Знакомые с физикой, помогите разжевать понятие силы тока

Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи. Сила тока (I) — скалярная величина, равная отношению заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени (t) , в течение которого шёл ток.

Что такое электрический ток я понимаю. Но вот величина электрического заряда где бы и что бы я не читал моему осмыслению не дается. Это что? сгусток электронов?)) Тогда количество электричества, которое измеряется в кулонах - это что такое?) Количество этих сгустков?)))

3.3K постов 20.5K подписчиков

Запрещён оффтоп, нарушение основных правил пикабу

где то в интернетах находил очень хорошее описание по аналогии с водой!

вот у вас есть труба с таким то поперечным сечением, там протекает вода под давлением

за некоторый промежуток времени и вот по формуле вам нужно вычислить сколько литров протекло . кулоны = литры

Почему сгусток? Просто электроны. Они перемещаются в проводнике, это и называется током

С осмыслением электрического заряда физики вам не особо помогут. Но сначала анекдот.

Профессор спрашивает на экзамене: "Что такое электричество?" Студент отвечает: "Ну. знал, но забыл". Профессор: "Вот ёлки-палки, всего один человек в мире знал, что такое электричество, и тот забыл".

По определению, электрический заряд - это физическая величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Электромагнитное поле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами.

Электромагнитное взаимодействие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом.

Все. Приехали. Определения указывают на себя. Порочный круг замкнулся. См. сепульки.

Просто там написано "фундаментальные". А ничего элементарней и фундаментальней элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий нам не известно. Если хочется подробней, то ответ будет "так надо": это свойства этой Вселенной или так боги захотели. И все определения в итоге сводятся к элементарным частицам и фундаментальным взаимодействиям.

1. Сила тока, она потому и сила, потому что Ампер получил это определение после того, как провел опыты по взаимодействию проводников с током. Это потом науке стало известно, что электрический ток это поток заряженных частиц, потом поняли, что заряд электрона самый маленький. В 1910 году этот заряд смогли точно измерить, потом пришло время квантовой электродинамики и понимания того, что заряд тоже квантуется и квантом является заряд электрона.2. Заряд это физическая величина, которая характеризует свойство, как масса у тела. А свойство это быть источником полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Термин заряд ввел Кулон, который проводил опыты по взаимодействию заряженных тел.3. Когда поняли, что электрический ток это поток заряженных частиц, начали это дело более подробно изучать и появился термин Количество электричества, то есть количество заряда перенесенного этими частицами. Это я все к чему, понятие заряда и количества электричества это как понятие инертной и гравитационной массы, на первый взгляд это одно и тоже, но по сути вещи разные, но очень близкие

Что то вспомнилось:

Спи, мой мальчик крепко,

Завтра встанем рано.

Папа нам расскажет,

Если мы попросим,

Про ядро урана – 238.

Электрический заряд и количество электричества - это одно и то же, практически. То и то измеряется в Кулонах. Каждый электрон имеет заряд 1.6 × 10^-19 Кулона.

Когда мы говорим про электрический заряд (т.е., заряженное проводящее тело), то заряд равен заряду одного электрона умноженному на количество избыточных (при отрицательном заряде) или недостающих (при положительном заряде) электронов в данном теле.

Когда же говорим о количестве электричества, перенесенном в единицу времени через поперечное сечение проводника, то оно также пропорционально количеству электронов, прошедших через это сечение за единицу времени. И коэффициэнт пропорциональности тот же 1.6 × 10^-19

В общем, проще так.

Тоннель, шириной в метр, по нему идут плотным строем люди. Длина тоннеля 100 метров, и количество людей, одновременно находящихся в тоннеле это напряжение.

Все эти люди, находящиеся в тоннеле, идут от входа к выходу из тоннеля, и во время своего движения передают из рук в руки от направления от входа к выходу шарики, допустим от подшипника. Эти шарики-ток.Только эти шарики можно передавать впереди идущему при условии движения на выход из тоннеля.

Источник тока и источник напряжения в фильме "Источник"

вот тут отличный фильм (как весь контент на этом канале )

Условия существования электрического тока в проводнике:

1. наличие свободных заряженных частиц ( в металлическом проводнике - свободных электронов),

2. наличие электрического поля в проводнике

(электрическое поле в проводнике создается источниками тока.).

Электрический ток имеет направление.

За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток.

Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Для меня самое понятное определение электрического тока - это скорость изменения заряда I=q/t

сила тока - это количество электронов, проходящих через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени, ну скажем, за секунду.

И чем бОльшее количество электронов "бежит" по проводку, то есть через поперечное сечение их пройдет больше за какое-то время, следовательно в таком проводе будет больше сила тока.

Это не мои слова, забей в гугле Практическая электроника

Для наглядности можно сравнить с течением воды по трубе.

Посмотрите лекцию Чирцова на эту тему, есть на ютубе.

Кулон это тот же ампер/час только в секунду. например через провод прошло 5 ампер в течении часа.

можно сказать об этом кол-ве электричества 5А/Ч, но можно и 5*3600=18кК

Величина электрического заряда, если мне не изменяет память, это и есть те самые кулоны. При чем тут количество электронов - не совсем понял

Сила тока - если просто - скорость тока (перемещения заряда) в проводнике.

О ВЕЛИКОМ ПРОТИВОСТОЯНИИ

Томас Альва Эдисон считал, что будущее — за постоянным током, и производил разнообразное оборудование для его генерирования и использования.

Джордж Вестингауз сделал ставку на переменный ток.

Эдисон дважды цинично обманул молодого инженера Николу Теслу, не заплатив ему огромные по тем временам деньги — в первый раз $25,000, во второй $50,000, а наняв Теслу на работу, всячески ограничивал его исследования.

Вестингауз купил у Теслы около сорока патентов за $1,000,000 и предоставил долю в бизнесе.

Эдисон развернул чёрную PR-кампанию невиданного масштаба для дискредитации переменного тока и всего, что с ним связано, вплоть до фальшивого описания в газете мучений человека, которого казнят на электрическом стуле.

Вестингауз и его партнёр-консультант Никола Тесла продолжали развивать производство и внедрение оборудования переменного тока, демонстрируя его подавляющее преимущество перед постоянным током.

Двухфазные, а после и трёхфазные устройства переменного тока вскоре завоевали мир: Тесла с Вестингаузом победили Эдисона, который так сказал про войну токов:

На картинке — скульптура "Электрик" (Великий Новгород, Россия).

Вопрос про оголённый конец

Вооружившись прошлогодним салатом, наблюдаю шедевры синематографа, и в одном из них весьма затейливо умертвили персонажа. У меня возник нубский вопрос: если я стою в широченной луже с одного края, а с другого края в лужу падает оголённый электропровод, меня ёбом токнет, или же электричество по кратчайшему пути должно пойти через воду в землю?

И как вообще выглядит движение электронов из провода в землю? Почему они стремятся в землю, как разбегаются по площади и куда в земле деваются?

Пожалуйста, не пинайте за глупые вопросы жертву системы среднего образования, а лучше поддержите знаниями.

Пламя свечи в электрическом поле

Гул от электростанции

Может тут есть спецы, которые работают на электростанциях. Купили квартиру, недалеко от дома в 300 метрах стоит электрическая подстанция на 110/10 кВ. Вопрос: ночами становится слышно гул высоковольтный, частота меняется. Звук так давит на мозг, уснуть сложно, через стену квартиры шарашит. Это какие-то нагрузочные испытания проводят и так будет всегда или на эти регламентные работы как-то можно влиять? Днем почему-то такого гула не наблюдаю, но возможно он теряется за фоновым городским шумом?

«. двадцать семь тысяч вольт»

Помню, в детстве катался на электричках с отцом (он железнодорожник).. И ещё чётко помню, как хрипловатый голос из-под потолка призывал не лезть на вагоны, а то напряжение контактной сети «двадцать семь тысяч вольт».

От отца я точно знал, что напряжение в проводах — высокое, ток — переменный, он мне много чего в детстве объяснял интересного.

Родился я в Саратове, и что бывают другие напряжения в контактной сети, узнал случайно, от друга, который больше, чем железную дорогу, любит только ЛЭП, наверное.

Таки история

Электровозы с 30-ых годов девятнадцатого века будоражили умы изобретателей — тогда только изобрели модное электричество, и надо было срочно избавляться от лошади, пара и с ноги заходить в светлый мир будущего. Пока инженеры строили свои электрические повозки, доводили до ума двигатели, паровоз просто работал.

Только через 60 лет электрифицировали кусочек не тестово-опытной, а настоящей, действующей ЖД в США — но только в тоннелях, чтобы паровозы перестали там чадить. Напряжение было постоянным и низким: 650 Вольт.

Всем срочно хотелось больше скорости, мощности, а вопрос был в том, как передать ток по проводам без потерей. Потери идут из-за нагрева, а нагрев зависит только от силы тока.

Если повысить напряжение, можно оставить ту же мощность, но снизить силу тока, а значит и нагрев!

Итак, в начале прошлого века строят линии на 1500 и 3000 Вольт постоянного тока — кто как хочет — Европа же, у них там можно. Почему так? Постоянный ток очень удобно превращать в движение: двигатели компактные, простые, легко регулировать мощность.

Зато низкое (относительно будущих десятков киловольт) постоянное напряжение приносит очень много боли, когда разговор заходит о преобразовании напряжения и передачи его на большие расстояния.

К счастью, «война токов» (Теслы и Эдисона) уже заканчивалась, и в мире побеждал переменный. Поэтому можно было вдоль путей ставить трансформаторы, которые высокое напряжение по щелчку пальца уменьшают, остаётся только этот ток выпрямить да подать в электровоз через контактный рельс, провод — или что вы там ещё придумаете. Выпрямление переменки тоже тогда вызывало проблемы, кстати — до полупроводников ещё 50 лет.

Мой респект советским инженерам.

Москва, Питер и окрестности к концу 20-ых годов прошлого века уже были на 3000 Вольтах постоянного тока, а когда советы решили насадить электрификацию на Кавказе, стало понятно, что в гору требуется гораздо больше энергии. И больше потерь, если передавать по линиям 3 кВ. Можно сделать с двумя контактными проводами и подстанциями через каждые пару километров (как сейчас делают на загруженных участках, чтоб «Сапсан» летал), но зачем?

Решили 25 киловольт сделать. К тому времени появились вполне приличные движки на переменном токе. Правда пока разрабатывали, война началась, а в 50-ых уже французы первыми сделали.

Современным электровозам без разницы — 25 или 3, переменка или постоянка, как этот ЭП20 в модных очках.

Плюсы переменки:

— Легко сделать из 100+ киловольт с ЛЭП нужные 25 с помощью трансформатора.

— Малые потери энергии при передаче

— Можно передать большую мощность.

— Пока не появились нормальные полупроводники, ток выпрямляли и управляли движками с помощью ртутных лампам. А когда в нескольких стеклянных колбах в локомотиве греется и трясётся в сумме пару стаканов ртути. Короче локомотивная бригада носила противогазы на всякий пожарный.

— Если залез на крышу, то переменкой 25 кВ вдарит намного крепче, чем постоянкой 3 кВ.

Вы же не забыли, что в Саратове «. двадцать семь тысяч вольт», а в Москве — три?

Во-первых, почему 27? Должно ж 25.

— Из-за того, что пускают обычно побольше, и пусть себе теряется-просаживается до нормы потом. Электровозы работают от 19 до 29 кВ, они же это напряжение всё равно понижают, чтоб всадить в движки.

Во-вторых, как соединяются две разные системы: постоянного и переменного тока?

— Загнать поезд на станцию, отцепить локомотив, увести, переключить напряжение, пригнать другой и подцепить.

— Между участками с разным напряжением сделать без электричества — тогда соединять через тепловозный участок, вот и делов-то, ничего на станции переключать не надо. Это тепловозная вставка. Распространённая вещь (смотрите карту).

Ссылка на полную карту:

— Купить дорогой, тяжёлый (ну это плюс даже — колёса будут лучше цепляться за рельсы) электровоз, который работает на любом напряжении. Разгонится такой на одном напряжении, проедет несколько метров вхолостую, подцепится к новой системе и спокойно дальше поедет.

Собственно, карта. От Москвы до Саратова надо сменить локомотив трижды — есть тепловозный участок от Мичуринска до Ртищево, а в Узуново меняют переменку на постоянку

Понимаю, что всем до смерти надоела вода и SEO-шная дичь на на ядзене, когда авторы тянут резину до дочитки. Я, в принципе, на своём канале тоже тяну — но если вы сюда дочитали, значит сработало?

Катушки

Химический диод. ИСПЫТАНИЕ

На основе отзывов не предыдущий пост сделал некоторые выводы и измерения. Без говорящей головы, с осциллограммами, всё как хотели критики.

Измеряю основные параметры работы этого устройства и показываю возможность его практического применения.

Конструктивно выпрямитель состоит из пластиковой емкости, двух алюминиевых электродов, стального электрода и электролита, полученного растворением примерно двух чайных ложек пищевой соды на 200 миллилитров воды комнатной температуры.

Алюминиевый электрод сделан из 6 метров алюминиевого провода сечением 2.5 кв мм. Площадь алюминиевого электрода – около 330 кв см, но из-за того, что проволока свернута в спираль и часть витков накладывается друг на друга, рабочая площадь получается меньше.

Такая сборка функционально соответствует двум диодам, соединенным вместе анодами.

Роль общего анода играет стальной электрод.

Для электропитания стенда используется сетевой трансформатор с двумя вторичными обмотками на 13 вольт. Они нужны для получения низкого напряжения промышленной частоты 50 герц и для гальванической развязки испытательного стенда от электросети.

Схемы, измерения, провода и лампочки - в видеоролике.

Закон Ома и закон Джоуля-Ленца для чайников: почему может меняться фактическая мощность одного и того же электронагревательного прибора

Это объявленная ранее публикация о том, как благодаря закону Ома и закону Джоуля-Ленца один и тот же водонагреватель может как заработать, так и не заработать через автоматический выключатель одного и того же номинала, а один и тот же чайник может нагревать воду с разной скоростью.

Читатель мог подумоть, что физика в объеме школьной программе никогда не понадобится в обычной жизни, но вот прямо сейчас она как понадобится.

Простой бытовой сюжет начинается с мыслей о ежегодном плановом отключении горячей воды и поиска проточного водонагревателя, который можно включать в «обычную» розетку на 16 ампер. Рынок предлагает несколько моделей с заявленной мощностью в 3500 ватт. В описании так и указано: «мощность 3500 ватт». Делим 3500 ватт на 220 вольт – получаем силу тока 15.91 ампера, как раз немного меньше, чем 16 ампер.

Именно поэтому мощность не 3400 и не 3600 – выбрано максимальное «круглое» значение мощности, которое должно безопасно получаться из обычной розетки на 16 ампер. Это в теории, а на практике.

. читаем отзывы на одну и ту же модель водонагревателя. Одни покупатели пишут, что водонагреватель работает через автоматический выключатель на 16 ампер, другие – что такой выключатель стабильно отключается через несколько минут работы водонагревателя. Одни покупатели пишут, что работает без нареканий, другие – что проводка становится теплой.

Это ЖЖЖЖЖ явно неспроста. Неправильные пчелы? Нет, это проявление закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

В описании водонагревателя рядом с текстом «мощность 3500 ватт» также написано «напряжение 220 вольт». Читать нужно так: «мощность составляет 3500 ватт при напряжении питания 220 вольт».

Фактическое значение сетевого напряжения может отличаться от номинального по целому ряду причин. В зависимости от состояния электросетей и настройки трансформаторов на подстанциях напряжение может постоянно быть немного ниже или немного выше номинального. Помимо этого фактическое напряжение может меняться в течение суток из-за колебаний потребления электроэнергии.

Это нормально, пока отклонение от номинала остается в пределах, установленных нормативами. Бывает еще, что напряжение отличается от номинального в нарушение требований нормативов – читатель наверняка слышал истории о даче, где электросети изношены или перегружены и чайник еле-еле греет, а стиральная машина не включается и надежно работает только зарядное устройство с диапазоном входных напряжений 100–240 вольт.

Все производители электроприборов, которые не хотят разориться на замене сломавшихся электроприборов и компенсации вреда от их возгораний, делают электроприборы так, чтобы они безопасно работали в широком диапазоне допустимых по нормативам напряжений. Безопасная работа – хорошо, но при изменении напряжения может меняться сила тока через электронагревательный прибор и в результате будет изменяться его фактическая мощность.

Пришло время вспомнить закон Ома.

Закон Ома для участка цепи записывается обычно вот так:

I – сила тока в участке цепи, U – напряжение на его границах, R – электрическое сопротивление участка.

Из этого соотношения прямо следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения сила тока возрастает линейно. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока тоже возрастает на 10 процентов. При убывании напряжения сила тока линейно убывает.

При протекании электрического тока через участок цепи в нем выделяется тепло, это так называемое тепловое действие электрического тока. Мощность выделяемого тепла определяется так (следствие закона Джоуля-Ленца):

P – мощность выделяемого тепла, I – сила тока, R – сопротивление.

Из этого соотношения следует, что при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании силы тока мощность тепла возрастает квадратично. Сила тока возрастает на 10 процентов – мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент (1.10 × 1.10 = 1.21).

Поэтому при неизменном электрическом сопротивлении и возрастании напряжения мощность выделяемого тепла возрастает квадратично. Это следствие двух указанных выше соотношений. Напряжение возрастает на 10 процентов – сила тока также возрастает на 10 процентов и мощность выделяемого тепла возрастает на 21 процент.

Это не бесполезная теория. Производители бытовой техники, которые собираются продавать технику в как можно большее число государств, учитывают, что входное напряжение может немного отличаться, и в описании чайника указывают например следующее: «220–240 вольт 2000–2400 ватт». Верхнее значение диапазона напряжения на 9 процентов выше нижнего, а верхнее значение диапазона мощности на 19% выше нижнего – мощность выделяемого тепла квадратично растет с ростом напряжения. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

Да, один и тот же чайник может потреблять разную мощность в зависимости от фактического напряжения в электросети. Сила тока через нагревательный элемент чайника также может изменяться в зависимости от напряжения. Скорость нагревания одного и того же объема воды на одну и ту же разность температур будет разной в зависимости от напряжения в электросети. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

И то же самое с водонагревателями. «мощность 3500 ватт напряжение 220 вольт». А фактическое напряжение не 220, а 230 вольт – это допустимо по действующим в России в 2021 году нормативам. Фактическое напряжение выше указанного на табличке водонагревателя на 4.55 процента. Сила тока будет выше также на 4.55 процента – не 15.91 ампера, а 16.63 ампера. Мощность составит 3825 ватт.

При фактическом напряжении 235 вольт (на 6.8 процента выше указанного на табличке) сила тока будет 17 ампер, а мощность – 3993 ватта.

Надо бы подумоть о таком неудобстве: повышение силы тока приведет к увеличению нагрева проводов, их соединений и розетки. Розетка-то как была на 16 ампер, так и осталась, и провода все те же и скрутки и клеммники никуда не делись. Но пока не будем обращать на это внимание, пока попробуем оценить.

. сколько времени потребуется автоматическому выключателю, чтобы сработать при таких превышениях силы тока выше номинала? Здесь придется выйти за пределы школьной программы по физике.

Ответ на этот вопрос дает так называемая время-токовая характеристика автоматического выключателя. Она показывает, сколько времени требуется для срабатывания автоматического выключателя в зависимости от того, насколько фактическая сила тока превышает номинал выключателя. Время срабатывания разное при разной температуре воздуха – если автоматический выключатель хуже охлаждается, он при той же силе тока быстрее прогреется и сработает раньше. Это не знакомый электрик – сын маминой подруги – сказал, это написано.

. в увлекательном документе ГОСТ Р 50345-2010 (является действующим на 2021 год).

Неисправимо оптимистичные читатели могут написать в комментариях о пункте 3.5.15 этого стандарта («условный ток нерасцепления») и заявить, что автоматический выключатель обязан не отключаться в течение не менее часа, если фактическая сила тока не превышает номинал выключателя более чем на 13%. В случае выключателя на 16 ампер речь идет о токе силой чуть больше 18 ампер. Вроде бы есть простор (на возможный перегрев проводов, соединений и розетки все еще не обращаем внимания).

Но помимо пункта об «условном токе нерасцепления» есть и другие интересные и важные. Например, в 8.6.1. рассказывают о «нормальной время-токовой характеристике» – она задается для «температуры окружающего воздуха» 30 градусов.

«Температура окружающего воздуха» – это не температура воздуха в помещении, а температура воздуха вокруг выключателя внутри электрощита. Внутри того же самого щита метры проводов, клеммники, другие выключатели, и все они могут нагреваться, вместе сильно прогревая воздух вокруг выключателя (а заодно и собственную изоляцию).

Время срабатывания выключателя, через который включен водонагреватель, будет зависеть и от фактической величины сетевого напряжения, и от охлаждения воздуха внутри электрощита, в котором находится выключатель, и от выделения тепла всем остальным содержимым того же электрощита. Здорово, правда?

Кстати, при увеличении силы тока на 13% его тепловое действие увеличивается. да, на 27.7 процентов. Это дополнительный нагрев всей цепи, в которой протекает избыточный ток. Это нагрев проводов, соединений, розеток. Здорово, правда? Именно о таком испытании своих электрических цепей, которые далеко не всегда сделаны с требуемыми по нормативам запасами, мечтает каждый покупатель бытовых приборов. Условный ток нерасцепления в нормальной время-токовой характеристике уже не выглядит таким привлекательным и теперь не только «решает» проблемы, но быть может и создает новые.

Поэтому электронагревательный прибор с мощностью «на пределе возможного» – это интригующая неопределенность. Может заработать без нареканий, а может беспокоить покупателя перегревом проводов или вызывать срабатывание автоматических выключателей.

Разгадывание таких ребусов – явно не то, к чему обычно готовится покупатель, выбирая бытовой электроприбор, который поставляется с сетевым проводом с вилкой для включения в «обычную» розетку. Он хотел просто помыться теплой водой. Такой наивный.

А теперь. краткий пересказ написанного выше.

1. Чем выше фактическое напряжение, тем большую фактическую мощность потребляет тот же электронагревательный прибор, тем выше сила тока через него и тем больше разогреваются все элементы электрической цепи, в которую он включен, – провода, вилка, розетка, автоматические выключатели и другое содержимое электрощита. Это следствие закона Ома и закона Джоуля-Ленца.

2. Фактическое напряжение может быть разным в разных домах одного квартала, разных подъездах одного дома, разных квартирах одного подъезда и изменяться в течение суток. Это нормально, это случается повсюду, так устроены распределительные электрические сети.

3. Чем выше температура воздуха вокруг автоматического выключателя и чем больше превышение фактической силы тока над номиналом автоматического выключателя, тем быстрее он срабатывает. Так устроены автоматические выключатели. ГОСТ Р 50345-2010 – увлекательный документ.

4. Электронагревательные приборы с мощностью «на пределе возможного» – неоднозначное решение для бытовых приборов, которые покупатель привозит из магазина и включает в «обычную» розетку. Покупатель, который наивно надеялся помыться теплой водой, может застрять в разгадывании разнообразных ребусов.