Работа электрического тока определение: Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

что это такое, формулы, примеры задач

В этой статье я объясню, что такое работа электрического тока, какие единицы измерения для нее используются и какие важные формулы необходимо знать.

Что такое работа электрического тока?

Давайте рассмотрим обычную батарейку. По сути, батарейка преобразует химическую энергию в электрическую энергию электронов. Если теперь подключить её в электрическую цепь, то электроны могут совершать работу, используя свою электрическую энергию, например, зажигать лампочку.

Если вы хотите узнать, сколько электрической энергии было преобразовано в другой вид энергии, то вам нужно рассчитать работу электрического тока.

Определение понятия «электрическая работа» и её единицы измерения.

Работа электрического тока [A] позволяет определить, сколько электрической энергии было или может быть преобразовано в другие виды энергии.

Когда вы рассчитываете работу электрического тока, вы знаете, сколько электрической энергии было преобразовано в другие формы энергии. А уже какие другие формы энергии могут быть — это зависит от ситуации (несколько примеров в списке ниже):

• Ваш тостер преобразует электрическую энергию в тепловую;
• Когда вы включаете лампочку, электрическая энергия преобразуется в световую;
• Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Единицей измерения работы электрического тока в СИ является Джоуль [Дж], также часто используется в качестве единицы измерения Ватт-секунда [Вт·с]. Один джоуль всегда соответствует одной ватт-секунде. То есть 1 Дж = 1 Вт·с .

Другой важной единицей измерения является киловатт-час [кВт·ч]. Один киловатт-час равен 3 600 000 ватт-секунд или джоулей.

1 кВт·ч = 1 * 10³ Вт·ч = 1 * 10³ * 3600 Вт·с = 3,6 * 10⁶ Вт·с = 3,6 * 10⁶ Дж.

Полезный факт: а вы знали, что именно электрическую работу измеряют электросчётчики установленные в наших домах и квартирах! Электросчётчики измеряют работу электрического тока в кВт·ч.

По какой формуле вычисляется работа электрического тока?

Если вы на каком-либо участке электрической цепи под действием электрического напряжения U привели в движение заряд q, то вы можете рассчитать электрическую работу A как напряжение U, приложенное на концах этого участка цепи, умноженное на электрический заряд q, который прошёл по нему, то есть: A = U * q .

Зная, что электрический заряд, прошедший по участку цепи, можно определить, измерив силу тока и время его прохождения: q = I * t. Тогда электрическую работу A [Дж] можно определить как напряжение U [В], умноженное на силу тока I [А] и умноженное на время t [с], то есть: A = U * I * q .

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.

Чуть ниже в статье мы разберем два практических примера, которые покажут применение данных формул. Однако перед этим мы кратко рассмотрим еще несколько важных формул.

Примечание: Вы обязательно должны запомнить первые две формулы. Следующие ниже формулы менее важны, но могут быть полезны для вас при решении тех или иных задач.

Другие формулы для определения работы электрического тока.

Закон Ома для участка цепи связывает напряжение U и ток I. Это позволяет нам рассчитать электрическую работу A другим способом.

Итак, согласно закона Ома, U = I * R или I = U / R , где R — это электрическое сопротивление.

Тогда вы можете подставить эти формулы в A = U * I * t. В итоге получатся другие формулы для нахождения работы электрического тока:

• A = I² * R * t ;
• A = (U² * t ) / R .

Примеры задач

Пример 1.

У вас есть батарея, подающая постоянное напряжение 12 В и ток 2,3 А. Вы используете эту батарею для освещения лампочки в течение 1 часа. Теперь вы хотите знать, какая работа электрического тока была произведена.

Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * I * q, тогда получаем:

A = 12 В * 2,3 А * 1 ч = 27,6 Вт·ч .

Чтобы дать вам представление о единицах измерения, давайте переведем результат в ватт-секунды и джоули

27,6 Вт·ч = 27,6 * 3600 Вт·с = 99360 Вт·с = 99360 Дж.

Пример 2.

У вас есть батарейка с напряжением 5 В. Эта батарейка совершает электрическую работу в 10*10^-2 Вт·с. Нам нужно рассчитать рассчитать количество электрического заряда q, перемещенного между полюсами батареи.

Мы знаем формулу для определения работы электрического тока: A = U * q, тогда q = A / U. Подставляя значения в формулу получаем:

q = 10*10^-2 Вт·с / 5 В = 0,02 Кл.

Работа электрического тока

Подробности

Категория: Начинающим

Применение электричества — это революционное открытие, которое навсегда изменило и облегчило жизнь человека. Сегодня электричество является неотъемлемой частью жизни человека, он обеспечивает работу электроприборов, электрического освещения. Каждый день мы используем электрическую энергию для своих нужд.

Говоря об электричестве, подразумевают электрический ток. Рассмотрим это понятие подробнее. Понятие «ток» значит течение или движение.

Что такое электрический ток?

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике в одном направлении. Такими частицами могут быть электроны, ионы и катионы. Направленность электрических частиц обуславливается наличием у частиц электрического поля, которое взаимодействует с внешним электрическим полем.

Для поддержания электрического поля в течение определенного времени в проводнике необходимы источники выработки электрического поля. Это, например, могут быть электрофорная машина и аккумулятор или любой источник питания. Принцип их работы заключается в том, что они разделяют частицы, после чего один полюс источника заряжает их положительно, а другой —  отрицательно, в результате возникает электрическое поле. Если оба полюса источника  соединить проводником, то движение частиц приобретает определенное направление, так получается электрический ток.

Проводник является местом, где происходит направленное движение частиц, а также средством передачи тока к ее потребителям: лампочка, приборам, плиткам и т.д. Проводниками могут служить металлы, в которых заряжаются электроны, плазма, частицами при этом являются ионы; электролиты. Если оборвать проводник, то ток не доходит до потребителя, и на основе этого механизма происходит включение и выключение тока. То есть устанавливаются выключатели или рубильники, которые разрывают или соединяют проводник.

Направление движения электрического тока

При решении сложных задач по электроники и радиотехнике принято условно, что движение электрического тока осуществляется от «плюса» к «минусу» Но мало кому известно что на самом деле движение происходит за счет электронов в межатомном пространстве кристалической решетки металла проводника электрического тока. А электрон движется от «минуса» к «плюсу», следовательно электрический ток движется от «минуса» к «плюсу»

Работа электрического тока

Также важным параметром тока является такое понятие как работа электрического тока. Двигаясь по проводнику, электрический ток совершает определенную работу. Для того что бы ее определить необходимо знать время движения тока, сопротивления проводника, и его сопротивление.

Найти ее можно используя закон Джоуля-Ленца по  формуле: Q=I*I*R*t

где:

• I — сила тока, измеряемая в Амперах;
• R — сопротивление проводника, Ом;
• t — время, с;
• Q-совершенная электрическим током работа или выделенная проводником теплота, Дж.

Полученная таким образом величина представляет собой значение работы электрического тока, если ее поделить на время то получится мощность.

Электрическая цепь

Cовокупность источников, проводников, потребителей и рубильников, которые обеспечивают движение электричества, называют электрической цепью.

Электрический ток измеряется следующими величинами:

1. сила тока — это показатель, который измеряет количество заряженных частиц, которые проходят через сечение проводника в определенный промежуток времени, измеряется в Амперах;
2. плотность тока — это величина равная отношению силы тока к площади сечения проводника, измеряется в А/мм2 ;
3. мощность тока — это своего рода работоспособность тока, какую работу может совершить данный ток в единицу времени, Вт;
4. частота переменного тока — количество колебаний в единицу временни.

• < Назад
• Вперёд >

Добавить комментарий

Электрический ток: что это такое, как действует, виды, эффекты

1. Ферровиал
2. СТЕРЖЕНЬ

Электрический ток — это физическое явление перемещения или течения электрического заряда, обычно электронов, посредством проводящего материала. Чтобы возник электрический ток, электроны, наиболее удаленные от ядра атома определенного материала, должны отрываться и свободно циркулировать по проводнику в электрической цепи.

Сила электрического тока определяется количеством заряда, проходящего через проводник в единицу времени. Интенсивность измеряется в кулонах в секунду (Кл/с), что эквивалентно одному ампер (А) , а основными измерительными приборами для электрического тока являются гальванометр и амперметр.

Как действует электрический ток?

Электрический ток движение частиц, начиная с момента подачи внешнего напряжения на один из концов проводника. Это, в свою очередь, создает электрическое поле на отрицательно заряженных электронах, которые притягиваются к положительной клемме внешнего напряжения.

Для передачи электрического тока из одной точки в другую должны быть материалы с большим количеством свободных электронов , расположенных на последней орбите их ядра, что означает, что они очень восприимчивы к перемещению из-за более слабого притяжения сила на них со стороны их ядра.

Какова формула электрического тока?

Закон Ома определяет формулу электрического тока:

Ток = Напряжение / Сопротивление.

• Сопротивление представляет препятствие, с которым сталкиваются электроны на своем пути. Его единицей измерения является ом.
• Ток качество электрического тока. Его единицей измерения является ампер.
• Напряжение представляет собой разницу мощности между одной точкой и другой. Его единицей измерения является вольт.

Какие виды электрического тока существуют?

Электрический ток можно классифицировать в зависимости от его природы:

1. Постоянный ток (DC): состоит из смещения электрических зарядов, которые не меняют направление своего движения во времени.
2. Переменный ток (AC): направление и плоскость движения тока циклически изменяются, в отличие от постоянного тока. Это эффективный ток, поэтому он обычно используется в домах и на предприятиях.
3. Трехфазный ток: состоит из трех переменных токов с одинаковой частотой и амплитудой, называемых фазами .
4. Однофазный ток: этот вид тока получается из одной фазы трехфазного тока и нейтрального кабеля, что позволяет использовать низковольтную энергию.

Какие виды материалов существуют для электропроводности?

1. Проводящие материалы: обладают небольшим сопротивлением потоку электричества. Электроны свободно перемещаются, потому что они очень слабо связаны с атомами, поэтому они могут проводить много электричества.
2. Полупроводниковые материалы: могут действовать как проводники или изоляторы, в зависимости от электрического поля, в котором они используются.
3. Изоляционные материалы: электроны не циркулируют свободно, поэтому они не считаются проводниками электрического тока.

Каково действие электрического тока?

Электрический ток может иметь различные эффекты. Некоторые из них включают:

• Тепло: продукт повышения температуры проводника из-за протекания электрического тока. Одним из таких примеров является печь.
• Магнитный: Когда электрический ток проходит через проводник, он создает вокруг него магнитное поле. Этот эффект можно наблюдать с помощью телевизоров, радиоприемников, амперметров и т. д.
• Физиологические: существуют электромедицинские устройства, которые реагируют на эффект электрической проводимости, вызывая удары электрическим током.
• Химический: эффект, возникающий при протекании электрического тока через электролит, на котором основаны батареи.

Гугл игры

Магазин приложений

• Ресурсы
• Связаться с нами
• СТЕРЖЕНЬ

• Доступность
• Официальное уведомление
• Политика конфиденциальности
• Политика в отношении файлов cookie

• Твиттер
• Линкедин
• Фейсбук
• Инстаграм
• ТИК Так
• Пинтерест
• YouTube

Электрический ток: определение, единица измерения, формула, типы (с примерами)

Электрический заряд: Какую автоматическую реакцию вызывает эта фраза, когда вы ее читаете? Может быть, ощущение покалывания или образ молнии, рассекающей небо? Красочное шоу мигающих огней в таком городе, как Париж или Лас-Вегас? Возможно, даже насекомое, которое каким-то образом светится в темноте, когда оно проходит через ваш лагерь?

До недавнего времени ученые не только не имели возможности измерить скорость света, но и понятия не имели, какие физические явления лежат в основе того, что сейчас известно как «электричество». В 1800-х годах физики впервые получили представление о крошечных частицах, вовлеченных в ток (свободные электроны), а также о природе сил, заставляющих их двигаться. Было ясно, что электричество могло бы принести значительную пользу, если бы его можно было безопасно «создать» или «уловить», а электрическую энергию использовать для выполнения работы.

Поток электрического заряда легко возникает в веществах, классифицируемых как ​ проводящие материалы ​, в то время как он затруднен в материалах, известных как ​ изоляторы ​. В металлическом проводе, таком как медный провод, например, можно создать разность потенциалов на концах провода, вызывая поток заряда и создавая ток.

Определение электрического тока

​ Электрический ток  – это средняя скорость потока электрического заряда (т. е. заряда в единицу времени) через точку в пространстве. Эту обязанность несут электронов движутся по проводу в электрической цепи. Чем больше число электронов, проходящих мимо этой точки в секунду, тем больше величина тока.

Единицей силы тока в СИ является ампер (А), часто неофициально называемый «ампер». Сам электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

• Заряд одного электрона составляет -1,60 × 10 ^-19 Кл, а заряд ​ протона ​ равен по величине, но ​ положительный ​ по знаку. Это число считается основной заряд e . Таким образом, основной единицей ампера является кулон в секунду (Кл/с).

По соглашению ​ электрический ток течет в направлении, противоположном направлению потока электронов ​. Это связано с тем, что направление тока было описано до того, как ученые узнали, какие именно носители заряда двигались под действием электрического поля. Для всех практических целей положительные заряды, движущиеся в положительном направлении, дают тот же физический (вычислительный) результат, что и отрицательные заряды, движущиеся в отрицательном направлении, когда речь идет об электрическом токе.

Электроны движутся к положительному выводу в электрической цепи. Таким образом, поток электронов или движущийся заряд находится вдали от отрицательного вывода. Движение электронов в медной проволоке или другом проводящем материале также создает магнитное поле , направление и величина которого определяются направлением электрического тока и, следовательно, движением электронов; это принцип, на котором построен электромагнит .

Формула электрического тока

Для основного условного сценария тока заряда, движущегося по проводу, формула для тока определяется следующим образом: ), ​ e ​ – основной заряд, ​ A ​ – площадь поперечного сечения провода, ​ ​ v _d ​ ​ ​ ​ скорость дрейфа 900 77 .

Хотя ток имеет как величину, так и направление, это скалярная величина, а не векторная величина, поскольку она не подчиняется законам сложения векторов.

Формула закона Ома

​ Закон Ома ​ дает формулу для определения силы тока, протекающего через проводник:

I-\frac{V}{R}

где ​ V ​​ напряжение ​, или ​ разность электрических потенциалов ​, измеряется в вольтах, а ​ R ​ представляет собой электрическое ​ сопротивление ​ протекающему току, измеряемое в омах ​ (Ом).

Думайте о напряжении как о «силе притяжения» (хотя эта «электродвижущая сила» не является буквально силой), характерной для электрических зарядов. Когда противоположные заряды разделены, их притяжение друг к другу уменьшается с увеличением расстояния между ними. Это примерно аналогично гравитационной потенциальной энергии в классической механике; гравитация «хочет», чтобы высокие предметы падали на Землю, а напряжение «хочет», чтобы разрозненные (противоположные) заряды столкнулись друг с другом.

Объяснение напряжения

Вольты эквивалентны джоулям на кулон или Дж/Кл. Таким образом, они имеют единицы энергии на единицу заряда. Ток, умноженный на напряжение, таким образом, дает единицы (C/s)(J/C) = (J/s), которые переводятся в единицы (в данном случае электрической) мощности:

P=IV

Комбинируя это с законом Ома, получаем возникают другие полезные математические соотношения, связанные с течением тока: P = I ² R и P = V ² /R. Они показывают, среди прочего, что при фиксированном уровне тока мощность пропорциональна сопротивлению, тогда как при фиксированном напряжении мощность равна обратно пропорционально сопротивлению.

В то время как движущиеся заряды (ток) индуцируют магнитное поле, само магнитное поле может индуцировать напряжение в проводе.

Типы тока

• ​ Постоянный ток (DC): ​ Это происходит, когда все электроны непрерывно движутся в одном направлении. Это тип тока в цепи, подключенной к стандартной батарее. Батареи, конечно, могут обеспечить и обеспечивают лишь исчезающе малое количество энергии, необходимой для питания человеческой цивилизации, хотя постоянно совершенствующиеся технологии в области солнечных элементов обещают больший потенциал для хранения энергии.
• ​ Переменный ток (AC): ​ Здесь электроны колеблются взад-вперед («покачиваются» в некотором смысле) очень быстро. Этот тип тока часто легче генерировать на электростанции, и он также приводит к меньшим потерям энергии на большом расстоянии, поэтому он является стандартом, используемым сегодня. Каждая лампочка и другой электроприбор в стандартном доме начала 21 века питается от сети переменного тока.

При переменном токе напряжение изменяется синусоидально и подается в любое время ​ t ​ выражением V = V ₀ sin (2πft), где ​ V ₀ ​ – начальное напряжение и ​ f ​ – частота, или число полных циклов напряжения (максимальное до минимального обратно до максимального значения) в каждую секунду.

Измерение тока

Амперметр — это устройство, которое используется для измерения тока путем последовательного, а не параллельного включения его в электрическую цепь. (Параллельная цепь имеет несколько проводов между соединениями — другими словами, у источника питания, конденсаторов и резисторов — в цепи.) Он работает по принципу, согласно которому ток одинаков во всех частях провода между двумя соединениями.

Амперметр имеет известное низкое собственное сопротивление и настроен на получение ​ полного отклонения ​ (FSD) при заданном уровне тока, часто 0,015 А или 15 мА. Если вы знаете напряжение и манипулируете сопротивлением, используя функцию сопротивления шунта амперметра, вы можете определить ток; вы знаете, какое значение текущего потока должно быть , используя закон Ома.

Примеры электрического тока

1. Рассчитайте дрейфовую скорость электронов в цилиндрическом медном проводе радиусом 1 мм или 0,001 м, по которому течет ток силой 15 А, учитывая, что для меди n = 8,342 × 10 9{-4}\text{ м/с}

• Знак «минус» означает, что направление потока противоположно направлению тока, как и ожидается для электронов.