Ток в 1 ампер, физический смысл одного ампера, в чем измеряется?

Формулировка «единица силы тока» была впервые употреблена французским математиком и физиком А. Ампером при повторении опытов электромагнитного взаимодействия. Впоследствии начиная с 1881 года, когда состоялся Первый Международный конгресс электриков, ампером стали называть единицу силы тока.

Содержание

Какие характеристики определяют силу тока в 1 ампер

Формальное определение данной единицы – ампер – было введено в 1948 году по предложению МКМВ (Международного комитета мер и весов). Оно гласит, что ампер – это сила постоянного тока, который протекает по беспредельно тонким длинным параллельным проводникам, отстоящим друг от друга на 1 метр и находящимся в вакууме, вызывая взаимодействие между ними силой 2 × 10−7 ньютона на каждый участок длиной 1 метр.

На практике воспроизвести условия определения невозможно, проводники имеют как конечную длину, так и конкретное сечение. Обычно сила взаимодействия определяется между двумя катушками с большим количеством витков провода. Этот принцип до 1992 года лежал в основе определения эталона ампера на токовых весах. При этом измерялась сила или момент сил, действующих на помещенную в магнитное поле катушку с током. Сила электрического тока измеряется амперметром.

С 1992 года эталон ампера в РФ определяется косвенным путем с использованием закона Ома, благодаря чему погрешность значения уменьшилась на два порядка.

Силу электрического тока можно представить как скорость изменения заряда, т. е. 1 ампер – это такая сила тока, когда за каждую секунду через поперечник проводника проходит количество электричества, равное 1 кулону (6,241·10¹⁸ электронов).

Закон Ампера – определение

А. М. Ампер не только дал свое имя единице силы тока, но и установил закон, определяющий силу воздействия однородного магнитного поля на проводник, размещенный в нем. Ее величина прямо пропорционально зависит от длины проводника, силы протекающего по нему тока, вектора магнитной индукции и синуса угла между вектором и направлением тока.

Физик первым установил особенности взаимодействия двух проводников с током. Направленное перемещение электронов – протекание тока в них – обуславливает притяжение проводников (ток течет в едином для обоих направлении) или отталкивание этих проводов при противоположном направлении протекания тока.

Представление о силе тока дают следующие характеристики процессов:

— в канале молнии она равна примерно 500 килоамперам (1 кА = 10³ А);

— во включенной стоваттной электрической лампочке протекает ток силой ≈ 0,5 А;

— примерная сила тока при лечении электрофорезом равняется 0,8 мА (1мА = 0,001A);

— в ТЭНе электрообогревателя проходит ток до 10 А.

В замкнутой цепи в любом ее месте через поперечник проводника ежесекундно проходит одно и то же количество электричества, т. е. сила тока на каждом участке цепи одинакова. Ее величина не зависит от толщины электрического проводника, т. к. заряды не имеют свойства накапливаться в одном месте.

Перспективы единицы силы тока в будущем

Условиями будущей ревизии единиц системы СИ, принятыми XXIV ГКМВ в октябре 2011 года, предусмотрено переопределение некоторых величин, в том числе и ампера. На величину единицы будет влиять вновь определенное значения электрического заряда (e = 1,602 17X·10−19 Кл).

Ампер в будущем также будет определять силу тока, но его величина будет устанавливаться в зависимости от данного числа.

Ампе́р (русское обозначение: А; международное: A) — единица измерения силы электрического тока в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. В амперах измеряется также магнитодвижущая сила и разность магнитных потенциалов (устаревшее наименование — ампер-виток)^[1]. Кроме того, ампер является единицей силы тока и относится к числу основных единиц в системе единиц МКСА.

Определение

16 ноября 2018 года на XXVI Генеральной конференции мер и весов было принято новое определение ампера, основанное на использовании численного значения элементарного электрического заряда. Формулировка, вступившая в силу 20 мая 2019 года, гласит^[2]:

Ампер, символ А, есть единица электрического тока в СИ. Она определена путём фиксации численного значения элементарного заряда равным 1,602 176 634⋅10⁻¹⁹, когда он выражен единицей Кл, которая равна А·с, где секунда определена через <math><semantics><mrow><mstyle><mi>Δ</mi><msub><mi>ν</mi><mrow><mrow><mi>C</mi><mi>s</mi></mrow></mrow></msub></mstyle></mrow><annotation>{displaystyle Delta nu _{mathrm {Cs} }}</annotation></semantics></math>

Иллюстрация к определению ампера 1948 года.</span></p>

Таким образом, фактически было возвращено изначальное определение.

Из определения ампера следует, что магнитная постоянная<math><semantics><mrow><mstyle><msub><mi>μ</mi></msub></mstyle></mrow><annotation>{displaystyle mu _{0}}</annotation></semantics></math>

Единицы СИОсновные единицы Эта страница в последний раз была отредактирована 23 марта 2020 в 23:41.

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

Информация. Скорость протекания зарядов через металлический проводник – это то, что измеряется в амперах. Количество электричества в 1 кулон (Кл), проходящее через Sсеч токовода за 1 секунду (с), равно силе тока в 1 Ампер (А).

Закон Ампера – определение

Cила тока: формула

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:

Смертельный ток для человека

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.

Внимание! Из этого выражения, например, следует, что, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение в два раза, то ток тоже увеличится вдвое. Если при постоянном значении напряжения увеличить вдвое сопротивление, то он уменьшится в два раза.

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.

Что такое дроссель

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.

Интересно. Нервная система человека начинает реагировать на прохождение тока силой от 0,5 мА. Его значение, превышающее 50 мА, уже опасно для здоровья. Действие переменного тока величиной 100 мА в течение 2-3 сек смертельно.

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.

Внимание! Современное определение: 1 ампер – это движение электронов соответствующее потоку 1/1,6*10-19 элементарных зарядов в 1 секунду.

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.

Видео

</ul></ul>Используемые источники:

• https://pue8.ru/elektrotekhnik/925-tok-v-1-amper-fizicheskij-smysl-odnogo-ampera-v-chem-izmeryaetsya.html
• https://wiki2.org/ru/ампер
• https://amperof.ru/teoriya/amper-chto-eto-takoe.html

</ul></ul></h2>