Перекладаємо Вольт-Ампери (ВА) до Ватти (Вт). Конвертуємо Ватт(Вт) в Ампери(А) Сумежні, але різні

На побутових приладах (міксер, фен, блендер) виробники пишуть споживану потужність у ватах, на пристроях, які вимагають великих обсягів електричного навантаження (електрична плита, пилосос, водонагрівач) – у кіловатах. А на розетках або автоматичних вимикачах, через які підключаються до мережі прилади, прийнято вказувати силу струму в амперах. Щоб зрозуміти, чи витримає розетка пристрій, що підключається, потрібно знати, як переводити ампери у вати.

Одиниці потужності

Переклад вати в ампери і навпаки – поняття відносне, оскільки це різні одиниці виміру. Ампери – це фізична величина сили електричного струму, тобто швидкість проходження електрики через кабель. Ватт – величина електричної потужності, чи швидкість споживання електроенергії. Але такий переклад необхідний для того, щоб розрахувати, чи значення сили струму відповідає значенню його потужності.

Переклад ампера у Вати та кіловати

Знати, як порахувати відповідність ампер ватам, потрібно для того, щоб визначити, який пристрій здатний витримати потужність споживачів, що підключаються. До таких пристроїв відносять захисну або комутаційну апаратуру.

Перед тим як вибрати, який автоматичний вимикач або пристрій захисного відключення (ПЗВ) встановити, потрібно порахувати потужності споживання всіх приладів, що підключаються (праска, лампи, пральна машина, комп'ютер і т.д.). Або навпаки, знаючи, який стоїть автомат чи захисний пристрій відключення, визначити, яке обладнання витримає навантаження, а яке ні.

Для переведення ампера в кіловати і навпаки існує формула: I=P/U, де I – ампери, P – вати, U – вольти. Вольти – це напруга мережі. У житлових приміщеннях використовується однофазна мережа - 220 В. На виробництві для підключення промислового обладнання працює електрична трифазна мережа, значення якої дорівнює 380 В. Виходячи з цієї формули, знаючи ампери, можна порахувати відповідність ватам і навпаки - перевести ват в ампери.

Ситуація: є автоматичний вимикач. Технічні параметри: номінальний струм 25 А, 1-полюс. Потрібно порахувати, яку ватність приладів здатний витримати автомат.

Найпростіше технічні дані внести до калькулятора і розрахувати потужність. Також можна використовувати формулу I=P/U, вийде: 25 А=х Вт/220 У.

х Вт = 5500 Вт.

Щоб вати перевести в кіловати, необхідно знати наступні заходи потужності у ват:

• 1000 Вт = 1 кВт,
• 1000000 Вт = 1000 кВт = МВт,
• 1000000000 Вт = 1000 МВт = 1000000 кВт і т.д.

Отже, 5500 Вт = 5,5 кВт. Відповідь: автомат із номінальним струмом 25 А може витримати навантаження всіх приладів загальною потужністю 5,5 кВт, не більше.

Застосовують формулу з даними напруги та сили струму для того, щоб підібрати тип кабелю за потужністю та силою струму. У таблиці наведено відповідність струму перерізу дроту:

Мідні жили проводів та кабелів

Перетин жили, мм²	Мідні жили проводів, кабелів
	Напруга 220 В		Напруга 380 В
	Струм, А	Потужність, кВт	Струм, А	Потужність, кВт
1,5	19	4,1	16	10,5
2,5	27	5,9	25	16,5
4	38	8,3	30	19,8
6	46	10,1	40	26,4
10	70	15,4	50	33
16	85	18,7	75	49,5
25	115	25,3	90	59,4
35	135	29,7	115	75,9
50	175	38,5	145	95,7
70	215	47,3	180	118,8
95	260	57,2	220	145,2
120	300	66	260	171,6

Як перевести ват в ампер

Перевести ват в ампер потрібно в ситуації, коли необхідно поставити захисний пристрій і вибрати, з яким номінальним струмом воно має бути. З інструкції з експлуатації ясно, скільки ват споживає побутовий прилад, що підключається до однофазної мережі.

Завдання розрахувати, скільки ампер у Ват або яка відповідає розетка для підключення, якщо мікрохвильова піч споживає 1,5 кВт. Для зручності розрахунку кіловати краще перевести у вати: 1,5 кВт = 1500 Вт. Підставляємо значення у формулу та отримуємо: 1500 Вт / 220 В = 6,81 А. Значення округляємо у велику сторону та отримуємо 1500 Вт у перерахунку на ампери – споживання струму НВЧ не менше 7 А.

Якщо підключати кілька приладів одночасно до одного пристрою захисту, то щоб порахувати, скільки у ВАТ ампер, потрібно всі значення споживання скласти разом. Наприклад, у кімнаті використовується освітлення зі світлодіодними лампами 10 шт. по 6 Вт, праска потужністю 2 кВт та телевізор 30 Вт. Спочатку всі показники потрібно перевести у вати, виходить:

• лампи 6 * 10 = 60 Вт,
• праска 2 кВт = 2000 Вт,
• телевізор 30 Вт.

60 +2000 +30 = 2090 Вт.

Тепер можна перевести ампер у вати, для цього підставляємо значення у формулу 2090/220 В = 9,5 А ~ 10 А. Відповідь: споживаний струм близько 10 А.

Необхідно знати, як перевести ампери у ваті без калькулятора. У таблиці показано відповідність швидкості споживання електроенергії силі струму при однофазній та трифазній мережах.

Ампер (А)	Потужність, кВт)
	220 В	380 В
2	0,4	1,3
6	1,3	3,9
10	2,2	6,6
16	3,5	10,5
20	4,4	13,2
25	5,5	16,4
32	7,0	21,1
40	8,8	26,3
50	11,0	32,9
63	13,9	41,4

Потужність – це швидкість витрачання енергії, виражена щодо енергії на час: 1 Вт = 1 Дж/1 з. Один ват дорівнює відношенню одного джоуля (одиниці вимірювання роботи) до однієї секунди.

Практично кожна людина чула про параметри електрики як Вольт, Ампері Ватт.

Що таке потужність? Ватт [Вт]

Ватт, Відповідно до системи СІ - одиниця виміру потужності. Сьогодні використовується для вимірювання потужності всіх електричних і не тільки приладів. Відповідно до теорії фізики, потужність - це швидкість витрачання енергії, виражена щодо енергії на час: 1 Вт = 1 Дж/1 с . Один ват дорівнює відношенню одного джоуля (одиниці вимірювання роботи) до однієї секунди.

На сьогоднішній день для позначення потужності електроприладів частіше застосовується одиниця виміру кіловат (скорочене позначення – кВт). Нескладно здогадатися, скільки ват у кіловаті - приставка «кіло» в системі СІ означає величину, отриману в результаті множення на тисячу.

Для розрахунків, пов'язаних із потужністю, не завжди зручно використовувати ват сам по собі. Іноді, коли величини, що вимірюються, дуже великі або дуже маленькі, набагато зручніше користуватися одиницею вимірювання зі стандартними приставками, що дозволяє уникнути постійних обчислень порядку значення. Так, при проектуванні та розрахунку радарів та радіоприймачів найчастіше використовують пВт або нВт, для медичних приладів, таких як ЕЕГ та ЕКГ, використовують мкВт. У виробництві електрики, а також при проектуванні залізничних локомотивів користуються мегаватами (МВт) та гігаватами (ГВт).

Що таке напруга | Вольт [В]

Напруга- це фізична величина, що характеризує величину відносин роботи
електричного поля в процесі перенесення заряду з однієї точки A до іншої точки B до величини цього самого заряду. Простіше кажучи, це різниця потенціалів між двома точками. Вимірюється у Вольтах.

Напруга схоже по суті з величиною тиску води в трубі, чим воно вище, тим швидше вода тече з крана. Величина напруги стандартизована та однакова для всіх квартир, будинків та гаражів дорівнює 220 Вольт при однофазному електропостачанні. Також допускається за ГОСТ 10 відсоткове відхилення домашньої електромережі. Величина напруги має бути не менше 198 і не більше 242 Вольт.

1 Вольт містить:

• 1 000 000 мікровольт
• 1 000 мілівольт

Що таке сила струму. Ампер [А]

Сила струмуце фізична величина, що дорівнює відношенню кількості заряду за певний проміжок часу, що протікає через провідник до величини цього самого проміжку часу. Вимірюється в Амперах.

1 Ампер містить:

• 1000000 мікроампер
• 1000 міліампер

Іноді таке завдання як переведення ампер у ваті чи кіловати, або навпаки — вати і кіловати в ампери, може викликати труднощі. Адже рідко хто з нас пам'ятає напам'ять формули мо шкільної лави. Якщо звичайно постійно не доводиться стикатися з цим за фахом або захопленням.

Насправді, у побуті знання таких речей може знадобитися досить часто. Наприклад, на розетці або вилці вказано маркування у вигляді напису: «220В 6А». Це маркування відображає гранично допустиму потужність навантаження, що підключається. Що це означає? Яку максимальну потужність мережний прилад можна включити в таку розетку або використовувати з вилкою?

Виходячи з цього маркування ми бачимо, що робоча напруга, на яку розрахований цей пристрій становить 220 вольт, а максимальний струм 6 ампер. Щоб отримати значення потужності, достатньо перемножити ці дві цифри: 220*6 = 1320 ват — максимальна потужність для даної вилки або розетки. Скажімо, праска з парою можна буде використовувати лише на двійці, а масляний обігрівач — лише наполовину потужності.

Скільки Вольт містить 1 Ампер?

Відповісти це питання досить складно. Однак для того, щоб вам було легше розібратися з цим питанням, ми пропонуємо вам ознайомитися з таблицями співвідношень.

Для постійного струму

Для змінного струму

Скільки Ватт в 1 Ампері?

Отже, щоб отримати ват, потрібно вказані ампери помножити на вольти:

У ній P – Ватт, I – це А, а U – Вольт. Тобто струм помножити на напругу (у розетці маємо приблизно 220-230 вольт). Це головна формула знаходження потужності в однофазних електричних ланцюгах.

Приклад розрахунку споживаної потужності - пральна машина споживає з розетки 220 Вольт силу струму величиною 10 А, 10 А * 220 В = 2200 Вт або 2.2 Кіловата, т. К. Один Кіловатт дорівнює 1000 Ватт.

Перекладаємо вати в ампери

Іноді потужність у ВАТ потрібно перевести в ампери. З таким завданням стикається, наприклад, людина, яка вирішила вибрати захисний автомат для водонагрівача.

Наприклад, на водонагрівачі написано "2500 Вт" - це номінальна потужність при напрузі мережі 220 вольт. Отже, щоб отримати максимальні ампери водонагрівача, розділимо номінальну потужність на номінальну напругу і отримаємо: 2500/220 = 11,36 ампер.

Отже, можна обрати автомат на 16 ампер. 10 амперного автомата буде явно мало, а автомат на 16 ампер спрацює відразу, як тільки струм перевищить безпечне значення. Таким чином, щоб отримати ампери, потрібно ВАТ розділити на вольти живлення - потужність розділити на напругу I = P / U (вольт в побутовій мережі 220-230).

Скільки ампер в кіловаті і скільки кіловат в ампері

Буває часто, що на мережному електроприладі потужність вказана в кіловатах (кВт), тоді може знадобитися перевести кіловати в ампери. Оскільки в одному кіловаті 1000 ват, то для мережевої напруги в 220 вольт можна прийняти, що в одному кіловаті 4,54 ампера, тому що I = P/U = 1000/220 = 4,54 ампер. Правильно для мережі та зворотне твердження: в одному ампері 0,22 кВт, тому що P = I * U = 1 * 220 = 220 Вт = 0,22 кВт.

Для приблизних розрахунків можна враховувати те, що при однофазному навантаженні номінальний струм I ≈ 4,5Р де Р - споживана потужність і кіловатах. Наприклад, при Р = 5 кВт, I = 4,5 х 5 = 22,5 А.

Ватти в кіловати

Тобто, 1 кВт=1000 Вт (один кіловат дорівнює тисячі ватам). Зворотний переклад так само простий: можна розділити число на тисячу або перемістити кому на три цифри ліворуч. Наприклад:

• потужність пральної машини 2100 Вт = 2,1 кВт;
• потужність кухонного блендера 1,1 кВт = 1100 Вт;
• потужність електродвигуна 0,55 квт = 550 Вт і т.д.

Кілоджоулі в кіловати та кіловат-година

Іноді корисно знати, як перевести кілоджоулі в кіловати. Для відповіді це питання, повернемося до базовому відношенню ват і джоулів: 1 Вт = 1 Дж/1 з . Неважко здогадатися, що:

• 1 кілоджоуль = 0.00027777777777778 кіловат-година(в одній годині 60 хвилин, а в одній хвилині 60 секунд, отже в годині 3600 секунд, а 1/3600 = 0.000277778).
• 1 Вт = 3600 джоуль на годину

Вати в кінські сили

• 1 кінська сила = 736 Ватт, отже 5 кінських сил = 3,68 кВт.
• 1 кіловат = 1,3587 кінських сил.

Ватти в калорії

• 1 джоуль = 0,239 калорії, отже 239 ккал = 0.00027777777777778 кіловат-година.

Вимірювання величин струму та напруги

Для того щоб виміряти напругу необхідно мультиметр переключити в режим вимірювання змінної напруги, при цьому встановіть верхню межу якомога вище. Наприклад, 400 Вольт. А потім торкнутися вимірювальними щупами нуля та фази в розетці або клемнику і на екрані Ви побачите величину напруги.

Струм вимірювати важче, для його вимірювання необхідно переключити в режим вимірювання струму в Амперах і підключитися так, щоб струм проходив через вимірювальний прилад, мультиметр необхідно підключити послідовно з джерелом енергоспоживання. Або в дорожчих моделях мультиметрів є зверху два розвідні додаткові щупи, які необхідно натисканням клавіші розвести і пропустити всередину провід, на якому необхідно виміряти величину струму. Тут два важливі моменти: заводити тільки один фазний провід і стежити за тим, щоб щільно змикалися електровимірювальні щупи.

У вашому браузері вимкнено Javascript.
Щоб розрахувати, необхідно дозволити елементи ActiveX!

Якщо ви не шанувальник математики, ми вже зробили важку роботу за вас і зробили онлайн калькулятор перекладу! Просто заповніть порожні поля і натисніть кнопку «Розрахувати», щоб перевести ват в ампери.

Виробляючи онлайн переклад вати в ампери, варто розуміти, що вати можуть залишатися постійною величиною, в той час як вольти і напруга можуть змінюватися. Невелика кількість електронів при великому потенціалі може забезпечити багато енергії і багато електронів при низькому потенціалі може забезпечити таку кількість енергії.

Онлайн калькулятор перекладу Ватт в Ампери

Якщо Ви не хочете розбиратися в тому, які процеси протікають у проводах, а потрібно просто і швидко зрозуміти, як перевести вати в ампери, то введіть потужність у ватах і напругу у вольтах, перш ніж натиснути кнопку «Розрахувати», яка виконує перетворення. Поточний результат в амперах відображається нижче, і ви завжди можете виконувати обчислення після скидання калькулятора.

Сила струму: одиниця виміру ампери. Вимірює потік електроенергії або електричний струм. Зокрема, цей показник вказує на кількість електронів, які течуть повз певну точку в секунду.

Вольти: це напруга. Напруга струму подібно до тиску води в шлангу, і цей параметр показує зусилля, з яким доводиться долати провід. Вольт - це міра того, під якою силою знаходиться кожен електрон, який називається "потенціал", і цей потенціал - це те, що змушує електрику текти.

Ватти: одиниця виміру потужності, що в даному випадку показує кількість енергії, що підводиться до споживача. Чим вище поєднання електричного потенціалу та сили струму, тим більша потужність. Наприклад, що більше потужності споживає мікрохвильова піч, то швидше вона готуватиме вашу їжу.

Сучасному комфорту нашого життя ми завдячуємо саме електричному струму. Він висвітлює наші житла, генеруючи випромінювання у видимому діапазоні світлових хвиль, готує та підігріває їжу в різноманітних пристроях на кшталт електроплиток, мікрохвильових печей, тостерів, позбавляючи нас необхідності пошуку палива для багаття. Завдяки йому ми швидко переміщуємось у горизонтальній площині в електричках, метро та поїздах, переміщуємось у вертикальній площині на ескалаторах та в кабінах ліфтів. Теплу та комфорту в наших будинках ми зобов'язані саме електричному струму, який тече в кондиціонерах, вентиляторах та електрообігрівачах. Різноманітні електричні машини, що приводяться в дію електричним струмом, полегшують нашу працю як у побуті, так і на виробництві. Воістину ми живемо в електричному столітті, оскільки саме завдяки електричному струму працюють наші комп'ютери та смартфони, Інтернет та телебачення та інші розумні електронні пристрої. Недарма людство стільки зусиль докладає для вироблення електрики на теплових, атомних та гідроелектростанціях - електрика сама по собі є найзручнішою формою енергії.

Як би це парадоксально не звучало, але ідеї практичного використання електричного струму одними з перших взяла на озброєння найконсервативніша частина суспільства – флотські офіцери. Зрозуміло, пробитися нагору в цій закритій касті було складною справою, важко було довести адміралам, які починали юнгами на вітрильному флоті, необхідність переходу на суцільнометалеві кораблі з паровими двигунами, тому молодші офіцери завжди ставили на нововведення. Саме успіх застосування брандерів під час російсько-турецької війни в 1770 році, які вирішили результат битви в Чесменській бухті, поставив питання про захист портів не тільки береговими батареями, а й сучаснішими на той день засобами захисту - мінними загородженнями.

Розробка підводних мін різних систем велася з початку 19-го століття, найбільш вдалими конструкціями стали автономні міни, які приводять у дію електрикою. У 70-х роках. 19 століття німецьким фізиком Генріхом Герцем було винайдено пристрій для електричної детонації якірних мін з глибиною постановки до 40 м. Її модифікації знайомі нам за історичними фільмами на військово-морську тематику - це сумно відома «рогата» міна, в якій свинцевий «ріг» , Що містить ампулу, наповнену електролітом, змінювався при контакті з корпусом судна, в результаті чого починала працювати найпростіша батарея, енергії якої було достатньо для детонації міни.

Моряки першими оцінили потенціал тоді ще недосконалих потужних джерел світла - модифікацій свічок Яблочкова, у яких джерелом світла служила електрична дуга і розжарений позитивний вугільний електрод, що світиться, - для використання з метою сигналізації та освітлення поля бою. Використання прожекторів давало переважну перевагу стороні, які застосували їх у нічних битвах або просто використовували їх як сигналізації передачі інформації та координації дій морських сполук. А оснащені потужними прожекторами маяки спрощували навігацію у прибережних небезпечних водах.

Не дивно, що саме флот прийняв на ура способи бездротової передачі інформації - моряків не бентежили великі розміри перших радіостанцій, оскільки приміщення кораблів дозволяли розмістити такі досконалі, хоча на той момент і громіздкі пристрої зв'язку.

Електричні машини допомагали спростити заряджання корабельних гармат, а електричні силові агрегати повороту гарматних веж підвищували маневреність нанесення гарматних ударів. Команди, що передаються корабельним телеграфом, підвищували оперативність взаємодії всієї команди, що давало чималу перевагу в бойових зіткненнях.

Найжахливішим застосуванням електричного струму історія флоту було використання рейдерських дизель-електричних підводних човнів класу U Третім Рейхом. Субмарини «Вовчої зграї» Гітлера потопили багато суден транспортного флоту союзників - досить згадати сумну долю конвою PQ-17.

Британським морякам вдалося видобути кілька екземплярів шифрувальних машин «Енігма» (Загадка), а британська розвідка успішно розшифрувала код. Один із видатних учених, який над цим працював – Алан Т'юрінг, відомий своїм внеском у основи інформатики. Отримавши доступ до радіодепеш адмірала Деніца, союзний флот і берегова авіація змогли загнати «Вовчу зграю» назад до берегів Норвегії, Німеччини та Данії, тому операції із застосуванням підводних човнів з 1943 року були обмежені короткостроковими рейдами.

Гітлер планував оснастити свої підводні човни ракетами Фау-2 для атак на східне узбережжя США. На щастя, стрімкі атаки союзників на Західному та Східному фронтах не дозволили цим планам здійснитись.

Сучасний флот немислимий без авіаносців і атомних підводних човнів, енергонезалежність яких забезпечується атомними реакторами, що вдало поєднують у собі технології 19 століття пара, технології 20 століття електрики, і атомні технології 21 століття. Реактори атомоходів генерують електричний струм у кількості, достатньої забезпечення життєдіяльності цілого міста.

Крім цього, моряки знову звернули свою увагу на електрику та апробують застосування рельсотронів – електричних гармат для стрілянини кінетичними снарядами, що мають величезну руйнівну силу.

Історична довідка

З появою надійних електрохімічних джерел постійного струму, розроблених італійським фізиком Алессандро Вольта, ціла плеяда чудових вчених із різних країн зайнялися дослідженням явищ, пов'язаних з електричним струмом, та розробкою його практичного застосування у багатьох галузях науки та техніки. Досить німецького вченого Георга Ома, який сформулював закон протікання струму для елементарного електричного ланцюга; німецького фізика Густава Роберта Кірхгофа, який розробив методи розрахунку складних електричних кіл; французького фізика Андре Марі Ампера, який відкрив закон взаємодії постійних електричних струмів. Роботи англійського фізика Джеймса Прескотта Джоуля та російського вченого Еміля Християновича Ленца привели незалежно один від одного до відкриття закону кількісної оцінки теплової дії електричного струму.

Подальшим розвитком дослідження властивостей електричного струму були роботи британського фізика Джеймса Кларка Максвелла, який заклав основи сучасної електродинаміки, нині відомі як рівняння Максвелла. Також Максвелл розробив електромагнітну теорію світла, передбачивши багато явищ (електромагнітні хвилі, тиск електромагнітного випромінювання). Згодом німецький вчений Генріх Рудольф Герц експериментально підтвердив існування електромагнітних хвиль; його роботи з дослідження відображення, інтерференції, дифракції та поляризації електромагнітних хвиль лягли в основу створення радіо.

Роботи французьких фізиків Жана-Батиста Біо і Фелікса Савара, що експериментально відкрили прояви магнетизму при протіканні постійного струму, і чудового французького математика П'єра-Симона Лапласа, який узагальнив їх результати у вигляді математичної закономірності, вперше пов'язали дві сторони одного явища, започаткувавши електромаг. Естафету від цих вчених прийняв геніальний британський фізик Майкл Фарадей, який відкрив явище електромагнітної індукції і започаткував сучасну електротехніку.

Величезний внесок у пояснення природи електричного струму зробив нідерландський фізик-теоретик Хендрік Антон Лоренц, який створив класичну електронну теорію і отримав вираз для сили, що діє на заряд, що рухається, з боку електромагнітного поля.

Електричний струм. Визначення

Електричний струм - спрямований (упорядкований) рух заряджених частинок. Внаслідок цього струм визначається як кількість зарядів, що пройшов через переріз провідника в одиницю часу:

I = q/t де q – заряд у кулонах, t – час у секундах, I – струм у амперах

Інше визначення електричного струму пов'язане з властивостями провідників та описується законом Ома:

I = U/R де U - напруга у вольтах, R - опір в омах, I - струм в амперах

Електричний струм вимірюється в амперах (А) та його десяткових кратних і дольних одиницях - наноамперах (мільярдна частка ампера, нА), мікроамперах (мільйонна частка ампера, мкА), міліамперах (тисячна частка ампера, мА), кілоамперах (тисячах ампер, та мегаамперах (мільйонах ампер, МА).

Розмірність струму в системі СІ визначається як

[А] = [Кл] / [сек]

Особливості протікання електричного струму у різних середовищах. Фізика явищ

Електричний струм у твердих тілах: металах, напівпровідниках та діелектриках

Під час розгляду питання протікання електричного струму слід враховувати наявність різних носіїв струму - елементарних зарядів - притаманних даного фізичного стану речовини. Сама по собі речовина може бути твердою, рідкою або газоподібною. Унікальним прикладом таких станів, що спостерігаються у звичайних умовах, можуть бути стани дигідрогена монооксиду, або, інакше, гідроксиду водню, а просто - звичайної води. Ми спостерігаємо її тверду фазу, дістаючи шматочки льоду з морозильника для охолодження напоїв, основою для більшості є вода в рідкому стані. А при заварці чаю або розчинної кави ми заливаємо його окропом, причому готовність останнього контролюється появою туману, що складається з крапельок води, яка конденсується в холодному повітрі з газоподібної водяної пари, що виходить з носика чайника.

Існує також четвертий стан речовини, що називається плазмою, з якої складаються верхні шари зірок, іоносфера Землі, полум'я, електрична дуга та речовина в люмінесцентних лампах. Високотемпературна плазма важко відтворюється в умовах земних лабораторій, оскільки вимагає дуже високих температур - більше 1 000 000 K.

З погляду структури тверді тіла поділяються на кристалічні та аморфні. Кристалічні речовини мають упорядковану геометричну структуру; атоми або молекули такої речовини утворюють своєрідні об'ємні або плоскі ґрати; до кристалічних матеріалів відносяться метали, їх сплави та напівпровідники. Та ж вода у вигляді сніжинок (кристалів різноманітних форм, що не повторюють) чудово ілюструє уявлення про кристалічні речовини. Аморфні речовини кристалічних ґрат не мають; така будова характерна для діелектриків.

У звичайних умовах струм у твердих матеріалах протікає рахунок переміщення вільних електронів, що утворюються з валентних електронів атомів. З погляду поведінки матеріалів під час пропускання через них електричного струму, останні поділяються на провідники, напівпровідники та ізолятори. Властивості різних матеріалів, відповідно до зонної теорії провідності, визначаються шириною забороненої зони, в якій не можуть бути електрони. Ізолятори мають найширшу заборонену зону, що іноді досягає 15 еВ. При температурі абсолютного нуля в ізоляторів і напівпровідників електронів у зоні провідності немає, але при кімнатній температурі в ній вже буде кілька електронів, вибитих з валентної зони за рахунок теплової енергії. У провідниках (металах) зона провідності та валентна зона перекриваються, тому при температурі абсолютного нуля є досить велика кількість електронів - провідників струму, що зберігається і при більш високих температурах матеріалів, аж до повного розплавлення. Напівпровідники мають невеликі заборонені зони, і їхня здатність проводити електричний струм залежить від температури, радіації та інших факторів, а також від наявності домішок.

Окремим випадком вважається протікання електричного струму через звані надпровідники - матеріали, мають нульовий опір протіканню струму. Електрони провідності таких матеріалів утворюють ансамблі частинок, пов'язані між собою рахунок квантових ефектів.

Ізолятори, як випливає з їхньої назви, вкрай погано проводять електричний струм. Ця властивість ізоляторів використовується для обмеження протікання струму між поверхнями різних матеріалів, що проводять.

Крім існування струмів у провідниках при незмінному магнітному полі, за наявності змінного струму і пов'язаного з ним змінного магнітного поля виникають ефекти, пов'язані з його зміною або так звані вихрові струми, інакше звані струмами Фуко. Чим швидше змінюється магнітний потік, тим сильніше вихрові струми, які не течуть певними шляхами у проводах, а, замикаючись у провіднику, утворюють вихрові контури.

Вихрові струми виявляють скін-ефект, який зводиться до того, що змінний електричний струм і магнітний потік поширюються в основному в поверхневому шарі провідника, що призводить до втрат енергії. Для зменшення втрат енергії на вихрові струми застосовують поділ магнітопроводів змінного струму на окремі, електрично ізольовані пластини.

Електричний струм у рідинах (електролітах)

Всі рідини, тією чи іншою мірою, здатні проводити електричний струм при застосуванні електричної напруги. Такі рідини називають електролітами. Носіями струму в них є позитивно та негативно заряджені іони - відповідно катіони та аніони, які існують у розчині речовин внаслідок електролітичної дисоціації. Струм в електролітах за рахунок переміщення іонів, на відміну від струму за рахунок переміщення електронів, характерного для металів, супроводжується перенесенням речовини до електродів з утворенням поблизу них нових хімічних сполук або осадженням цих речовин або нових сполук на електродах.

Це заклало основу сучасної електрохімії, давши кількісні визначення грам-еквівалентам різних хімічних речовин, цим перетворивши неорганічну хімію на точну науку. Подальший розвиток хімії електролітів дозволив створити одноразово заряджувані та перезаряджувані джерела хімічного струму (сухі батареї, акумулятори та паливні елементи), які, у свою чергу, дали величезний поштовх у розвитку техніки. Достатньо заглянути під капот свого автомобіля, щоб побачити результати зусиль поколінь вчених та інженерів-хіміків у вигляді автомобільного акумулятора.

Велика кількість технологічних процесів, заснованих на протіканні струму в електролітах, дозволяє не лише надати ефектного вигляду кінцевим виробам (хромування та нікелювання), а й захистити їх від корозії. Процеси електрохімічного осадження та електрохімічного травлення становлять основу виробництва сучасної електроніки. Нині це найбільш затребувані технологічні процеси, кількість компонентів, що виготовляються за цими технологіями, обчислюється десятками мільярдів одиниць на рік.

Електричний струм у газах

Електричний струм у газах обумовлений наявністю у них вільних електронів та іонів. Для газів, з їхньої розрідженості, характерна велика довжина пробігу до зіткнення молекул та іонів; через це перебіг струму в нормальних умовах через них відносно утруднений. Те саме можна стверджувати щодо сумішей газів. Природною сумішшю газів є атмосферне повітря, яке в електротехніці вважається непоганим ізолятором. Це характерно і для інших газів та їх сумішей за звичайних фізичних умов.

Протікання струму в газах дуже залежить від різних фізичних чинників, як-то: тиску, температури, складу суміші. Крім цього, дію надають різноманітні іонізуючі випромінювання. Так, наприклад, будучи освітленими ультрафіолетовими або рентгенівськими променями, або перебуваючи під дією катодних або анодних частинок або частинок, що випускаються радіоактивними речовинами, або, нарешті, під дією високої температури, гази набувають властивість краще проводити електричний струм.

Ендотермічний процес утворення іонів внаслідок поглинання енергії електрично нейтральними атомами чи молекулами газу називається іонізацією. Отримавши достатню енергію, електрон чи кілька електронів зовнішньої електронної оболонки, долаючи потенційний бар'єр, залишають атом чи молекулу, стаючи вільними електронами. Атом чи молекула газу стають у своїй позитивно зарядженими іонами. Вільні електрони можуть приєднуватися до нейтральних атомів або молекул, утворюючи негативно заряджені іони. Позитивні іони можуть назад захоплювати вільні електрони під час зіткнення, стаючи у своїй знову електрично нейтральними. Цей процес називається рекомбінацією.

Проходження струму через газове середовище супроводжується зміною стану газу, що зумовлює складний характер залежності струму від прикладеної напруги і, загалом, підпорядковується закону Ома лише за малих струмів.

Розрізняють несамостійний та самостійні розряди в газах. При несамостійному розряді струм у газі існує тільки за наявності зовнішніх іонізуючих факторів, за їх відсутності скільки-небудь значного струму в газі немає. При самостійному розряді струм підтримується рахунок ударної іонізації нейтральних атомів і молекул при зіткненні з прискореними електричним полем вільними електронами і іонами навіть після зняття зовнішніх іонізуючих впливів.

Несамостійний розряд при малому значенні різниці потенціалів між анодом та катодом у газі називається тихим розрядом. При підвищенні напруги сила струму спочатку збільшується пропорційно до напруги (ділянка ОА на вольт-амперній характеристиці тихого розряду), потім зростання струму уповільнюється (ділянка кривої АВ). Коли всі частинки, що виникли під дією іонізатора, йдуть за той же час на катод і анод, посилення струму зі зростанням напруги не відбувається (ділянка графіка ВС). При подальшому підвищенні напруги струм знову зростає, і тихий розряд перетворюється на несамостійний лавинний розряд. Різновид несамостійного розряду - розряд, що тліє, який створює світло в газорозрядних лампах різного кольору і призначення.

Перехід несамостійного електричного розряду в газі самостійний розряд характеризується різким збільшенням струму (точка Е на кривій вольт-амперної характеристики). Він називається електричним пробоєм газу.

Всі перераховані вище типи розрядів відносяться до типів розрядів, що встановилися, основні характеристики яких не залежать від часу. Крім розрядів, що існують, існують розряди невстановлені, що виникають зазвичай в сильних неоднорідних електричних полях, наприклад у загострених і викривлених поверхонь провідників і електродів. Розрізняють два типи розрядів: коронний і іскровий розряди.

При коронному розряді іонізація не призводить до пробою, просто він є повторюваним процесом підпалу несамостійного розряду в обмеженому просторі біля провідників. Прикладом коронного розряду може бути світіння атмосферного повітря поблизу високо піднятих антен, громовідводів або високовольтних ліній електропередач. Виникнення коронного розряду на лініях електропередач призводить до втрат електроенергії. У давні часи це свічення на верхівках щогл було знайоме морякам вітрильного флоту як вогники святого Ельма. Коронний розряд застосовується в лазерних принтерах та електрографічних копіювальних пристроях, де він формується коротроном - металевою струною, на яку подано високу напругу. Це необхідно для іонізації газу з метою заряду на фоточутливий барабан. У разі коронний розряд приносить користь.

Іскровий розряд, на відміну коронного, призводить до пробою і має вигляд переривчастих яскравих розгалужуваних, заповнених іонізованим газом ниток-каналів, що виникають і зникають, супроводжуються виділенням великої кількості теплоти і яскравим свіченням. Прикладом природного іскрового розряду може бути блискавка, де струм може досягати значень десятки кілоампер. Освіта власне блискавки передує створення каналу провідності, так званого низхідного «темного» лідера, що утворює спільно з індукованим висхідним лідером провідний канал. Блискавка є зазвичай багаторазовий іскровий розряд в утвореному каналі провідності. Потужний іскровий розряд знайшов своє технічне застосування також і в компактних спалахах, в яких розряд відбувається між електродами трубки з кварцового скла, наповненою сумішшю іонізованих шляхетних газів.

Тривалий підтримуваний пробою газу зветься дугового розряду і застосовується в зварювальній техніці, що є наріжним каменем технологій створення сталевих конструкцій нашого часу, від хмарочосів до авіаносців та автомобілів. Він застосовується як зварювання, так різання металів; Відмінність у процесах обумовлено силою струму, що протікає. При відносно менших значеннях струму відбувається зварювання металів, при більш високих значеннях струму дугового розряду йде різка металу за рахунок видалення розплавленого металу з-під електричної дуги різними методами.

Іншим застосуванням дугового розряду в газах є газорозрядні лампи освітлення, які розганяють пітьму на наших вулицях, площах і стадіонах (натрієві лампи) або автомобільні галогенні лампи, які зараз замінили звичайні лампи розжарювання в автомобільних фарах.

Електричний струм у вакуумі

Вакуум є ідеальним діелектриком, тому електричний струм у вакуумі можливий лише за наявності вільних носіїв у вигляді електронів або іонів, які генеруються за рахунок термо- або фотоемісії, або іншими методами.

Основним методом отримання струму у вакуумі рахунок електронів є метод термоелектронної емісії електронів металами. Навколо розігрітого електрода, званого катодом, утворюється хмара з вільних електронів, які забезпечують протікання електричного струму за наявності другого електрода, званого анодом, за умови наявності між ними відповідної напруги необхідної полярності. Такі електровакуумні прилади називаються діодами і мають властивість односторонньої провідності струму, замикаючись при зворотній напрузі. Ця властивість застосовується для випрямлення змінного струму, що перетворюється системою з діодів імпульсний струм постійного напрямку.

Додавання додаткового електрода, званого сіткою, розташованої поблизу катода, дозволяє отримати підсилювальний елемент тріод, в якому малі зміни напруги на сітці щодо катода дозволяють отримати значні зміни струму, що протікає, і, відповідно, значні зміни напруги на навантаженні, включеної послідовно з лампою щодо джерела живлення що використовується для посилення різних сигналів.

Застосування електровакуумних приладів у вигляді тріодів та приладів з великою кількістю сіток різного призначення (тетродів, пентодів і навіть гептодів), зробило революцію у справі генерації та посилення радіочастотних сигналів, і призвело до створення сучасних систем радіо та телемовлення.

Історично першим був розвиток саме радіомовлення, оскільки методи перетворення щодо низькочастотних сигналів та його передача, як і схемотехніка приймальних пристроїв із посиленням і перетворенням радіочастоти і перетворенням їх у акустичний сигнал були щодо прості.

Під час створення телебачення перетворення оптичних сигналів застосовувалися електровакуумні прилади - іконоскопи, де електрони емітувалися рахунок фотоемісії від падаючого світла. Подальше посилення сигналу виконувалось підсилювачами на електронних лампах. Для зворотного перетворення телевізійного сигналу служили кінескопи, що дають зображення рахунок флюоресценції матеріалу екрану під впливом електронів, розганяються до високих енергій під впливом напруги. Синхронізована система зчитування сигналів іконоскопа та система розгортки зображення кінескопа створювали телевізійне зображення. Перші кінескопи були монохромними.

Надалі були створені системи кольорового телебачення, в якому іконоскопи, що зчитують зображення, реагували тільки на свій колір (червоний, синій або зелений). Випромінювальні елементи кінескопів (кольоровий люмінофор), за рахунок протікання струму, що виробляється так званими «електронними гарматами», реагуючи на влучення в них прискорених електронів, випромінювали світло в певному діапазоні відповідної інтенсивності. Щоб промені від гармат кожного кольору потрапляли на свій люмінофор, використовували спеціальні маски, що екранують.

Сучасна апаратура телебачення і радіомовлення виконується більш прогресивних елементах з меншим енергоспоживанням - напівпровідниках.

Одним із широко поширених методів отримання зображення внутрішніх органів є метод рентгеноскопії, при якому електрони, що емітуються катодом, отримують настільки значне прискорення, що при попаданні на анод генерують рентгенівське випромінювання, здатне проникати через м'які тканини тіла людини. Рентгенограми дають до рук медиків унікальну інформацію про пошкодження кісток, стан зубів та деяких внутрішніх органів, виявляючи навіть таке грізне захворювання, як рак легенів.

Взагалі, електричні струми, сформовані в результаті руху електронів у вакуумі, мають найширшу область застосування, до якої відносяться всі без винятку радіолампи, прискорювачі заряджених частинок, мас-спектрометри, електронні мікроскопи, вакуумні генератори надвисокої частоти, у вигляді ламп хвилі, що біжить, клістронів і магнетронів. Саме магнетрони, до речі, підігрівають чи готують нам їжу у мікрохвильових печах.

Велике значення останнім часом має технологія нанесення плівкових покриттів у вакуумі, які відіграють роль захисно-декоративного, так і функціонального покриття. В якості таких покриттів застосовуються покриття металами та їх сплавами та їх сполуками з киснем, азотом і вуглецем. Такі покриття змінюють електричні, оптичні, механічні, магнітні, корозійні та каталітичні властивості поверхонь, що покриваються, або поєднують відразу кілька властивостей.

Складний хімічний склад покриттів можна одержувати лише з використанням техніки іонного розпилення у вакуумі, різновидами якої є катодне розпилення або його промислова модифікація - магнетронне розпилення. В кінцевому рахунку саме електричний струмза рахунок іонів виробляє осадження компонентів на поверхню, що осаджується, надаючи їй нові властивості.

Саме таким способом можна отримувати так звані іонні реактивні покриття (плівки нітридів, карбідів, оксидів металів), що володіють комплексом екстраординарних механічних, теплофізичних та оптичних властивостей (з високою твердістю, зносостійкістю, електро- та теплопровідністю, оптичною щільністю), які неможливо отримати іншими методами .

Електричний струм у біології та медицині

Знання поведінки струмів у біологічних об'єктах дає до рук біологів та медиків потужний метод дослідження, діагностики та лікування.

З погляду електрохімії, всі біологічні об'єкти містять електроліти, незалежно від особливостей структури даного об'єкта.

При розгляді протікання струму через біологічні об'єкти необхідно враховувати їхню клітинну будову. Істотним елементом клітини є клітинна мембрана - зовнішня оболонка, що захищає клітину від впливу несприятливих чинників довкілля рахунок її вибіркової проникності щодо різноманітних речовин. З погляду фізики, клітинну мембрану можна уявити у вигляді паралельного з'єднання конденсатора і кількох ланцюжків з послідовно з'єднаних джерела струму і резистора. Це визначає залежність електропровідності біологічного матеріалу від частоти напруги, що додається, і форми його коливань.

Біологічна тканина складається з клітин власне органу, міжклітинної рідини (лімфи), кровоносних судин та нервових клітин. Останні у відповідь на вплив електричного струму відповідають збудженням, змушуючи скорочуватися та розслаблятися м'язи та кровоносні судини тварини. Слід зазначити, що перебіг струму в біологічній тканині має нелінійний характер.

Класичним прикладом впливу електричного струму на біологічний об'єкт можуть бути досліди італійського лікаря, анатома, фізіолога та фізика Луїджі Гальвані, який став одним із засновників електрофізіології. У його дослідах пропускання електричного струму через нерви лапки жаби призводило до скорочення м'язів та посмикування ніжки. У 1791 році в «Трактаті про сили електрики при м'язовому русі» було описано зроблене Гальвані знамените відкриття. Самі явища, відкриті Гальвані, довгий час у підручниках та наукових статтях називалися «гальванізмом». Цей термін і досі зберігається у назві деяких апаратів та процесів.

Подальший розвиток електрофізіології був із нейрофізіологією. У 1875 незалежно один від одного англійський хірург і фізіолог Річард Кетон і російський фізіолог В. Я. Данилевський показали, що мозок є генератором електричної активності, тобто були відкриті біоструми мозку.

Біологічні об'єкти під час своєї життєдіяльності створюють як мікроструми, а й великі напруги і струми. Значно раніше Гальвані англійський анатом Джон Волш довів електричну природу удару ската, а шотландський хірург і анатом Джон Хантер дав точний опис електричного органу цієї тварини. Дослідження Уолша та Хантера були опубліковані у 1773 році.

У сучасній біології та медицині застосовуються різні методи дослідження живих організмів як інвазивні, так і неінвазивні.

Класичним прикладом інвазивних методів є лабораторна щур з пучком імплантованих в мозок електродів, що бігає по лабіринтах або вирішує інші завдання, поставлені перед нею вченими.

До неінвазивних методів належать такі, всім знайомі дослідження, як зняття енцефалограми чи електрокардіограми. При цьому електроди, які зчитують біоструми серця або мозку, знімають струми прямо зі шкіри обстежуваного. Для поліпшення контакту з електродами шкіра змочується фізіологічним розчином, який є непоганим електролітом.

Крім застосування електричного струму при наукових дослідженнях і технічному контролі стану різних хімічних процесів і реакцій, одним із найдраматичніших моментів його застосування, відомого широкому загалу, є запуск «зупиненого» серця якогось героя сучасного фільму.

Дійсно, протікання короткочасного імпульсу значного струму лише в поодиноких випадках здатне запустити серце, що зупинилося. Найчастіше відбувається відновлення його нормального ритму стану хаотичних судомних скорочень, званого фібриляцією серця. Прилади, які застосовуються відновлення нормального ритму скорочень серця, називаються дефібриляторами. Сучасний автоматичний дефібрилятор сам знімає кардіограму, визначає фібриляцію шлуночків серця і самостійно вирішує - бити струмом або не бити - можливо достатньо пропустити через серце невеликий імпульс, що запускає. Існує тенденція встановлення автоматичних дефібриляторів у громадських місцях, що може суттєво скоротити кількість смертей через несподівану зупинку серця.

У практикуючих лікарів швидкої допомоги не виникає жодного сумніву щодо застосування методу дефібриляції – навчені швидко визначати фізичний стан пацієнта за кардіограмою, вони приймають рішення значно швидше за автоматичний дефібрилятор, призначений для широкої публіки.

Тут же доречно буде згадати про штучних водіїв серцевого ритму, інакше званих кардіостимуляторами. Ці прилади вживлюються під шкіру або під грудний м'яз людини, і такий апарат через електроди подає на міокард (серцевий м'яз) імпульси струму напругою близько 3, стимулюючи нормальну роботу серця. Сучасні електрокардіостимулятори здатні забезпечити безперебійну роботу протягом 6-14 років.

Характеристики електричного струму, його генерація та застосування

Електричний струм характеризується величиною та формою. За його поведінкою з часом розрізняють постійний струм (не змінюється з часом), аперіодичний струм (довільно змінюється з часом) і змінний струм (змінюється з часом за певним, як правило, періодичним законом). Іноді для вирішення різних завдань потрібна одночасна наявність постійного та змінного струму. У такому разі говорять про змінний струм із постійною складовою.

Історично першим з'явився трибоелектричний генератор струму, який виробляв струм за рахунок тертя вовни об шматок бурштину. Найдосконаліші генератори струму такого типу зараз називаються генераторами Ван де Граафа, на ім'я винахідника першого технічного рішення таких машин.

Як вказувалося вище, італійським фізиком Алессандро Вольта був винайдений електрохімічний генератор постійного струму, що став попередником сухих батарей, акумуляторів і паливних елементів, які ми користуємося і досі як зручними джерелами струму для різноманітних пристроїв - від наручного годинника та смартфонів до просто автомобільних акумуляторів та тяг. електромобілів Tesla.

Крім цих генераторів постійного струму, існують генератори струму на прямому ядерному розпаді ізотопів і магнітогідродинамічні генератори (МГД-генератори) струму, які поки що мають обмежене застосування через свою малопотужність, слабку технологічну основу для широкого застосування та з інших причин. Тим не менш, радіоізотопні джерела енергії широко застосовуються там, де потрібна повна автономність: у космосі, на глибоководних апаратах та гідроакустичних станціях, на маяках, бакенах, а також на Крайній Півночі, в Арктиці та Антарктиці.

У електротехніці генератори струму поділяються на генератори постійного струму та генератори змінного струму.

Всі ці генератори засновані на явищі електромагнітної індукції, відкритій Майклом Фарадеєм у 1831 році. Фарадей збудував перший малопотужний уніполярний генератор, що дає постійний струм. Перший генератор змінного струму було запропоновано анонімним автором під латинськими ініціалами Р.М. у листі до Фарадею у 1832 році. Після опублікування листа, Фарадей отримав лист подяки від того ж аноніма зі схемою вдосконаленого генератора в 1833 році, в якому використовувалося додаткове сталеве кільце (ярмо) для замикання магнітних потоків сердечників обмоток.

Однак у той час для змінного струму ще не знайшлося застосування, тому що для всіх практичних застосувань електрики того часу (мінна електротехніка, електрохімія, електромагнітна телеграфія, що тільки що зародилася, перші електродвигуни) був потрібен постійний струм. Тому в подальшому винахідники направили свої зусилля на побудову генераторів, що дають постійний електричний струм, розробляючи для цього різноманітні комутаційні пристрої.

p align="justify"> Одним з перших генераторів, який отримав практичне застосування, був магнітоелектричний генератор російського академіка Б. С. Якобі. Цей генератор був прийнятий на озброєння гальванічних команд російської армії, які використовували його для займання мінних запалів. Покращені модифікації генератора Якобі досі використовуються для віддаленого приведення в дію мінних зарядів, що знайшло широке відображення у військово-історичних фільмах, де диверсанти або партизани підривають мости, потяги або інші об'єкти.

Надалі боротьба між генерацією постійного чи змінного струму зі змінним успіхом велася серед винахідників та інженерів-практиків, що призвела до апогею протистояння титанів сучасної електроенергетики: Томаса Едісона з компанією Дженерал Електрик з одного боку, та Миколою Тесла з компанією Вестингауз. Переміг потужний капітал, і розробки Тесла в галузі генерації, передачі та трансформації змінного електричного струму стали загальнонаціональним надбанням американського суспільства, що значною мірою пізніше сприяло технологічному домінуванню США.

Крім власне генерації електрики для різноманітних потреб, заснованої на перетворенні механічного руху на електрику, за рахунок оборотності електричних машин з'явилася можливість зворотного перетворення електричного струму на механічний рух, що реалізується електродвигунами постійного та змінного струму. Мабуть, це найпоширеніші машини сучасності, що включають стартери автомобілів і мотоциклів, приводи промислових верстатів і різноманітних побутових пристроїв. Використовуючи різні модифікації таких пристроїв, ми стали майстрами на всі руки, ми вміємо стругати, пиляти, свердлити і фрезерувати. А в наших комп'ютерах завдяки мініатюрним прецизійним двигунам постійного струму крутяться приводи жорстких і оптичних дисків.

Крім звичних електромеханічних двигунів, рахунок протікання електричного струму працюють іонні двигуни, використовують принцип реактивного руху при викиді прискорених іонів речовини, Поки, переважно, застосовуються у космічному просторі на малих супутниках виведення їх у потрібні орбіти. А фотонні двигуни 22-го століття, які існують поки що лише в проекті і які понесуть наші майбутні міжзоряні кораблі із субсвітловою швидкістю, швидше за все, теж працюватимуть на електричному струмі.

Для створення електронних елементів та при вирощуванні кристалів різного призначення з технологічних причин потрібні надстабільні генератори постійного струму. Такі прецизійні генератори постійного струму на електронних компонентах називають стабілізаторами струму.

Вимірювання електричного струму

Необхідно відзначити, що прилади для вимірювання струму (мікроамперметри, міліамперметри, амперметри) дуже відрізняються один від одного в першу чергу за типом конструкцій та принципами дії - це можуть бути прилади постійного струму, змінного струму низької частоти та змінного струму високої частоти.

За принципом дії розрізняють електромеханічні, магнітоелектричні, електромагнітні, магнітодинамічні, електродинамічні, індукційні, термоелектричні та електронні прилади. Більшість стрілочних приладів для вимірювання струмів складається з комбінації рухомої/нерухомої рамки з намотаною котушкою та нерухомого/рухомого магнітів. Внаслідок такої конструкції типовий амперметр має еквівалентну схему із послідовно з'єднаних індуктивності та опору, шунтованих ємністю. Через це частотна характеристика стрілочних амперметрів має завал за високими частотами.

Основою для них є мініатюрний гальванометр, а різні межі вимірювання досягаються застосуванням додаткових шунтів - резисторів з малим опором, що на порядки нижче за опір вимірювального гальванометра. Таким чином, на основі одного приладу можуть бути створені прилади для вимірювання струмів різних діапазонів – мікроамперметри, міліамперметри, амперметри та навіть кілоамперметри.

Взагалі, у вимірювальній практиці важливою є поведінка вимірюваного струму - він може бути функцією часу і мати різну форму - бути постійним, гармонійним, негармонічним, імпульсним і так далі, і його величиною прийнято характеризувати режими робіт радіотехнічних ланцюгів та пристроїв. Розрізняють такі значення струмів:

• миттєве,
• амплітудне,
• середня,
• середньоквадратичне (діє).

Миттєве значення струму I i - це значення струму у певний момент часу. Його можна спостерігати на екрані осцилографа та визначати для кожного моменту часу по осцилограмі.

Амплітудне (пікове) значення струму I m – це найбільше миттєве значення струму за період.

Середнє квадратичне (діюче) значення струму I визначається як квадратний корінь із середнього за період квадрата миттєвих значень струму.

Усі стрілочні амперметри зазвичай градує у середньоквадратичних значеннях струму.

Середнє значення (постійна складова) струму - це середнє арифметичне всіх його миттєвих значень за час виміру.

Різниця між максимальним та мінімальним значеннями струму сигналу називають розмахом сигналу.

Зараз, в основному, для вимірювання струму використовуються як багатофункціональні цифрові прилади, так і осцилографи - на екранах їх відображається не тільки форманапруги/струму, а й суттєві характеристики сигналу. До таких характеристик відноситься і частота зміни періодичних сигналів, тому в техніці вимірювань важлива частотна межа вимірювання приладу.

Вимірювання струму за допомогою осцилографа

Ілюстрацією до вищесказаного буде серія дослідів із вимірювання діючого та пікового значення струму синусоїдального та трикутного сигналів з використанням генератора сигналів, осцилографа та багатофункціонального цифрового приладу (мультиметра).

Загальна схема експерименту №1 представлена ​​нижче:

Генератор сигналів (FG) навантажений на послідовне з'єднання мультиметра (MM), опір шунта R s =100 Ом та опір навантаження R в 1 кОм. Осцилограф OS підключений паралельно опору шунта R s. Значення опору шунта вибирається із умови R s<

Досвід 1

Подамо на опір навантаження сигнал синусоїдальної форми з генератора частотою 60 Герц і амплітудою 9 Вольт. Натиснемо дуже зручну кнопку Auto Set і спостерігатимемо на екрані сигнал, показаний на рис. 1. Розмах сигналу - близько п'яти великих поділок за ціною розподілу 200 мВ. Мультиметр показує значення струму в 3,1 мА. Осцилограф визначає середньоквадратичне значення напруги сигналу на вимірювальному резисторі U=312 мВ. Чинне значення струму через резистор R s визначається за законом Ома:

I RMS = U RMS / R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

що відповідає показанням мультиметра (3,10 мА). Зазначимо, що розмах струму через наш ланцюг із включених послідовно двох резисторів та мультиметра дорівнює

I P-P = U P-P / R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Відомо, що пікове та діюче значення струму та напруги для синусоїдального сигналу відрізняються у √2 разів. Якщо помножити I RMS = 3,1 мА на √2 отримаємо 4,38. Подвоїмо це значення і ми отримаємо 8,8 мА, що майже відповідає струму, виміряного за допомогою осцилографа (8,9 мА).

Досвід 2

Зменшимо сигнал від генератора вдвічі. Розмах зображення на осцилографі зменшиться приблизно вдвічі (464 мВ) і мультиметр покаже приблизно зменшене вдвічі значення струму 1,55 мА. Визначимо показання діючого значення струму на осцилографі:

I RMS = U RMS / R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

що приблизно відповідає показанням мультиметра (1,55 мА).

Досвід 3

Збільшимо частоту генератора до 10 кГц. При цьому зображення на осцилографі зміниться, але розмах сигналу залишиться колишнім, а показання мультиметра зменшаться - дається взнаки допустимий робочий частотний діапазон мультиметра.

Досвід 4

Повернемося до вихідної частоти 60 Герц і напрузі 9 В генератора сигналів, але змінимо формуйого сигналу з синусоїдальної на трикутну. Розмах зображення на осцилографі залишився тим самим, а показання мультиметра зменшилися порівняно зі значенням струму, яке він показував у досвіді №1, оскільки змінилося значення струму сигналу. Осцилограф також показує зменшення середньоквадратичного значення напруги, виміряного на резисторі R s =100 Ом.

Техніка безпеки при вимірюванні струму та напруги

Саморобний п'єдестал-стійка з повнофункціональним телесуфлером та моніторами для домашньої відеостудії.

• Оскільки залежно від класу безпеки приміщення та його стану при вимірюванні струмів навіть відносно невисока напруга рівня 12–36 В можуть становити небезпеку для життя, необхідно виконувати такі правила:
• Не проводити вимірювання струмів, які потребують певних професійних навичок (при напрузі понад 1000 В).
• Не проводити вимірювання струмів у важкодоступних місцях або на висоті.
• При вимірюваннях у побутовій мережі застосовувати спеціальні засоби захисту від ураження електричним струмом (гумові рукавички, килимки, чоботи чи боти).
• Використовувати справний вимірювальний інструмент.
• У разі використання багатофункціональних приладів (мультиметрів) слідкувати за правильною установкою вимірюваного параметра та його величини перед вимірюванням.
• Використовувати вимірювальний прилад зі справними щупами.
• Строго дотримуватися рекомендацій виробника щодо використання вимірювального приладу.

Конвертуємо Ватт(Вт) в Ампери(А).

Переклад ампер в кіловати (однофазна мережа 220В)

Наприклад візьмемо однополюсний автоматичний вимикач, номінальний струм якого 16А. Тобто. через автомат повинен протікати струм трохи більше 16А. Для того, щоб визначити максимально можливу потужність, яку витримає автомат, необхідно скористатися формулою:

P = U * I

U – напруга, (вольт);

I – сила струму, А (ампер).

Підставляємо у формулу відомі значення та отримуємо наступне:

P = 220В * 16А = 3520Вт

Потужність вийшла у ватах. Переводимо значення в кіловати, 3520Вт ділимо на 1000 і отримуємо 3,52 кВт (кіловатт). Тобто. сумарна потужність усіх споживачів, які будуть запитані від автомата з номіналом 16А, має перевищувати 3,52кВт.

Переклад кіловат в ампери (однофазна мережа 220В)

Повинна бути відома потужність усіх споживачів:

Пральна машина 2400 Вт, Спліт-система 2,3 кВт, мікрохвильова піч 750 Вт. Тепер нам потрібно всі значення перевести в один показник, тобто кВт перевести в вт. 1кВт = 1000Вт, Відповідно Спліт-система 2,3 кВт * 1000 = 2300 Вт. Підсумовуємо всі значення:

2400 Вт+2300 Вт+750 Вт=5450 Вт

Для знаходження сили струму потужності 5450Вт при напрузі мережі 220В скористаємося формулою потужності P = U*I. Перетворимо формулу та отримаємо:

I = P/U = 5450Вт/220В ≈ 24,77А

Ми бачимо, що номінальний струм автомата, що вибирається, повинен бути не менше цього значення.

Перекладаємо ампер в кіловати (трифазна мережа 380В)

Для визначення споживаної потужності трифазної мережі використовується наступна формула:

P = √3 * U * I

де: P - Потужність, Вт (ват);

U – напруга, (вольт);

I – сила струму, А (ампер);

Необхідно визначити потужність, яку здатний витримати трифазний автоматичний вимикач із номінальним струмом 32А. Підставляємо відомі значення формулу і отримуємо:

P = √3*380В*32А ≈ 21061Вт

Перекладаємо вати в кіловати шляхом розподілу 21061Вт на 1000 і отримуємо, що потужність дорівнює приблизно 21кВт. Тобто. трифазний автомат на 32А здатний витримати навантаження потужністю 21кВт

Перекладаємо кіловати в ампери (трифазна мережа 380В)

Струм автомата визначається за таким виразом:

I = P/(√3*U)

Відома потужність трифазного споживача, якого дорівнює 5кВт. Потужність у ВАТ буде 5кВт * 1000 = 5000Вт. Визначаємо силу струму:

I = 5000Вт/(√3*380) ≈ 7,6 А.

Бачимо, що для споживача потужністю 5 кВт підійде автоматичний вимикач на 10А.