Количество электричества (электрический заряд)
Количество электричества или электрический заряд — это произведение силы тока на время протекания тока.
Если:
Q — заряд, протекающий за время t через поперечное сечение проводника,
t — продолжительность протекания тока,
I — сила постоянного тока (не изменяющегося за время t),
То:
Единица СИ заряда:
Если сила тока не постоянна во времени, т.е. ток есть функция от времени, то
Как найти количество электричества формула
Электрические и магнитные единицы СИ следует образовывать в соответствии с рационализованной формой уравнений электромагнитного поля.
Количество электричества (электрический заряд) Q — величина, равная произведению силы тока I на время t, в течение которого шел ток: Q = I t; dim Q = T I, единица — кулон (С; Кл).
Кулон равен количеству электричества, проходящему через поперечное сечение проводника при токе силой 1 А за время 1 с.
Пространственная плотность электрического заряда ρ — величина, равная отношению заряда dQ, находящегося в элементе пространства, к объему dV этого элемента: ρ = dQ / dV; dim ρ = L -3 T I, единица — кулон на кубический метр (С/m 3 ; Кл/м 3 ).
Кулон на кубический метр равен пространственной плотности электрического заряда, при которой в объеме 1 м 3 равномерно распределен заряд 1 Кл.
Поверхностная плотность электрического заряда σ — величина, равная отношению заряда dQ, находящегося на элементе поверхности, к площади dS этого элемента: σ = dQ / dS; dim σ = L -2 T I, единица — кулон на квадратный метр (С/m 2 ; Кл/м 2 ).
Кулон на квадратный метр равен поверхностной плотности электрического заряда, при которой заряд, равномерно распределенный по поверхности площадью 1 м 2 равен 1 Кл.
Линейная плотность электрического заряда τ — величина, равная отношению заряда dQ, находящегося на элементе линии, к длине dl этого элемента: τ = dQ / dl; dim τ = L -1 T I, единица — кулон на метр (С/m; Кл/м).
Кулон на метр равен линейной плотности электрического заряда, при которой заряд, равномерно распределенный по линии длиной 1 м, равен 1 Кл.
Электрическое напряжение U — величина, равная отношению мощности P постоянного тока к силе тока I: U = P / I; dim U = L 2 M T -3 I -1 , единица — вольт (V; В).
Вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 А при мощности 1 Вт.
| Примечание. В вольтах выражаются также электрический потенциал и разность потенциалов электрического поля, электродвижущая сила. |
Напряженность электрического поля E — векторная величина, равная отношению силы dF, действующей на положительный заряд dQ, помещенный в некоторую точку электрического поля, к этому заряду: E = dF / dQ; dim E = L M T -3 I -1 , единица — вольт на метр (V/m; В/м).
Вольт на метр равен напряженности однородного электрического поля, создаваемой разностью потенциалов 1 В между точками, находящимися на расстоянии 1 м на линии напряженности поля.
Поток электрического смещения Ψ сквозь замкнутую поверхность — величина, равная алгебраической сумме электрических зарядов, содержащихся во внутреннем пространстве этой поверхности:
| Ψ = | n Σ i=1 |
Qi ; |
dim Ψ = Т I, единица — кулон (С; Кл).
Кулон равен потоку электрического смещения, связанному с суммарным свободным зарядом 1 Кл.
Электрическое смещение D — величина, равная отношению потока электрического смещения dΨ к площади dS элемента поверхности, через которую этот поток проходит: D = dΨ / dS; dim D = L -2 T I, единица — кулон на квадратный метр (C/m 2 ; Кл/м 2 ).
Кулон на квадратный метр равен электрическому смещению, при котором поток электрического смещения сквозь поперечное сечение площадью 1 м 2 равен 1 Кл.
Абсолютная диэлектрическая проницаемость ε0, ε среды является коэффициентом пропорциональности в формуле, связывающей между собой смещение и напряженность электрического поля: D = ε0E; dim ε0 = L -2 M -2 T 4 I 2 , единица — фарад на метр (F/m, Ф/м).
Фарад на метр равен абсолютной диэлектрической проницаемости среды, в которой напряженность электрического поля 1 В/м создает электрическое смещение 1 Кл/м 2 .
| Примечание. В фарадах на метр выражается также электрическая постоянная ε0. |
| * Запасное обозначение (ε) обязательно в технической документации и литературе, специально предназначенной для отправки за границу. |
Электрический момент диполя ρ — векторная величина, равная произведению заряда Q диполя на его плечо: Ρ = Q L dim &rho = LTI, единица — кулон-метр (С . m; Кл . м).
Кулон-метр равен электрическому моменту диполя, заряды которого, равные каждый 1 Кл, расположены на расстоянии 1 м один от другого.
Плотность электрического тока / — величина, равная отношению силы тока dl к площади dS поперечного се-чения: / = dlldS\ dim /==L-4, единица — ампер на квадратный метр (А/т^ А/м^). Ампер на квадратный метр равен плотности рав-номерно распределенного по поперечному сечению пло-щадью 1 м^ электрического тока силой 1 А.
Линейная плотность электрического тока А — вели-чина, равная отношению силы тока dl в тонком листовом проводнике к ширине da этого проводника: А == dUda\ dim ^==L
4, единица — ампер на метр (А/т; А/м). Ампер на метр равен линейной плотности элект-рического тока, при которой сила тока, равномерно рас-пределенного по сечению тонкого листового проводника шириной 1 м, равна 1 А.
Электрическое сопротивление R — величина, харак-теризующая проводник и являющаяся коэффициентом пропорциональности в формуле, связывающей между со-бой напряжение U и силу тока /: U = Rl\ dim Р==иШ-Ч-^ единица — Ом ^: 0м). 0м равен сопротивлению проводника, между конца-ми которого возникает напряжение 1 В при силе тока 1 А.
Электрическая проводимость G — величина, обратная сопротивлению: G == I IR\ dim G==L-^M-‘T^, единица — сименс (S. CM). Сименс равен электрической проводимости провод-ника сопротивлением 1 0м.
Удельное электрическое сопротивление р вещества — величина, численно равная сопротивлению проводника длиной, равной единице длины, и площадью поперечного сечения, равной единице площади; dim p=L^MT
^, единица — ом-метр (0’т;0м’м). Ом-метр равен удельному электрическому сопро-тивлению проводника площадью поперечного сечения 1 м^ и длиной 1 м, имеющего сопротивление 1 0м.
Удельная электрическая проводимость g вещества — величина, обратная удельному электрическому сопротив-лению: g=== 1/?’- dim ^==L-^M-‘T^P, единица — сименс на метр (S/m; См/м). Сименс на метр равен удельной электрической про-водимости проводника, который при площади поперечно-го сечения 1 м^ и длине 1 м имеет электрическую прово-димость, равную 1 См.
Напряженность магнитного поля // — величина, ха-рактеризующая магнитное поле. Размерность и единица ее могут быть определены по формуле напряженности поля в центре длинного соленоида: dim //==L
‘1, единица — ампер на метр (А/т; А/м). Ампер на метр равен напряженности магнитного поля в центре длинного соленоида с равномерно распре-деленной обмоткой, по которой проходит ток силой l//i А, где п — число витков на участке соленоида длиной 1 м.
Магнитодвижущая сила Fm — величина, характеризу-ющая намагничивающее действие электрического тока и равная циркуляции напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура: dim Fm=l, единица — ампер (А; А). Ампер равен магнитодвижущей силе вдоль замкну-того контура, сцепленного с контуром постоянного тока силой 1 А. Примечание. В амперах выражается также раз-ность магнитных потенциалов.
Магнитный поток. Единица и размерность магнитно-го потока Ф определяются по формуле 0=Ф/^ где Q — количество электричества, проходящего в замк- нутом контуре при изменении до нуля магнитного потока Ф, сцепленного с этим контуром. Из этой формулы сле-дует: dim Ф=1^МТ-^1
^ единица — вебер (Wb; Вб). Вебер равен магнитному потоку, при убывании которого до нуля в сцепленной с ним электрической цепи сопротивлением 1 0м через поперечное сечение проходит количество электричества 1 Кл.
Магнитная индукция В — величина, равная отноше-нию магнитного потока d(t> к площади dS сечения, через которое проходит этот поток: В = d^ldS\ dim В=М.Т-Ч-\ единица — тесла (Т; Тл). Тесла равна магнитной индукции, при которой че-рез поперечное сечение площадью 1 м^ проходит магнит-ный поток 1 Вб.
Индуктивность L — величина, характеризующая зам-кнутый контур и являющаяся коэффициентом пропорци-ональности между магнитным потоком, сцепленным с этим контуром, и силой тока в нем: Ф == U\ dim L=L2MT^I-2, единица — генри (Н; Гн). Генри равен индуктивности электрической цепи, с которой при силе постоянного тока в ней 1 А сцепляется магнитный поток 1 Вб. Примечание. В генри выражается также взаим-ная индуктивность.
Абсолютная магнитная проницаемость ц-а, ц^ явля-ется коэффициентом пропорциональности между магнит-ной индукцией и напряженностью магнитного поля: В=^Н\ dim Ца==ЬМТ-^Р, единица — генри на метр (Н/т: Гн/м). Генри на метр равен абсолютной магнитной прони-цаемости среды, в которой напряженность магнитного поля 1 А/м создает магнитную индукцию 1 Тл. Примечание. В генри на метр выражается так-же магнитная постоянная ^о.
Магнитный момент (амперовский) рт контура с то-ком — величина равная произведению силы тока / в кон-туре на площадь S, ограниченную им: Рт == ^ dim pm==L^I, единица — ампер-квадратный метр (A’m^ А-м^. Ампер-квадратный метр равен магнитному моменту электрического тока силой 1 А, проходящего по контуру площадью 1 м^ Примечание. Размерность магнитного момента (кулоновского) dim ^m==L^MT-^l
^, единица — вебер-метр (Wb-m; Вб¦м).
Намагниченность (интенсивность намагничения) М — величина, равная отношению суммы магнитных моментов всех магнитных диполей, входящих в элемент магнетика, к объему dV этого элемента: ;ldV. N ^Рп где pm,i — магнитный момент 1-го диполя; N — число ди-полей, входящих в элемент магнетика; dim Af===L
4, еди-ница — ампер на метр (А/т; А/м). Ампер на метр равен намагниченности, при которой ^ Запасное обозначение (ц) обязательно в техниче-ской документации и литературе, специально предназна-ченной для отправки за границу. вещество объемом 1 м^ имеет магнитный момент 1 А’м^
Магнитное сопротивление Rm — величина, являющая-ся коэффициентом пропорциональности в формуле, выра-жающей зависимость магнитного потока Ф от магнито-движущей силы Fm: Fm=Rm^ dim /?m==L^M-^T^, единица — генри в минус первой степени (Н
‘; Гн-^). Генри в минус первой степени равен магнитному со-противлению магнитной цепи, в которой магнитодвижу-щая сила 1 А создает магнитный поток 1 Вб.
Магнитная проводимость Л — величина, обратная магнитному сопротивлению: Л = 1/^; dim Am==L^MT-2l-2, единица — генри (Н; Гн). Генри равен магнитной проводимости магнитной цепи с магнитным сопротивлением 1 Гы-^
Направление и величина электрического тока. Количество электричества
Мы неоднократно подчеркивали, что электроны в электрическом поле перемещаются от точек с более низким потенциалом к точкам с более высоким потенциалом. Следовательно, и в электрической цепи, показанной на рис. 1, электроны движутся от отрицательного полюса источника электрической энергии к положительному: поэтому следовало бы считать, что электрический ток идет от минуса (—) к плюсу ( + ).
Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь
Однако до объяснения электрических явлений с точки зрения электронной теории, т. е. когда природа электрического тока не была достаточно изучена, полагали, что ток идет от положительного полюса источника к отрицательному.
Чтобы не менять этого установившегося и прочно вошедшего в практику положения, решили сохранить такую условность и считать, что ток идет от плюса к минусу, как показано на рис. 2. В действительности же в металлических проводниках ток проходит в обратном направлении.
Рисунок 2. Направление движения электронов в проводнике и направление тока
С ростом напряженности внешнего электрического поля увеличивается сила, действующая на электроны в проводнике. Электроны начинают перемещаться по проводнйку быстрее, а значит, увеличивается количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Для характеристики интенсивности движения электрических зарядов в проводниках вводится понятие о силе тока или токе.
Определение: Силой тока называется количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени.
Сила тока (ток) обозначается буквой I или i.
Если за время t через поперечное сечение проводника прошло количество электричества q, то ток в проводнике можно определить по формуле:
За единицу тока принимается ампер (сокращенно обозначается буквой А). В ГОСТ приведено следующее определение этой основной электрической единицы: «ампер — сила неизменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямоугольным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную 2*10 -7 единицы силы на каждый метр длины».
Следует подчеркнуть, что ампер — единственная основная электрическая единица. Все остальные единицы, используемые при электрических и магнитных измерениях, определяются через четыре основные единицы Международной системы единиц (метр — килограмм — секунда — ампер).
Единица измерения тока названа по имени французского физика и математика Андре Мари Ампера (1775—1836), открывшего закон взаимодействия электрических токов и предложившего новую гипотезу для объяснения магнитных свойств вещества.
В радиотехнике часто приходится иметь дело с токами, величина которых в тысячи и даже миллионы раз меньше одного ампера. Такие токи измеряются в миллиамперах (сокращенно обозначается мА или mА) или в микроамперах (сокращенно обозначается мкА или μА). Миллиампер одна тысячная доля ампера, т. е.
1 мА = 0,001 А, или 1 А = 1000 мА.
Микроампер — это одна миллионная доля ампера или одна тысячная доля миллиампера, т. е.
1 мкА = 0,001 мА = 0,000001 А.
Полезно запомнить также следующие соотношения:
1 мА= 1000 мкА = 0,001 А; 1 А = 1000 мА = 1 000 000 мкА.
При рассмотрении вопросов взаимодействия зарядов мы сказали, что количество электричества измеряется в кулонах. При этом количество электричества в 1 кулоне соответствует приблизительно общему заряду 6 • 10 18 электронов. Сейчас можно дать более строгое определение кулона:
Определение: кулон — это количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в течение 1 секунды при неизменяющемся токе в 1 ампер.
Эта единица количества электричества часто называется ампер-секундой (сокращенное обозначение А-с). На практике количество электричества измеряется в ампер-часах (А-ч).
Если известен ток I в проводнике, то количество электричества q, прошедшее через поперечное сечение проводника за время t, можно определить по формуле:
где q — в кулонах; I— в амперах; t — в секундах.
Для измерения тока в цепи применяются приборы, называемые амперметрами. Амперметр включается в цепь так, чтобы через него проходил весь измеряемый им ток (рис. 3).
Рисунок 3. Схема включения амперметра в электрическую цепь. Б — источник напряжения; PA — амерметр; EL — нагрузка (лампа).
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
1. Электроэнергия
1 кВт ⋅ ч = 1000 Вт ⋅ 3600 с = 3 600000 Вт ⋅ с = 3 600 000 Дж = 3,6 МДж .
Потребление электроэнергии в киловатт-часах учитывают счётчики
Сколько стоит \(4\)-часовой просмотр телевизора, если его мощность равна \(200\) Вт?
Переводим данные единицы не в единицы СИ (ватты и секунды), а в единицы, в которых учитывается количество потреблённой электроэнергии (киловатты и часы).
P = 200 Вт = 0, 2 кВт t = 4 ч Тариф = 4,5 руб / кВт ⋅ ч Стоимость − ? Стоимость = E ⋅ Тариф E = P ⋅ t Стоимость = P ⋅ t ⋅ Тариф Стоимость = 0, 2 ⋅ 4 ⋅ 4,5 = 3, 6 ( руб .)
Чтобы определить количество потреблённой за месяц электроэнергии или совершённую током работу, необходимо:
1. Определить показания счётчика в начале и в конце месяца.
2. Разница показаний — количество потреблённой электроэнергии в течение месяца в киловатт-часах.
3. Полученное количество электроэнергии умножить на тариф.