Величина тока

Величина электрического тока изме­ряется количеством электричества, протекающего через поперечное сече­ние проводника за одну секунду. Еди­ница величины тока называется ампер (А) в честь французского ученого Андре Мари Ампера (1775–1836).

Ток величиной в 1 ампер протекает в том случае, когда через поперечное се­чение проводника за одну секунду проте­кает один кулон электричества. Следо­вательно, можем записать:

.

В физике принято величину тока обозначать символом I, количество электричества – Q, а время – t. Таким образом, приведенное выше равенство можно математически выразить фор­мулой:

(1)

В радиоэлектронике обычно ра­ботают со сравнительно малыми тока­ми (раньше ее называли еще слаботочной электротехникой). Поэтому на практике очень часто используются меньшие единицы: миллиампер и микроампер, которые соответственно равны:

1 мА = 0,001 А, 1 мкА = 0,000001 А.

Электрическое напряжение

Электрический ток, протекая через данный потребитель, производит ка­кую-то работу, например, нагревает нить электрической лампочки, притя­гивает якорь электромагнита, приво­дит в действие ротор электродвигателя и т. д. Производимая работа зависит не только от протекающего количества электричества, но и от приложенного напряжения. В этом мы можем убе­диться, рассмотрев рис. 3.6, на кото­ром показаны лампочка для карманно­го фонарика и обыкновенная лампа на­каливания в 40 ватт.

Рис.3.6.

Через обе лампы протекает ток примерно в 0,2 ампера, т. е. за единицу времени протекает од­но и то же количество электричества. Однако вторая лампа светит намного ярче, потому что приложенное напря­жение больше. Здесь может возникнуть вопрос: поскольку количество электри­чества одно и то же, то почему во вто­ром случае электроны являются носителями большей энергии и отличаются ли чем-нибудь входящие в лампу электроны от выходящих из нее?

За объяснением обратимся к рис. 3.7, на котором показаны два слу­чая вытекания одного и того же коли­чества воды, падающей с различной высоты. И здесь можно задать вопрос: почему во втором случае энергия вод­ных частиц больше? Энергия частиц воды обусловлена земным гравита­ционным полем. Когда частицы па­дают в направлении поля, они выде­ляют энергию, которую можно ис­пользовать.

Таким же образом энергия электро­нов связана с электрическим полем, созданным источником тока. Это поле действует на каждый электрон так, что электроны при движении выделяют энергию. Но в то же время как частицы воды падают всегда к центру земли, электроны «падают» от одного полюса источника тока к другому.

Рис. 3.7.

Напряжение между двумя точками электрической цепи измеряется произ­веденной работой по переносу единицы количества электричества из одной точки в другую. Единица измерения электрического напряжения называется вольт (В) в честь итальянского физика Александро Вольта (1745—1827).

Между двумя точками существует напряжение в I вольт, если для перено­са одного кулона электричества произ­ведена работа в один джоуль (единица джоуль рассматривается более подроб­но далее)

.

В электротехнике принято напряже­ние обозначать буквой U, а работу или энергию – буквой А (обратите внима­ние, что в технике работа и энергия – одно и то же понятие). Таким образом, вышеприведенное равенство можно представить формулой:

^.

На примере посмотрим, как можно использовать эту формулу.

Пример. Найти напряжение на клеммах потребителя, если через них протекает количество электричества 0,002 кулона, а произведенная работа равна 0,08 джоуля.

Подставляем данные в формулу и получаем:

.

Кроме единицы напряжения вольт, на практике часто используются более мелкие единицы: милливольт (одна тысячная вольта) и микровольт (одна миллионная вольта), которые можно записать таким образом:

I мВ = 0,001 В,

1. мкВ = 0,000001 В.

Приведем несколько примеров: на­пряжение, которое радиопередатчики вызывают в приемных антеннах, пред­ставляет десятки и сотни микровольт, напряжение, вызываемое в микрофоне при наличии звука – десятки милли­вольт; напряжение на клеммах ма­леньких круглых батареек для транзис­торных приемников – 1,5 В; напряже­ние на выводах плоской батарейки – 4,5 В, напряжение на клеммах автомо­бильных аккумуляторов – 12 В (есть аккумуляторы с напряжением 6 и 24 В); напряжение центральной батареи телефонных аппаратов – 60 В, напряжение в осветительной сети – 220 В, напряжение в линиях электропередач достигает 400 000 В, напряжение разряда – десятки миллионов вольт.