Физика. 8 класс. Барьяхтар

Этот учебник можно скачать в PDF формате на сайте тут.

§ 27. Сила тока. Единица силы тока. Амперметр

Вам уже известно, что для количественного описания физических явлений, свойств тел и веществ физики используют физические величины. А с помощью каких физических величин можно количественно описать процесс прохождения электрического тока в проводнике? Об одной из них вы узнаете из этого параграфа.

1. Выясняем, что называют силой тока

Вы уже знаете, что в металлическом стержне (проводнике) имеется большое количество свободных носителей электрического заряда — электронов.

Когда в стержне не течет ток, движение электронов в нем хаотично. Поэтому можно считать, что число электронов, проходящих за одну секунду через поперечное сечение стержня (рис. 27.1) слева направо, равно числу электронов, проходящих через него справа налево.

Рис. 27.1. Мысленно разрезав стержень, получаем его поперечное сечение

Если присоединить стержень к источнику тока, электроны начнут двигаться направленно и число электронов, проходящих через поперечное сечение в одном направлении, существенно увеличится. Значит, в этом направлении через поперечное сечение стержня будет перенесен некоторый заряд.

Сила тока — это физическая величина, которая характеризует электрический ток и численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Силу тока обозначают символом I и определяют по формуле:

где q — заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за время t.

Чтобы лучше понять суть введенной физической величины, снова обратимся к механической модели электрической цепи (см. рис. 26.4). Механическим аналогом силы тока является масса воды, которая проходит через поперечное сечение трубки за 1 с.

2. Знакомимся с единицей силы тока

Единица силы тока в СИампер:

[I] = 1 А.

Данная единица названа в честь французского ученого А. Ампера (рис. 27.2). Ампер — одна из основных единиц СИ (рис. 27.3).

Рис. 27.2. Андре Мари Ампер (1775-1836) — французский физик, математик и химик, один из основателей учения об электромагнитных явлениях. Ампер первым ввел в физику понятие электрического тока

Рис. 27.3. Основные единицы физических величин Международной системы единиц (СИ)

Кроме ампера на практике часто применяют кратные и дольные единицы силы тока. Так, для измерения малой силы тока используют миллиамперы (мА) и микроамперы (мкА), большой силы тока — килоамперы (кА).

Чтобы представить, что значит большая или малая сила тока, рассмотрим несколько примеров. Сила тока в канале молнии достигает 500 кА, сила тока в аксоне во время передачи нервного импульса всего лишь 0,004 мкА, а средняя сила тока при лечении электрофорезом — 0,8 мА.

Вспомните, каким множителям соответствуют префиксы кило-, микро-, милли- и представьте приведенные значения силы тока в амперах.

Значения силы тока в некоторых электротехнических устройствах приведены на рис. 27.4.

Рис. 27.4. Значения силы тока в некоторых электротехнических устройствах

Сила тока, проходящего через тело человека, считается безопасной, если ее значение не превышает 1 мА; сила тока 100 мА может привести к серьезным последствиям. Поэтому, чтобы не подвергать себя смертельной опасности во время работы с электротехническими приборами и устройствами, необходимо строго соблюдать правила безопасности. Общая инструкция по безопасности приведена на форзаце учебника. Мы же остановимся на главных моментах, которые следует помнить всем, кто имеет дело с электричеством.

НЕЛЬЗЯ:

  • прикасаться к обнаженному проводу, особенно стоя на земле, влажном полу и т. п.;
  • пользоваться неисправными электротехническими устройствами;
  • собирать, разбирать, ремонтировать электротехнические устройства, не отсоединив их от источника тока.

3. Даём определение единицы электрического заряда

1 Кл = 1 А • с.

1 Кл — это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике 1 А.

4. Измеряем силу тока

Для измерения силы тока используют прибор, который называется амперметр (рис. 27.5).

Рис. 27.5. Некоторые виды амперметров: а — демонстрационный; б — лабораторный с зеркальной шкалой; в — школьный лабораторный; г — электронный

Как и любой измерительный прибор, амперметр не должен влиять на значение измеряемой величины. Поэтому амперметр сконструирован таким образом, что при подключении его к электрической цепи значение силы тока в цепи практически не изменяется.

Правила измерения силы тока амперметром

1. Амперметр включают в цепь последовательно с тем потребителем, в котором необходимо измерить силу тока (рис. 27.6).

Рис. 27.6. Измерение амперметром силы тока, проходящего через нить накала лампы: а — общий вид электрической цепи; б — схема

2. Клемму амперметра, возле которой стоит знак «+», следует соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, клемму со знаком «-» — с проводом, идущим от отрицательного полюса.

3. Нельзя присоединять амперметр к цепи, в которой отсутствует потребитель тока, — это может привести к порче оборудования или пожару.

5. Учимся решать задачи

Задача. Сколько электронов пройдет через поперечное сечение нити накала лампы за 2 с, если сила тока в нити равна 0,32 А?

Анализ физической проблемы. Чтобы определить число Ν электронов, необходимо знать общий заряд q, перенесенный за 2 с, и заряд е одного электрона. Общий заряд найдем из определения силы тока; заряд одного электрона равен -1,6 • 10-19 Кл.

Подводим итоги

Единица силы тока в СИ — ампер (А). Ампер — это одна из основных единиц СИ. 1 Кл — это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике 1 А.

Силу тока измеряют амперметром — прибор присоединяют к электрической цепи последовательно с потребителем, в котором измеряют силу тока.

Контрольные вопросы

1. Что называют силой тока? 2. По какой формуле определяют силу тока? 3. Какова единица силы тока? В честь кого она названа? 4. Какое значение силы тока безопасно для человека? 5. Какие основные правила безопасности следует соблюдать при работе с электротехническими устройствами? 6. Дайте определение кулона. 7. Каким прибором измеряют силу тока? 8. Какие правила следует выполнять, измеряя силу тока?

Упражнение № 27

1. Перенесите схему электрической цепи (рис. 1) в тетрадь. Покажите на схеме, где можно присоединить амперметр, чтобы измерить силу тока в лампах. Знаками «+» и «-» обозначьте полярность клемм амперметра.

Рис. 1

2. Сила тока в проводнике 200 мА. За какое время через поперечное сечение проводника проходит заряд 24 Кл?

3. Начертите схему электрической цепи (рис. 2), обозначьте на ней полярность клемм амперметра. Как, по вашему мнению, изменится показание амперметра, если одна из ламп перегорит?

Рис. 2

4. На рис. 3 показано измерение силы тока в электрической цепи. Начертите схему электрической цепи, обозначьте полярность клемм амперметра. Определите заряд, проходящий через поперечное сечение нити накала лампы за 10 мин.

Рис. 3

5. Чему равна сила тока в проводнике, если за 10 с через его поперечное сечение проходит 2 • 1020 електронов?