Физика – это эмпирическая наука. Его фундаментальные законы выведены из практического опыта и часто не имели теоретического обоснования в течение многих лет. Так обстоит дело с основным законом электротехники, который был открыт в 1826 году выдающимся немецким ученым Георгом Симоном Омом.
Люди наблюдали за электрическими явлениями на протяжении сотен лет. Но между зарядом поврежденного янтаря и молнией не было никакой связи. Только в конце 18 века электричество начали изучать подробно. В 1795 году Алессандро Вольта изобрел вольтову сваю, химическую батарею, и открыл образование электричества в проводнике, соединяющем ее полюса. Области применения электричества быстро множились, и возникла острая необходимость в вычислительных формулах для инженеров. Многие ученые решали эту проблему, но именно Георг Ом впервые сформулировал основную формулу для электротехники. Введено понятие сопротивления и экспериментально установлена взаимосвязь между основными характеристиками электрической цепи.
Вычисление силы тока по мощности, напряжению, сопротивлению
Бесплатный калькулятор мощности и напряжения/сопротивления – рассчитайте однофазный и трехфазный ток в ОДИН КЛИК!
Хотите узнать, как рассчитать текущий в цепи по мощности, напряжению или сопротивлению, мы предлагаем использовать этот онлайн-калькулятор. Программа выполняет расчеты для сетей постоянного и переменного тока (однофазных 220В, трехфазных 380В) в соответствии с законом Ома. Мы рекомендуем не изменять коэффициент мощности (cos φ) и оставить его на уровне 0,95. Знание значения силы тока позволяет выбрать оптимальный материал и диаметр кабеля, а также установить надежные предохранители и автоматические выключатели, способные защитить ваш дом от возможных перегрузок. Нажмите на кнопку, чтобы получить результат.
Соответствующие нормативные документы:
- СП 256.1325800.2016 “Электроустановки жилых и общественных зданий. Принципы проектирования и установки”.
- СП 31-110-2003 “Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий”.
- СП 76.13330.2016 “Электроустановки
- ГОСТ 31565-2012 “Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности”.
- ГОСТ 10434-82 “Соединения контактные электрические. Классификация”
- ГОСТ Р 50571.1-93 “Электроустановки зданий
Формулы для расчета силы тока
Электрический ток – это направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
Сила тока (I) – это ток, который протекает через поперечное сечение проводника в единицу времени. Международной единицей измерения является ампер (A / A).
– Ток через мощность и напряжение (постоянный ток): I = P / U
– Ампераж через мощность и напряжение (однофазный переменный ток): I = P / (U × cosφ)
– Ампераж через мощность и напряжение (переменный трехфазный ток): I = P / (U × cosφ × √3)
– Ампераж через мощность и сопротивление: I = √(P / R)
– Ампераж через напряжение и сопротивление: I = U / R
- P – мощность, Вт;
- U – напряжение, В;
- R – сопротивление, Ом;
- cos φ – коэффициент мощности.
Коэффициент мощности cos φ – относительная скалярная величина, характеризующая эффективность использования электроэнергии. Для бытовой техники этот коэффициент почти всегда составляет от 0,90 до 1,00.
Закон Кулона, конденсатор, сила тока, закон Ома, закон Джоуля-Ленца
Закон Кулона – один из фундаментальных законов электростатики. Она определяет величину и направление силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами.
Точечный заряд определяется как заряженное тело, размер которого намного меньше расстояния, на котором оно может взаимодействовать с другими телами. В этом случае ни форма, ни размер заряженных тел не оказывают практического влияния на взаимодействие между ними.
Закон Кулона был впервые экспериментально доказан около 1773 года Кавендишем, который использовал для этой цели сферический конденсатор. Он показал, что внутри заряженной сферы не существует электрического поля. Это означало, что сила электростатического взаимодействия изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, но результаты Кавендиша не были опубликованы.
В 1785 году этот закон был установлен Кулоном с помощью специальных торсионных весов.
Эксперименты Кулона установили закон, поразительно похожий на закон всемирного тяготения.
Сила взаимодействия двух точечно движущихся заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
В аналитическом виде закон Кулона имеет вид:
где $|q_1|$ и $|q_2|$ – модули зарядов; $r$ – расстояние между ними; $k$ – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. Сила взаимодействия направлена вдоль прямой линии, соединяющей заряды, при этом одинаковые заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются.
Сила взаимодействия между зарядами также зависит от среды между заряженными телами.
В воздухе сила взаимодействия почти такая же, как в вакууме. Закон Кулона выражает взаимодействие зарядов в вакууме.
Кулон – единица измерения электрического заряда. Кулон (Cl) – единица СИ, обозначающая количество электрической энергии (электрический заряд). Она является производной единицей и определяется единицей ампер (А), которая является одной из основных единиц системы СИ.
Единицей электрического заряда является заряд, протекающий через поперечное сечение проводника при силе тока 1$А за 1$с.
То есть, $1$Kl$= 1A-c$.
Заряд в $1$Кл очень велик. Сила взаимодействия двух точечных зарядов массой $1$ Кл каждый, расположенных на расстоянии $1$ км друг от друга, немного меньше силы, с которой земной шар притягивает груз массой $1$ т. Придать такой заряд маленькому телу невозможно (отталкиваясь друг от друга, заряженные частицы не могут быть удержаны в теле). Но в проводнике (который вообще электрически инертен) такой заряд легко привести в движение (ток в $1$ А – это вполне обычный ток, текущий по проводам в наших домах).
Коэффициент $k$ в законе Кулона, записанном в СИ, выражается через $H – m^2$ / $Kl^2$. Его численное значение, определяемое экспериментально из силы взаимодействия двух известных зарядов на заданном расстоянии, равно $k$:
Часто его записывают как $k=<1>/<4πε_0>$, где $ε_0=8,85×10^<-12>Kl^2$/$H-m^2$ – электрическая постоянная.
Электрическая емкость конденсатора
Электрическая емкость
Электрическая емкость проводника $C$ – это числовое значение заряда, который необходимо подвести к проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу:
Емкость описывает способность проводника накапливать заряд. Она зависит от формы проводника, его линейных размеров и свойств среды, окружающей проводник.
Единицей емкости в СИ является фарад ($F$) – емкость проводника, в котором изменение заряда на $1$ кулон изменяет его потенциал на $1$ вольт.
Электрический конденсатор
Электрический конденсатор (от латинского condensare, буквально – сгущать, уплотнять) – это устройство, предназначенное для создания электрической емкости определенной величины, способное накапливать и отдавать (перераспределять) электрический заряд.
Конденсатор – это соединение двух или более одинаково заряженных проводников одинакового размера, разделенных слоем диэлектрика. Проводники называются электроды конденсатора. Как правило, расстояние между электродами, равное толщине диэлектрика, значительно меньше размеров самих электродов, так что поле в конденсаторе почти все сосредоточено между электродами. Если электроды представляют собой плоские пластины, то поле между ними однородно. Емкость плоского пластинчатого конденсатора определяется по формуле:
где $q$ – заряд конденсатора, $U$ – напряжение между его обкладками, $S$ – площадь пластин, $d$ – расстояние между пластинами, $ε_<0>$ – электрическая постоянная, $ε$ – диэлектрическая проницаемость среды.
Под зарядом конденсатора понимается абсолютное значение заряда одной из пластин.
Энергия поля конденсатора
Энергия заряженного конденсатора выражается формулами
которые получены из зависимости между рабочим напряжением и емкостью плоского конденсатора.
Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии электрического поля (энергия поля на единицу объема) напряженностью $E$ выражается формулой:
где $ε$ – диэлектрическая проницаемость среды, $ε_0$ – электрическая постоянная.
Сила тока
Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Электрический ток – это величина ($I$), характеризующая упорядоченное движение электрических зарядов и численно равная количеству заряда $∆q$, протекающего через заданную площадь поверхности $S$ (поперечное сечение проводника) в единицу времени:
Таким образом, чтобы найти силу тока $I$, мы должны разделить электрический заряд $∆q$, прошедший через поперечное сечение проводника за время $∆t$, на это время.
Сила тока зависит от заряда, переносимого каждой частицей, скорости ее направленного движения и площади поперечного сечения проводника.
Рассмотрим проводник с площадью поперечного сечения $S$. Заряд каждой частицы равен $q_0$. Объем проводника, ограниченный сечениями $1$ и $2$, содержит $nS∆l$ частиц, где $n$ – концентрация частиц. Их суммарный заряд $q=q_<0>nS∆l$. Если частицы движутся со средней скоростью $υ$, то в момент времени $∆t=<∆l>/<υ>$ все частицы, заключенные в данном объеме, пройдут через сечение $2$. Поэтому сила тока равна:
В системе СИ единица силы тока является основной единицей силы тока и называется амперы (A) в честь французского ученого А.М. Ампера (1755-1836).
Ток измеряется с помощью амперметра. Принцип работы амперметра основан на магнитном действии тока.
Оценка скорости электронного порядка в проводнике, рассчитанная по формуле для медного проводника с площадью поперечного сечения 1 мм^2$, дает очень маленькое значение $∼0,1$ мм/с.
Закон Ома для электрической цепи
Ток в цепи равен отношению напряжения в цепи к ее сопротивлению.
Закон Ома выражает взаимосвязь между тремя величинами, характеризующими протекание электрического тока в цепи: ток $I$, напряжение $U$ и сопротивление $R$.
Этот закон был установлен в 1827 году немецким ученым Г. Омом и поэтому назван в его честь. В этой формулировке она также называется Закон Ома для участка цепи. Математически закон Ома выражается следующей формулой:
Связь между током и приложенной разностью потенциалов на концах проводника называется вольт-амперная характеристика (EAC) проводника.
Каждый проводник (твердый, жидкий или газовый) имеет свой собственный CVC. Простейшей формой является вольт-амперная характеристика металлических проводников, которая определяется законом Ома ($I=/$, и растворы электролитов. Знание вольт-амперной характеристики играет важную роль в изучении тока.
Закон Ома является основой всей электротехники. Из закона Ома $I=/USD:
- ток в цепи с постоянным сопротивлением пропорционален напряжению на концах цепи;
- ток в цепи с постоянным напряжением обратно пропорционален сопротивлению.
Эти взаимосвязи можно легко проверить экспериментально. Зависимость между током и напряжением при постоянном сопротивлении и зависимость между током и сопротивлением показаны на рисунке ниже. В первом случае используется источник тока с регулируемым выходным напряжением и постоянным сопротивлением $R$, а во втором – аккумулятор и переменное сопротивление (магазин сопротивлений).
Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление – это физическая величина, которая описывает сопротивление проводника или цепи электрическому току.
Электрическое сопротивление определяется как отношение $R$ между напряжением $U$ и постоянным током $I$ в законе Ома для данного участка цепи.
Единица сопротивления под названием ом (Ом) в честь немецкого ученого Г. Ома, который ввел это понятие в физику. 1 Ом (1$ Ом)) – это сопротивление проводника, в котором течет ток силой $1$A при напряжении $1$V.
Специфическое сопротивление
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от материала проводника, его длины $l$ и площади поперечного сечения $S$ и может быть определено по формуле:
где $ρ$ – удельное сопротивление материала, из которого изготовлен проводник.
Удельное сопротивление вещества – это физическая величина, которая показывает, насколько велико сопротивление проводника единичной длины и площади поперечного сечения, изготовленного из этого вещества.
Формула $R=ρ/$, задаваемое формулой $ρ
Обратная величина $ρ$ называется удельная проводимость $σ$:
Поскольку единица сопротивления в СИ равна $1$ Ом, единица площади равна $1м^2$, а единица длины равна $1$ м, единица удельного сопротивления в СИ равна $1$ Ом-м^2$/м, или $1$ Ом-м. Единицей СИ удельного сопротивления является $Om^<-1>m^<-1>$$.
На практике площадь поперечного сечения тонких проводов часто выражается в квадратных миллиметрах (m$m^2$$). В этом случае более удобной единицей измерения удельного сопротивления является Ом$-$м$^2$/м. Поскольку 1$ мм^2$ = 0,000001 м^2$, то 1$ Ом$-$м $м^2$/м$ = 10^<-6>$ Ом$-$м. Металлы имеют очень низкое удельное сопротивление порядка ($1 -10^<-2>$$) Ом$-$м$^2$/м, диэлектрики $10^<15>-10^<20>$$ в разы больше.
Температурная зависимость сопротивления
При повышении температуры сопротивление металлов увеличивается. Однако существуют некоторые сплавы, сопротивление которых не сильно меняется с повышением температуры (например, константан, марганец и т.д.). Напротив, сопротивление электролитов уменьшается с повышением температуры.
Температурный коэффициент сопротивления проводника равен это отношение изменения сопротивления проводника после нагрева на 1°C к его сопротивлению при 0°C:
Температурная зависимость удельного сопротивления проводника выражается формулой:
В общем случае $α$ зависит от температуры, но если температурный интервал мал, то температурный коэффициент можно принять за постоянный. Для чистых металлов $α=(<1>/<273>)K^<-1>$. Для растворов электролитов $α
Какая формула используется для определения тока
Характеристикой тока в цепи является величина, называемая амперажем (α). I ). Сила тока – это физическая величина, которая описывает скорость прохождения заряда через проводник и равна отношению заряда qкоторый проходит через поперечное сечение проводника за промежуток времени tна этот временной интервал: I = q/t . Единицей силы тока является 1 ампер (1 А).
Определение единицы тока основано на магнитном действии тока, в частности, на взаимодействии параллельных проводников, по которым течет электрический ток. Эти проводники притягиваются, если ток течет в одном направлении, и отталкиваются, если ток течет в противоположном направлении.
Примем за единицу силы тока, что отрезки параллельных проводников длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2*10 -7 Н. Эта единица называется ампер . (1 А).
Зная формулу ампера, можно получить единицу электрического заряда: 1 Кл = 1А * 1с.
Амперметр
Прибор, используемый для измерения силы тока в цепи, называется амперметром амперметр. Его работа основана на магнитном действии тока. Основными частями амперметра являются магнит и катушка. Когда через катушку проходит электрический ток, он действует на магнит, который вращается и поворачивает подключенную к нему стрелку. Чем больше ток протекает через катушку, тем сильнее он действует на магнит, тем больше угол поворота стрелки. Амперметр подключен к цепи последовательно последовательно с устройством, ток которого измеряется, так, чтобы он имел небольшое внутреннее сопротивление, которое практически не влияет на сопротивление цепи и ток в цепи.
Клеммы амперметра обозначены «+» и «—»и , клемма с отметкой амперметра подключена к положительному полюсу цепи. «+» подключен к положительному полюсу источника тока, а z «—» подключен к отрицательному полюсу источника тока.
Напряжение
Источник тока создает электрическое поле, которое приводит в движение электрические заряды. Характерной особенностью источника тока является величина, называемая напряжение. Чем выше напряжение, тем сильнее генерируемое им поле. Напряжение описывает работу, которую совершает электрическое поле для перемещения электрического заряда.
Напряжение ( U ) – это физическая величина, которая равна отношению работы (А) электрического поля при перемещении электрического заряда к заряду (q): U = A/q .
Возможно и другое определение напряжения. Если числитель и знаменатель в формуле напряжения умножить на время перемещения заряда (t) мы получаем: U = At/qt. Числитель этой дроби – мощность тока (Р), а в знаменателе – сила тока (I). Таким образом, мы получаем формулу: U = P/I Т.е. напряжение – это физическая величина, равная отношению силы электрического тока к силе тока в цепи.
Единица измерения напряжения: [U] = 1 Дж / 1 кл = 1 В (один вольт).
Вольтметр
Напряжение измеряется с помощью вольтметра. Он имеет ту же конструкцию, что и амперметр, и тот же принцип действия, но подключен параллельно с к той части цепи, где будет измеряться напряжение. Внутреннее сопротивление вольтметра довольно велико, поэтому ток, протекающий через него, мал по сравнению с током в цепи.
Клеммы вольтметра имеют маркировку «+» и «—»и , когда вольтметр подключен к цепи, клемма z «+» подключен к положительному полюсу источника тока, а z «—» подключен к отрицательному полюсу источника тока.
Формулы и определения.
(1) Все проводники, используемые в электрические цепиобозначаются символами для представления на схемах и могут образовывать последовательные, параллельные или смешанные соединения.
2. текущая мощность – Физическая величина, описывающая скорость преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Единицей измерения является 1 ватт (1 ватт). Измерительным прибором является ваттметр. 3.
3. сила тока – Физическая величина, описывающая скорость прохождения заряда через проводник и равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени прохождения. Устройство является 1 ампер (1 А). Измерительный прибор является амперметр (соединены последовательно). 4.
4. электрическое напряжение – это физическая величина, характеризующая электрическое поле, создающее ток, и равная отношению силы тока к его напряженности. Единицей измерения является 1 вольт (1 В). Измерительное устройство является вольтметр (подключены параллельно). 5.
5 Присутствие на работе – это физическая величина, которая описывает количество электрической энергии, преобразованной в другие формы энергии. Единицей измерения является 1 джоуль (1 J). Счетчик – это электросчетчик, в котором используется единица измерения 1 киловатт-час (1 кВтч).
</υ>