Spkb-optics.ru

СПКБ Оптик
10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Накал нити лампы от силы тока

Накал нити лампы от силы тока

Лампа накаливания — осветительный прибор, искусственный источник света. Свет испускается нагретой металлической спиралью при протекании через неё электрического тока.

Принцип действия

В лампе накаливания используется эффект нагревания проводника (нити накаливания) при протекании через него электрического тока. Температура вольфрамовой нити накала резко возрастает после включения тока. Нить излучает электромагнитное излучение в соответствии с законом Планка. Функция Планка имеет максимум, положение которого на шкале длин волн зависит от температуры. Этот максимум сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Для получения видимого излучения необходимо, чтобы температура была порядка нескольких тысяч градусов, в идеале 6000 K (температура поверхности Солнца). Чем меньше температура, тем меньше доля видимого света и тем более «красным» кажется излучение.

Часть потребляемой электрической энергии лампа накаливания преобразует в излучение, часть уходит в результате процессов теплопроводности и конвекции. Только малая доля излучения лежит в области видимого света, основная доля приходится на инфракрасное излучение. Для повышения КПД лампы и получения максимально «белого» света необходимо повышать температуру нити накала, которая в свою очередь ограничена свойствами материала нити — температурой плавления. Идеальная температура в 6000 K недостижима, т. к. при такой температуре любой материал плавится, разрушается и перестаёт проводить электрический ток. В современных лампах накаливания применяют материалы с максимальными температурами плавления — вольфрам (3410 °C) и, очень редко, осмий (3045 °C).

При практически достижимых температурах излучается далеко не белый и не дневной свет. По этой причине лампы накаливания испускают свет, который кажется более «желто-красным», чем дневной свет. Для характеристики качества света используется т. н. цветовая температура.

В обычном воздухе при таких температурах вольфрам мгновенно превратился бы в оксид. По этой причине вольфрамовая нить защищена стеклянной колбой, заполненной нейтральным газом (обычно аргоном). Первые лампочки делались с вакуумированными колбами. Однако в вакууме при высоких температурах вольфрам быстро испаряется, делая нить тоньше и затемняя стеклянную колбу при осаждении на ней. Позднее колбы стали заполнять химически нейтральными газами. Вакуумные колбы сейчас используют только для ламп малой мощности.

Конструкция

Лампа накаливания состоит из цоколя, контактных проводников, нити накала, предохранителя и стеклянной колбы, ограждающей нить накала от окружающей среды.

Колба

Стеклянная колба защищает нить от сгорания в окружающем воздухе. Размеры колбы определяются скоростью осаждения материала нити. Для ламп большей мощности требуются колбы большего размера, для того чтобы осаждаемый материал нити распределялся на большую площадь и не оказывал сильного влияния на прозрачность.

Буферный газ

Колбы первых ламп были вакуумированы. Современные лампы заполняются буферным газом (кроме ламп малой мощности, которые делают вакуумными). Это уменьшает скорость испарения материала нити. Возникающие при этом, за счёт теплопроводности, потери тепла, уменьшают путём выбора газа по возможности с наиболее тяжелыми молекулами. Смеси азота с аргоном являются принятым компромиссом в смысле уменьшения себестоимости. Более дорогие лампы содержат криптон или ксенон (атомные веса: азот: 28,0134 г/моль; аргон: 39,948 г/моль; криптон: 83,798 г/моль; ксенон: 131,293 г/моль)

Нить накала

Нить накала в первых лампочках делалась из угля (точка сублимации 3559 °C). В современных лампочках применяются почти исключительно спирали из осмиево-вольфрамового сплава. Провод часто имеет вид двойной спирали, с целью уменьшения конвекции за счёт уменьшения ленгмюровского слоя.

Лампы изготавливают для различных рабочих напряжений. Сила тока определяется по закону Ома (I = U / R) и мощность по формуле P=Ucdot I, или P = U2 / R. При мощности 60 Вт и рабочем напряжении 230 В через лампочку должен протекать ток 0,26 А, т. е. сопротивление нити накала должно составлять 882 Ома. Т. к. металлы имеют малое удельное сопротивление, для достижения такого сопротивления необходим длинный и тонкий провод. Толщина провода в обычных лампочках составляет

Т. к. при включении нить накала находится при комнатной температуре, её сопротивление много меньше рабочего сопротивления. Поэтому при включении протекает очень большой ток (в два-три раза больше рабочего тока). По мере нагревания нити её сопротивление увеличивается и ток уменьшается. В отличие от современных ламп, ранние лампы накаливания с угольными нитями при включении работали по обратному принципу — при нагревании их сопротивление уменьшалось, и свечение медленно нарастало.

В мигающих лампочках последовательно с нитью накала встраивается биметаллический переключатель. За счёт этого такие лампочки самостоятельно работают в мигающем режиме.

Цоколь

Форма цоколя с резьбой обычной лампы накаливания была предложена Томасом Альвой Эдисоном. Размеры цоколей стандартизированы.

Предохранитель

Плавкий предохранитель (отрезок тонкой проволоки) расположен в цоколе лампы накаливания, предназначен для предотвращения возникновения электрической дуги в момент перегорания лампы. Для бытовых ламп с номинальным напряжением 220 В такие предохранители обычно рассчитаны на ток 7 А.

КПД и долговечность

Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне, и воспринимается в виде тепла. Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K КПД составляет 5 %.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания возрастает, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов. При увеличении напряжения на 20 %, яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим уменьшается время жизни на 95 %.

Уменьшение напряжения в два раза (напр. при последовательном включении) хотя и уменьшает КПД, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда надо обеспечить надежное дежурное освещение без особых требований к яркости, например, на лестничных площадках.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы, и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что в свою очередь ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Галогенные лампы

Добавление в буферный газ галогенов брома или йода повышает время жизни лампы При этом рабочая температура составляет примернно 3000 К. Эффективность галогенных ламп достигает 28 лм/Вт.

Иод (совместно с остаточным кислородом) вступает в химическое соединение с испарившимися атомами вольфрама. Этот процесс является обратимым — при высоких температурах соединение распадается на составляющие вещества. Атомы вольфрама высвобождаются таким образом либо на самой спирали, либо вблизи неё.

Добавление галогенов предотвращает осаждение вольфрама на стекле, при условии, что температура стекла больше 250 °C. По причине отсутствия почернения колбы, галогенные лампы можно изготавливать в очень компактном виде. Маленький объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, без существенного увеличения стоимости заполнять колбу тяжелыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.

Ввиду высокой температуры колбы любые загрязнения поверхности (например, отпечатки пальцев) быстро сгорают в процессе работы, оставляя почернения. Это ведёт к локальным повышениям температуры колбы, которые могут послужить причиной её разрушения. Также температуры, колбы изготавливаются из кварца.

Новым направлением развития ламп является т. н. IRC-галогенные лампы (сокращение IRC обозначает «инфракрасное покрытие»). На колбы таких ламп наносится специальное покрытие, которое пропускает видимый свет, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение и отражает его назад, к спирали. За счёт этого уменьшаются потери тепла и, как следствие, увеличивается эффективность лампы. По данным фирмы OSRAM, потребление энергии снижается на 45 %, а время жизни удваивается (по сравнению с обычной галогенной лампой).

Читать еще:  Схема источник тока 2 электрические лампочки

Хотя IRC-галогенные лампы не достигают эффективности ламп дневного света, их преимущество состоит в том, что они могут использоваться как прямая замена обычных галогенных ламп.

Содержание

  • 1 Вопросы и задачи
  • 2 Микроопыт
  • 3 Любопытно, что…
  • 4 Что читать в «Кванте» о взаимосвязи электричества и теплоты
  • 5 Ответы
  • 6 Микроопыт

Конечно же, пересечение этих разделов физики уже происходило на страницах «Калейдоскопа». Легко догадаться, что тогда речь шла о законе Джоуля-Ленца: его изучение имеет большое значение и ему уделено немало внимания в школе. Он даже как бы заслонил собой другие весьма важные взаимоотношения двух поначалу стоящих порознь областей физики. Однако у них оказалось немало общего, и первые попытки нащупать связи между электрическими и тепловыми явлениями осуществлялись задолго до установления закона Джоуля-Ленца. Работы Петрова, Дэви, Зеебека и Пельтье были сделаны еще в первой трети XIX века, тогда же были заложены и опытные основы термоэлектричества. В научный и практический обиход вошли такие термины, как термопара, электрокалорический эффект, термоэлектронная эмиссия.

Сегодня понимание глубинных процессов, объединяющих теплоту и электричество, определяет прогресс и в исследовании сверхпроводимости, и в электронике, и в создании новых электротехнических приборов и источников энергии, отличающихся малыми габаритами, экономичностью и экологической безопасностью.

Поэтому давайте хотя бы «притронемся» к этой интересной и важной теме.

Принцип работы лампочки

Работающая лампа накаливания

Нагрев ЛН во время работы происходит из-за конструкционных особенностей источника света. Именно из-за сильного нагрева во время работы время эксплуатации ламп значительно уменьшается, что делает их сегодня не такими выгодными. При этом из-за нагрева нити происходит повышение t0 самой колбы.

Принцип работы ЛН основывается на преобразовании электрической энергии, которая проходит через нити спирали, в световое излучение. При этом температура разогретой нити может достигать 2600- 3000 оС.

Обратите внимание! Температура плавления для вольфрама, из которого изготовлены нити спирали, составляет 3200-3400 °С. Как видим, в норме температура нагрева нити не может привести к началу процесса плавления.

Спектр ламп при таком строении заметно отличается от спектра дневного света. Для такой лампы спектр излучаемого света будет характеризоваться преобладанием красных и желтых лучей.
Стоит отметить, что колбы у более современных моделей ЛН (галогеновых) не вакуумируются, а также не содержат в своем составе спиральной нити. Вместо нее внутрь колбы закачивают инертные газы (аргон, азот, криптон, ксенон и аргон). Такие конструкционные усовершенствования привели к тому, что температура нагрева колбы во время работы несколько уменьшилась.

Энергосберегающие источники света

Широкую популярность при монтаже освещения приобретают гибкие ленты с размещенными печатными платами, светодиодами. Источником является электрический ток 12 вольт напряжения. Применение более высокого вольтажа (24 В) позволяет уменьшить температуру нагрева, увеличить длину запитки использованной ленты. Температура светодиодной ленты не превышает +45 градусов Цельсия. Рабочая температура -40…80 оС не отражается негативно на её работе. Низкое электропотребление позволяет считать ленту прекрасным заменителем люминесцентных ламп. Схема подключения простая: анод соединяется с плюсом источника тока, катод – с минусом. При неправильном подключении схема не работает, требует переключения. Электрическая энергия переходит на светодиоды и не должна превышать 80 % указанной мощности блока питания.

Эксплуатировать ленточное освещение можно как рекламную подсветку, для создания разноцветного освещения фасадов зданий, витрин магазинов. В кристалле светодиода появляются примеси, с которыми связана яркость свечения. Через некоторое время она снижается. Срок службы ленты заканчивается, когда свечение поверхности уменьшается на треть от первоначальной, и не зависит от времени, указанного в технической документации. Практика показывает, что выдерживает светодиодная лента около 10 000 часов эксплуатации. Её качество освещения изменяется только после четырех лет применения.

Лампы «light +»: как это работает, где правда и где обман?

Можно ли увеличить эффективность головного света, не покупая новую машину и не приобретая на разборке ксеноновые фары от более дорогих комплектаций вашей модели? Можно. Для этого предназначены так называемые «лампы повышенной яркости» – «+100%», «+120%» , «+150%» и так далее. Однако как все это работает и в чем подвох – до сих пор загадка для многих автолюбителей. Поэтому вокруг ламп «light +» бесконечно затеваются ожесточенные споры, едва ли не хлеще масляных холиваров и битв типа «шипы VS липучка»…

Так называемые лампы «повышенной яркости» регулярно порождают споры в автомобильном коммьюнити. Люди не вполне понимают их сущность и заложенные в конструкцию принципы – постоянно звучат фразы, что эти лампы слепят встречных водителей, что они нарушают закон Ома и что это вообще фикция… Отчасти в непонимании виноваты и производители, которые изначально не объяснили четко и внятно суть этого направления потребителям, а начали лишь год от года наращивать проценты «плюса». «Колеса» предлагают прекратить холивары раз и навсегда, раскрыв все секреты ламп «light +».

Мощность

Мощность лампы накаливания пропорциональна ее яркости. И сколько фар было испорчено лампами повышенной, по сравнению со штатной, мощности, вставленными наобум, бездумно – не перечесть…

Автомобильная фара рассчитана на строго определенную мощность лампы, и повышать ее, просто вставив в патрон лампу с тем же цоколем, но с увеличенными ваттами, нельзя. Портится все – стекло, отражатель, проводка, реле. С ростом мощности растет потребляемый ток и тепловыделение: поликарбонатное стекло фары перегревается и мутнеет, изоляция проводки размягчается от лишних ампер, провода в жгуте замыкаются между собой….

Поэтому лампы повышенной яркости НЕ МОЩНЕЕ! Их мощность строго-настрого соответствует штатной. Если у вас с завода в фаре, скажем, стоит обычная лампа H7 на 55 ватт, то и ЛЮБАЯ лампа повышенной яркости, имеющая одобрение ECE, (хоть «+20%», хоть «+200%), также будет потреблять от бортсети 55 ватт!

Яркость

Многие из нас в босоногом детстве считали, что «чем круче тачка – тем мощнее у нее всё!». Сильнее мотор, ярче фары и так далее… Насчет мотора – наверное, справедливо, а вот с фарами такого не работает…

Мощность ламп фар (и проистекающая из нее яркость) строго стандартизированы на компромиссном уровне – чтобы и дорога освещалась достаточно, и водители встречных машин не были ослеплены. Увеличивать яркость по желанию строго запрещено, и этого не делает ни один автопроизводитель и ни один производитель автоламп. И лампа повышенной мощности, и фара с такой лампой никогда не пройдут сертификацию, которая весьма строга. Количество нормированных международными стандартами люмен светового потока превышать нельзя.

Мощность – та же, яркость – та же… И вот мы приходим к парадоксальному выводу, ступая на тонкий лед холиваров и срачей: если мощность и яркость у ламп «light +» такая же, как и у обычных ламп, то где же скрывается профит для водителя?! Для чего все затевалось и не обманывают ли нас?!

Не торопитесь – все не так просто!

Так чем отличается обычная лампа и лампа «light +»?

Так называемые лампы с увеличенной яркостью отличаются от обычных двумя основными элементами. Конструкцией нити накала и стеклянной колбы. Они у них совершенно иные!

Нить накала лампы повышенной яркости более тонкая. Соответственно, она нагревается до более высокой температуры и излучает световой поток повышенной интенсивности. Тем не менее электрическая мощность лампы, подчеркнем, неизменна! Конструкция нити накала, ее геометрия и материал сплава подобраны так, что мощность аналогична стандартной лампе, и никаких особенностей и нюансов применения лампа повышенной яркости не имеет – просто меняется одна на другую.

Колба лампы повышенной яркости также иная. Она имеет особое градиентное покрытие стекла. По сути – своего рода маску-светофильтр, которая пропускает более интенсивное световое излучение только туда, куда нужно, строго в зоны границ стандартизированного и нормированного светового пучка.

Читать еще:  Выключатель света с регулятором яркости для диодных ламп

Почему же с лампами «light +» эффективность фар заметно повышается, однако не происходит увеличения общей яркости, следствием которой не может не являться ослепление водителей встречной полосы? Потому что многие люди путают яркость и освещенность… Да еще и общую – с зональной.

Все производители ламп следуют стандартам безопасности, принятым в ECE (Европейской экономической комиссии). Стандарты требуют от лампы каждого типоразмера не превышать определенный максимальный световой поток, измеряемый в люменах внутри специальной контрольно-измерительной сферической камеры, в центре которой при экспертизе размещается лампа. Лампа излучает практически на все стороны (ну, кроме цоколя), и световой поток в каждой точке тестовой сферы снимается датчиками и суммируется. К примеру, у тех же весьма распространенных H7 он в сумме не должен превышать допустимо разрешенные 1500 люмен.

Когда же в центр этой сферы ставят лампу повышенной яркости, «light +», она тоже показывает те самые разрешенные 1500 люмен – никакого превышения нет! И это происходит именно благодаря маске-фильтру на колбе. Если бы маска отсутствовала, общий световой поток, конечно, был бы выше разрешенного и слепил бы встречку. Но фильтр приглушает свет в тех секторах излучения, где он не нужен, пропуская в необходимых. В итоге у нас возрастает именно полезное излучение лампы в сравнении с лампой стандартной конструкции.

Так что такое «+» ?

Проценты «плюса» – не вполне понятная вещь, и вот тут производители таких ламп в свое время слегка недоработали в плане информирования аудитории автовладельцев. Многие считают это процентами яркости, что, безусловно, не соответствует действительности.

Проценты «+ХХХ» – это достаточно сложная комплексная величина. Сравнение идет с минимально допустимым по стандартам безопасности светом некой условной лампы, а вот проценты «в плюс» высчитываются по замерам в четырех определенных точках светотеневой границы светового потока. Поэтому, разумеется, «+100%» или «+150%» – это не прирост яркости фар в два или два с половиной раза, а увеличение эффекта освещенности именно там, где его обычно недостаточно, на светотеневой границе. Также этот прирост влияет на максимальную дальность освещенной фарами зоны – эти цифры указываются на упаковке ламп в метрах, но надо понимать, что это не гарантированный четкий прирост, а цифры «ДО ххх». Ибо прирост этот индивидуален и зависит от изначальной конструкции фар конкретного автомобиля и от их технического состояния – качества отражателя, прозрачности стекла и т.п.

Срок службы

Срок службы ламп «light +» – бесконечный источник споров, шумящих повсюду, от гаражей до автомобильных форумов. Главная претензия к таким лампам – «они быстро перегорают», и автовладельцы, приобретя недешевый продукт, чувствуют себя обманутыми… Почему это происходит и есть ли тут обман?

Законы физики неумолимы, и если нить лампы «light +» более тонкая и нагрета до более высокой температуры, то она действительно служит меньше, чем нить аналогичной обычной лампы – более толстой и менее горячей. Никак иначе!

Срок службы ламп «light +» примерно вдвое меньше, чем у ламп классической конструкции: в среднем примерно 250 часов против 500 часов. Это обычно не скрывается и указывается на упаковке, но покупатели редко обращают внимание на такие «мелочи», что в итоге нередко приводит к разочарованию.

Нужно понимать следующее. Лампы «light +» являются ЕДИНСТВЕННЫМ способом законно и безопасно для своей машины и для окружающих сделать свет фар эффективнее. Ну, во всяком случае, единственным бюджетным – уж точно. Ибо менять полностью фары под галогенный свет на ксеноновые, взятые от более дорогой (или более свежей по годам) модификации вашей модели авто – крайне затратный вариант. И если вы реально много и часто ездите в темное время суток, то снижение срока службы ламп – это осознанный компромисс в пользу повышения безопасности движения и снижения усталости водителя. В случае традиционных галогеновых фар идеального варианта просто нет – либо улучшение освещенности и несколько более частая смена ламп с «light +», либо стандартный свет и долговечность с лампами обычной конструкции.

Также «light+» способен выручить тех, у кого даже исправные новые фары изначально не отличались хорошим светом – ну просто так спроектированы, бывает такое частенько в бюджетном классе авто… И тем более они полезны тем, у кого фары уже старенькие и изношенные, с помутневшими стеклами и частично потерявшими зеркальность отражателями. Если по каким-то причинам менять такие фары затруднительно, вернуть им характеристики, близкие к заводским, можно как раз более эффективными лампами.

Osram Night Breaker 200

Ну и подытожим рассказ о лампах повышенной яркости анонсом новинки – появившимися совсем недавно самыми эффективными лампами в рамках технологии повышения эффективности от OSRAM, Night Breaker 200. Прибавка освещенности у этих ламп составляет рекордные +200%.

«Все вышесказанное исчерпывающе характеризует лампы «light+» большинства производителей. Главное – изначально понимать их особенности и правильно расставлять свои приоритеты. И тогда преимущества более эффективных фар для вас осознанно перевесят вынужденную необходимость несколько более частой замены ламп. Качественный свет позволит свободно выбирать лимит разрешенной скорости, а не тормозить на ровном месте из-за плохой освещенности трассы и обочины», – рассказывает «Колесам» технический специалист компании OSRAM Артем Нуриахметов.
«Ну и все же кратко дополню этот ликбез некоторыми индивидуальными особенностями ламп OSRAM Night Breaker 200! Помимо двух ключевых технических решений, отличающих их от обычных ламп (нить накала и колба), в Night Breaker 200 применено еще немало мелких вспомогательных технологий, которые в сумме позволили при столь высоком приросте эффективности сохранить продолжительность службы Night Breaker 200 на уровне предыдущего поколения Night Breaker».

Это увеличенное давление и объем галогена в колбе, позволяющее улучшить регенерацию вольфрамовой нити (эффект, давно известный по любым галогенкам, а не только «light+» – осаждение испаряющегося металла нити обратно на нить). Нить накала сделана более вибростойкой – максимально, насколько это сегодня возможно для тонкой нити, работающей при повышенной температуре. Еще одна новация – помимо обычного галогена в колбу лампы добавлен ксенон! Нет, конечно, ксеноновой эта лампа не стала – у газоразрядной ксеноновой лампы совершенно иная конструкция и принцип работы, но и в галогенке ксенон, как выяснилось, может быть весьма полезен! Атомы ксенона – крупного размера, и, «окутывая» нить накала, они не позволяют отрывающимся атомам вольфрама далеко отлетать от основы, ускоряя процесс регенерации и работая в качестве своеобразного «газового теплоизолятора», не выпуская на поверхность колбы избыточное тепло от сильно нагретой нити.

Свет Night Breaker 200 на 20% более белый, чем свет стандартных галогеновых ламп – цветовая температура повышена (до 3700 Кельвинов у ламп Night Breaker 200 H7 и 4050 Кельвинов у ламп Night Breaker 200 H4), что создает более комфортную для глаз освещенность. А дальность освещенной зоны увеличена на расстояние до 150 метров (в зависимости от типа и состояния фары, разумеется).

Вопросы на работу и мощность электрического тока

Вопрос 1. Что такое работа электрического тока?

Ответ. Работа электрического тока – это физическая величина, которая показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику. Она равна произведению силы тока на участке цепи, напряжению на концах этого участка и времени, в течение которого протекает ток по проводнику.

Единица измерения работы – 1 Джоуль.

Вопрос 2. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

Ответ. Это эмпирический закон преобразования работы тока в тепло. Он был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем.

Работа электрического тока, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло, выделяющееся на проводнике.

При прохождении тока по проводнику положительные ионы в узлах кристаллических решеток проводника за счет энергии тока начинают сильнее колебаться, что сопровождается увеличением внутренней энергии проводника, т.е. его нагреванием.

Читать еще:  Как измерить ток анода лампы

Вопрос 3. Что такое мощность электрического тока?

Ответ. Мощность тока – физическая величина, характеризующая скорость совершения током работы. Мощность равна отношению работы к интервалу времени, за которые она была совершена:

Единицей измерения мощности является Ватт. 1 Ватт – это мощность, при которой за одну секунду совершается работа в 1 Джоуль.

Вопрос 4. Приведите пример внесистемной единицы измерения работы.

Ответ. На практике часто пользуются единицей, называемой ватт-час (втч). Так как в часе 3 600 секунд, 1 ватт-час равен 3 600 Дж.

Вопрос 5. Как измерить работу тока?

Ответ. В простейшем случае для измерения работы тока нужны амперметр, вольтметр и часы. На практике работу электрического тока измеряют с помощью счетчиков.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий? Профессиональный сервис для учащихся всегда к вашим услугам.

  • Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
  • Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
  • Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
  • Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Сила тока. Измерение силы тока»

На прошлом уроке мы с вами говорили о действиях, которые способен оказывать электрический ток, протекая в различных средах. Познакомившись с тремя действиями тока, уместно задать себе вопрос: от чего зависит эффективность каждого из действий, то есть от чего зависит количество теплоты, выделяемой в нити накала электролампы, масса выделенной в опыте меди, подъёмная сила изготовленного электромагнита?

Эффективность этих действий будет зависеть от нескольких причин. Электрический ток, как вы знаете, — это направленное движение заряженных частиц. Поэтому чем больше электрический заряд, перенесённый частицами через поперечное сечение проводника за какое-то определённое время, тем интенсивнее будет действие тока.

Здесь можно провести аналогию: эффективность действия воды на водяной мельнице или гидроэлектростанции, конечно же, определяется массой ежесекундно протекающей в таком устройстве воды. Поэтому важнейшей характеристикой электрического тока является величина, называемая силой тока.

Сила тока — это физическая величина, численно равная электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Обозначают силу тока буквой I.

Пусть q — заряд, протекающий через сечение проводника за некоторый отрезок времени t. Тогда очевидно, что для нахождения ежесекундно протекающего заряда мы должны разделить весь заряд на значение промежутка времени, что и приводит нас к формуле силы тока:

Единицу силы тока не вводят через какие-либо формулы, а просто выбирают по договорённости, как это было уже сделано с единицами массы, времени и длины.

Здесь вы можете сказать, что подобная договорённость лишена логики: брать в качестве основной величины не единицу заряда, которая рассматривается значительно раньше, а единицу силы тока, то есть величину, которая получается путём логической операции с электрическим зарядом.

Вы абсолютно правы! Но все дело в том, что для всех основных единиц нужно создать эталоны, то есть устройства, позволяющие собрать и сохранить без потерь сведения о выбранной единице. Так вот, для единицы силы тока можно с гораздо большей точностью выбрать и сохранить эталон, чем для единицы электрического заряда, чем и объясняется такая «нелогичность» в выборе основной единицы.

В 1948 г. на Генеральной конференции по мерам и весам решили, что в основе определения единицы силы тока должно лежать явление взаимодействия двух проводников с током. Это явление можно пронаблюдать на опыте. Если по двум параллельным проводникам пропустить ток, то, в зависимости от направления тока, проводники либо притянутся, либо оттолкнутся.

При этом сила притяжения или отталкивания между проводниками прямо пропорциональна силе тока в них, то есть чем больше сила тока, тем сильнее взаимодействуют проводники.

Но чтобы ввести точный эталон, необходимо соблюдать очень жёсткие условия опыта. Проводники должны быть тонкими и бесконечно длинными, при этом они должны находиться в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга.

Поэтому, за единицу силы тока принимают такую силу тока, при которой бесконечно длинные параллельные проводники, находящиеся на расстоянии одного метра друг от друга в вакууме, на каждом метре своей длины взаимодействуют с силой 2 ∙ 10 −7 Н.

Эту единицу силы тока называют ампером. Названа она так в честь французского физика А. Ампера, и является основной единицей силы тока в СИ.

1 А — это очень большое значение силы тока. Поэтому в науке, технике и на практике часто используют кратные и дольные единицы силы тока:

Познакомившись с единицей силы тока, мы можем дать и строгое определение единицы электрического заряда (количества электричества). Зная формулу для расчёта силы тока, можно записать: q = It. Учитывая, что единицей силы тока является ампер, а единицей времени — секунда, получим, что 1 Кл — это заряд, протекающий за 1 с через поперечное сечение проводника с током силой 1 А.

Ещё одна очень важная особенность силы тока заключается в следующем: сила тока во всех участках проводника, по которому протекает электрический ток, одинакова. Всё дело в том, что, когда в проводнике протекает ток, заряд нигде ни в какой его части не скапливается. Так, если в начале проводника, например, металлической проволочки, сила тока равна 1 А, то и в любом поперечном сечении проводника, и в конце его она тоже обязательно 1 А.

Прибор, с помощью которого измеряют силу тока в цепи, называют амперметром.

Амперметр и по своему принципу действия, и по устройству похож на гальванометр. Его работа основана на магнитном действии тока.

Чем больше сила тока, проходящего по катушке, тем сильнее она взаимодействует с магнитом, тем больше угол поворота стрелки прибора. Поскольку с помощью амперметра измеряют силу тока, то он устроен так, чтобы включение его в цепь практически не влияло на силу тока в цепи.

Чтобы отличить амперметр от гальванометра, на его шкале ставят букву «А». На схемах амперметр изображают кружком с буквой «А» в центре:

Будьте внимательны при работе с амперметрами, так как каждый из них рассчитан на некоторую максимальную силу тока. Иначе прибор может попросту сгореть.

Амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить. Иными словами, чтобы контролировать значение силы тока, протекающего в интересующей нас части цепи, мы должны обязательно сделать разрыв цепи и включить в разрыв амперметр, чтобы весь заряд, протекающий в этой части цепи, проходил через прибор.

Обратите внимание и на то, что у каждой клеммы прибора стоит свой знак: или «плюс», или «минус». Это значит, что клемму со знаком «плюс» надо обязательно соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком «минус» — с отрицательным.

Если цепь состоит из нескольких последовательно соединённых проводников или приборов (это такое соединение, при котором начало одного проводника соединяется с концом другого), то амперметр будет показывать во всех точках цепи одно и то же значение силы тока.

Пример решения задачи.

Задача. По графику зависимости перенесённого заряда от времени найдите силу тока в проводнике. Какое количество электронов проходит через сечение проводника за 5 с?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector