Mevcut güç nedir: tanım, formül, ölçü birimleri. Akım kuvveti nedir, formüller Elektrik akım kuvvetinin belirlenmesi
Sanırım “mevcut güç” ifadesini birden fazla duymuşsunuzdur. Güç ne için gereklidir? Peki, yararlı ya da yararsız işler yapmak için ne için? Önemli olan bir şeyler yapmaktır. Bedenimizin de gücü var. Bazı insanlar öyle bir güce sahiptir ki tek vuruşta bir tuğlayı paramparça edebilir, bazıları ise kaşığı bile kaldıramaz. Öyleyse sevgili okurlarım, elektrik akımının da bir gücü vardır.
Bahçenizi suladığınız bir hortum hayal edin.
Hortum bir tel olsun ve içindeki su da elektrik akımı olsun. Musluğu hafifçe açtık ve hortumdan su aktı. Yavaş yavaş ama yine de koşuyordu. Jet kuvveti çok zayıf. Şimdi musluğu sonuna kadar açalım. Sonuç olarak dere o kadar güçlü fışkıracak ki, komşunuzun bahçesini bile sulayabilirsiniz.
Şimdi bir kovayı doldurduğunuzu hayal edin. Musluktan veya hortumdan gelen su basıncı onu daha hızlı doldurur mu? Hortum ve musluğun çapı aynıdır
Tabii ki sarı hortumun basıncıyla! Peki bu neden oluyor? Mesele şu ki, musluktan ve sarı hortumdan eşit sürede çıkan suyun hacmi de farklıdır. Veya başka bir deyişle, aynı anda hortumdan musluktan çok daha fazla sayıda su molekülü akacaktır.
Mevcut güç nedir
Tellerle tamamen aynı hikaye). Yani eşit bir süre boyunca tel boyunca ilerleyen elektronların sayısı tamamen farklı olabilir. Buradan mevcut gücün tanımını çıkarabiliriz.
Yani akım, bir iletkenin kesit alanından birim zaman başına, örneğin saniyede geçen elektron sayısıdır. Aşağıdaki şekilde elektrik akımının geçtiği telin aynı kesit alanı yeşil çizgilerle gölgelenmiştir.
Ve bir süre boyunca iletkenin kesiti boyunca tel boyunca "akan" elektron sayısı ne kadar fazla olursa, iletkendeki akım gücü de o kadar büyük olacaktır.
Veya başka bir deyişle çaydanlık formülü:
Nerede
I – gerçek akım gücü
N – elektron sayısı
t, bu elektronların iletkenin kesiti boyunca ilerlediği süredir.
Akım gücü sözde ölçülür Amper Fransız bilim adamı André-Marie Ampère'nin onuruna.
Ayrıca, her bir hortumun yalnızca belirli bir maksimum su akışına dayanabileceğini, aksi takdirde ya bu tür bir basınçtan dolayı bir yerde delik açacağını ya da basitçe parçalara ayrılacağını unutmayın. Teller için de durum aynıdır. Bu kablodan ne kadar maksimum akım geçirebileceğimizi bilmemiz gerekiyor. Örneğin kesiti 1 mm2 olan bir bakır tel için normal değer 10 Amperdir. Daha fazlasını sağlarsak tel ya ısınmaya ya da erimeye başlayacaktır. Bu prensibe dayanmaktadırlar. Bu nedenle içinden yüzlerce ve binlerce amperin "geçtiği" güç kabloları büyük çapta alınır ve özgül gücü çok küçük olduğundan bakırdan yapılmaya çalışılır.
Lise fizik derslerindeki temel varsayımı hatırlıyoruz. Şuna benziyor:
Mevcut güç yüklü parçacıkların düzenli hareketini niceliksel olarak karakterize eden bir miktardır
Bu tanımı anlamak için öncelikle “yüklü parçacıkların düzenli hareketinin” ne olduğunu bulmanız gerekir. Elektrik akımı tam olarak budur. Böylece akım gücü, elektrik akımının sayısal olarak ölçülmesine olanak sağlar.
Örneğin belirli miktardaki elektrik yükü bir iletkenin içinden 1 saat veya 1 saniyede akabilir. İkinci durumda yüklerin geçiş yoğunluğunun çok daha büyük olacağı açıktır. Buna göre akım daha büyük olacaktır. Uluslararası SI sisteminde zaman birimi 1 saniye olarak kabul edildiğinden akım kuvvetinin tanımına geliyoruz.
Mevcut güç bir iletkenin kesitinden bir saniyede geçen elektrik miktarıdır.
Akım birimi
Akımın birimi Amper. Amper, her saniyede bir iletkenin kesitinden bir coulomb'a eşit miktarda elektriğin geçtiği elektrik akımının gücüdür: 1 amper = 1 coulomb/1 saniye.
Enerji sektöründe en yaygın olarak bulunan ek ölçü birimleri:
- 1 mA (miliamper) = 0,001 A;
- 1 µA (mikroamper) = 0,000001 A;
- 1 kA (kiloamper) = 1000 A.
Artık akımın nasıl ölçüldüğünü biliyoruz.
Mevcut ölçüm
Akım gücünü ölçmek için bir cihaz kullanılır Ampermetre. Çok düşük akımları ölçmek için miliampermetreler ve mikroampermetreler kullanılır.
Ampermetre ve miliammetre sembolleri
Akımı ölçmek için ampermetreyi açık devreye yani seri olarak bağlamanız gerekir. Ölçülen akım kaynaktan ampermetre ve alıcıdan geçer. Ampermetre iğnesi devredeki akımı gösterir. Basit bir kapalı devredeki (dalsız) akım gücü devrenin tüm noktalarında aynı olacağından, devrede ampermetrenin tam olarak nerede açılacağı önemli değildir.
Ampermetre cihazı
Teknolojide çok yüksek akımlar (binlerce amper) ve çok küçük akımlar (bir amperin milyonda biri) vardır.
Örneğin, bir elektrikli sobanın mevcut gücü yaklaşık 4-5 amper, akkor lambalar - 0,3 ila 4 amper (ve daha fazlası) arasındadır. Fotosellerden geçen akım yalnızca birkaç mikroamperdir. Tramvay ağına elektrik sağlayan trafo merkezlerinin ana tellerinde akım binlerce ampere ulaşıyor.
İçerik:
Elektrik mühendisliğinde yüklü parçacıkların bir iletken içindeki hareketine elektrik akımı denir. Elektrik akımı yalnızca iletkenden geçen elektrik enerjisi miktarıyla karakterize edilmez, çünkü 60 dakika içinde 1 Coulomb'a eşit elektrik geçebilir, ancak iletkenden bir saniyede aynı miktarda elektrik geçebilir.
Mevcut güç nedir
Farklı zaman aralıklarında bir iletkenden geçen elektrik miktarı göz önüne alındığında, akımın daha kısa bir süre boyunca daha yoğun aktığı açıktır, bu nedenle elektrik akımının özelliklerine başka bir tanım getirilir - bu akım gücüdür, iletkende saniye başına akan akım ile karakterize edilir. Elektrik mühendisliğinde geçen akımın büyüklüğünün ölçü birimi amperdir.
Başka bir deyişle, bir iletkendeki elektrik akımının gücü, bir saniye içinde kesitinden geçen ve I harfiyle işaretlenen elektrik miktarıdır. Akımın gücü amper cinsinden ölçülür - bu en küçük dairesel bölümleri 100 cm ile ayrılmış ve vakumda bulunan sonsuz paralel tellerden geçen ve iletkenin bir metre uzunluğunda bir kuvvetle etkileşime neden olan sabit bir akımın gücüne eşit bir ölçüm birimi = Her 100 cm uzunluk için 2*10 eksi 7 Newton derecesi.
Uzmanlar genellikle geçen akımın büyüklüğünü belirler; Ukrayna'da (tıngırdama gücü), her saniye iletkenin kesitinden 1 coulomb elektrik geçtiğinde 1 ampere eşittir.
Elektrik mühendisliğinde, geçen akımın değerinin belirlenmesinde diğer niceliklerin sıklıkla kullanıldığını görebilirsiniz: 1 miliamper, bir / Amper'e eşittir, 10 üzeri eksi Amper'in üçüncü kuvveti, bir mikroamper on üzeri eksi altıdır. Amperin gücü.
Belirli bir süre boyunca bir iletkenden geçen elektrik miktarını bilerek, aşağıdaki formülü kullanarak mevcut gücü (Ukrayna'da dedikleri gibi - strumu kuvveti) hesaplayabilirsiniz:
Bir elektrik devresi kapalı ve dalsız olduğunda kesitindeki her noktada saniyede aynı miktarda elektrik akar. Teorik olarak bu durum, elektrik yüklerinin devrenin herhangi bir yerinde birikmesinin imkansızlığıyla açıklanır; bu nedenle akım şiddeti her yerde aynıdır.
Bu kural, dalların bulunduğu karmaşık devreler için de geçerlidir, ancak basit bir elektrik devresi olarak düşünülebilecek karmaşık bir devrenin bazı bölümleri için de geçerlidir.
Akım nasıl ölçülür?
Akımın büyüklüğü, ampermetre adı verilen bir cihazla ve ayrıca küçük değerler için - aşağıdaki fotoğrafta görülebilen bir miliampermetre ve bir mikroampermetre ile ölçülür:
İnsanlar arasında bir iletkendeki akım kuvveti yükten (tüketici) önce ölçüldüğünde değerin sonrasından daha yüksek olacağına dair bir görüş vardır. Bu, tüketiciyi harekete geçirmek için güya bir miktar güç harcanacağı varsayımına dayanan hatalı bir görüştür. Bir iletkendeki elektrik akımı, yüklü elektronların katıldığı bir elektromanyetik süreçtir; belirli bir yönde hareket ederler, ancak enerjiyi ileten elektronlar değil, iletkeni çevreleyen elektromanyetik alandır.
Zincirin başlangıcından ayrılan elektronların sayısı, tüketiciden sonra zincirin sonundaki elektronların sayısına eşit olacaktır, bunlar kullanılamaz.
Ne tür iletkenler var? Uzmanlar “iletken” kavramını, yüklü parçacıkların serbestçe hareket edebildiği bir malzeme olarak tanımlıyor. Pratikte hemen hemen tüm metaller, asitler ve tuzlu su çözeltileri bu tür özelliklere sahiptir. Yüklü parçacıkların hareketinin zor, hatta imkansız olduğu malzeme veya maddelere yalıtkanlar (dielektrikler) adı verilir. Yaygın dielektrik malzemeler, yapay bir yalıtkan olan kuvars veya ebonittir.
Çözüm
Pratikte modern ekipmanlar, yüzlerce hatta binlerce ampere kadar büyük akım değerlerinin yanı sıra küçük değerlerle de çalışır. Farklı cihazlardaki akım değerinin günlük yaşamdaki bir örneği, 5 A değerine ulaştığı bir elektrikli soba olabilir ve basit bir akkor lamba, bir fotoselde geçen akımın değeri olan 0,4 A değerine sahip olabilir; mikroamper cinsinden ölçülür. Şehir içi toplu taşıma hatlarında (troleybüs, tramvay) geçen akımın değeri 1000 A'ya ulaşır.
16. Elektrik akımı. Mevcut güç. Akım Yoğunluğu
Elektrik akımı, bir elektrik alanının etkisi altında elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketidir.
Akım gücü (I), iletkenin kesitinden geçen yükün (q) akımın aktığı süreye (t) oranına eşit skaler bir miktardır.
I=q/t, burada I akımdır, q yüktür, t zamandır.
Akımın SI birimi: [I]=1A (amper)
17. Güncel kaynaklar. Kaynak em'leri
Akım kaynağı, bir tür enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir cihazdır.
EMF, kaynağın enerji karakteristiğidir. Bu, bir elektrik yükünü kapalı bir devre boyunca hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işin bu yüke oranına eşit fiziksel bir niceliktir:
Volt (V) cinsinden ölçülür.
EMF kaynağı, terminallerindeki voltajın kaynaktan akan akıma bağlı olmadığı ve EMF'sine eşit olduğu iki terminalli bir ağdır. Kaynak emk'si sabit veya zamanın bir fonksiyonu olarak veya harici kontrol etkisinin bir fonksiyonu olarak ayarlanabilir.
18. Ohm kanunu : Bir iletkenin homojen bir bölümünden akan akımın gücü, iletken üzerindeki voltaj düşüşüyle doğru orantılıdır:
-Ohm yasasının integral formu R – iletkenin elektrik direnci
Direncin karşılıklılığına iletkenlik denir. Direncin karşılığına iletkenlik denir: Ohm'un karşılığına Siemens [Sm] denir.
- Diferansiyel formda Ohm yasası.
19. Genelleştirilmiş Ohm yasası
Genelleştirilmiş Ohm yasası bir direnç içeren bir DC devresinin bir bölümündeki temel elektriksel büyüklükler ile ideal bir emk kaynağı arasındaki ilişkiyi belirler (Şekil 1.2):
Formül, Şekil 1.2'de gösterilen devre bölümündeki gerilim düşüşünün pozitif yönleri için geçerlidir. Uab), ideal bir EMF kaynağı ( e) ve akımın pozitif yönü ( BEN).
Joule-Lenz yasası
Joule-Lenz yasasının ifadesi
Yasanın ayrılmaz şekli
İletkenin akım gücünün ve direncinin zamanla değişmediğini varsayarsak Joule-Lenz yasası basitleştirilmiş bir biçimde yazılabilir:
Ohm yasasını ve cebirsel dönüşümleri uygulayarak aşağıdaki eşdeğer formülleri elde ederiz:
Ohm kanununa göre eşdeğer ısı ifadeleri
Joule-Lenz yasasının sözlü tanımı
İletkenin akım gücünün ve direncinin zamanla değişmediğini varsayarsak Joule-Lenz yasası basitleştirilmiş bir biçimde yazılabilir:
20. Bir manyetik alan - hareket durumlarına bakılmaksızın, hareketli elektrik yüklerine ve manyetik momentli cisimlere etki eden bir kuvvet alanı; elektromanyetik alanın manyetik bileşeni
Bir manyetik alan, yüklü parçacıkların akımı ve/veya elektronların manyetik momentleri (ve genellikle çok daha az ölçüde kendini gösteren diğer parçacıkların manyetik momentleri) (kalıcı mıknatıslar) tarafından oluşturulabilir.
Ayrıca zamanla elektrik alanının değişmesi sonucu ortaya çıkar.
Manyetik alanın ana güç özelliği manyetik indüksiyon vektörü (manyetik alan indüksiyon vektörü). Matematiksel açıdan bakıldığında, manyetik alanın fiziksel kavramını tanımlayan ve belirten bir vektör alanıdır. Kısaca belirtmek gerekirse, manyetik indüksiyon vektörüne genellikle manyetik alan adı verilir (her ne kadar bu muhtemelen terimin en katı kullanımı olmasa da).
Manyetik alanın bir diğer temel özelliği (manyetik indüksiyona alternatif ve onunla yakından ilişkili, fiziksel değer olarak neredeyse ona eşit) vektör potansiyeli .
Birlikte manyetik veelektrikalanlar formuelektromanyetik alantezahürleri özellikleışıkve diğerlerielektromanyetik dalgalar.
Bir manyetik alan yaratılır (oluşturulur)yüklü parçacıkların akımıveya zamanla değişiyorElektrik alanı, veya kendimanyetik anlarparçacıklar (ikincisi, resmin tekdüzeliği adına resmi olarak elektrik akımlarına indirgenebilir)
Manyetik alanların grafiksel gösterimi
Manyetik indüksiyon çizgileri, manyetik alanları grafiksel olarak temsil etmek için kullanılır. Manyetik indüksiyon çizgisi, her noktada manyetik indüksiyon vektörünün kendisine teğet olarak yönlendirildiği bir çizgidir.
| " |
Elektrik akımı, elektrik yüklerinin yönlendirilmiş hareketidir. Akımın büyüklüğü, birim zamanda iletkenin kesitinden geçen elektrik miktarına göre belirlenir.
Elektrik akımını iletkenden geçen elektrik miktarıyla henüz tam olarak karakterize edemiyoruz. Nitekim bir iletkenin içinden bir saatte bir coulomb'a eşit miktarda elektrik geçebilir, bir saniyede de aynı miktarda elektrik geçebilir.
İkinci durumda elektrik akımının yoğunluğu, aynı miktarda elektrik çok daha kısa sürede geçtiği için birinciden önemli ölçüde daha büyük olacaktır. Bir elektrik akımının yoğunluğunu karakterize etmek için, bir iletkenden geçen elektrik miktarına genellikle birim zaman (saniye) başına atıfta bulunulur. Bir iletkenden bir saniyede geçen elektrik miktarına akım şiddeti denir. Sistemdeki akımın birimi amperdir (A).
Akım gücü, bir iletkenin kesitinden bir saniyede geçen elektrik miktarıdır.
Mevcut güç İngilizce I harfiyle gösterilir.
Amper, A ile gösterilen bir elektrik akımı birimidir (bir tanesi). 1 A, sonsuz uzunlukta ve ihmal edilebilecek kadar küçük dairesel kesit alanına sahip iki paralel düz iletkenden geçerken, değişmeyen bir akımın gücüne eşittir. Boşlukta birbirinden 1 m uzaklıktaki bir iletkenin 1 m uzunluğundaki bir iletken kesiti üzerinde metre uzunluğu başına 2 · 10 –7 N'ye eşit bir etkileşim kuvvetine neden olacaktır.
Bir iletkenin kesitinden saniyede bir coulomb elektrik geçerse, iletkendeki akım gücü bir ampere eşittir.
Amper, her saniyede bir iletkenin kesitinden bir coulomb'a eşit miktarda elektriğin geçtiği elektrik akımının gücüdür: 1 amper = 1 coulomb/1 saniye.
Yardımcı birimler sıklıkla kullanılır: 1 miliamper (mA) = 1/1000 amper = 10 -3 amper, 1 mikroamper (mA) = 1/1000000 amper = 10 -6 amper.
İletkenin kesitinden belirli bir süre boyunca geçen elektrik miktarı biliniyorsa, akım şiddeti şu formül kullanılarak bulunabilir: I=q/t
Eğer elektrik akımı dalları olmayan kapalı bir devreden geçiyorsa, iletkenlerin kalınlığına bakılmaksızın herhangi bir kesitten (devrenin herhangi bir yerinden) saniyede aynı miktarda elektrik geçer. Bu, yüklerin iletkenin herhangi bir yerinde birikemeyeceği gerçeğiyle açıklanmaktadır. Buradan, Akım gücü elektrik devresinin her yerinde aynıdır.
Çeşitli dallara sahip karmaşık elektrik devrelerinde, bu kural (kapalı bir devrenin tüm noktalarında sabit akım) elbette geçerliliğini korur, ancak yalnızca genel devrenin basit sayılabilecek bireysel bölümleri için geçerlidir.
Mevcut ölçüm
Akımı ölçmek için ampermetre adı verilen bir cihaz kullanılır. Çok küçük akımları ölçmek için miliampermetreler ve mikroampermetreler veya galvanometreler kullanılır. İncirde. Şekil 1. elektrik devrelerindeki bir ampermetre ve miliampermetrenin geleneksel grafiksel gösterimini göstermektedir.
Pirinç. 1. Ampermetre ve miliammetre sembolleri
Pirinç. 2. Ampermetre
Akımı ölçmek için açık devreye bir ampermetre bağlamanız gerekir (bkz. Şekil 3). Ölçülen akım kaynaktan ampermetre ve alıcıdan geçer. Ampermetre iğnesi devredeki akımı gösterir. Ampermetrenin tam olarak nerede açılacağı, yani tüketiciden önce (sayma) veya ondan sonra tamamen kayıtsızdır, çünkü basit bir kapalı devredeki (dalsız) akım gücü devrenin tüm noktalarında aynı olacaktır.
Pirinç. 3. Ampermetreyi açın
Bazen yanlışlıkla tüketiciden önce bağlanan bir ampermetrenin, tüketiciden sonra bağlanan ampermetreden daha büyük bir akım gücü göstereceğine inanılır. Bu durumda tüketicide “akımın bir kısmının” onu aktive etmek için harcandığı kabul edilir. Bu elbette yanlıştır ve nedeni de budur.
Metal bir iletkendeki elektrik akımı, elektronların iletken boyunca düzenli hareketinin eşlik ettiği elektromanyetik bir süreçtir. Ancak enerji elektronlar tarafından değil, iletkeni çevreleyen elektromanyetik alan tarafından aktarılır.
Basit bir elektrik devresinde iletkenlerin herhangi bir kesitinden tam olarak aynı sayıda elektron geçer. Elektrik enerjisi kaynağının bir kutbundan ne kadar elektron gelirse gelsin, aynı sayıda elektron tüketiciden geçecek ve elbette kaynağın diğer kutbuna gidecektir, çünkü elektronlar maddi parçacıklar olarak enerji sırasında tüketilemezler. onların hareketi.
Pirinç. 4. Multimetre ile akımın ölçülmesi
Teknolojide çok yüksek akımlar (binlerce amper) ve çok küçük akımlar (bir amperin milyonda biri) vardır. Örneğin, bir elektrikli sobanın mevcut gücü yaklaşık 4-5 amper, akkor lambalar - 0,3 ila 4 amper (ve daha fazlası) arasındadır. Fotosellerden geçen akım yalnızca birkaç mikroamperdir. Tramvay ağına elektrik sağlayan trafo merkezlerinin ana tellerinde akım binlerce ampere ulaşıyor.