Основные величины и меры тока

Основные величины и меры тока
На этой страничке кратко излагаются основные величины и меры тока. По мере
необходимости, страничка будет пополняться новыми величинами и формулами.
Сила тока – количественная мера электрического тока, протекающего через
поперечное сечение проводника. Чем толще проводник, тем больший ток может по
нему течь. Измеряется сила тока прибором, который называется Амперметр. Единица
измерения - Ампер (А). Сила тока обозначается буквой – I.
Следует добавить, что постоянный и переменный ток низкой частоты, течёт через
всё сечение проводника. Высокочастотный переменный ток течёт только по
поверхности проводника – скин-слою. Чем выше частота тока, тем тоньше скин-слой
проводника, по которому течёт высокочастотный ток. Это касается любых
высокочастотных элементов - проводников, катушек индуктивности, волноводов.
Поэтому, для уменьшения активного сопротивления проводника высокочастотному
току, выбирают проводник с большим диаметром, кроме того, его серебрят (как
известно, серебро имеет очень малое удельное сопротивление).
Напряжение (падение напряжения) – количественная мера разности
потенциалов (электрической энергии) между двумя точками электрической цепи.
Напряжение источника тока – разность потенциалов на выводах источника тока.
Измеряется напряжение вольтметром. Единица измерения - Вольт (В). Напряжение
обозначается буквой – U, напряжение источника питания (синоним - электродвижущая
сила) может обозначаться буквой – Е.
Мощность электрического тока – количественная мера тока, характеризующая
его энергетические свойства. Определяется основными параметрами – силой тока и
напряжением. Измеряется мощность электрического тока прибором, который
называется Ваттметр. Единица измерения - Ватт (Вт). Мощность электрического тока
обозначается буквой – Р. Мощность определяется зависимостью:
Коснусь практического применения этой формулы на примере: Представьте, что у
Вас есть электронагревательный прибор, мощность которого Вам не известна. Чтобы
узнать потребляемую прибором мощность, измерьте ток и умножьте его значение на
напряжение. Либо наоборот, имеется прибор мощностью 2 кВт (киловатт), на
напряжение сети 220 вольт. Как узнать силу тока в кабеле питающего этот прибор?
Мощность делим на напряжение, получаем ток: I = P / U = 2000 Вт/220 В = 9,1 А .
Потребляемая электроэнергия – суммарное значение потребляемой мощности от
источника электрической сети за единицу времени. Измеряется потребляемая
электроэнергия счётчиком (обыкновенным квартирным). Единица измерения –
киловатт/час (кВт/ч).
Сопротивление элемента цепи – количественная мера, характеризующая
способность элемента электрической цепи сопротивляться электрическому току. В
простом виде, сопротивление это обыкновенный резистор. Резистор может
использоваться: как ограничитель тока – добавочный резистор, как потребитель тока –
нагрузочный резистор. Источник электрического тока так же обладает внутренним
сопротивлением. Измеряется сопротивление прибором называемым Омметром. Единица
измерения - Ом (Ом). Сопротивление обозначается буквой – R. Связано с током и
напряжением законом Ома (формулой):
где U – падение напряжения на элементе электрической цепи, I – ток, протекающий
через элемент цепи.
Поглощаемая мощность элемента электрической цепи – значение мощности
падающей на элементе цепи, которую элемент может поглотить (выдержать) без
изменения его номинальных параметров (выхода из строя). Поглощающая мощность
резисторов обозначается в его названии (например: двух ваттный резистор - ОМЛТ-2,
десяти ваттный проволочный резистор – ПЭВ-10). При расчёте принципиальных схем,
значение необходимой поглощаемой мощности элемента цепи рассчитывается по
формулам:
,
,
Для надёжной работы, определённое по формулам значение мощности элемента
умножается на коэффициент 0,8 , учитывающий то, что должен быть обеспечен запас
по мощности.
Проводимость элемента цепи – способность элемента цепи проводить
электрический ток. Единица измерения проводимости – сименс (См). Обозначается
проводимость буквой - σ. Проводимость - величина обратная сопротивлению, и связана
с ним формулой:
Если сопротивление проводника равно 0,25 Ом (или 1/4 Ом), то проводимость
будет 4 сименс.
Частота электрического тока – количественная мера, характеризующая скорость
изменения направления электрического тока. Имеют место понятия - круговая (или
циклическая) частота - ω, определяющая скорость изменения вектора фазы
электрического (магнитного) поля и частота электрического тока - f,
характеризующая скорость изменения направления электрического тока (раз, или
колебаний) в одну секунду. Измеряется частота прибором, называемым Частотомером.
Единица измерения - Герц (Гц). Обе частоты связаны друг с другом через выражение:
Период электрического тока – величина обратная частоте, показывающая, в
течение, какого времени электрический ток совершает одно циклическое колебание.
Измеряется период, как правило, с помощью осциллографа. Единица измерения
периода - секунда (с). Период колебания электрического тока обозначается буквой – Т.
Период связан с частотой электрического тока выражением:
Длина волны высокочастотного электромагнитного поля – размерная
величина, характеризующая один период колебания электромагнитного поля в
пространстве. Измеряется длина волны в метрах (м). Длина волны обозначается буквой
– λ. Длина волны связана с частотой и определяется через скорость распространения
света:
Электрическая ёмкость – количественная мера, характеризующая способность
накапливать энергию электрического тока в виде электрического заряда на обкладках
конденсатора. Обозначается электрическая ёмкость буквой – С. Единица измерения
электрической ёмкости - Фарада (Ф).
Магнитная индуктивность – количественная мера, характеризующая способность
накапливать энергию электрического тока в магнитном поле катушки индуктивности
(дросселя). Обозначается магнитная индуктивность буквой – L. Единица измерения
индуктивности - Генри (Гн).
Реактивное сопротивление конденсатора (ёмкости) – значение внутреннего
сопротивления конденсатора переменному гармоническому току на определённой его
частоте. Реактивное сопротивление конденсатора обозначается - ХС и определяется по
формуле:
Реактивное сопротивление катушки индуктивности (дросселя) – значение
внутреннего сопротивления катушки индуктивности переменному гармоническому току
на определённой его частоте. Реактивное сопротивление катушки индуктивности
обозначается ХL и определяется по формуле:
Резонансная частота колебательного контура – частота гармонического
переменного тока, на которой колебательный контур имеет выраженную амплитудночастотную характеристику (АЧХ). Резонансная частота колебательного контура
определяется по формуле:
, или
Добротность колебательного контура - характеристика, определяющая ширину
АЧХ резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в контуре больше, чем
потери энергии за один период колебаний. Добротность учитывает наличие активного
сопротивления нагрузки. Добротность обозначается буквой – Q.
Для последовательного колебательного контура в RLC цепях, в котором все три
элемента включены последовательно, добротность вычисляется:
где R, L и C — сопротивление, индуктивность и ёмкость резонансной цепи,
соответственно.
Для параллельного колебательного контура, в котором индуктивность, емкость и
сопротивление включены параллельно, добротность вычисляется: