Навантаження у електричного ланцюгахарактеризується силою струму, що вимірюється у амперах. Силу струму іноді доводиться вимірювати перевірки допустимої величини навантаження на кабель. Для прокладки електричної лініївикористовуються кабелі різного перерізу. Якщо кабель працює з навантаженням вище за допустиму величину, то він нагрівається, а ізоляція поступово руйнується. В результаті це призводить до заміни кабелю.
- Після прокладки нового кабелю необхідно виміряти струм, що проходить через нього, при всіх працюючих електричних пристроївах.
- Якщо до старої електропроводки підключено додаткове навантаження, слід перевірити величину струму, яка не повинна перевищувати допустимі межі.
- При навантаженні, що дорівнює верхній допустимій межі, перевіряється відповідність струму, що протікає через . Його величина має перевищувати номінальне значення робочого струму автоматів. В іншому випадку автоматичний вимикачзнеструмить мережу через навантаження.
- Вимірювання струму також необхідне визначення режимів експлуатації електричних пристроїв. Вимір струмового навантаження електродвигунів виконується не тільки для перевірки їх працездатності, але і для виявлення перевищення навантаження вище допустимої, яка може виникнути через велике механічне зусилля при роботі пристрою.
- Якщо виміряти струм у ланцюзі працюючого, він покаже справність.
- Працездатність у квартирі також перевіряється виміром струму.
Потужність струму
Крім сили струму існує поняття потужності струму. Цей параметр визначає роботу струму, виконану за одиницю часу. Потужність струму дорівнює відношенню виконаної роботи до проміжку часу, протягом якого ця робота була виконана. Потужність струму позначають буквою «Р» і вимірюють у ватах.
Потужність розраховується шляхом перемноження напруги мережі на силу струму, що споживається підключеними електричними пристроями: Р = U х I. Зазвичай на електроприладах вказують споживану потужність, за допомогою якої можна визначити струм. Якщо ваш телевізор має потужність 140 Вт, то визначення струму ділимо цю величину на 220 В, в результаті отримуємо 0,64 ампера. Це значення максимального струму, на практиці струм може бути меншим при зниженні яскравості екрана або інших змінах налаштувань.
Вимірювання струму приладами
Для визначення споживання електричної енергіїз урахуванням експлуатації споживачів у різних режимах необхідні електричні вимірювальні прилади, здатні виконати вимірювання параметрів струму.
- . Для вимірювання величини струму ланцюга використовують спеціальні прилади, звані амперметрами. Вони включаються у вимірюваний ланцюг за послідовною схемою. Внутрішній опір амперметра дуже мало, тому він не впливає на параметри роботи ланцюга. Існує кілька видів амперметрів: електронні, механічні та ін.
- є електронним вимірювальним приладом, здатним виміряти різні параметри електричного ланцюга (опір, напруга, обрив провідника, придатність батарейки тощо), у тому числі силу струму. Існують два види мультиметрів: цифровий та аналоговий. У мультиметрі є різні параметри вимірів.
Порядок вимірювання сили струму мультиметром
- . Якщо необхідно виміряти струм без розриву електричного ланцюга, то вимірювальні кліщі будуть відмінним варіантом для виконання цього завдання. Цей прилад випускають кількох видів і різної конструкції. Деякі моделі можуть вимірювати інші параметри ланцюга. Користуватися вимірювальними струмовими кліщами дуже зручно.
Способи вимірювання струму
Для вимірювання сили струму в електричному ланцюзі необхідно один висновок амперметра або іншого приладу, здатного вимірювати силу струму, підключити до позитивної клеми джерела струму або , а інший висновок до проводу споживача. Після цього можна виміряти силу струму.
При вимірах необхідно дотримуватися акуратності, так як при розмиканні діючого електричного ланцюга може виникнути електрична дуга.
Для вимірювання сили струму електричних пристроїв, що підключаються безпосередньо до розетки або кабелю побутової мережі, вимірювальний пристрій налаштовується на режим змінного струмуіз завищеним верхнім кордоном. Потім вимірювальний прилад підключають до розриву проводу фази.
Всі роботи з підключення та відключення допускається проводити тільки в знеструмленому ланцюзі. Після всіх підключень можна подавати живлення та вимірювати силу струму. При цьому не можна торкатися оголених струмопровідних частин, щоб уникнути ураження електричним струмом. Такі методи вимірювання незручні та створюють певну небезпеку.
Значно зручніше проводити вимірювання струмовимірювальних кліщів, які можуть виконувати всі функції мультиметра, залежно від виконання приладу. Працювати такими кліщами дуже просто. Необхідно налаштувати режим вимірювання постійного чи змінного струму, розвести вуса та охопити ними фазний провід. Потім потрібно проконтролювати щільність прилягання вусів між собою та виміряти струм. Для правильних показань необхідно охоплювати вусами лише фазний провід. Якщо охопити відразу два дроти, то виміру не вийде.
Струмовимірювальні кліщі служать тільки для вимірювання параметрів змінного струму. Якщо їх використовувати для вимірювання постійного струму, то вуса стиснуться з великою силою, і розсунути їх можна буде лише, відключивши живлення.
Електричний струм - спрямований (упорядкований) рух заряджених частинок. Такими частинками можуть бути: у металах - електрони, у газах - іони та електрони, у вакуумі за певних умов - електрони, у напівпровідниках - електрони та дірки (електронно-діркова провідність). Іноді електрич. струмом називають також струм зміщення, що виникає внаслідок зміни у часі електричного поля. Електричний струм має кількісні характеристики: скалярну силу струму, і векторну щільність струму.
Сила струму - фізична величина, рівна відношенню кількості заряду, що пройшов за деякий час через поперечний переріз провідника, до величини цього проміжку часу. Сила струму в Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється в амперах (російське позначення: А). напруги, прикладеній до цієї ділянки ланцюга, і обернено пропорційна його опору:
Потужність електричного струму- це відношення виробленої ним роботи на час, протягом якого виконана робота. Потужність вимірюється у ватах. Ваттметр - вимірювальний прилад, призначений для визначення потужності електрич. струму чи електромагнітного сигналу.
Електрична напруга - це величина, чисельно рівна роботі з переміщення одиниці електричного заряду між двома довільними точками електричного кола.
2. Постійний електричний струм. Характеристики електричного поля. Закон Ома для ділянки ланцюга. Сформулюйте та запишіть закон Джоуля-Ленца.
Електричний струм називають постійним, якщо сила струму та його напрямок не змінюються з часом. Основні характеристики електричного поля: потенціал, напруга та напруженість. Енергія електричного поля, віднесена до одиниці позитивного заряду, поміщеного в дану точкуполя і називається потенціалом поля в даній його точці. потенціал електричного поля у цій його точці чисельно дорівнює роботі, здійснюваної сторонньої силою під час переміщення одиниці позитивного заряду з-за меж поля у цю точку. Потенціал поля вимірюється у вольтах. Якщо потенціал позначити літерою φ, заряд - літерою q і витрачену на переміщення заряду роботу - W, то потенціал поля у цій точці виразиться формулою φ = W/q
Напруга між двома точками електричного поля чисельно дорівнює роботі, яку здійснює поле для перенесення одиниці позитивного заряду з однієї точки поля в іншу.
Як видно, напруга між двома точками поля і різниця потенціалів між цими ж точками є однією і тією ж фізичною сутністю. Напруга вимірюється у вольтах (В)
Величина Е, чисельно рівна силі, яку відчуває одиничний позитивний заряд у цій точці поля, називається напруженістю електричного поля. F = Q х Е, де F - сила, що діє з боку електричного поля на заряд Q, поміщений у цю точку поля, Е - сила, що діє на одиничний позитивний заряд, поміщений у цю точку поля.
Закон Ома для ділянки ланцюга
Сила струму прямо пропорційна різниці потенціалів (напрузі) на кінцях ділянки ланцюга і обернено пропорційна опору цієї ділянки:
I = U/R де U – напруга на даній ділянці ланцюга
R – опір даної ділянки ланцюга
Сформулюйте та запишіть Джоуля-Ленца
При проходженні електричного струму провідником кількість теплоти, що виділяється у провіднику, прямо пропорційно квадрату струму, опору провідника і часу, протягом якого електричний струм протікав провідником.
Це становище називається законом Ленца – Джоуля.
Якщо позначити кількість теплоти, створюване струмом, літерою Q (Дж), струм, що протікає по провіднику - I, опір провідника - R і час, протягом якого струм протікав по провіднику - t, то закону Ленца - Джоуля можна надати таке вираз:
Оскільки I = U/R та R = U/I, то Q = (U2/R) t = UIt.
3. Чим зумовлене одержання фігур Ліссажу? Намалюйте фігури, якщо частота на каналі Х = 50 Гц – соnst, а частота на каналі Y = 25,50,100,150 Гц.
Фігури Лісаж - замкнуті траєкторії, що прокреслюються точкою, що здійснює одночасно два гармонійних коливання в двох взаємно перпендикулярних напрямках.
Вид фігур залежить від співвідношення між періодами (частотами), фазами та амплітудами обох коливань 
Х = 50Гц, у = 50Гц Х = 50Гц, у = 100Гц Х = 50Гц, у = 150 Гц х = 50Гц у = 25Гц
Сила струму- фізична величина, що дорівнює відношенню кількості заряду, що пройшов за деякий час через поперечний переріз провідника, до величини цього проміжку часу:
Сила струму в Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється в амперах, ампер є однією із семи основних одиниць СІ.
За законом Ома сила струму для ділянки ланцюга прямо пропорційна прикладеному напруги до ділянки ланцюга і обернено пропорційна опору провідника цієї ділянки ланцюга:
де e-заряд електрона, n – концентрація частинок, S – площа поперечного перерізу провідника, – середня швидкість упорядкованого руху електронів.
Одиниця виміру в СІ – 1 А = 1 Кл/с.
Для вимірювання сили струму використовують спеціальний прилад – амперметр (для приладів, призначених для вимірювання малих струмів, також використовуються назви міліамперметр, мікроамперметр, гальванометр). Його включають у розрив ланцюга там, де потрібно виміряти силу струму. Основні методи вимірювання сили струму: магнітоелектричний, електромагнітний та непрямий (шляхом вимірювання вольтметром напруги на відомому опорі).
У разі змінного струму розрізняють миттєву силу струму, амплітудну (пікову) силу струму та ефективну силу струму (рівну силі постійного струму, що виділяє таку саму потужність).
Щільність струму- Векторна фізична величина, що має сенс сили струму, що протікає через елемент поверхні одиничної площі. Наприклад, при рівномірному розподілі щільності струму і всюди ортогональності її площини перерізу, через яке обчислюється або вимірюється струм, величина вектора щільності струму:
де I- сила струму через поперечний переріз провідника площею S(Також див. малюнок).
Іноді мова може йти про скалярну щільність струму, у таких випадках під нею мається на увазі саме та величина j, яка наведена у формулі.
У загальному випадку:
,
де - нормальна (ортогональна) складова вектора густини струму по відношенню до елемента поверхні площею; вектор- спеціально введений вектор елемента поверхні, ортогональний елементарному майданчику і має абсолютну величину, рівну її площі, що дозволяє записати підінтегральний вираз як звичайний скалярний твір.
Як бачимо з цього визначення, сила струму є потік вектора щільності струму через задану фіксовану поверхню.
У найпростішому припущенні, що всі носії струму (заряджені частинки) рухаються з однаковим вектором швидкості і мають однакові заряди (таке припущення може іноді бути приблизно вірним; воно дозволяє найкраще зрозуміти фізичний зміст щільності струму), а концентрація їх,
де – щільність заряду цих носіїв.
Напрямок вектора відповідає напрямку вектора швидкості, з якої рухаються заряди, що створюють струм, якщо qпозитивно.
Насправді навіть носії одного типу рухаються взагалі і зазвичай з різними швидкостями. Тоді слід розуміти середню швидкість.
У складних системах (з різними типами носіїв заряду, наприклад, у плазмі чи електролітах)
тобто вектор густини струму є сума густин струму по всіх типах рухомих носіїв; де -концентрація частинок кожного типу - заряд частинки даного типу - вектор середньої швидкості частинок цього типу.
Вираз для загального випадку може бути записано через суму по всіх індивідуальних частках:
Сама формула майже збігається з формулою, наведеною трохи вище, але тепер індекс підсумовування iозначає не номер типу частинки, а номер кожної індивідуальної частки, не важливо, мають вони однакові заряди чи різні, у своїй концентрації виявляються не потрібні.
Щільність струму та потужність
Робота, що здійснюється електричним полем над носіями струму, характеризується, очевидно, щільністю потужності [енергія/(час об'єм)]:
де точкою позначено скалярне твір.
Найчастіше ця потужність розсіюється в середу у вигляді тепла, але взагалі вона пов'язана з повною роботоюелектричного поля і її частина може переходити в інші види енергії, наприклад такі, як енергія того чи іншого виду випромінювання, механічна робота (особливо - в електродвигунах) і т.д.
Закон Ома
У лінійному та ізотропному провідному середовищі щільність струму пов'язана з напруженістю електричного поля в даній точці за законом Ома:
де -питома провідність середовища, - Напруженість електричного поля. Або:
де -питомий опір.
У лінійному анізотропному середовищі має місце таке ж співвідношення, проте питома електропровідність у цьому випадку взагалі повинна розглядатися як тензор, а множення на неї - як множення вектора на матрицю.
Формула для роботи електричного поля (щільності її потужності)
разом із законом Ома набуває для ізотропної електропровідності вигляду:
де і-скаляри, а для анізотропної:
де мається на увазі матричне множення (справа ліворуч) вектора-стовпчика на матрицю і вектор-рядок, а тензор і тензор породжують відповідні квадратичні форми.
Разність потенціаловміж двома точками стаціонарного електричного або гравітаційного поля вимірюється роботою, яка здійснюється силами поля при переміщенні одиничного позитивного заряду або, відповідно, одиничної маси з однієї точки з більшим потенціалом в іншу з меншим потенціалом. Якщо j 1 , j 2 - потенціали початкової і кінцевої точок траєкторії заряду, що переміщується (або маси), то Р. п. u = j 1 - j 2; зміна потенціалу Dj = j 2 - j 1 =-і.
Робота довільного електричного поля переміщення +1 заряду з однієї точки в іншу званий електричним напругою між цими точками; у разі стаціонарного поля напруга збігається з Р. п.
Електрорушійна сила(ЕРС) - скалярна фізична величина, що характеризує роботу сторонніх сил, тобто будь-яких сил неелектричного походження, що діють у квазістаціонарних ланцюгах постійного або змінного струму. У замкнутому провідному контурі ЕРС дорівнює роботі цих сил по переміщенню одиничного позитивного заряду вздовж всього контуру.
За аналогією із напруженістю електричного поля вводять поняття напруженість сторонніх сил, під якою розуміють векторну фізичну величину, що дорівнює відношенню сторонньої сили, що діє на пробний електричний заряд, до величини цього заряду. Тоді в замкнутому контурі ЕРС дорівнюватиме:
де – елемент контуру.
ЕРС так само, як і напруга, у Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюється у вольтах. Можна говорити про електрорушійну силу на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил у всьому контурі, лише на даному ділянці. ЕРС гальванічного елемента є робота сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил може бути виражена через різницю потенціалів, оскільки сторонні сили непотенційні та його робота залежить від форми траєкторії. Так, наприклад, робота сторонніх сил при переміщенні заряду між клем струму поза самим джерелом дорівнює нулю.