizik in matematik. Njegova definicija je bila osnova koncepta jakosti toka, ki ga uporabljamo danes.
merska enota
Trenutna moč je količina enako razmerju količina naboja, ki prehaja skozi prečni prerez prevodnika do časa njegovega prehoda. Naboj, ki prehaja skozi prevodnik, se meri v kulonih (C), čas prehoda se meri v sekundah (s). Za enoto toka je vrednost (C/s). V čast francoskega znanstvenika je bila ta enota poimenovana (A) in je trenutno glavna enota za merjenje toka.
Za merjenje jakosti toka se uporablja posebna merilna naprava. Vklopi se neposredno ob prekinitvi vezja na mestu, kjer je potrebno izmeriti silo. Instrumenti, ki merijo majhne tokove, se imenujejo miliampermeter ali mikroampermeter.
Vrste vodnikov
Snovi, v katerih se nabiti delci (elektroni) prosto gibljejo med seboj, imenujemo prevodniki. Sem sodijo skoraj vse kovine, raztopine kislin in soli. V drugih snoveh se elektroni med seboj gibljejo zelo šibko ali pa se sploh ne gibljejo. To skupino snovi imenujemo dielektriki ali izolatorji. Sem spadajo ebonit, jantar, kremen in plini v nespremenjenem stanju. Trenutno obstaja veliko število umetni materiali, ki delujejo kot izolatorji in se pogosto uporabljajo v elektrotehniki.
Mnogi od nas, tudi iz šole, ne morejo razumeti, kateri vidiki razlikujejo tok od napetosti. Seveda so učitelji nenehno trdili, da je razlika med tema dvema konceptoma preprosto ogromna. Vendar pa se le nekateri odrasli lahko pohvalijo z ustreznim znanjem in če niste eden izmed njih, potem je čas, da ste pozorni na naš današnji pregled.
Kaj je tok in napetost?
Da bi govorili o tem, kaj je trenutna moč in kakšne nianse so lahko povezane z njo, menimo, da je potrebno opozoriti na to, kaj je sama po sebi. Tok je proces, med katerim pod neposrednim vplivom električnega polja pride do gibanja določenih nabitih delcev. Slednji je lahko cel seznam različnih elementov v zvezi s tem, vse je odvisno od specifično situacijo. Torej, na primer, če govorimo o prevodnikih, potem bodo v tem primeru elektroni delovali kot zgoraj omenjeni delci. 
Morda nekateri tega niste vedeli, vendar se tok aktivno uporablja v sodobna medicina in zlasti zato, da bi človeka rešili celega seznama vseh vrst bolezni, na primer iste epilepsije. Tok je nepogrešljiv tudi v vsakdanjem življenju, saj z njegovo pomočjo v vašem domu svetijo luči in delujejo nekatere električne naprave. Moč toka pa pomeni določeno fizikalno količino. Označena je s simbolom I. 
V primeru napetosti je vse veliko bolj zapleteno, tudi če ga primerjate s konceptom "moč toka". Obstajajo samski pozitivne naboje, ki se mora preseliti iz različne točke. Poleg tega je napetost energija, skozi katero pride do zgoraj omenjenega gibanja. V šolah za razumevanje tega koncepta pogosto navajajo primer toka vode, ki se pojavi med dvema bregovoma. V tej situaciji bo tok sam tok vode, napetost pa bo lahko pokazala razliko v nivojih v teh dveh bregovih. Zato bomo tok opazovali, dokler nista ravni v bregovih enaki.
Kakšna je razlika med tokom in napetostjo?
Upamo si trditi, da je glavna razlika med tema pojmoma njuna neposredna definicija:
- Zlasti besedi "moč toka" in "tok" predstavljata določeno količino električne energije, medtem ko napetost običajno velja za merilo potencialna energija. Z enostavnimi besedami, sta ta dva koncepta precej odvisna drug od drugega in nekaj ohranjata značilne značilnosti, z vsem tem. Njihova odpornost je prizadeta ogromno najrazličnejši dejavniki. Najpomembnejši med njimi je material, iz katerega je izdelan določen prevodnik, zunanje razmere, pa tudi temperaturo.
- Obstaja tudi nekaj razlike pri njihovem prejemanju. Torej, če je vpliv na električni naboji, ustvari napetost, potem se tok pridobi z uporabo napetosti med točkami vezja. Mimogrede, takšne naprave so lahko navadne baterije ali bolj napredne in priročni generatorji. Iz tega razloga lahko rečemo, da se glavne razlike med tema pojmoma spuščajo v njuno opredelitev, pa tudi v dejstvo, da sta pridobljena kot rezultat popolnoma različnih procesov.
Toka ne smemo zamenjevati s poraba energije. Ti koncepti so popolnoma različni in njihovo glavno razliko je treba natančno zaznati moč. Torej, v primeru, da je napetost temu namenjena. za karakterizacijo potencialne energije, potem bo v primeru toka ta energija že kinetična. v našem, sodobne realnosti, velika večina cevi ustreza analogijam iz sveta elektrike. Gre za o obremenitvi, ki nastane pri priključitvi žarnice ali istega televizorja v omrežje. Pri tem se ustvari poraba električne energije, kar na koncu povzroči pojav toka.
Seveda, če v vtičnico ne priključite nobenih električnih naprav, bo napetost ostala nespremenjena, medtem ko bo tok enak nič. No, če ni predvidenega pretoka, kako potem sploh lahko govorimo o toku in njegovi moči? Zato je tok samo določena količina električne energije, medtem ko napetost velja za merilo potencialne energije določenega vira električne energije.
