Сила струму: одиниця вимірювання
Сила струму, також відома як електричний струм, вимірюється в одиницях, відомих як ампери (А) у системі SI. Символ A названо на честь французького фізика і математика Андре-Марі Ампера, який зробив значний внесок у вивчення електромагнетизму.
Одиниця ампера визначається через силу взаємодії між паралельними провідниками, що несуть струм. Згідно з законом Ампера, сила (F) між двома паралельними, нескінченно довгими провідниками, через які протікає струм I1 і I2, що знаходяться на відстані r один від одного, обчислюється за формулою:
“`
F = (μ0 * I1 * I2) / (2π * r)
“`
де:
* μ0 – магнітна постійна, що дорівнює 4π × 10^-7 Гн/м
* I1 і I2 – сила струму в провідниках 1 і 2 відповідно
* r – відстань між провідниками
Встановлюючи силу, відстань і струм у рівнянні, отримуємо значення магнітної постійної (μ0) як 4π × 10^-7 Гн/м. Це фундаментальна константа, що визначає силу взаємодії між магнітними полями. Таким чином, одиниця ампера визначається як сила струму, який, при протіканні через два паралельних провідники довжиною 1 метр і відстанню між ними в 1 метр, створює силу взаємодії в 2 × 10^-7 ньютонів на кожен метр довжини.
Ампер є основною одиницею сили струму в системі SI. Він пов’язаний з іншими одиницями SI, такими як вольт, ом і ват, через закони електричних кіл. Наприклад, вольт визначається як різниця потенціалів між двома точками, при якій струм в 1 ампер виконує потужність в 1 ват. Ом визначається як електричний опір, при якому струм у 1 ампер викликає падіння напруги в 1 вольт.
Одиницю ампера також можна визначити за допомогою інших фундаментальних фізичних величин. Наприклад, можна визначити ампер через силу Лоренца, яка діє на заряд, що рухається в магнітному полі. Згідно із законом Лоренца, сила (F) на точковий заряд (q), що рухається зі швидкістю (v) у магнітному полі (B) з магнітною індукцією, обчислюється за формулою:
“`
F = q * v * B * sin(θ)
“`
де:
* q – величина заряду
* v – швидкість заряду
* B – магнітна індукція
* θ – кут між швидкістю і магнітним полем
Встановлюючи силу, заряд, швидкість і магнітну індукцію в рівнянні, отримуємо інше визначення ампера:
“`
1 А = (1 Кл/с) * (1 м/с) * (1 Т) * (sin 90°)
“`
де:
* 1 А – 1 ампер
* 1 Кл/с – 1 кулон за секунду (одиниця заряду)
* 1 м/с – 1 метр за секунду (одиниця швидкості)
* 1 Т – 1 тесла (одиниця магнітної індукції)
* sin 90° – 1 (оскільки кут між швидкістю і магнітним полем дорівнює 90°)
Це визначення ампера по суті еквівалентне визначенню, наведеному через закон Ампера. Воно показує, що ампер також можна визначити через взаємодію між зарядом, що рухається, і магнітним полем.
У практичних застосуваннях струми зазвичай вимірюються за допомогою приладів, відомих як амперметри. Амперметри підключаються до ланцюга послідовно, щоб виміряти струм, що протікає. Існує багато типів амперметрів, розроблених для вимірювання струмів різної величини, від дуже малих мікроамперів (μA) до великих кілоамперів (kA).
У додатку до основної одиниці ампера в системі SI також існують кратні та часткові одиниці для зручності. Найпоширенішими з них є:
* Міліампер (мА): 1 мА = 10^-3 А
* Мікроампер (мкА): 1 мкА = 10^-6 А
* Кілоампер (кА): 1 кА = 10^3 А
Ці кратні одиниці використовуються для вираження струмів різної величини, що виникають у різних типах електричних пристроїв і систем. Наприклад, міліампер часто використовується для вимірювання струмів у електронних пристроях, тоді як кілоампер може використовуватися для вимірювання струмів у системах електропередачі.
Вимірювання сили струму є важливим аспектом в електротехніці та електроніці. Це дозволяє інженерам і технікам аналізувати, проектувати та обслуговувати електричні системи, забезпечуючи ефективність, безпеку та надійність. Одиниця ампера, названа на честь Андре-Марі Ампера, є фундаментальною одиницею для вимірювання сили струму і має важливе значення в галузі електрики.
1. Запитання: В яких одиницях СІ вимірюється сила струму ампера?
Відповідь: Силу струму ампера в Міжнародній системі одиниць (СІ) вимірюють в амперах (А).
2. Запитання: Чому ампер обрано одиницею вимірювання сили струму?
Відповідь: Ампер був обраний одиницею вимірювання сили струму на честь французького фізика і математика Андре-Марі Ампера. Це зручна одиниця, яка дозволяє легко виражати значення сили струму в різних електричних ланцюгах.
3. Запитання: Яке визначення ампера?
Відповідь: Ампер визначається як сила постійного струму, який, проходячи через два паралельні прямі провідники нескінченної довжини та невагомого перерізу, розташованих на відстані 1 метра один від одного у вакуумі, викликає на кожному з них силу взаємодії, рівну 2·10-7 ньютона на метр довжини.
4. Запитання: Як перетворити силу струму з інших одиниць виміру в ампери?
Відповідь: Для перетворення сили струму з інших одиниць виміру в ампери потрібно помножити значення на відповідний коефіцієнт перерахунку. Наприклад, щоб перетворити міліампери (мА) в ампери (А), потрібно помножити на 10-3, а щоб перетворити мікроампери (мкА) в ампери (А) – на 10-6.
5. Запитання: Які прилади використовуються для вимірювання сили струму в амперах?
Відповідь: Для вимірювання сили струму в амперах зазвичай використовують амперметри. Це прилади, які вмикають в електричний ланцюг і вимірюють силу струму, що проходить через них.