Постоянный ток

Постоянным током называется электрический ток, который не изменяется во времени по направлению. Источниками постоянного тока являются гальванические элементы, аккумуляторы и генераторы постоянного тока.

Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, направление тока считают противоположным направлению движения этих частиц.

Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока.

Сила тока - это количество электрического тока q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если за время через поперечное сечение проводника переместилось количество электричества q, то сила тока

I = q / t

Единица измерения силы тока - ампер (А).

Плотностью тока (А/мм²) называют отношение силы тока I к площади поперечного сечения F проводника:

δ = I / F

В замкнутой электрической цепи ток возникает под действием источника электрической энергии, создающего и поддерживающего на своих зажимах разность потенциалов, которая измеряется в вольтах (В).

• Сопротивление. Важной характеристикой электрической цепи служит сопротивление: от его значения зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. Сопротивление проводника представляет собой своеобразную меру противодействия проводника протеканию в нем электрического тока. Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом). Широко используется и величина, обратная сопротивлению (1/Ом), которая называется проводимостью.

Сопротивление зависит от материала проводника, его длины l и площади поперечного сечения F, т. е.

R = ρ (1 / F)

где ρ - удельное сопротивление проводника.

Удельное сопротивление в единицах SI (СИ) численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток проходит между двумя противоположными гранями куба. Сопротивление проводников изменяется при изменении их температуры. С повышением температуры сопротивление металлических проводников увеличивается. Сопротивление угля, растворов и расплавов солей и кислот уменьшается с повышением температуры.

Обозначая через R ₀ сопротивление проводника при температуре 0°C, получим для сопротивления при любой температуре формулу

R = R₀ (1 + αt)

, где α - термический коэффициент сопротивления, показывающий относительное приращение удельного сопротивления при нагревании проводника на 1°С. Это свойство использовано в проволочных датчиках температуры.

• Закон Ома. Зависимость между разностью потенциалов (напряжением) на зажимах электрической цепи, сопротивлением и током в цепи выражается законом Ома. Согласно закону Ома для участка однородной цепи сила тока прямо пропорциональна значению приложенного напряжения, т. е.

I = U / R

, где U - напряжение на зажимах цепи, В; R - сопротивление, Ом; I - сила тока, А.

• Соединения. На практике применяют параллельное, последовательное и смешанное соединения элементов электрических цепей. При параллельном соединении элементов, например резисторов, выводы их соединяют в общие узловые точки и каждый резистор оказывается включенным на напряжение, приложенное к узловым точкам А и В (рис. 1). Общее сопротивление цепи определяют по формуле

1/R₀ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

При последовательном соединении элементы электрических цепей включаются один за другим, т. е. начало последующего соединяют с концом предыдущего (рис. 2). Электрический ток в цепи с последовательным соединением одинаков во всех элементах.

Рис. 1 Параллельное соединение проводников

Рис. 2 Последовательное соединение проводников

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении резисторов рассчитывают по формуле

R₀ = R1 + R2 + R3

Формулы, приведенные выше, можно применять для расчета общего сопротивления любого числа резисторов; соединенных параллельно или последовательно.

• Мощность. Работа, совершаемая электрическим током в единицу времени (секунду), называется мощностью; обозначается буквой P. Эта величина характеризуется интенсивностью совершаемой током работы. Мощность определяют по формуле

P = W / t = UIt / t = UI

Единицей измерения мощности служит ватт (Вт). Ватт - это мощность, при которой за секунду равномерно производится работа в один джоуль. Тогда формула, приведенная выше, может быть записана следующим образом:

W = Pt

Кратные единицы мощности: киловатт - 1 кВт=1000 Вт и мегаватт - 1 МВт=1000000 Вт.

Единица измерения электрической энергии - киловатт-час (кВт·ч) - представляет собой работу, совершаемую при постоянной мощности в 1 кВт в течение 1 ч.

Выражение мощности электрического тока можно преобразовать, заменив на основании закона Ома напряжение U = IR. В результате получим три выражения мощности электрического тока

P = UI = I²R = U²/R

Большое практическое значение имеет то, что одну и ту же мощность электрического тока можно получить при низком напряжении и большой силе тока или при высоком напряжении и малой силе тока.

Дата добавления: 2014-01-20