В каких измеряется сила тока. Электрические величины и единицы их измерения

06.03.2022

Веками люди пытались найти ответ на вопрос, что такое ток. Между тем современная наука дает вполне однозначное определение электрического тока. С него и начнем.

Что такое электрический ток

Электрический ток есть упорядоченное движение электрически заряженных частиц в каком-либо проводнике. Для его возникновения необходимо создание так называемого электрического поля, потому что именно под воздействием электрического поля заряженные частицы и приходят в движение. Надо сказать, что электрические заряды возникают практически постоянно при тесном контакте всевозможных веществ.

Иногда заряды свободно перемещаются между различными частями - в таком случае речь идет о проводниках электрического тока. Если же свободное перемещение частиц невозможно, то говорят об изоляторах.

Примеры проводников - водные растворы кислот и солей и практически все металлы (они имеют разную степень проводимости, но проводниками являются все без исключения).
К изоляторам относятся такие вещества, как янтарь, эбонит, различные кварцы и большинство газов. Также изоляторами являются и искусственно созданные вещества (полиэтилен, поливинилхлорид и другие).

В чем измеряется ток

Существует несколько основных параметров измерения электрического тока. Наиболее важными считаются сила тока и напряжение. Однако для полного описания всех параметров мы расскажем и о таких характеристиках, как мощность, сопротивление и частота, о которой мы расскажем, когда будем давать определение переменного тока.

Сила тока

Сила тока - измеряемая физическая величина, которая равна отношению количества заряда, проходящего за определенное время через проводник (точнее - его поперечное сечение), к величине указанного промежутка времени. Как мы знаем, сила тока измеряется в Амперах (А). Также, говоря о силе тока, нельзя не упомянуть и такую величину, как плотность тока.

Плотностью тока называют отношение силы тока, проходящего сквозь определенный элемент поверхности, к площади этого элемента.

Мощность тока

Мощностью называется такая работа, которая выполняется частицами электрического тока против электрического сопротивления. Результаты этой работы мы видим в выделяющейся тепловой энергии. Поэтому, если говорить проще, мощность электрического тока - это количество выделяемого тепла за единицу времени. Измеряют мощность в Ваттах (Вт).

Напряжение тока

Напряжением электрического тока называется отношение работы тока к заряду на определенном участке цепи. Заряд тока измеряется в Кулонах (Кл), а работа - в Джоулях (Дж). Таким образом напряжение можно измерить так: 1Дж/1Кл. Как вы уже, наверное, догадались, полученное значение будет равно 1 Вольту (В) - основной единице, в которых измеряют напряжение.

Электрическое сопротивление

В свое время немецкий ученый Георг Симон Ом заметил, что приборы выдают различную силу тока при использовании разных электрических цепей. Таким образом было доказано, что различные проводники имеют разное электрическое сопротивление. Формула расчета сопротивления проста. Отметим само сопротивление буквой R, L будет обозначать длину проводника, а S - площадь поперечного сечения. В этом случае сопротивление вычисляется по формуле R=L/S. Измеряется сопротивление в Омах.

Что такое постоянный ток и переменный ток

Собственно говоря, ответ на этот вопрос весьма прост. Постоянным током называется такой ток, в котором величина и направление практически не меняются во времени. Постоянный ток поэтому не имеет и частоты изменения. Потому, когда на производстве имеют в виду постоянный ток, то говорят о таком токе, у которого нулевая частота.

Вот мы и подошли к определению того, что такое переменный ток. Переменным током называется такой ток, который меняется за определенный промежуток времени по величине и направлению. Теперь поговорим о такой характеристике переменного тока, как частота.

Частота переменного тока

Частотой называется количество циклов изменения электрического тока за определенную единицу времени. Измеряют частоту переменного тока в Герцах (Гц). Так, частота промышленного тока в России и во многих других странах мира равна 50 Гц, а, например, в США используется переменный ток частотой 60 Гц.

И последнее, о чем хотелось бы рассказать: от чего зависит ток, точнее говоря - его определенные параметры. Отчасти мы уже ответили на этот вопрос. Как мы уже говорили, сила тока и сопротивление зависят от характеристик проводящих материалов, а частота - от способности переменного тока изменять свои характеристики. Что касается возникновения тока, то для этого должны быть соблюдены определенные условия, а именно: наличие движения заряженных частиц, которое может возникнуть как естественным, так и искусственным путем.

Сила тока измеряется в амперах и характеризует нагрузку электрических сетей. Необходимость измерения силы тока возникает для проверки, является ли нагрузка на кабель допустимой. Для монтажа электропроводок используются кабели различных сечений. Допустимыми токами для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, проложенных по воздуху, являются:

Сечение жилы, мм 2	Алюминиевые жилы в количестве				Медные жилы в количестве
Сечение жилы, мм 2	2	3	4	5	2	3	4	5
1,5					24	21	20	20
2,5	25	21	20	20	33	28	26	26
4,0	34	29	27	27	44	37	34	34
6,0	43	37	34	34	56	49	46	46

При превышении нагрузки кабельной линии допустимой, кабель будет нагреваться, а его изоляция – разрушаться. В итоге это приведет к короткому замыканию, а кабель придется менять на новый.

Поэтому после замены кабелей измеряют ток, протекающий через него при подключении всех электроприборов. Если электропроводка старая, то при подключении к ней дополнительной нагрузки тоже нужно проверить, соответствуют ли токи в ней допустимым значениям.

При максимальной нагрузке электропроводки можно проверить, соответствует ли ток через автоматические выключатели их номинальным данным. При превышении номинального тока автомата его срабатывание от перегрузки неизбежно.

Измерение силы тока требуется для определения режимов работы электроприборов. Измерение токов нагрузки электродвигателей производится не только для контроля их исправности (токи во всех фазах должны быть одинаковы), но и для определения наличия перегрузки из-за повышенного момента на валу. Для обогревателя измерение тока покажет, все ли греющие элементы у него исправны. Только измерением тока нагрузки можно выяснить, заработал ли теплый пол.

Мощность электрического тока

Мощность – это работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Измеряется она в Ваттах (Вт, W). Измерить мощность напрямую теоретически можно, но для этого применяются специальные приборы – ваттметры, измеряющие ток через нагрузку и напряжение на ней. Показания они выдают в Ваттах, но подключить их слишком сложно. Поэтому они применяются для измерений в заранее определенных узлах электрической сети, подключаясь к ним раз и навсегда.

Для бытового применения мощность рассчитывается после измерений потребляемого нагрузкой тока и величины напряжения на ней, которую для простоты можно принять равной 220 в.

Не всегда этот метод дает точные результаты. При наличии в нагрузке индуктивного сопротивления на активную мощность оказывает влияние коэффициент мощности. Некоторые электроприборы потребляют ток несинусоидальной формы (светодиодные и энергосберегающие лампы, компьютерная и телевизионная техника), который не все измерительные приборы, рассчитанные на измерение переменного напряжения, измеряют правильно.

Приборы для измерения силы тока

Измерить ток можно, используя такие приборы:

— амперметры . Как и ваттметры, они применяются для стационарных измерений.

— мультиметр – многофункциональный прибор с цифровым жидкокристаллическим дисплеем ();

— тестер – прибор, измеряющий несколько величин, но, в отличие от мультиметра, имеющий стрелочный указатель;

— токоизмерительные клещи – прибор, позволяющий измерять ток без разрыва электрической цепи.

Методы измерения силы тока

В отличие от измерения напряжения ток измеряется не при параллельном подключении прибора к нагрузке, а при последовательном. Это означает, что измерительный прибор нужно подключить в разрыв любого из проводов питания однофазного потребителя. При трехфазном питании то же самое нужно проделывать для каждой из фаз. В этом случае ток в нулевом проводе не измеряется, так как при симметричной нагрузке он равен нулю. Иногда требуется измерить ток в нулевом проводнике, но для группы потребителей отключения нуля для производства измерений невозможно.

Все эти причины приводят к тому, что тестеры и обычные мультиметры редко применяют для измерения силы тока. Их можно использовать только для одиночного потребителя или при измерениях на постоянном токе.

Во всех остальных случаях применяются токоизмерительные клещи или мультиметры, имеющие их в своем составе. Для измерений достаточно нажатием на клавишу разжать клещи, поместить внутрь измерительного контура проводник с измеряемым током и отпустить клавишу. Магнитопровод клещей замкнется и на дисплее (есть клещи со шкалой и стрелкой) отобразится измеряемое значение.

При использовании токоизмерительных клещей нужно внимательно следить, чтобы внутрь магнитопровода попал только проводник, в котором измеряется ток. При попадании внутрь двух проводников и более клещи будут измерять сумму токов в них, причем еще и векторную. Это означает, что поместив внутрь магнитопровода клещей двухжильный кабель с нагрузкой, мы измерим ток, равный нулю. Клещи, как и УЗО, сложат уходящий по фазному проводнику ток в сторону нагрузки и тот же ток с обратным знаком, возвращающийся обратно.

Клещи предназначены только для измерения переменного тока. На постоянном токе попытка их применения приведет к тому, что магнитопровод замкнется с непреодолимой силой. Разжать его руками не получится до тех пор, пока ток не будет отключен.

: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

СИЛА ТОКА является количественной характеристикой электрического тока- это физическая величина, равная количеству электричества, протекающего через сечение проводника за единицу времени. Измеряется в амперах.

Для электропроводки в квартире сила тока играет огромную роль, потому что исходя из максимально возможного значения для отдельной линии, идущей от электрощита зависит сечение проводника и величина максимального тока автоматического выключателя, защищающего электрический кабель от повреждений в случае возникновения .

Поэтому, если не правильно выбрано сечение и автоматический выключатель- его будет просто выбивать, а заменить его на более мощный просто не получится.

Например, самые распространенные провода и кабеля в электропроводке сечением 1.5 квадратных миллиметра- из меди или 2.5- из алюминия. Они рассчитаны на максимальный ток 16 Ампер или подключение мощности не более 3 с половиной киловатт. Если Вы подключите мощные электропотребители превышающие эти пределы, то просто заменить автомат на 25 А нельзя- не выдержит электропроводка и придется от щита перекладывать медный кабель сечением 2. 5 кв. мм, который рассчитан на максимальный ток 25 А.

Единицы измерения мощности электрического тока.

Кроме Амперов, Мы часто сталкиваемся с понятием мощности электрического тока. Эта величина показывает работу тока, совершенную в единицу времени.

Мощность равняется отношению совершенной работы ко времени, в течение которого она была совершена. Мощность измеряется в Ваттах и обозначается буквой Р. Высчитывается по формуле P = А х B, т. е. для того что бы узнать мощность- необходимо величину напряжения электросети умножить на потребляемый ток, подключенными к ней электроприборами, бытовой техникой, освещением и т. д.

На электропотребителях часто на табличках или в паспорте только указывается потребляемая мощность, зная которую легко можно высчитать ток. Например, потребляемая мощность телевизором 110 Ватт. Что бы узнать величину потребляемого тока- делим мощность на напряжение 220 Вольт и получаем 0. 5 А.
Но учтите, что это максимальная величина, в реальности она может быть меньше т. к. телевизор на низкой яркости и при других условиях будет меньше расходовать электроэнергии.

Приборы для измерения электрического тока.

Для того что бы узнать реальный расход электроэнергии с учетом работы в разных режимах для электроприборов, бытовой техники и т. п. — нам понадобятся электроизмерительные приборы:

Амперметр — хорошо всем знакомый с практических уроков физики в школе (рисунок 1). Но в быту и профессионалами они не используются из-за непрактичности.
Мультиметр — это электронное устройство выполняет многоразличных замеров, в том числе и силы тока (рисунок 2). Очень широко распространен, как среди электриков так и в быту. Как с его помощью измерять силу тока Я уже рассказывал .
Тестер — то же самое практически, что и мультиметр, но без использования электронники со стрелкой, которая указывает величину измерения по делениям на экране. Сегодня редко можно встретить, но они широко использовались в советское время.
Измерительные клещи электрика (рисунок 3), именно ими Я пользуюсь в своей работе, потому что они не требуют разрыва проводника для измерения, нет необходимости лезть под напряжение и отключать нагрузку. Ими измерять одно удовольствие- быстро и легко.

Как правильно измерять силу тока.

Для того что бы измерить силу для потребителей , необходимо один зажим от амперметра, тестера или мультиметра присоединить к плюсовой клемме аккумулятора или проводу от блока питания или трансформатора, а второй зажим- к проводу идущему к потребителю и после включения режима измерения постоянного тока с запасом по верхнему максимальному пределу- делать замеры.

Будьте аккуратны при размыкании работающей цепи возникает дуга, величина которой возрастает вместе с силой тока.

Для того что бы измерить ток для потребителей подключаемых напрямую в розетку или к электрическому кабелю от домашней электросети, измерительное устройство переводится в режим измерения переменного тока с запасом по верхнему пределу. Далее тестер или мультиметр включаются в разрыв фазного провода. Что такое фаза читаем в .

Все работы необходимо проводить только после снятия напряжения.

После того как все готово, включаем и проверяем силу тока. Только следите, что бы Вы не касались оголенных контактов или проводов.

Согласитесь, что выше описанные методы очень не удобны и да же опасны!

Я уже давно в своей профессиональной деятельности электрика пользуюсь для измерения силы тока токоизмерительными клещами (на картинке справа). Они не редко идут в одном корпусе с мультиметром.

Мерить ими просто- включаем и переводим в режим измерения переменного тока, затем разводим находящиеся сверху усы и пропускаем во внутрь фазный провод, после этого следим что бы они плотно прилегли к друг другу и производим измерения.

Как видите- быстро, просто и можно измерять силу тока под напряжением данным способом, только будьте аккуратны не закоротите в электрощите случайно соседние провода.

Только помните, что для правильного замера- нужно делать обхват только одного фазного провода, а если обхватить цельный кабель, в котором вместе идут фаза и ноль- измерения провести будет не возможно!

Схема измерения силы тока Амперметром

Согласно закону, ток по проводам течет в любой точке замкнутой цепи одинаковой величины. Следовательно, чтобы измерять величину тока, нужно прибор подключить, разорвав цепь в любом удобном месте. Надо отметить, что при измерении величины тока не имеет значение, какое напряжение приложено к электрической цепи. Источником тока может быть и батарейка на 1,5 В, автомобильный аккумулятор на 12 В или бытовая электросеть 220 В или 380 В.

На схеме измерения также видно, как обозначается амперметр на электрических схемах. Это прописная буква А обведенная окружностью.

Приступая к измерению силы тока в цепи необходимо, как и при любых других измерениях, подготовить прибор, то есть установить переключатели в положение измерения тока с учетом рода его, постоянного или переменного. Если не известна ожидаемая величина тока, то переключатель устанавливается в положение измерения тока максимальной величины.

Как измерять потребляемый ток электроприбором

Для удобства и безопасности работ по измерению потребляемого тока электроприборами необходимо сделать специальный удлинитель с двумя розетками. По внешнему виду самодельный удлинитель ничем не отличается от обыкновенного удлинителя.

Но если снять крышки с розеток, то не трудно заметить, что их выводы соединены не параллельно, как во всех удлинителях, а последовательно.

Как видно на фотографии сетевое напряжение подается на нижние клеммы розеток, а верхние выводы соединены между собой перемычкой из провода с желтой изоляцией.

Все подготовлено для измерения. Вставляете в любую из розеток вилку электроприбора, а в другую розетку, щупы амперметра. Перед измерениями, необходимо переключатели прибора установить в соответствии с видом тока (переменный или постоянный) и на максимальный предел измерения.

Как видно по показаниям амперметра, потребляемый ток прибора составил 0,25 А. Если шкала прибора не позволяет снимать прямой отсчет, как в моем случае, то необходимо выполнить расчет результатов, что очень неудобно. Так как выбран предел измерения амперметра 0,5 А, то чтобы узнать цену деления, нужно 0,5 А разделить на число делений на шкале. Для данного амперметра получается 0,5/100=0,005 А. Стрелка отклонилась на 50 делений. Значит нужно теперь 0,005×50=0,25 А.

Как видите, со стрелочных приборов снимать показания величины тока неудобно и можно легко допустить ошибку. Гораздо удобнее пользоваться цифровыми приборами, например мультиметром M890G.

На фотографии представлен универсальный мультиметр, включенный в режим измерения переменного тока на предел 10 А. Измеренный ток, потребляемый электроприбором составил 5,1 А при напряжении питания 220 В. Следовательно прибор потребляет мощность 1122 Вт.

У мультиметра предусмотрено два сектора для измерения тока, обозначенные буквами А– для постоянного тока и А~ для измерения переменного. Поэтому перед началом измерений нужно определить вид тока, оценить его величину и установить указатель переключателя в соответствующее положение.

Розетка мультиметра с надписью COM является общей для всех видов измерений. Розетки, обозначенные mA и 10А предназначены только для подключения щупа при измерении силы тока. При измеряемом токе менее 200 мA штекер щупа вставляется в розетку mA, а при токе величиной до 10 А в розетку 10А.

Внимание, если производить измерение тока, многократно превышающего 200 мА при нахождении вилки щупа в розетке mA, то мультиметр можно вывести из строя.

Если величина измеряемого тока не известна, то измерения нужно начинать, установив предел измерения 10 А. Если ток будет менее 200 мА, то тогда уже переключить прибор в соответствующее положение. Переключение режимов измерения мультиметра допустимо делать только обесточив измеряемую цепь .

Рассчет мощности электроприбора по потребляемому току

Зная величину тока, можно определить потребляемую мощность любого потребителя электрической энергии, будь то лампочка в автомобиле или кондиционер в квартире. Достаточно воспользоваться простым законом физики, который установили одновременно два ученых физика, независимо друг от друга. В 1841 году Джеймс Джоуль, а в 1842 году Эмиль Ленц. Этот закон и назвали в их честь – Закон Джоуля – Ленца .

Как становится известно любому школьнику, начинающему знакомиться с физикой, каждое физическое «количество» обязательно связано с его единицей. В области электричества ампер, вольт и ватт настолько распространены, что каждый, кто сменил лампочку или предохранитель, знаком с этими названиями. Это относится к подавляющему большинству людей, независимо от их образования.

Что такое ампер

Сила тока определятся количественным показателем заряда, прошедшего по сечению провода в единичный отрезок времени. Так как I = q/t, то единица силы тока будет Кл/с (заряд измеряется в кулонах, а время в секундах).

Все электрические процессы можно описать формулами, а расчеты по этим выражениям должны производиться в определенных единицах. За единицу измерения электрического тока, кроме расчетной – Кл/с, приняли ампер.

Ампер – это базовая единица СИ, единственная из электрических, полученная из результатов эксперимента. Определение единицы измерения силы тока происходит из исследования магнетизма. Электрические токи в проводах приводят к возникновению магнитных полей (закон Био-Савара). Магнитные поля характеризуются действием магнитных сил (закон Ампера).

Официальное определение ампера в системе СИ выглядит так: если постоянный ток силой в 1 А поддерживается в двух параллельных проводниках бесконечной длины и пренебрежимо малого поперечного сечения, размещенных на дистанции 1 м в вакууме, то созданная между ними сила равна 2 х 10 (в минус седьмой степени) Н на метр длины.

Диапазон тока в разных условиях сильно варьируется, на много порядков, поэтому удобно использовать кратные величины:

1 мкА (микроампер) равен 0,000001 А;
1 мА (миллиампер) равен 0,0001 А;
1кА (килоампер) равен 1000 А.

Другие электрические единицы связаны с ампером и между собой. Так, например, единица напряжения вольт (В) – это Вт/А, где Вт – единица мощности, а единичная величина сопротивления Ом – это В/А. Измерение напряженности электрического поля производят в В/м.

Повседневные примеры использования силы тока:

устройство для слухового аппарата – 0,7 мА;
56-дюймовый телевизор с плазменной технологией – 250/290 мА;
небольшая духовка или тостер – 120 мА;
лампа накаливания – 500/830 мА;
фен – 15 мА.

История

В 80-е годы 19-го века фактическое значение ампера было определено и электролитическим методом – путем определения веса металла, который он способен осаждать из раствора за определенное время. Количество осажденного металла пропорционально всему количеству проходящего электричества.

Интересно. Результаты, полученные разными исследованиями, находились в тесном соответствии, вывод состоял в следующем: ампер представлен тем количеством тока, которое способно осаждать 4,025 грамма серебра в час или 0,001118 грамм в секунду.

Единица силы тока ампер названа в честь французского физика и математика Андре-Мари Ампера. Он провел много экспериментов, связанных с ранней наукой об электричестве. Учитывая эту новаторскую работу, многие считают его отцом электродинамики. В знак признания большого вклада Ампера в создание фундаментальных основ современной электротехники название «ампер» было установлено как стандартная единица измерения силы тока на международной конференции электриков в 1881 году.

В 2011 г. принято решение о пересмотре определения отдельных единиц, в частности ампера. Предполагается, что он будет привязан к заряду электрона, который составляет 1, 602176565 х 10 (в минус 19 степени) Кл. Тогда и 1 Кл равен 6,241509343 х 10 (в 18 степени) заряда электрона.

Другие системы единиц

В альтернативных системах, не получивших широкого распространения, присутствуют другие единицы измерения тока:

Система СГСМ (электромагнитная). Один абампер, или био, определяется, исходя из измерения силы в динах, а длины – в сантиметрах. Физический смысл абампера идентичный. 1 абампер = 10 ампер;
Система СГСЭ (электростатическая). Взаимосвязь между ампером и статампером: 1 А = 2997924536,843 статА.