Справочник мастера-электрика. Проводка, розетки, техника безопасности, инструмент

Если в замкнутой цепи, не имеющей разветвлений, проходит электрический ток, то через любое поперечное сечение (в любом месте цепи) проходит в секунду одно и то же количество электричества, независимо от толщины проводников. Это объясняется тем, что заряды не могут накапливаться в каком-нибудь месте проводника. Следовательно, сила тока в любом месте электрической цепи одинакова.

В сложных электрических цепях с различными ответвлениями это правило (постоянство тока во всех точках замкнутой цепи) остается, конечно, справедливым, но оно относится только к отдельным участкам общей цепи, которые могут рассматриваться как простые.

Измерение силы тока. Для измерения силы тока служит прибор, который называется амперметром. Для измерения очень малых сил тока применяются миллиамперметры и микроамперметры, или гальванометры. На рис. 88 показано условное графическое изображение амперметра и миллиамперметра на электрических схемах.

Рис. 88. Условные обозначения амперметра и миллиамперметра на электрических схемах

Чтобы измерить силу тока, нужно включить амперметр в цепь (рис. 89). Измеряемый ток проходит от источника через амперметр и приемник. Стрелка амперметра показывает силу тока в цепи. Где именно включить амперметр, то есть до потребителя (считая по направлению тока) или после него, совершенно безразлично, так как сила тока в простой замкнутой цепи (без разветвлений) будет одинакова во всех точках цепи.

Рис. 89. Включение амперметра в цепь

Иногда ошибочно считают, что амперметр, включенный до потребителя, будет показывать бо́льшую силу тока, чем включенный после потребителя. В этом случае считают, что «часть тока» тратится в потребителе для приведения его в действие. Это, конечно, неверно.

В технике встречаются очень большие силы тока (1000 А — килоАмпер (кА)) и очень маленькие (0,001 А — миллиампер (мА)). Например, сила тока электрической плиты примерно 4–5 А, лампы накаливания — от 0,3 до 4 А (и выше). Ток, проходящий через фотоэлементы, составляет всего несколько микроампер. В главных проводах подстанций, дающих электроэнергию для трамвайной сети, сила тока достигает тысяч ампер.

Электрическое напряжение

Этот термин используется как характеристика физической величины, выражающей затраченную работу электрического поля по переносу пробного единичного электрического заряда из одной точки в другую. Начальная точка 1 и конечная точка 2 обладают различными потенциалами энергии (φ1 и φ2), работа по перемещению единичного пробного заряда, или напряжение, совпадает с соотношением разности этих потенциалов (Δφ = φ1 — φ2). Или иначе. Напряжение — это отношение работы электрического поля, совершенной при переносе пробного электрического заряда из точки 1 в точку 2, к величине пробного заряда.

Обычно напряжение обозначают U.

В зависимости от протекающих токов используются различные термины и способы вычисления напряжения. Оно может быть:

1. постоянным — в цепях электростатики и постоянного тока;

2. переменным — в схемах с переменными и синусоидальными токами.

Для второго случая используются такие дополнительные характеристики напряжения:

• амплитуда — наибольшее отклонение от нулевого положения оси абсцисс;

• мгновенная величина, которая выражается в конкретный момент времени;

• действующее, эффективное или, называемое по-другому, среднеквадратичное значение, определяемое по совершаемой активной работе одного полупериода;

• средневыпрямленное, рассчитываемое по модулю выпрямленного значения одного периода гармоники.

Для количественной оценки напряжения введена международная единица 1 Вольт (В).

При транспортировке электрической энергии по проводам воздушных линий конструкция опор и их габариты зависят от значения напряжения. Его величину между проводами фаз называют линейной, а разность потенциалов между каждым проводом и землей — фазной.

В бытовых электрических сетях нашей страны стандартом принято трехфазное напряжение 380/220 В.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

I = U / R,

где R — сопротивление, Ом;

U — разность потенциалов (напряжение) на концах участка цепи, В;

I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов, А.

Закон Ома справедлив для металлов и электролитов.

Закон Джоуля — Ленца

Дж. Джоуль (1841–1843) и Э. X. Ленц (1842–1843) независимо друг от друга экспериментально установили, что в электрической цепи происходит преобразование энергии упорядоченного движения заряженных частиц в тепловую. Согласно закону сохранения энергии работа тока равна количеству выделившегося тепла.

Количество теплоты (Q, Дж), выделившееся при прохождении электрического тока (I, А) по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника (R, Ом) и времени, в течение которого шел ток (t, с):

Q = I2Rt