Teres-1t.ru

Инженерные решения
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое сила тока, формулы

Силой электрического тока является величина, характеризующая движение электрических зарядов и равная числу заряда (δq) , протекающего через сечение проводника (S) в единицу времени (δt) :
(I=<δqover δt>)
То есть, для определения силы тока (I) необходимо разделить заряд (δq) , прошедший через определённое сечение проводника на время (δt) , за которое он пересек это сечение.

Величина силы тока зависит от количества заряда, который переносят все частицы, площади сечения проводника и скорости их направленного движения.

Рассмотрим основные формулы на примере проводника с поперечным сечением (S) . Обозначим буквой (q_0) заряд всех частиц. Если ограничить объём проводника двумя сечениями, то в нем будет содержаться (nSδl) частиц, где n является их концентрацией. Тогда их общий заряд будет рассчитываться по формуле:
(q=q_0 nSδl)

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Если частицы движутся со средней скоростью v, то за время δt=δI/v они пройдут весь заданный объем. В данном случае сила тока рассчитается таким образом:

где (I) – сила тока, А (Ампер);
(q_0) – заряд, Кл (Кулон).
Силу тока измеряют при помощи амперметра, принцип действия которого основан на магнитном действии тока.

Формула расчета теплоты при изменении температуры

Элементарное количество теплоты обозначим как $delta Q$. Обратим внимание, что элемент тепла, которое получает (отдает) система при малом изменении ее состояния не является полным дифференциалом. Причина этого состоит в том, что теплота является функцией процесса изменения состояния системы.

Элементарное количество тепла, которое сообщается системе, и температура при этом меняется от Tдо T+dT, равно:

где C – теплоемкость тела. Если рассматриваемое тело однородно, то формулу (1) для количества теплоты можно представить как:

$delta Q=c m d T=nu c_ d T(2)$

где $c=frac$ – удельная теплоемкость тела, m – масса тела, $c_=c cdot mu$ — молярная теплоемкость, $mu$ – молярная масса вещества, $nu=frac$ – число молей вещества.

Если тело однородно, а теплоемкость считают независимой от температуры, то количество теплоты ($Delta Q$), которое получает тело при увеличении его температуры на величину $Delta t = t_2 — t_1$ можно вычислить как:

$Delta Q=c m Delta t(3)$

где t2, t1 температуры тела до нагрева и после. Обратите внимание, что температуры при нахождении разности ($Delta t$) в расчетах можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в кельвинах.

Читайте так же:
Количество теплоты выделяемое проводником с током находится по формуле

Связь между параметрами

Чтобы появился электрический ток, необходимо выполнение нескольких условий. Нужен его источник, материал, имеющий свободные носители заряда, и замкнутая цепь, по которой они смогут перемещаться. После изобретения «вольтова столба» учёные начали проводить различные эксперименты, изучая протекание электротока. В 1825 году Ом в своих опытах с использованием гальванического источника и крутильных весов наблюдал потерю энергии в зарядах. Он обнаружил, что сила тока в цепи зависит не только от типа материала, но и его линейных характеристик.

Анализируя полученные данные, Ом вывел формулу: X = a*k/L, где: X — сила электротока, a — электрическое напряжение, k — коэффициент проводимости, l — длина материала. Впоследствии этот закон был подтверждён другими учёными и был назван в честь открывателя.

Зависимость силы тока от времени

В современном виде он записывается так: I = U/R, где:

  • U — разность потенциалов (напряжение);
  • R — сопротивление.

То есть сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению. R — коэффициент пропорциональности. По своему определению он является величиной, обратной проводимости. Зависит сопротивление от физических размеров проводника и его способности препятствовать прохождению электротока.

Вычислить значение R можно по формуле: R = pL/S, где p — удельный коэффициент, зависящий от свойства материала, L — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Значение удельного сопротивления зависит от температуры, но при этом для каждого градуса остаётся постоянным. Его величина измерена для практически всех существующих элементов в природе и является табличной.

Зависимость силы тока от напряжения формула

Открытые формулы позволили установить не только зависимость тока от сопротивления, но и связать 2 фундаментальные электрические величины — силу и работу. Причём зависимость между ними принято изображать с помощью графика, получившего название вольт-амперная характеристика. Её смысл заключается в построении функции, описывающуюся законом Ома. Это важный график для электротехнических устройств. Используя его, можно определить мощность для любых величин.

От чего зависит мощность тока

Как найти мощность электрического тока: формулы и расчёты

Сила электротока и напряжение — две главные составляющие, из которых складывается этот показатель. Практически это легко можно объяснить на примере маленькой лампочки, получающей ток в 1 А при напряжении 1 В. Ее мощность будет составлять 1 Вт.

Как найти мощность электрического тока: формулы и расчёты

Более жизненный пример — учет затраченной электроэнергии по формуле W=IUt, где t — время работы. Чем оно выше, тем больше объем электроэнергии и выше счет за ее оплату в квитанции коммунальных служб.

Что такое внутреннее сопротивление

В электрической цепи обязательно присутствует источник питания. Обычно, оценивая его параметры, указывают, какую разность потенциалов между клеммами он обеспечивает. Если говорить об идеальной модели источника питания, то можно предположить, что он способен обеспечить в электрической цепи любую мощность с учётом имеющейся разности потенциалов.

Читайте так же:
Рельсовая цепь постоянного тока при тепловозной тяге 1

Реальные устройства в этом аспекте сильно отличаются друг от друга. Чтобы определить работоспособность аккумулятора важно знать, что такое внутреннее сопротивление. Обычно с течением времени и вследствие износа оно постепенно возрастает. Анализируя уровень и скорость того, как изменяется внутреннее сопротивление источника тока, можно принять решение о продолжении использования батареи или о необходимости её замены.

Конструкция аккумулятора

Сказанное следует пояснить на примере. Для запуска мотора автомобиля используется аккумулятор на 12 Вольт. Известно, что при этом сила тока может достигать 250 Ампер. Однако, если взять другой элемент питания с такой же разницей потенциалов, то вполне возможна ситуация, когда от него запуск мотора осуществить не получится.

В качестве примера такого источника можно рассмотреть несколько гальванических элементов, соединённых последовательно. Разница в двух рассматриваемых ситуациях определяется наличием различного внутреннего сопротивления.

Этот параметр для аккумулятора представляет собой сумму нескольких слагаемых: сопротивление каждого вывода, корпуса и используемого электролита. В некоторых источниках тока при этом могут учитываться дополнительные элементы, включённые в данную цепь.

Важно учитывать, что понятие омического сопротивления в этой ситуации неприменимо, поскольку требуется наличие в цепи только пассивных элементов. Когда создана замкнутая цепь, ток протекает не только по ней, но и внутри источника тока. Внутреннее сопротивление определяет величину потерь энергии в нём.

Его наличие в цепи можно проиллюстрировать ещё одним примером. Если на клеммах аккумулятора имеется 12 вольт, то на первый взгляд можно легко предсказать, какая сила тока будет при нагрузке 1 Ом. Очевидно, что нужно ожидать, что по цепи пройдёт ток, равный 12 Ампер.

На самом деле это утверждение не соответствует действительности: ток будет немного меньше — примерно 11.2 Ампера. Здесь нет никакого несоответствия физике. Ведь при расчёте дополнительно требуется учитывать сопротивление источника тока, из-за которого происходит расход энергии. Оно называется внутренним. Его можно мысленно представить как резистор, соединённый последовательно с источником тока.

Читайте так же:
Единицы измерения силы тока напряжения сопротивления количества теплоты

Замер емкости АКБ

Трещины, пожар и слепота: что будет, если поставить в фары не те лампы?

Лампочка в автомобиле – совсем не та штуковина, которая должна становиться крупной проблемой. Светит, пока не перегорит, потом вместо неё ставят новую. Казалось бы, ничего сложного нет. Но наши автолюбители и здесь могут создать себе кучу проблем, зачастую полагая, что они умнее инженеров автомобильной отрасли. Воткнуть вместо 55-ваттной лампочки «сотку»? Да легко! Только надо «вколхозить» подходящее реле. Или хотя бы поставить провода сечением в «четыре квадрата». К сожалению, попытки сделать свет более ярким могут привести к тому, что дорогу будет освещать не фара, а костёр горящего автомобиля. Кроме такого вот целенаправленного уничтожения фар или всего автомобиля бывают ещё случайные ошибки. Вот обо всём этом мы и поговорим.

Условно разделим наш материал на два раздела. В первой части будем осуждать, бичевать и предавать анафеме попытки модернизировать штатные фары, а во второй разберём несколько забавных неполадок, вызванных лампочками автомобиля.

Зачем и для чего

Понятно, что все кулибинские идеи вызваны желанием сделать свет галогеновых фар более ярким. Для этого можно либо что-то изменить в штатном свете, либо поставить нештатный. Начнём с первого.

Мировой разум автосообщества родил две основные концепции модернизации штатного света. Первый сводится к установке более мощных лампочек, второй – к задиранию напряжения в фарах. В обоих случаях часто что-то идёт не так. Да, эти способы могут заставить светить фары лучше, но вместе с тем они имеют кучу побочных эффектов, по сравнению с которыми употребление морфина в обезболивающих целях покажется прикладываем подорожника к синяку.

Итак, можно ли вместо 55-ваттных лампочек поставить 60-ваттные? Можно. Только толку от этого не будет: чтобы свет стал заметно лучше, нужны не «шестидесятки», а хотя бы 90-100 Вт. Светить будет действительно ярче, но очень недолго. Вспомним школьный курс физики.

Есть такой закон, который называется законом Джоуля–Ленца (Джоуль и Ленц – это два разных дяденьки). Формулировка закона гласит, что мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, равна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля. Можно переформулировать: количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка. В виде формулы в этом случае закон выглядит так:

Читайте так же:
Теплоотражательные костюмы ток 200 размеры

где Q – количество теплоты, I – сила тока, а Rt – сопротивление участка.

Очевидно, что чем выше сопротивление, тем больше будет выделяться тепла. А это значит, что проводка будет греться. Причём сильно. Кроме того, больше тепла выделяет и сама лампа. А это приводит ко множеству нежелательных последствий. Во-первых, выгорает отражатель, а пластиковый очень даже неплохо плавится.

А во-вторых, у многих машин (особенно старых) силовой ток проходит через переключатель света. Там нет реле, которые бы управлялись рычажком на руле или крутилкой на панели, и весь ток идёт напрямую через этот переключатель. Любой переключатель подразумевает наличие контактной группы, в которой есть участки повышенного сопротивления (особенно, если контакты окисленные). Согласно формуле Q=I2Rt, тепла при равном токе будет больше на участках цепи с повышенным сопротивлением. Поэтому контакты начинают гореть в буквальном смысле слова. В лучшем случае они просто плавятся. И переключатель света отправляется в помойку, потому что ремонтировать в сгоревшей «стрекозе» («гитаре» или как там их ещё называют) часто просто нечего.

По этой же причине страдают разъёмы в проводке. Они обычно пластиковые и тоже замечательно плавятся. А когда они плавятся активно, можно дотянуть и до короткого замыкания. Хорошо, если предохранители стоят не китайские – они проводку спасут. Ну а теоретически последствия могут быть очень тяжёлыми.

Чтобы избежать выхода из строя переключателя света, часто ставят разгрузочные реле. В этом случае переключатель только управляет работой реле, а силовой ток через него не проходит. Способ хороший, и он действительно помогает. Но спасает он только сам переключатель, а никак не фары и их разъёмы. Там, само собой, ток остаётся прежним, а значит, привет расплавленным отражателям, цоколям и проводам.

Ну и последнее: мощная лампа очень сильно греет рассеиватель фары. Понятно, что пластиковый тоже может поплавиться, а вот со стеклянным история другая. Он рассчитан на определённую температуру, но расплавить лампочкой его невозможно. Стекло гибнет по собственному сценарию: если его перегреть, а потом брызнуть водой из лужи, тогда оно трескается.

Читайте так же:
Тепловое движение тока определение

Получается, что установка более мощной лампы принесёт больше хлопот, чем света. Может быть, второй путь – с увеличением напряжения – даст более интересный результат?

Теоретически – да. Даже небольшое увеличение напряжения на 5% заставляет лампочку светиться чуть ли не на 20% ярче. Это, вроде бы, прекрасно, но бесплатный сыр тут урвать тоже не выйдет: такая прибавка светового потока сокращает жизнь лампы почти в два раза. Стоит оно того? Наверное, нет.

Кроме того, есть и другой вопрос: а как вообще повысить напряжение в автомобиле? Теоретически, для этого достаточно одного диода, впаянного в цепь регулятора напряжения. Есть и другие способы, но все они повысят напряжение во всей бортовой сети. Можно напрячься и повысить напряжение только на участки цепи головного света. Но это уже та степень упоротости, которую рассматривать нет смысла.

Думаю, мы привели достаточно аргументов в пользу того, что ни более мощные лампы, ни изменение напряжения на них нормального результата не дадут. Тут нужен другой подход: ставить лампы другого типа. Например, светодиодные.

Не только штрафы

Ещё один путь, которым идут некоторые товарищи, это установка светодиодных ламп вместо галогенных. Есть ли в этом смысл? Да, иногда есть, но на секунду отвлечёмся от технических вопросов и посмотрим, что об этом думают в ГИБДД.

А думают там об этом плохо. Если в обычную галогеновую фару поставить светодиодную лампу, то получится классическое нарушение пункта 3.1 перечня неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств – количество, тип, цвет, расположение и режим работы внешних световых приборов не соответствуют требованиям конструкции транспортного средства. Раньше за это просто лишали права управления, но с 2020 года ситуация изменилась. Сейчас действует постановление Пленума Верховного Суда РФ №20. Текст там длинный и нудный, но всё сводится к тому, что если цвет светодиодных лампочек не отличается от цвета заводских галогеновых, то можно отделаться штрафом в 500 рублей. Кроме того, есть способы узаконить переделку. Правда, не всегда. Но на уроки правоведения отвлекаться не будем – все эти юридические кульбиты вторичны. Вернёмся к технике.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector