Страница 142 — Глава 2. Электрические явления. § 38. Сила тока…

Силой тока называют физическую величину, равную отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения. Сила тока показывает, какой заряд проходит через сечение проводника за 1 секунду, то есть характеризует интенсивность действия тока: чем больше заряд, переносимый за единицу времени, тем сильнее тепловое, химическое и магнитное действия тока. Обозначается буквой I.

Силу тока определяют по формуле I = q/t, где I — сила тока, q — электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, t — время его прохождения. Если заряд измерен в кулонах, а время в секундах, то сила тока получается в амперах: 1 А = 1 Кл/1 с.

Единицу силы тока в СИ называют ампером (А) в честь французского учёного Андре Ампера. Обозначения читаются так: 1 мА — один миллиампер, 1 мкА — один микроампер, 1 кА — один килоампер. Соотношения: 1 мА = 0,001 А = 10⁻³ А; 1 мкА = 0,000001 А = 10⁻⁶ А; 1 кА = 1000 А = 10³ А.

Нужно перемножить силу тока и время прохождения тока: q = It. Если сила тока выражена в амперах, а время в секундах, заряд получится в кулонах. Например, при силе тока 2 А за 10 с через сечение проводника пройдёт заряд q = 2 А · 10 с = 20 Кл. Эта формула следует из определения силы тока I = q/t.

Силу тока измеряют амперметром. По устройству и принципу действия он похож на гальванометр (в его основе — действие магнитного поля на катушку с током), но на шкале амперметра стоит буква А, а шкала проградуирована в амперах (или в миллиамперах). На электрических схемах амперметр обозначают кружком с буквой А. Амперметр, включённый в цепь, почти не изменяет в ней силу тока.

Амперметр включают в цепь последовательно с тем проводником (потребителем), силу тока в котором нужно измерить: конец одного проводника соединяют с началом другого, а амперметр оказывается «в разрыве» цепи. Клемму амперметра со знаком «+» соединяют с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму «−» — с проводом, идущим к отрицательному полюсу. Заряд, проходящий в единицу времени через любое поперечное сечение последовательной цепи, одинаков (заряд нигде не накапливается), поэтому амперметр можно включать в любой участок последовательной цепи. Сопротивление амперметра мало, поэтому его включение почти не изменяет силу тока в цепи.

Если поменять полюсы источника тока (подключить его другой стороной), то изменится направление тока во всей цепи. Лампа и ключ от направления тока не зависят, их подключение не меняют. Амперметры же имеют полярность: ток должен входить в прибор через клемму «+». Поэтому у каждого амперметра нужно поменять местами провода, присоединённые к клеммам «+» и «−»: клемма «+» должна быть соединена с проводом, идущим к новому положительному полюсу источника (через остальные элементы цепи), а клемма «−» — с проводом, идущим от неё дальше к отрицательному полюсу. Если этого не сделать, стрелка прибора отклонится в обратную сторону (за нулевое деление), и измерить силу тока не удастся.

Решение. Надпись «0,28 А» указывает силу тока, на которую рассчитана лампочка, то есть силу тока при нормальном свечении (номинальную). Это значит, что при нормальной работе лампочки через поперечное сечение её нити накала за каждую секунду проходит электрический заряд 0,28 Кл: q = It = 0,28 А · 1 с = 0,28 Кл. Для сравнения, это соответствует прохождению примерно N = q/e = 0,28 Кл / 1,6·10⁻¹⁹ Кл ≈ 1,75·10¹⁸ электронов в секунду. При токе больше указанного нить перегревается и лампочка может перегореть, при меньшем токе она светит тускло.
Ответ: при нормальном накале сила тока в лампочке равна 0,28 А, т. е. за 1 с через сечение нити проходит заряд 0,28 Кл.

Дано: t = 2 мин = 120 с; q = 600 Кл.
Найти: I.
Решение. I = q/t = 600 Кл / 120 с = 5 А.
Ответ: сила тока в спирали электроплитки 5 А.

Дано: t = 2 с; N = 6·10¹⁹; заряд электрона e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл.
Найти: I.
Решение. Заряд, прошедший через сечение: q = N·e = 6·10¹⁹ · 1,6·10⁻¹⁹ Кл = 9,6 Кл. Сила тока I = q/t = 9,6 Кл / 2 с = 4,8 А.
Ответ: I = 4,8 А.

Дано: I = 100 А; q = 1000 Кл.
Найти: t.
Решение. Из I = q/t получаем t = q/I = 1000 Кл / 100 А = 10 с.
Ответ: пуск стартёра длится 10 с.