Сколько миллиампер в 1 ампере?
Я Вас хорошо понимаю, ведь очень трудно признаться родителям в плохой оценке, когда они надеяться, что Вы принесете за экзамен отличный балл. Я бы принесла маме букет ее любимых цветов, а отцу включила его любимый фильм, и в этот момент сказала, что сдала экзамен на «3». Можно ещё не говорить вообще о том, на какую оценку сдали экзамен, сказать что все хорошо. Также возможен вариант пересдачи экзамена на лучшую оценку.
Способность тел и веществ по разному проводить тепло активно используется в современном мире. Одним из наиболее распространенным видом использования является применение веществ с низкой теплопроводностью для теплоизоляции. Для утепления домов и иных сооружений используются пористые материалы (раньше в этом качестве использовали пенопласт). Для изготовления зимней одежды используются воздухосодержащие и волокнистые материалы.
Например, птичий пух для изготовления … пуховиков.
Примеров использования веществ с высокой теплопроводность много меньше. Металлы (их теплопроводность достаточно высокая) используются для изготовления тепловых датчиков.
Наука определяет количество теплоты как энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Это крайне важная физическая константа, достаточно часто используемая при решении проблем реальной жизни.
Возможность накопления телами и веществами тепловой энергии активно используется в науке и технике. Самым наглядным примером может служить устройство автомобильного радиатора: обладающая большой теплоемкостью жидкость поглощает выделяемую двигателем тепловую энергию, предотвращая его от перегрева.
Возможность рассчитать количество теплоты, поглощаемое теми или иными средами, позволяет экономно использовать энергоносители в промышленности.
Это элементарная школьная задача.
Данный ответ следует рассматривать в качестве учебного пособия по определению средней скорости Vcp. Для ее вычисления необходимо весь путь S разделить на общее время t, затраченное на преодоление дистанции.
Vcp = S/t.
Тогда время, затраченное на перемещение 1/4 части пути со скоростью 60 км/ч, составляет
t1= S/(4*60),
а на перемещение 1/4 части пути со скоростью 80 км/ч –
t2= S/(4*80).
Общее время преодоления пути
t=3*S/(4*60) +S/(4*80) =300*S/(4*4800).
Тогда
Vcp = S/(300*S/(4*4800)) =4*4800/300 = 64 (км/ч).
Обычно в большинстве общеобразовательных школах физика начинается в седьмом классе и по одиннадцатый класс. Но бывает, что физика начинается и с пятого класса. К примеру, по крайней мере существуют учебники физики 5-6 классы.
Сколько миллиампер в одном ампер часе.
Как перевести из ампера в миллиампер
Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства.
Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях — электричество само по себе является самой удобной формой энергии.
Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества — флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты — минными заграждениями.
Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством.
В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику — это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.
Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света — модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод — для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений.
А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.
Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации — моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.
Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.
Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников — достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.
Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал — Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.
Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.
Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века.
Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.
Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов — электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.
Историческая справка
С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов.
Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.
Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.
Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму.
Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.
Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.
Электрический ток. Определения
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:
I = q / t где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, I — ток в амперах
Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:
I = U/R где U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах, I — ток в амперах
Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах — наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).
Размерность тока в системе СИ определяется как
[А] = [Кл] / [сек]
Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений
Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках
При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока — элементарных зарядов — характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту — обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.
Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур — более 1 000 000 K.
С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.
В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов.
С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов — проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.
Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники — материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.
Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.
Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.
Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии.
Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.
Электрический ток в жидкостях (электролитах)
Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы — соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.
Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку.
Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.
Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.
Электрический ток в газах
Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов.
Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.
Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.
Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией.
Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.
Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.
Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет.
При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.
Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда — тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.
Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики).
Он называется электрическим пробоем газа.
Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.
При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма.
Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном — металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.
Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.
Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда — идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.
Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.
Электрический ток в вакууме
Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.
Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.
Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.
Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.
Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.
При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы — иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения.
Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.
В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.
Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением — полупроводниках.
Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека.
Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.
Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.
Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.
Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация — магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток
за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.
Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.
Электрический ток в биологии и медицине
Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.
С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.
При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана — внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.
Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.
Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.
Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.
Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи.
Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.
В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.
Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.
К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.
Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.
Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.
У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.
Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.
Характеристики электрического тока, его генерация и применение
Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.
Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря.
Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.
Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств — от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.
Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.
В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.
Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.
Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.
Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.
В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.
Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.
Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты.
А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.
Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.
Измерение электрического тока
Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия — это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.
По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы.
Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.
Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов — резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.
Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока — он может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:
- мгновенное,
- амплитудное,
- среднее,
- среднеквадратичное (действующее).
Мгновенное значение тока I i — это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.
Амплитудное (пиковое) значение тока I m — это наибольшее мгновенное значение тока за период.
Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.
Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.
Среднее значение (постоянная составляющая) тока — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.
Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.
Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма
напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.
Измерение тока с помощью осциллографа
Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).
Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:
Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта R s =100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта R s . Значение сопротивления шунта выбирается из условия R s
Опыт 1
Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала — около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор R s определяется по закону Ома:
I RMS = U RMS /R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,
что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен
I P-P = U P-P /R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА
Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить I RMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).
Опыт 2
Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:
I RMS = U RMS /R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,
что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).
Опыт 3
Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.
Опыт 4
Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму
его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе R s =100 Ом.
Техника безопасности при измерении тока и напряжения
Самодельный пьедестал-стойка с полнофункциональным телесуфлёром и мониторами для домашней видеостудии
- Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
- Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков (при напряжении свыше 1000 В).
- Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
- При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
- Пользоваться исправным измерительным инструментом.
- В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
- Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
- Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.
Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства. Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях — электричество само по себе является самой удобной формой энергии.
Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества — флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты — минными заграждениями.
Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством. В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику — это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.
Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света — модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод — для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений. А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.
Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации — моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.
Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.
Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников — достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.
Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал — Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.
Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.
Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века. Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.
Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов — электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.
Историческая справка
С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов. Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.
Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.
Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму. Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.
Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.
Электрический ток. Определения
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:
I = q / t где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, I — ток в амперах
Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:
I = U/R где U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах, I — ток в амперах
Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах — наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).
Размерность тока в системе СИ определяется как
[А] = [Кл] / [сек]
Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений
Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках
При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока — элементарных зарядов — характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту — обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.
Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур — более 1 000 000 K.
С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.
В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов. С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов — проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.
Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники — материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.
Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.
Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.
Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.
Электрический ток в жидкостях (электролитах)
Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы — соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.
Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.
Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.
Электрический ток в газах
Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов. Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.
Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.
Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией. Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.
Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.
Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет. При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.
Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда — тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.
Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики). Он называется электрическим пробоем газа.
Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.
При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма. Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном — металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.
Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.
Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда — идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.
Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.
Электрический ток в вакууме
Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.
Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.
Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.
Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.
Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.
При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы — иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения. Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.
В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.
Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением — полупроводниках.
Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека. Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.
Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.
Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.
Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация — магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток
за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.
Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.
Электрический ток в биологии и медицине
Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.
С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.
При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана — внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.
Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.
Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.
Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.
Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи. Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.
В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.
Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.
К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.
Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.
Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.
У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.
Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.
Характеристики электрического тока, его генерация и применение
Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.
Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря. Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.
Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств — от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.
Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.
В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.
Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.
Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.
Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.
В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.
Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.
Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты. А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.
Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.
Измерение электрического тока
Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия — это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.
По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы. Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.
Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов — резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.
Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока — он может быть функцией времени и иметь различную форму — быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:
- мгновенное,
- амплитудное,
- среднее,
- среднеквадратичное (действующее).
Мгновенное значение тока I i — это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.
Амплитудное (пиковое) значение тока I m — это наибольшее мгновенное значение тока за период.
Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.
Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.
Среднее значение (постоянная составляющая) тока — это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.
Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.
Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы — на их экранах отображается не только форма
напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.
Измерение тока с помощью осциллографа
Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).
Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:
Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта R s =100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта R s . Значение сопротивления шунта выбирается из условия R s
Опыт 1
Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала — около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор R s определяется по закону Ома:
I RMS = U RMS /R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,
что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен
I P-P = U P-P /R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА
Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить I RMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).
Опыт 2
Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:
I RMS = U RMS /R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,
что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).
Опыт 3
Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся — сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.
Опыт 4
Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму
его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе R s =100 Ом.
Техника безопасности при измерении тока и напряжения
Самодельный пьедестал-стойка с полнофункциональным телесуфлёром и мониторами для домашней видеостудии
- Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
- Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков (при напряжении свыше 1000 В).
- Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
- При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
- Пользоваться исправным измерительным инструментом.
- В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
- Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
- Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.
Основной единицей измерения силы тока является ампер. Так, например, ток силой 1 ампер (А) протекает через лампочку мощностью 220 Ватт, подключенную к электросети с напряжением 220 Вольт. В современной электронной технике, особенно миниатюрной, используются токи, как правило, значительно меньшей силы. Для их измерения применяется специальная (дробная) единица измерения силы тока – миллиампер (мА).
Спонсор размещения P&G
Статьи по теме «Как перевести из ампера в миллиампер»
Как перевести из литров в метры в кубе
Как перевести люксы в люмены
Как перевести см квадратные в метры квадратные
Инструкция
Чтобы перевести силу тока, заданную в амперах, в миллиамперы, просто умножьте количество ампер на тысячу. В виде несложной формулы это правило можно записать следующим образом:
Кма = Ка * 1000,
где:
Кма – количество миллиампер,
Ка – количество ампер.
Учтите, что миллиампер – это одна тысячная, а не миллионная часть ампера. Чтобы обозначить полученное количество миллиампер используйте следующие сокращения:
мА (русский вариант), или
mА – международное обозначение.
Иногда встречается написание «ма» или «ma» — такие сокращения применять нежелательно.
Обратите внимание на то, что для обозначения тысячной доли Ампера используется прописная русская или латинская (английская) буква «эм». Нечеткое или неправильное написание этой буквы может привести к путанице. Так, например, через МА обозначается Мегаампер (1000 Ампер), а через?А – микроампер (миллионная часть ампера).
Пример.
Ток какой силы, выраженный в миллиамперах, протекает через энергосберегающую лампочку мощностью 9 Вт, подключенную к бытовой осветительной электросети?
Решение.
Так как стандартное напряжение в бытовой электрической сети составляет 220 В, а сила тока в Амперах равняется мощности, поделенной на напряжение, то количество Ампер, посчитанное на стандартном Windows калькуляторе, равно:
Ка = 9/220 = 0,0
Чтобы перевести количество Ампер в миллиамперы просто «передвиньте» десятичную точку (в данном случае обозначена через запятую) на три цифры вправо. Получится:
Кма = 0040,909090909090909090909090909091
Этот результат, хотя и является правильным, но для практических расчетов не совсем удобен. Поэтому слева следует убрать «лишние» незначащие нули и округлить число. В итоге получится: 40,91.
Ответ: 40,91 мА.
Итак, если количество Ампер представляет из себя десятичную дробь, то переместите десятичную точку на три знака вправо. Если количество Ампер – целое, то для перевода Ампер в миллиамперы припишите к этому числу справа три нуля.
Пример.
Сколько миллиампер протекает через обогреватель мощностью 2,2 киловатта, включенный в обычную розетку?
Решение.
Переведите мощность в ватты и разделите ее значение на напряжение в электросети (220 В):
2,2 * 1000 / 220 = 2200 / 220 = 10 (А).
Теперь просто припишите к 10 три нуля справа: 10 000.
Ответ: 10000 мА.
Как просто
Другие новости по теме:
Основной единицей измерения объема являются кубические метры (м?). Они применяются как в физике, так и в большинстве приборов учета расхода газа. Однако для бытового использования кубометр – слишком большой объем. Поэтому емкость тары, посуды и прочих приспособлений для хранения жидкости и сыпучих
Единица «ампер» используется для измерения силы электрического тока во всем мире. Но мало кто задумывается над тем, по какой причине данная единица измерения получила именно такое название. Спонсор размещения P&G Статьи по теме «Что такое ампер» Как определить работу тока Как рассчитать амперы Как
Многие путают электрический ток с электрическим напряжением. Но это не одно и то же. Эти термины хотя и взаимосвязаны друг с другом, но обозначают совершенно разные физические величины. Спонсор размещения P&G Статьи по теме «Что такое электрический ток» Как определить магнитную индукцию Как
В амперах измеряют силу электрического тока, в ваттах — электрическую, тепловую и механическую мощность. Ампер и ватт в электротехнике связаны между собой определенными формулами, однако поскольку в них измеряют разные физические величины, просто перевести амперы в кВт не получится. Но можно одни
При проектировании схемы новой электропроводки или капитального ремонта существующей, для определения необходимого сечения провода нужно правильно рассчитать максимальный ток нагрузки в электросети. Это можно сделать путем несложных подсчетов. Вам понадобится калькулятор Спонсор размещения P&G
При использовании в расчетах такой физической величины как мощность, часто требуется перевести ватты в другие единицы измерения. Задача осложняется тем, что в технике до сих пор используются устаревшие единицы измерения мощности, такие как «лошадиная сила». Но имея все необходимые таблицы и
4000 Миллиампер часов это сколько
Ампе́р-час (А·ч) — внесистемная единица измерения электрического заряда, используемая главным образом для характеристики ёмкости электрических аккумуляторов.
Исходя из физического смысла, 1 ампер-час — это электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника в течение одного часа при наличии в нём тока силой в 1 ампер .
Заряженный аккумулятор с заявленной ёмкостью в 1 А·ч теоретически способен обеспечить силу тока 1 ампер в течение одного часа (или, например, 10 А в течение 0,1 часа , или 0,1 А в течение 10 часов ). На практике слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву.
В действительности же ёмкость аккумуляторов приводят исходя из 20-часового цикла разряда до конечного напряжения. Для автомобильных аккумуляторов оно составляет 10,5 В [1] . Например, надпись на маркировке аккумулятора « 55 А·ч » означает, что он способен выдавать ток 2,75 ампера на протяжении 20 часов , и при этом напряжение на клеммах не опустится ниже 10,5 В .
Часто также применяется производная единица миллиампер-час (мА·ч, mAh), которая используется обычно для обозначения ёмкости небольших аккумуляторов.
Величину в ампер-часах можно перевести в системную единицу измерения заряда — кулон. Поскольку 1 Кл/c равен 1 А , то, переведя часы в секунды, получаем, что один ампер-час будет равен 3600 Кл .
Содержание
Перевод в ватт-часы [ править | править код ]
Часто производители аккумуляторов указывают в технических характеристиках только запасаемый заряд в мА·ч (mAh), другие — только запасаемую энергию в Вт·ч (Wh). Обе характеристики можно называть термином «ёмкость» (не путать с электрической ёмкостью как мерой способности проводника накапливать заряд, измеряемой в фарадах). Вычислить запасаемую энергию по запасаемому заряду в общем случае непросто: требуется интегрирование мгновенной мощности, выдаваемой аккумулятором за всё время его разряда. Если большая точность не нужна, то вместо интегрирования можно воспользоваться средними значениями напряжения и потребляемого тока, для этого используя формулу, следующую из того, что 1 Вт = 1 В · 1 А :
1 Вт·ч = 1 В · 1 А·ч.
То есть запасаемая энергия (в ватт-часах) приблизительно равна произведению запасаемого заряда (в ампер-часах) на среднее напряжение (в вольтах):
а в джоулях она будет в 3600 раз больше,
Пример [ править | править код ]
В технической спецификации устройства указано, что «ёмкость» (запасаемый заряд) аккумулятора равна 56 А·ч , рабочее напряжение равно 15 В . Тогда «ёмкость» (запасаемая энергия) равна 56 А·ч · 15 В = 840 Вт·ч = 840 Вт · 3600 с = 3,024 МДж .
Это неправильно: При последовательном соединении одинаковых аккумуляторов «ёмкость» остаётся прежней, при параллельном соединении — складывается. Например, для двух аккумуляторов, каждый из которых обладает напряжением 3,3 В и запасаемым зарядом 1000 мА·ч, последовательное соединение создаст источник с напряжением 6,6 В и запасаемым зарядом 1000 мА·ч , параллельное соединение — источник с напряжением 3,3 В и запасаемым зарядом 2000 мА·ч .
Емкость аккумулятора 4000 мач это сколько часов
Автор Ётепан Иванов задал вопрос в разделе Техника
Емкость аккумулятора: 4000 мАч на Планшете. Долго будет держать заряд? (время) и получил лучший ответ
Ответ от Вольный Ветер[гуру]
Судя по вопросу, логическое мышление отсутствует напрочь. Для решения надо знать энергопотребление! Если скажем планшет потребляет ток в 1 ампер, то батареи хватит на 4 часа.
Как пользоваться калькулятором?
- Введите ёмкость вашего аккумулятора в Ah или в mAh.
- Нажмите соответствующую кнопку для расчета.
- Результат вычислений будет ниже, в текстовом поле.
А перевод в этом калькуляторе делается следующим образом. Значения mAh мы делим на 1000 и этим получаем Ah, а заряд в ампер-часах мы умножаем на 1000 и в результате получаем миллиампер-часы.
Ah = mAh/1000 mAh = Ah*1000
Конечно же этот перевод очень прост и не требует калькулятора, но предполагаю, для тех кто в первый раз встретил такую единицу измерения данный калькулятор будет очень полезен.
Как преобразовать амперы в электроны в секунду
Обновлено 13 декабря 2020 г.
Крис Дезил
Физики приписывают электричество движению электронов, тех крошечных электрически отрицательных частиц, которые окружают каждый атом. Единицей измерения электрического тока является ампер, названный в честь французского физика XIX века Андре-Мари Ампера. По определению, ампер равен одному кулону в секунду. Следовательно, чтобы рассчитать количество электронов в одном амперах, вам необходимо знать заряд отдельного электрона в кулонах.Получается 1,602 × 10 -19 кулонов. Это вся информация, необходимая для преобразования ампер в электроны в секунду.
TL; DR (слишком долго; не читал)
При токе одного ампера каждую секунду течет 6,242 × 10 18 электронов. Умножьте силу тока на это число, чтобы найти количество электронов, протекающих в цепи в секунду.
Что такое кулон?
Кулон — это единица измерения статического заряда в системе измерения МКС (метр, килограмм, секунда).Он был назван в честь другого французского физика, Шарля Огюстена де Кулона, который проделал большую часть своих работ в 18 веке. Определение кулона основано на статкулоне, единице заряда в системе CGS (сантиметры, граммы, секунды). Первоначально это определялось как заряд, необходимый двум одинаково заряженным частицам, разделенным на 1 сантиметр, чтобы оттолкнуть друг друга с силой в 1 дин. Вы можете получить кулоны из статкулонов, но современные ученые обычно определяют кулоны в амперах, а не наоборот.Определение 1 кулон — это количество заряда, переносимого за одну секунду током в 1 ампер. Ученые все же знают заряд отдельного электрона благодаря знаменитому эксперименту, проведенному в начале 20 века.
Эксперимент с каплей масла Милликена
Американский физик Роберт Милликен провел эксперимент с каплей масла в 1909 году, за что получил Нобелевскую премию. Он поместил заряженную каплю масла между двумя электрически заряженными пластинами и регулировал напряжение до тех пор, пока капля не зависла в воздухе.Поскольку он мог вычислить силу тяжести на капле и силу электрического поля, он мог определить заряд на капле. Он провел эксперимент с различными зарядами на капле и обнаружил, что заряд всегда изменяется на кратное определенное число, которое, как он пришел, было зарядом отдельного электрона. Получилось 1,602 × 10 -19 кулонов.
Число электронов в секунду в амперах
Один электрон имеет заряд 1.602 × 10 -19 кулонов, поэтому вы можете найти количество электронов в 1 кулонах заряда, взяв обратное число. Произведя арифметику, вы найдете:
1 кулон = 6,242 × 10 18 электронов
1 ампер равен 1 кулону в секунду, что означает:
1 ампер = 6,242 × 10 18 электронов в секунду
Преобразование из ампер в электроны в секунду
Полученное выше соотношение представляет собой коэффициент преобразования.{19}
9,363 × 10 19 электронов течет в секунду. При токе 7 мА (0,007 ампер) в секунду течет 4,369 × 10 16 электронов.
Единица электрического тока: ампер или ампер
Ампер или ампер — это единица измерения электрического тока в системе СИ, позволяющая определять величину тока в цепи.
Учебное пособие по электрическому току Включает:
Что такое электрический ток
Текущая единица — Ампер
ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
Важно иметь возможность количественно оценить величину тока, протекающего в цепи, поскольку это позволяет определить характеристики цепи и обеспечить работу цепи должным образом.
Для этого необходимо иметь блок, а это ампер или усилитель. Аббревиатура для этого — «А». Ток в десять ампер можно записать как 10 ампер или 10 А.
Примечание: имя физика Ампера пишется с заглавной буквы A и с ударением, единицей измерения тока является ампер или ампер без заглавной буквы или ударения.
Единица тока; определение ампер
Ампер эквивалентен заряду в один кулон в секунду, протекающему в цепи.Хотя это практическая реализация ампера, формальное определение связывает уровень тока с основными параметрами SI.
Определение ампер:
Формальное определение ампера — это постоянный ток, который, если его поддерживать в двух прямых параллельных проводниках бесконечной длины, с незначительным круглым поперечным сечением и помещать на расстоянии одного метра в вакууме, создавал бы между этими проводниками силу, равную 2 × 10 −7 ньютон на метр длины.
Условия определения ампера
Ампер — это единица измерения электрического тока в системе СИ и одна из семи основных единиц системы СИ
Интересно, что один ампер приблизительно эквивалентен приблизительно 6,24 × 10 18 элементарным зарядам, таким как электроны или дырки, проходящим мимо заданной точки или границы за одну секунду.
Физики считают, что ток течет от относительно положительных точек к относительно отрицательным точкам; это называется обычным током или током Франклина.
Это определение использует электромагнетизм для определения единицы тока. Это приводит к неявному определению значения магнитной постоянной µ 0 = 4 π 10 -7 Hm -1 = 4 π 10 -7 м кг с 2 A -2 . Следовательно, ампер базовой единицы — и, следовательно, все другие электрические единицы — связаны с базовыми единицами измерения, килограмма и секунды через эту фундаментальную константу.
История ампер
Единица измерения тока; Ампер назван в честь Андре-Мари Ампера, одного из первых пионеров в области электротехники.
Записка на Андре-Мари Ампера:
Андре-Мари Ампер (1775–1836) был французским математиком и физиком. Он провел много экспериментов, связанных с ранней наукой об электричестве, и в связи с его новаторской работой многие считают его отцом электродинамики.
Подробнее о Андре-Мари Ампер.
Ввиду действительно фундаментальной работы, проделанной Ампером, единицей измерения электрического тока, ампер был назван в его честь.Это было признанием его большого вклада в установление многих основ современной электротехники. Название «ампер» было установлено как стандартная единица измерения электрических величин на международной конвенции, подписанной в 1881 году.
Кратные и подмножественные значения для ампер
Диапазон тока, переносимого в различных сценариях, сильно различается — на много порядков. Следовательно, необходимо использовать стандартные кратные и подмножители.
| Множители и субмножители ампер | ||
|---|---|---|
| Текущий | Имя | Аббревиатура |
| 10 -15 ампер | фемтоампы | fA |
| 10 -12 ампер | пикоампер | pA |
| 10 -9 ампер | наноампер | нА |
| 10 -6 ампер | микроампер | мкА |
| 10 -3 ампер | миллиампер | мА |
| ампер | ампер | A |
| 10 3 ампер | килоампер | кА |
| 10 6 ампер | Мегаусилитель | MA |
Ток в амперах типовых устройств
Различные устройства используют разные уровни тока и часто задаются вопросом, сколько ампер может использовать устройство.В таблице ниже приведен список типичных значений тока в амперах, используемых рядом различных электрических и электронных устройств.
| Типичный ток в амперах обычных устройств | ||
|---|---|---|
| Устройство | Детали | Типовой ток |
| Электрокамин | Шина мощностью 1 кВт, работающая от сети 240 В | 4 ампера |
| Настольный компьютер | Компьютер используется, но не находится в режиме ожидания | ~ 0.5 ампер |
| Чайник | Типовой чайник мощностью 2,5 кВт, работающий от 240 В | 10 ампер |
| Портативный компьютер | Взимается | ~ 0,2 ампер |
| Телевидение | Пример типичного 42-дюймового ЖК-телевизора с плоским экраном | ~ 0,3 ампер |
Ампер — одна из семи основных единиц СИ и, как таковая, является ключевой в электротехнике и электронике, а также во многих других областях науки.Определение основано на электромагнитном эффекте, который он вызывает, что дает ему фундаментальное определение.
Дополнительные концепции и руководства по основам электроники:
Напряжение
Текущий
Власть
Сопротивление
Емкость
Индуктивность
Трансформеры
Децибел, дБ
Законы Кирхгофа
Q, добротность
Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .
Электрический заряд и электрический ток
Рассмотрим, что происходит внутри короткого отрезка изоляционного материала из ПВХ.
медная проволока.Электроны свободно перемещаются между атомами меди.
Каждый электрон имеет отрицательный заряд, и когда мы получаем их пачку
чтобы течь по проводу в одном направлении, мы получаем поток заряда, называемый током.
Если ток течет только в одном направлении, он называется постоянный ток или
ДЦ .
— 20 AWG —— 20 AWG —
Если он течет вперед и назад, мы называем его переменным током или AC .
— 20 AWG —— 20 AWG —
Заряд измеряется в кулонах.Чтобы равняться одному кулону, требуется огромное количество электронов. Фактически, это занимает примерно 6,2х10 18 .
С другой стороны, один электрон имеет отрицательный заряд, равный -1,6×10 -19 кулонов (-1,6×10 -19 C).
Один кулон заряда, протекающего в секунду, равен одному амперу тока. Однако на самом деле произнесение слова «ампер» заставляет меня чувствовать себя художником-импрессионистом, пишущим строку ямбического стиха, чтобы описать покрытую росой листву прохладным весенним утром.Если вы хотите быть настоящим ламповщиком, вам нужно сказать «усилитель». Одна тысячная ампера (0,001 А) — это «миллиампер» (1 мА).
Требуется поток 6,2х10 18 электронов в секунду, чтобы произвести один ампер тока. К счастью, в хороших проводниках для этой задачи доступно много электронов. В металлической меди, например, имеется 8,5×10 28 свободных электронов в одном кубическом метре. Хорошо, может быть, мы не используем целый кубометр меди в ламповом усилителе, но даже меньшие куски имеют более чем достаточно свободных электронов для удовлетворения наших потребностей.
В электронных лампах электроны текут от нагретого катода к ненагретой пластине, поэтому
можно подумать, что ток будет течь в этом направлении. В конце концов, это то направление, в котором
физические частицы действительно движутся.
Увы, это не так. Электроны заряжены отрицательно, и с точки зрения тока отрицательно заряженные частицы, движущиеся в одном направлении, имеют тот же эффект, что и положительные заряды, движущиеся в противоположном направлении. Таким образом мы говорим, что
«положительный» ток течет от пластины к катоду.Сначала это странная концепция, но к ней легко привыкнуть. Нам просто нужно представить, что ток вызывается положительно заряженными частицами, каждая с зарядом + 1,6×10 -19 Кл, текущими в направлении, противоположном потоку электронов.
Проблема
Провод 20AWG длиной 1 см соединяет два терминала регулятора скорости вашего Fender Tremolux 6G9. Его медно-металлический проводник содержит 4,4х10 20 свободных электронов, способных проводить ток.Какой заряд представляют эти свободные электроны?
Решение
Полный заряд равен количеству электронов, умноженному на заряд одного электрона:
(4,4×10 20 ) (- 1,6×10 -19 ° C) = -70 ° C
Не жалко для крошечной проволоки!
Проблема
Путем невероятно проницательного наблюдения вы замечаете, что 1,25×10 16 электронов каждую секунду текут от катода к пластине вашего предусилителя 12AX7.Сколько ампер тока это означает? В каком направлении?
plategridcathode
Решение
1,25×10 16 электронов представляют собой заряд
(1,25×10 16 ) (- 1,6×10 -19 ° C) = -0,002 ° C
Это означает, что от катода к пластине течет -0,002 ° C в секунду. Что касается тока, это то же самое, как если бы от пластины к катоду текло + 0,002 ° C в секунду. Это равно 0.002A или 2 мА.
Таким образом, от пластины к катоду течет ток 2 мА.
Проблема
4.1×10 18 электронов в минуту перемещаются от источника экрана усилителя мощности до источника питания пластины усилителя через дроссель. (Я уверен, вам было весело их считать!) Какой ток в миллиамперах?
Решение
Если разделить на 60, то 4,1х10 18 электронов в минуту равно
6,8×10 16 электронов в секунду.Заряд, протекающий через штуцер, измеряемый в кулонах в секунду, равен
равно
количество электронов в секунду, умноженное на заряд одного электрона:
(6,8×10 16 с -1 ) (- 1,6×10 -19 ° C) = -0,011 ° C / с
Что касается тока, то это то же самое, что и положительные заряды, протекающие в противоположном направлении со скоростью + 0,011C / с, что составляет 11 мА. Таким образом, ток 11 мА течет от питания пластины через дроссель к питанию экрана.Электроны, которые делают все это возможным, на самом деле текут в противоположном направлении.
Проблема
В вашем клоне Champ 5E1 используется провод 20AWG диаметром 0,812 мм для подключения напряжения питания пластины к пластинчатому резистору 100 кОм. Резистор пропускает ток 0,6 мА в режиме ожидания при отсутствии сигнала гитары. Как быстро электроны движутся по проводу? Можно ли использовать проволоку большего диаметра, чтобы они текли быстрее?
Решение
Радиус проволоки равен половине диаметра или 0.406 мм, что составляет 4,06х10 -4 метров. Мы получаем площадь, возводя радиус в квадрат и умножая на пи. Это означает, что в квадратных метрах поперечное сечение имеет площадь
(3,14) (4,06×10 -4 м) 2 = 5,2×10 -7 м 2
Умножение площади поперечного сечения на длину дает нам количество кубических метров в проводе:
(5,2×10 -7 м 2 ) (1 м) = 5,2×10 -7 м 3
Их 8.5×10 28 свободных электронов на кубический метр меди. Это означает, что в одном метре провода 20AWG есть
(8,5×10 28 м -3 ) (5,2×10 -7 м 3 ) = 4,4×10 22
электроны. Чтобы получить количество заряда в одном метре провода, мы умножаем его на количество кулонов на электрон, что дает нам
(4,4×10 22 ) (- 1,6×10 -19 ° C) = -7,0×10 3 ° C
Если посмотреть на это с другой точки зрения, это означает, что требуется
1 / (7.0×10 3 ) = 1,4×10 -4
метров провода для удержания заряда -1С. Это меньше миллиметра! А мы говорим о довольно тонком проводе. Мы знаем, что ток через пластинчатую цепь составляет 0,6 мА, что означает, что 6×10 -4 C заряда проходит через провод каждую секунду. (Это положительный ток от пластины, подающей через пластинчатый резистор к пластине трубки, как если бы через провод проходили положительные заряды.)
Количество метров провода, содержащего -0.0006C заряда составляет
(1,4×10 -4 ) (6×10 -4 ) = 8×10 -8
Таким образом, это количество метров заряда, которое проходит через провод каждую секунду. Таким образом, электроны дрейфуют по проволоке со скоростью
8×10 -8 метров в секунду. Если бы вы использовали провод большего диаметра, то в поперечном сечении было бы больше электронов. Таким образом, электроны будут двигаться медленнее и производить такое же количество тока.
Как показывает эта проблема, электроны дрейфуют очень медленно.В этом случае всего 7,4 миллиметра за весь день! Однако важно помнить, что гитарные сигналы движутся почти со скоростью света. Если мы подадим ток 0,6 мА на один конец провода, то 0,6 мА выйдет из другого конца почти мгновенно. Просто не ожидайте увидеть выходящие те же электроны, что и вы.
Вы и тысячи других автомобилистов остановились на автостраде Голден Стейт между Сан-Фернандо и Бербанком. Если бы вы все просто двигались вперед одновременно, тогда «сигнал» двигаться вперед распространялся бы мгновенно.Однако, если вы находитесь на левой полосе в Сан-Фернандо, вы все равно не увидите выход 144 еще очень долго.
Проблема
При полной мощности и максимальном падении напряжения питания блок питания Fender Bassman 5F6-A выдерживает нагрузку 187 мА. Сколько кулонов в секунду это означает? Источник питания в этих условиях обеспечивает нагрузку +377 В постоянного тока. В каком направлении через нагрузку текут электроны?
СЛЕДУЩАЯ СТРАНИЦА
Могу ли я использовать 300 мА вместо 500 мА?
Могу ли я использовать 300 мА вместо 500 мА?
Он будет работать нормально.Убедитесь, что вилка соответствует правильной полярности.
Соответствует ли 2000 мА 2 амперам?
Пожалуйста, укажите значения ниже для преобразования миллиампер [мА] в амперы [A] или наоборот… .Таблица преобразования миллиампер в амперы.
| Миллиампер [мА] | Ампер [A] |
|---|---|
| 0,1 мА | 0,0001 А |
| 1 мА | 0,001 А |
| 2 мА | 0,002 А |
| 3 мА | 0.003 A |
Что больше ампер или миллиампер?
Единственное различие между усилителем и миллиампером состоит в том, что усилитель в 1000 раз больше миллиампера. И амперы, и миллиамперы — это метрические единицы, используемые учеными для измерения электрического тока, хотя и в разных масштабах.
Что равно 22ma?
Один миллиампер равен 1/1000 ампера, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду.
мА меньше a?
Миллиампер (миллиампер) — это 1000-я ампер, то есть 1/1000 ампер.Так же, как разница между миллиметрами и метрами, в усилителе есть тысяча миллиампер. 1 миллиампер есть. 001 амп.
мА — это то же самое, что и ампер?
Сколько мА в 1 ампер? Ответ — 1000. Вы можете просмотреть более подробную информацию о каждой единице измерения: мА или ампер. Базовой единицей СИ для электрического тока является ампер. 1 ампер равен 1000 мА, или 1 ампер.
Какой знак у миллиампер?
Таблица префиксов единиц ампер
| название | символ | пример |
|---|---|---|
| микроампер (микроампер) | мкА | I = 50 мкА |
| миллиампер (миллиампер) | мА | I = 3 мА |
| ампер (амперы) | A | I = 10A |
| килоампер (килоампер) | кА | I = 2кА |
Сколько миллиампер в микроусилителе?
1000
Что такое микроусилитель?
Глоссарий Термин: Microamp Definition.Микроампер или микроампер: миллионная часть ампера. Ампер — основная единица измерения электрического тока. Часто пишется как uA, но это простой текст, заменяющий греческую букву mu. Синонимы.
Что такое 1000 мА? | PopularAsk.net
Один миллиампер равен 1/1000 ампера, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду. Миллиампер кратен амперам, который является основной единицей измерения электрического тока в системе СИ.… Миллиамперы можно обозначать как мА; например, 1 миллиампер можно записать как 1 мА.
Прочитать полный ответ
Формула: (А) * (1000) = (мА). Например, если у вас 2 А, то количество миллиампер будет (1000) * (2) = (2000) мА.
Кроме того, сколько ватт составляет 1000 мА?
Сколько мА в 1 ватте на вольт? Ответ — 1000. Мы предполагаем, что вы конвертируете миллиампер в ватт / вольт. Вы можете просмотреть более подробную информацию о каждой единице измерения: мА или ватт на вольт. Базовой единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер.
Аналогично, чему равен мА?
Один миллиампер равен 1/1000 ампера, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду. Миллиампер кратен амперам, который является основной единицей измерения электрического тока в системе СИ.
Также, что означает мА в мощности?
Миллиампер
Сколько ватт в 800 миллиампер?
800 Миллиампер (мА) 0,800000 Вт / Вольт (Вт / В)
——————– ————————
1 мА = 0,001000 Вт / В 1 Вт / В = 1000 мА
Найдено 18 связанных вопросов, ответы на которые найдены
Что такое напряжение в мА?
1 мА = 0.001 AMP (сокращение от amperes)… НАПРЯЖЕНИЕ — это результат прохождения тока через резистор.
Что означает мА в амперах?
Миллиампер
500 мА — это то же самое, что 5 ампер?
500 мА равно 0,5 ампера. Соотношение гласит, что 1 ампер равен 1 миллиамперам, разделенным на 1000 миллиампер на ампер, или A = мА / 1000. Исходя из этого отношения, можно заменить 500 мА на 500/1000, что также равно 0,5. Это равно количеству ампер.
Что такое 1000 мА в амперах?
1000 миллиампер — это то же самое, что 1 ампер?
Ответ — 1000.Мы предполагаем, что вы конвертируете миллиампер в ампер. … 1 ампер равен 1000 миллиампер, или 1 ампер.
Сколько ватт в 750 мА?
750 Миллиампер (мА) 0,750000 Вт / Вольт (Вт / В)
——————– ————————
1 мА = 0,001000 Вт / В 1 Вт / В = 1000 мА
Сколько ватт в мА?
1000 Миллиампер (мА) 1 Вт / Вольт (Вт / В)
—————————————–
1 мА = 0,001000 Вт / В 1 Вт / В = 1000 мА
Как перевести миллиампер в ватт?
Введите миллиампер-час (мАч) и напряжение (В) и нажмите «Рассчитать», чтобы получить ватт-часы (Вт-ч).Формула: (мАч) * (В) / 1000 = (Вт · ч). Например, если у вас аккумулятор емкостью 300 мАч с номиналом 5 В, мощность составит 300 мАч * 5 В / 1000 = 1,5 Втч.
Какая единица измерения — мА?
Миллиампер
Что значит 500ма?
Ток в один (1) миллиампер (мА) равен току в 1/1000 ампер (А). Зарядное устройство на 500 мА вырабатывает вдвое меньший ток (в миллиамперах), чем на 1000 мА. Аккумулятор на 2500 миллиампер-час будет отлично заряжаться при токе 500 мА.
Миллиамперы больше, чем амперы?
Один миллиампер равен 1/1000 ампера, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду.Миллиампер кратен амперам, который является основной единицей измерения электрического тока в системе СИ. … Миллиампер иногда также называют миллиампером.
Сколько вольт в мА?
Последнее обновление: 16 дней назад — Соавторов: 13 — Пользователей: 4
Что больше MA или A? — Цвета-NewYork.com
Что больше MA или A?
Один миллиампер равен 1/1000 ампера, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду.Миллиампер кратен амперам, который является основной единицей измерения электрического тока в системе СИ.
Что означает текущая MA?
Миллиампер
Ma меньше a?
Ампер (ампер) — это стандарт для измерения электрического тока. Миллиампер (миллиампер) — это 1000-я ампер, то есть 1/1000 ампер.
Что такое 0,4 мА в?
Преобразовать 0,4 миллиампер в амперы
| 0,4 Миллиампер (мА) | 0,000400 Ампер (А) |
|---|---|
| 1 мА = 0.001000 А | 1 А = 1000 мА |
мА совпадает с током?
Сколько мА в 1 ампер? Ответ — 1000. Вы можете просмотреть более подробную информацию о каждой единице измерения: мА или ампер. Базовой единицей СИ для электрического тока является ампер. 1 ампер равен 1000 мА, или 1 ампер.
Сколько А в мА?
1000
Сколько ампер в 750 мА?
0,750000 Ампер
Сколько усилителей в мегаусилителе?
Один мегаампер равен 1 000 000 ампер, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду.Мегаампер кратен амперам, который является базовой единицей СИ для электрического тока.
Какой усилитель больше или мега усилитель?
Один мегаампер равен 1 000 000 ампер, то есть электрическому току, равному одному кулону в секунду. Мегаампер кратен амперам, который является базовой единицей СИ для электрического тока. Мегаампер иногда также называют мегаампером.
Какой знак у усилителей?
Ампер или ампер (символ: A) — это единица измерения электрического тока.Аппарат Ampere назван в честь Андре-Мари Ампера из Франции. Один ампер определяется как ток, протекающий с электрическим зарядом в один кулон в секунду.
Сколько ампер в 1200 мА?
1
Что такое 30 мА в усилителях?
0,030000 Ампер
500 мА — это то же самое, что 0,5 А?
Пятьсот миллиампер (мА) равны 0,5 ампера (А), которые также обычно называют ампер. В метрической системе единицей измерения и представления электрического тока является ампер.Один мА равен одной тысячной ампера, что может быть представлено цифрами как 1 мА = 0,001 А.
Как преобразовать мА в?
Формула: (А) * (1000) = (мА). Например, если у вас 2 А, то количество миллиампер будет (1000) * (2) = (2000) мА.
Что такое мА и А?
«Ампер», обычно сокращенно обозначаемый «Ампер» в разговорной речи, является единицей измерения электрического тока в системе СИ и имеет письменный символ A. Например, 0,1 А эквивалентно 100 мА и 0.01 Ампер составляет 10 мА. Хотя термин «миллиампер» используется в разговорной речи, в письменной форме он сокращается как мА.
Что такое напряжение в мА?
1 мА = 0,001 Ампер (сокращенно от ампера) Ампер обозначается как ТОК. Значения резистора указаны в Омах (Ом — символ Ом) НАПРЯЖЕНИЕ — это результат прохождения тока через резистор.
Что равно 22ma?
Преобразовать 22 Миллиампер в Ампер
| 22 Миллиампер (мА) | 0.022000 Ампер (А) |
|---|---|
| 1 мА = 0,001000 А | 1 А = 1000 мА |
Что такое 500 мА?
Кроме того, что такое 500 мА? 500 мА равно 0,5 ампера. В метрической системе единицей измерения электрического тока является ампер (А) или ампер. Соотношение гласит, что 1 ампер равен 1 миллиамперам, разделенным на 1000 миллиампер на ампер, или A = мА / 1000.
Что означает 1000 мА?
Ответил 2 года назад. Значения те же, поскольку m указывает милли, что составляет 1/1000, поэтому 1000 x 1/1000 = 1.Однако в ответе есть подразумеваемая точность. 1A имеет одну значащую цифру, а 1000mA подразумевает 4 значащие цифры.
Что такое 300 мА?
300 Миллиампер (мА) = 0,300000 Ампер (А)
Что такое миллиампер-час (мАч)?
Миллиампер-час (мАч) — это показатель того, сколько электрического тока батарея может выдавать с течением времени. Наше все более широкое использование мобильных устройств, таких как смартфоны, планшеты и ноутбуки, позволило нам понять, сколько времени хватит на один заряд аккумулятора.В одном усилителе тысяча миллиампер. Поскольку электронные устройства предназначены для работы с меньшим количеством электроэнергии, это количество измеряется в миллиамперах по сравнению с амперами. Если вы используете что-нибудь с батареей, у вас уже есть некоторое представление о термине миллиампер-час, но вы, возможно, не понимали, как он влияет на ваш мобильный образ жизни.
Немного о том, почему этот термин является сроком недели.
Этот термин возник, когда я недавно разговаривал со своим зятем. Он довольно часто пользуется своим смартфоном, в том числе в те дни, когда играет в гольф.Когда он знакомится с определенной технологией, он не любит ничего менять, поэтому у него была более старая модель смартфона, и батарея не держала заряд так долго. Он не мог заменить батарею, так как она больше не предназначена для его модели телефона. Он искал решение, которое продлило бы ему заряд батареи.
Мой зять спросил меня, работают ли небольшие перезаряжаемые аккумуляторные батареи, которые он видел в продаже, и можно ли таким образом продлить заряд его телефона.Я сказал ему да; они действительно работают, а затем он спросил меня, сколько миллиампер-часов емкости ему следует купить для своего аккумуляторного блока. В итоге я добавил этот термин в свой список. Чтобы понять, что такое миллиампер-час, нужно немного разобраться в основах электричества.
Ампер, или для краткости, ампер — это мера того, сколько электричества протекает в электрической цепи. Если вы добавите время, например час, ампер-час — это количество электричества, которое проходит за один час. Возможно, вы знакомы с терминами ватт и вольт, и они связаны с усилителями.Закон Ома — это формула, которая используется для определения соотношения между усилителями, ваттами и вольтами.
Формула закона Ома записывается как «Ватты = Амперы x Вольт». если вы помните какую-либо известную алгебру, вы можете перемещать члены в формуле. Если вам известны два любых значения, вы можете вычислить третье. Давайте взглянем на батарейки типа AA, с которыми вы, вероятно, знакомы, чтобы понять миллиампер-час, а затем перейдем к смартфонам и мобильным устройствам.
Во многих устройствах используются батарейки типа AA.Фактически, батарейки типа AA составляют более 50% всех батарей, продаваемых сегодня. Батарейки — важная часть нашей электронной жизни, а батарея AA — рабочая лошадка, используемая для таких вещей, как пульты дистанционного управления, фонарики, игрушки и многое другое. Ампер-часы — это время, в течение которого батарея может обеспечивать электричество, но, поскольку батарея AA небольшая, она измеряется в миллиампер-часах. Пока у него есть заряд, он может подавать энергию, когда батарея «разряжена», и больше не может подавать электричество.
Вот пример с фонариком, который использует батарейки.Лампочка аккумуляторной батареи требует определенного количества энергии для работы и освещения. Когда фонарик загорается, он потребляет или «тянет» ток от батареек, когда он выключен, он не потребляет никакого тока. Если он использует один ампер, когда он включен, то ему потребуется батарея, способная обеспечить один ампер-час тока для работы в течение одного часа. С
Чтобы продлить время использования фонарика с одним комплектом батареек, мы можем либо увеличить емкость батареи, либо использовать лампочку с меньшим энергопотреблением.Если мы используем лампочку меньшей мощности, у нас может получиться более тусклый фонарик, а если мы хотим увеличить время автономной работы, большая батарея сделает наш фонарик тяжелее. Так как же сохранить вес и размер фонарика одинаковыми? Мы используем батареи из более качественных материалов, или более эффективные лампочки, или их комбинацию.
Вот почему вы видите более яркие фонари, использующие либо более крупные батареи, либо более эффективные лампы, такие как светодиодные фонари. Батарея большего размера обеспечивает большую мощность, в то время как более эффективная лампа, такая как светодиод, потребляет меньше энергии.
Батареи, изготовленные из таких материалов, как щелочные и литий-ионные, служат дольше, чем батареи из цинк-железа. Фактически, цинково-железная батарея AA имеет емкость от 400 до 900 миллиампер-часов. Для сравнения: щелочная батарея AA имеет емкость 1800-2400 миллиампер-часов, что почти в 3-4 раза больше.
Щелочные батареи с добавленной емкостью обычно делают их более выгодными по сравнению с угольно-цинковыми батареями. В результате почти все проданные батарейки AA являются щелочными. Другой материал, литий-ионный, дает батареи типа AA со сроком службы до 3000 миллиампер-часов, но литий-ионные батареи дороже, чем щелочные.Литий-ионные батареи могут изготавливаться для одноразового использования или в качестве перезаряжаемых, поэтому их высокая емкость и качество подзарядки делают их подходящими для мобильных устройств, таких как смартфоны, планшеты и ноутбуки.
Увеличение времени при меньшем потреблении энергии
Другой вариант продления времени, в течение которого батарея может питать устройство, — это сделать требования к электрическому току как можно меньше. Без современных интегральных схем и электроники наш мобильный образ жизни был бы невозможен, поскольку эти типы электронных схем потребляют очень мало энергии.
Чтобы понять, сколько заряда аккумулятора хватит на любое устройство, от фонарика до смартфона, необходимо знать, сколько миллиампер (или ампер, если это более крупное устройство) он потребляет и сколько миллиампер-часов внутренняя батарея. могу доставить. И для всего этого есть спецификации устройств, которые могут вам помочь.
Емкость аккумулятора смартфона измеряется в миллиампер-часах (мАч). Однако смартфоны потребляют энергию с разной скоростью в зависимости от того, что они делают.Например, в технических характеристиках смартфона указано, сколько заряда хватит на время работы в режиме ожидания, при просмотре веб-страниц, воспроизведении музыки и телефонных звонках.
Если два устройства потребляют одинаковую мощность, то устройство с большей батареей будет работать дольше без подзарядки.
Несмотря на спецификации, предоставленные любым производителем смартфонов, у вас может никогда не хватить емкости аккумулятора мАч, чтобы ваши устройства работали весь день. Это потому, что наш мобильный образ жизни часто приводит к тому, что многие приложения работают даже в режиме ожидания, например, поиск электронной почты.Таким образом, обычным решением является использование автомобильного зарядного устройства или внешнего аккумуляторного блока для зарядки действительно мобильных аккумуляторов.
Еще один фактор, влияющий на емкость аккумулятора мобильного устройства, — это то, насколько эффективно программное обеспечение и операционная система управляют питанием. Это одна из причин, по которой обновления операционных систем на мобильных устройствах, особенно смартфонах, важны, поскольку операционная система и то, как она работает, могут влиять на энергопотребление вашего устройства. Сэкономленные несколько мАч энергии могут накапливаться в течение дня и дать вам несколько минут или больше полезной батареи.
Ваше использование повлияет на время работы внутренней батареи вашего смартфона. Для некоторых людей полной зарядки может хватить на целый день, а для других полной зарядки просто недостаточно. Вы также можете оказаться в ситуациях, когда вам не удастся найти розетку, например, в кемпинге или во время отпуска. В этих случаях ценным дополнением может быть портативный аккумулятор.
В большинстве мобильных аккумуляторных блоков используются батареи того же типа, что и в вашем смартфоне или других мобильных устройствах, поэтому емкость мАч определяется размером и весом.
