Сила тока. Единицы силы тока

На прошлых уроках мы вплотную подошли к тому факту, что ток — это физическая величина. Т.е., действия электрического тока могут иметь разную степень или же силу. Мы уже много раз говорили о том, что электрический ток — это движение заряженных частиц. Логично предположить, что сила тока зависит либо от количества этих частиц, либо от скорости их движения.

Это действительно так: опытным путём было установлено, что сила тока зависит от количества заряда, проходящего по цепи в единицу времени. Поэтому, чем больше частиц переместится от одного полюса к другому, тем больше будет суммарный перенесённый заряд.

Сила тока равна отношению электрического заряда, прошедшего, через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:

Как мы помним, заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах (в системе СИ). На прошлом уроке, мы уже узнали, что единицей измерения силы тока является ампер:

Однако, каждая физическая единица измерения должна быть соотнесена с тем или иным явлением. Рассмотрим, что же легло в основу определения силы тока в 1 А. Поскольку заряженные частицы взаимодействуют между собой, проводники, через которые проходит ток — тоже будут взаимодействовать в той или иной степени. Эта степень будет зависеть от длины проводников, от расстояния между ними, от среды, в которой находятся проводники, и, конечно, от силы тока. Для опыта мы можем взять два проводника одинаковой длины, которые, разумеется, будут находиться в одинаковой среде. Подключим оба проводника к источнику тока, держа их на фиксированном расстоянии. Тогда, сила тока будет единственным фактором, влияющим на силу взаимодействия проводников. Перед тем, как начать опыт, заметим, что проводники будут притягиваться, если токи в обоих проводниках сонаправлены, и наоборот — будут отталкиваться, если токи противоположны по направлению. Это, фактически, приведёт к изменению расстояния между проводниками. Чтобы этим обстоятельством можно было пренебречь, возьмём очень длинные и тонкие проводники. Поместим эти проводники в вакуум на расстоянии 1 м друг от друга и пустим по ним одинаковый ток. Рассмотрим метровые участки таких проводников: они будут практически параллельны.

Итак, единицей силы тока считается сила, при которой два таких отрезка взаимодействуют с силой 0,2 мкН.

Теперь мы можем дать определение и единице заряда, о которой мы говорили ранее. 1 Кл — это заряд, который за 1 с прошел сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Помимо ежедневного использования электрического освещения, все мы знаем ещё один яркий пример электрического тока. Это молния. Молния обладает очень большой силой тока, который может проходить либо между облаками, либо между облаком и поверхностью земли.

В результате трения друг о друга, слои воздуха электризуются, накапливая все больший и больший заряд. В момент, когда этот заряд становится достаточно большим, между облаками проскакивает электрический ток в виде молнии. Также, наэлектризованное облако, обладающее отрицательным зарядом в нижней части может способствовать тому, что поверхность земли под ним электризуется положительно, и молния ударяет в землю. Молния часто бьёт в объекты, возвышающиеся над остальными (например, в одиноко стоящее дерево). Здесь нет ничего удивительного: ток идёт по кратчайшему пути, а то, что является самой высокой точкой для нас — ближе всего к облакам. Однако, есть много других факторов, влияющих на то, куда ударит молния, поэтому предсказать следующую «мишень» крайне сложно.

Упражнения.

Задача 1. Сила тока в лампочке составляет 200 мА. Какой заряд проходит через лампочку за 3 минуты?

Задача 2. Через поперечное сечение проводника прошло 900 миллиардов электронов за 0,3 мкс. Какова сила тока в этом проводнике?

На первый взгляд может показаться, что такое огромное число электронов просто не могло пройти поперечное сечение за одно мгновение. Но, ведь, размер электрона очень мал, а его скорость, как правило, составляет несколько миллиметров в секунду.

Задача 3. Какова скорость электронов в проводнике с током 2 А, если одновременно через сечение проходит 70 млн электронов? Радиус электрона считать за 2,82 ×10⁻¹⁵ м, предполагая, что электроны двигаются вплотную друг к другу.