Действия электрического тока, которые были описаны в § 35, могут проявляться в разной степени — сильнее или слабее. Опыты показывают, что интенсивность (степень действия) электрического тока зависит от заряда, проходящего по цепи в 1 с.
Когда свободная заряженная частица — электрон в металле или ион в растворе кислот, солей или щелочей — движется по электрической цепи, то вместе с ней происходит и перемещение заряда. Чем больше частиц переместится от одного полюса источника тока к другому или просто от одного конца участка цепи к другому, тем больше общий заряд q, перенесённый частицами.
Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в 1 с, определяет силу тока в цепи.
Значит, сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t, т. е.
где I — сила тока.
На Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. Ознакомимся сначала с этим явлением на опыте.
На рисунке 60 изображены два гибких прямых проводника, расположенных параллельно друг другу. Оба проводника подсоединены к источнику тока. При замыкании цепи по проводникам протекает ток, вследствие чего они взаимодействуют — притягиваются или отталкиваются, в зависимости от направления токов в них.
Силу взаимодействия проводников с током можно измерить. Эта сила, как показывают расчёты и опыты, зависит от длины проводников, расстояния между ними, среды, в которой находятся проводники, и, что самое важное для нас, от силы тока в проводниках. Если одинаковы все условия, кроме силы токов, то, чем больше сила тока в каждом проводнике, тем с большей силой они взаимодействуют между собой.
Представим теперь себе, что взяты очень тонкие и очень длинные параллельные проводники. Расстояние между ними 1 м, и находятся они в вакууме. Сила тока в них одинакова.
За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2 ∙ 10-7 Н (0,0000002 Н).
Эту единицу силы тока называют ампером (А). Так она названа в честь французского учёного Андре Ампера.
Применяют также дольные и кратные единицы силы тока: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (кА).
1 мА = 0,001 А;
1 мкА = 0,000001 А;
1 кА= 1000 А.
Чтобы представить себе, что такое ампер, приведём примеры: сила тока в спирали лампы карманного фонаря 0,25 А = 250 мА. В осветительных лампах, используемых в наших квартирах, сила тока составляет от 7 до 400 мА (в зависимости от мощности лампы).
Через единицу силы тока — 1 А определяется единица электрического заряда — 1 Кл, о которой было сказано в § 28.
Так как I = q/t, то q = It. Полагая I = 1 А, t = 1с, получим единицу электрического заряда — 1 Кл.
1 кулон = 1 ампер х 1 секунду,
или
1 Кл = 1А∙1с = 1А∙С.
За единицу электрического заряда принимают электрический заряд, проходящий сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.
Из формулы q = It следует, что электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, зависит от силы тока и времени его прохождения. Например, в осветительной лампе, в которой сила тока равна 400 мА, сквозь поперечное сечение спирали за 1 мин проходит электрический заряд, равный 24 Кл.
Электрический заряд имеет также другое название — количество электричества.
Амперметр. Измерение силы тока.
Силу тока в цепи измеряют прибором, называемым амперметром. Амперметр — это тот же гальванометр, только приспособленный для измерения силы тока, его шкала проградуирована в амперах (рис. 61, а).
На шкале амперметра обычно ставят букву А. На схемах его изображают кружком с буквой А (рис. 61, б).
При включении в цепь амперметр, как всякий измерительный прибор, не должен влиять на измеряемую величину. Поэтому он устроен так, что при включении его в цепь сила тока в ней почти не изменяется. Амперметр, используемый в школе для демонстрационных опытов, изображён на рисунке 61, а, для лабораторных работ — на рисунке 61, в. В технике используются амперметры с разной ценой деления, в зависимости от назначения. По шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Превышать эту силу тока нельзя, так как прибор может испортиться.
При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.
Включают амперметр в цепь с помощью двух клемм, или зажимов, имеющихся на приборе. У одной из клемм амперметра стоит знак «+», У другой — «-» (иногда знака «-» нет). Клемму со знаком «+» нужно обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.
В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова. Это следует из того, что заряд, проходящий через любое поперечное сечение проводников цепи в 1 с, одинаков. Когда в цепи существует ток, то заряд нигде в проводниках цепи не накапливается, подобно тому как нигде в отдельных частях трубы не собирается вода, когда она течёт по трубе. Поэтому при измерении силы тока амперметр можно включать в любое место цепи, состоящей из ряда последовательно соединённых проводников, так как сила тока во всех точках цепи одинакова. Если включить один амперметр в цепь до лампы, другой после неё, то оба они покажут одинаковую силу тока (рис. 62).
Сила тока — очень важная характеристика электрической цепи. Работающим с электрическими цепями надо знать, что для человеческого организма безопасной считается сила тока до 1 мА. Сила тока больше 100 мА приводит к серьёзным поражениям организма.
Лабораторная работа № 4. «Сборка электрической цепи и измерение силы тока в её различных участках».
Цель работы: Убедиться на опыте, что сила тока в различных последовательно соединённых участках цепи одинакова.
Приборы и материалы: Источник питания, низковольтная лампа на подставке, ключ, амперметр, соединительные провода.
Указания к работе:
- Соберите цепь по рисунку 167, а. Запишите показание амперметра.
- Затем включите амперметр так, как показано на рисунке 167, б, а потом так, как на рисунке 167, в.
- Сравните все полученные показания амперметра. Сделайте вывод.
- Нарисуйте в тетради схемы соединения приборов.
Внимание! Нельзя присоединять амперметр к зажимам источника без какого-либо приёмника тока, соединённого последовательно с амперметром. Можно испортить амперметр!
Домашнее задание:
I. Учить §§ 37 – 38.
II. Ответить на вопросы:
1. От чего зависит интенсивность действий электрического тока?
2. Какой величиной определяется сила тока в электрической цепи?
3. Как выражается сила тока через электрический заряд и время?
4. Что принимают за единицу силы тока? Как называется эта единица?
5. Какие дольные и кратные амперу единицы силы тока вы знаете?
6. Как выражается электрический заряд (количество электричества) через силу тока в проводнике и время его прохождения?
7. Как называют прибор для измерения силы тока?
8. В каких единицах градуируют шкалу амперметра?
Как включают амперметр в цепь?
III. Доделать лабораторную работу № 4.
IV. Решить упражнение 24.
1. Выразите в амперах силу тока, равную 2000 мА; 100 мА; 55 мА; 3 кА.
2. Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение её спирали за 10 мин?
3. Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3 А. Сколько электронов проходит через поперечное сечение спирали за 5 мин?
V. Решить упражнение 25.
1. При включении в цепь амперметра так, как показано на рисунке 63, а, сила тока была 0,5 А. Каковы будут показания амперметра при включении его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 63, б?
2. Как можно проверить правильность показаний амперметра с помощью другого амперметра, точность показаний которого проверена?
3. Рассмотрите амперметры, данные на рисунках 61, 62. Определите цену деления шкалы каждого амперметра. Какую наибольшую силу тока они могут измерять? Перерисуйте шкалу амперметра (см. рис. 61, а) в тетрадь и покажите, каково будет положение стрелки при силе тока 0,3 А и 1,5 А.
4. Имеется точный амперметр. Как, пользуясь им, нанести шкалу на другой, ещё не проградуированный амперметр?