Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік

ЧАСТИНА II ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

Розділ 5. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.

§ 32. СИЛА СТРУМУ. АМПЕРМЕТР.

Коли в електричному колі проходить електричний струм, то це означає, що через поперечний переріз провідника разом із рухом заряджених частинок весь час переноситься електричний заряд. Заряд, який переноситься за одиницю часу, є основною кількісною характеристикою струму і називається силою струму.

Отже, силою струму називається фізична величина, що характеризує електричний струм у колі і дорівнює відношенню електричного заряду q, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження t:

I = (1)

Якщо сила струму з часом не змінюється, такий струм називають постійним.

1. Зв’язок між силою струму, зарядом, концентрацією заряджених частинок і швидкістю їх напрямленого руху.

Розглянемо провідник, який має поперечний переріз площею S. За напрямок руху струму візьмемо напрямок зліва направо (рис. 121). Заряд частинки рівний q0. Перерізи 1 і 2 розміщені на відстані Z.

В циліндричному об’ємі провідника (V = S ∙ l), обмеженого перерізами 1 і 2, міститься частинок N = n ∙ S ∙ І,

де n — концентрація заряджених частинок. Загальний заряд частинок в цьому об’ємі рівний добутку заряду частинки на

Отже, силою струму називається фізична величина, що характеризує електричний струм у колі і дорівнює відношенню електричного заряду q, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження t:

Рис. 121. Провідник з поперечним перерізом площею S їх чи:

q = q0 ∙ N = q0 ∙ n ∙ S ∙ l.

Якщо швидкість руху частинок , то за час проходження частинкою І відстані t = всі частинки, що знаходяться в об’ємі, nройдуть через переріз 2.

Сила струму рівна l = заряд рівний

а = q0 ∙ n ∙ S ∙ І. Отже, маємо:

(2)

Врахуємо, що = v, тоді одержимо:

I = q0nvS (3)

Формула (3) визначає зв’язок між силою струму, зарядом частинки, їх концентрацією і швидкістю руху

Ампер Андре Марі (1775-1836) - французький фізик і математик.

2. Одиниця сили струму.

Оскільки I = то сила струму рівна 1 Кл/1с.

Така одиниця вимірювання сили струму називається ампером (А) на честь французького фізика Андре Ампера, 1 А = 1Кл/1c. Ампер є основною одиницею Міжнародної системи (СІ) і визначається за взаємодією двох паралельних провідників зі струмом, як було вирішено на Міжнародній конференції з мір і ваг у 1948 р.

Ампер Андре Марі - французький фізик і математик. Він запропонував у фізиці поняття електричний струм, першу теорію зв’язку електричних і магнітних явищ та ін.

Визначення одиниці сили струму - Ампера. На рис. 122 зображено два гнучкі прямі провідники, паралельні один одному. Якщо обидва провідники під’єднати до джерела струму, то при замиканні кола по провідниках проходить струм, внаслідок чого вони взаємодіють між собою - притягуються, якщо в обох провідниках струм протікає в одному напрямі, або відштовхуються, якщо струм у провідниках тече у протилежних напрямах.

Для металевого провідника заряд частинки q0 рівний заряду електрона е. Формула (3) для сили струму запишеться так:

І = envS

де е - заряд електрона (е = 1,6 ∙ 10-19 Кл); n - концентрація електронів у металі, v - швидкість руху електронів, S - площа поперечного перерізу провідника.

Рис. 122. Два гнучкі прямі провідники (паралельні один одному)

Для того, щоб ввести одиницю сили струму в міжнародній системі одиниць, необхідно взяти дуже тонкі і дуже довгі паралельні провідники, і розмістити їх у вакуумі на відстані 1 м один від одного.

Ампер — це така сила незмінного струму, при якій відрізки двох тонких, нескінченно довгих паралельних провідників довжиною 1 м, що знаходиться на відстані 1 м один від одного, у вакуумі, взаємодіють із силою 2 ∙ 10-7 Н.

3. Одиниці сили струму і заряду.

Через одиницю сили струму - 1 А визначають одиницю електричного заряду - 1 Кл, яка Вам вже відома:

1 кулон = 1 Ампер ∙ 1 секунда,

або 1 Кл = 1 А ∙ 1с

Отже, за одиницю електричного заряду приймають заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму 1 А.

Електричний заряд іноді називають кількістю електрики.

I = , q = It.

На практиці, крім одиниці сили струму ампер (А), застосовують також частинні й кратні одиниці сили струму: міліампер (мА ), мікроампер (мкА), кілоампер (кА).

1 мА = 0,001

А = 10-3 А,

1 мкА = 0,000001

А =10-6 А,

1 кА = 1000 А = 103 А

4. Амперметр. Силу струму в колі вимірюють приладом, який називається амперметром.

Амперметр — це гальванометр, пристосований для вимірювання сили струму, його шкалу проградуйовано в амперах, або частинних чи кратних одиницях ампера. На рис. 123 зображено зовнішній вигляд шкільного демонстраційного амперметра, лабораторного амперметра та умовне позначення амперметра на схемах.

Принцип роботи амперметра (гальванометра) ґрунтується на одній із дій електричного струму, а саме, магнітній. Амперметр складається із легкої котушки з дротом, яка розміщується між полюсами постійного магніту. До котушки кріпиться стрілка. При проходженні електричного струму відбувається взаємодія струму із постійним магнітом, стрілка відхиляється і показує на шкалі приладу значення струму.

5. Вмикання амперметра в коло. Щоб виміряти силу струму, амперметр вмикають у коло послідовно (кінець одного провідника є початком другого) з тим приладом, силу струму в якому вимірюють за допомогою двох клем або затискачів, що є на приладі, з позначками «+» біля однієї і «-» біля другої. На рис. 124 показана схема вмикання амперметра в коло і його умовне позначення.

Рис. 123. Шкільний демонстраційний амперметр

Рис. 124. Схема вмикання амперметра в коло і його умовне позначення.

Подумайте і дайте відповідь

1. Що називають силою електричного струму?

2. Як виражається сила струму через електричний заряд і час?

3. Як визначається одиниця сили струму в СІ - ампер?

4. Як називають прилад для вимірювання сили струму? Як вмикають його у коло?

5. Які частинні і кратні одиниці сили струму ви знаєте.

6. Яким мусить бути опір вимірювальної котушки амперметра (великим чи малим), щоб послідовне включення амперметра в електричне коло не впливало на точність вимірювання величини струму.

Розв’яжіть задачі та оцініть результати

Вправа 32

1. Сила струму в колі електричної плитки 1,4 А. Який електричний заряд проходить через поперечний переріз спіралі за 10 хв.?

2. Яка сила струму, якщо через поперечний переріз провідника проходить заряд 100 Кл за 4 с?

3. Запишіть в амперах силу струму, яка дорівнює 2000 мкА, 100 мА, 3,5 кА.

4. Сила струму в колі електричної лампи рівна 0,3 А. Скільки електронів проходить через поперечний переріз спіралі за 5 хв.

5. Як можна перевірити правильність показів амперметра за допомогою іншого амперметра, точність показів якого перевірено?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити