Как рассчитать плотность тока
g84jsm9tB4S
- Что такое плотность тока
- Что такое электрический ток
- В чем измеряется плотность
Плотность постоянного электрического тока можно сравнить с плотностью газа, текущего в трубе под давлением. Плотность тока равна отношению силы тока в амперах (А) к площади поперечного сечения проводника в квадратных миллиметрах (Поз. 1 на рисунке). От материала проводника ее значение не зависит. Сечение проводника берется по нормали (перпендикулярно) к его продольной оси.
Если, допустим, провод имеет диаметр D = 1 мм, то площадь его поперечного сечения будет S = 1/4(πD2) = 3,1415/4 = 0,785 кв. мм. Если по такому проводу течет ток I в 5 А, то его плотность j будет равна j = I/S = 5/0,785 = 6,37 А/кв. мм.
Значения плотности тока в технике
Хотя само значение плотности тока от материала проводника не зависит, в технике его выбирают, исходя из его удельного электрического сопротивления и длины провода. Дело в том, что при большой плотности тока проводник с ним нагревается, его сопротивление от этого возрастает, и потери электроэнергии в проводке или обмотке увеличиваются.
Однако, если взять провода слишком толстыми, то и вся проводка получится чрезмерно дорогой. Поэтому расчет бытовой проводки ведут, исходя из так называемой экономической плотности тока, при которой общие долговременные расходы на электросеть минимальны.
Для квартирной проводки, провода в которой не очень длинные, берут значение экономической плотности в пределах 6-15 А/кв. мм. в зависимости от длины проводов. Медный провод диаметром 1,78 мм (2,5 кв. мм) в ПВХ изоляции, замурованный под штукатурку, выдержит и 30, и даже 50 ампер. Но при потребляемой квартирой мощности в 5 кВт плотность ток в нем будет (5000/220) = 23 А, а его плотность в проводке – 9,2 А/кв. мм.
Экономическая плотность тока в линиях электропередач много ниже, в пределах 1-3,4 А/кв. мм. В электрических машинах и трансформаторах промышленной частоты 50/60 Гц – от 1 до 10 А/кв. мм. В последнем случае ее вычисляют, исходя из допустимого нагрева обмоток и величины электрических потерь.
О плотности тока высокой частоты
Плотность тока высоких частот (теле и радиосигналы, например) рассчитывают с учетом так называемого скин-эффекта (skin – по-английски «кожа»). Суть его в том, что электромагнитное поле оттесняет ток к поверхности провода, поэтому для получения нужной его плотности приходится брать диаметр провода больше, а чтобы не тратить лишней меди, делать его пустотелым, в виде трубки.
Источник: http://pechi-sibiri.ru/kak-rasschitat-plotnost-toka/
Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы
В данной статье мы рассмотрим плотность тока и формулы для нахождения различных видов плотности тока: проводимости, смещения, насыщения.
Плотность тока – это векторная физическая величина, характеризующая насколько плотно друг к другу располагаются электрические заряды.
Плотность тока проводимости
Ток проводимости – это упорядоченное движение электрических зарядов, то есть обыкновенный электрический ток, который возникает в проводнике. В большинстве случаев, когда речь заходит о токе, имеют ввиду именно ток проводимости.
В данном случае плотность тока – это векторная характеристика тока равная отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника (перпендикулярному по отношению к направлению тока).
Эта величина показывает насколько плотно заряды располагаются на всей площади поперечного сечения проводника. Она обозначается латинской буквой j.
Модуль плотности электрического тока пропорционален электрическому заряду, который протекает за определенное время через определенную площадь сечения, расположенную перпендикулярно по отношению к его направлению.
Если рассмотреть идеализированной проводник, в котором электрический ток равномерно распределен по всему сечению проводника, то модуль плотности тока проводимости можно вычислить по следующей формуле:
j – Плотность тока [A/м2]
I – Сила тока [A]
S – Площадь поперечного сечения проводника [м2]
Исходя из этого мы можем представить силу тока I как поток вектора плотности тока j, проходящий через поперечное сечение проводникаS. То есть для вычисления силы тока, текущей через определенное поперечное сечение нужно проинтегрировать (сложить) произведения плотности тока в каждой точке проводника jn на площадь поверхности этой точки dS:
I – сила тока [А]
jn — составляющая вектора плотности тока в направлении течения тока (по оси OX) [A/м2]
dS — элемент поверхности площади [м2]
Исходя из предположения, что все заряженные частицы двигаются с одинаковым вектором скорости v, имеют одинаковые по величине заряды e и их концентрация n в каждой точке одинаковая, получаем, что плотность тока проводимости j равна:
j – плотность тока [А/м2]
n – концентрация зарядов [м-3]
e – величина заряда [Кл]
v – скорость, с которой движутся частицы [м/с]
Плотность тока смещения
В классической электродинамике существует понятие тока смещения, который пропорционально равен быстроте изменения индукции электрического поля. Он не связан с перемещением каких-либо частиц поэтому, по сути, не является электрическим током. Несмотря на то, что природа этих токов разная, единица измерения плотности у них одинаковая — A/м2.
Ток смещения – это поток вектора быстроты изменения электрического поля ∂E/∂t через S — некоторую поверхность. Формула тока смещения выглядит так:
JD — ток смещения [А]
ε0 – электрическая постоянная, равная 8,85·10-12 Кл2/(H·м2)
∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]
ds – площадь поверхности [м2]
Плотность тока смещения определяется по следующей формуле:
для вакуума:
для диэлектрика:
jD — ток смещения [А/м2]
ε0 – электрическая постоянная, равная 8,85·10-12 Кл2/(H·м2)
∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]
∂D/∂t — скорость изменения вектора эл. индукции [Кл/м2·с)]
Плотность тока насыщения
В физической электронике используют понятие плотности тока насыщения. Эта величина характеризует эмиссионную способность металла, из которого сделан катод, и зависит от его вида и температуры.
Плотность тока насыщения выражается формулой, которая была выведена на основе квантовой статистики Ричардсоном и Дешманом:
j – плотность тока насыщения[А/м2]
R — среднее значение коэффициента отражения электронов от потенциального барьера
A — термоэлектрическая постоянная со значением 120,4 А/(K2·см2)
T— температура [К]
qφ — значение работы выхода из катода электронов [эВ], q – электронный заряд [Кл]
k — постоянная Больцмана, которая равна 1,38·10-23 Дж/К
Источник: http://people-ask.ru/nauki/fizika/plotnost-toka-provodimosti-smescheniya-nasischeniya-opredelenie-i-formuli
Расчет сечения провода по мощности и по плотности тока: формулы и примеры
Грамотный подбор кабеля для восстановления или прокладки электропроводки гарантирует безупречную работу системы. Приборы будут получать питание в полноценном объеме. Не случится перегрева изоляции с последующими разрушительными последствиями. Разумный расчет сечения провода по мощности избавит и от угроз воспламенения, и от лишних затрат на покупку недешевого провода. Давайте разберемся в алгоритме расчетов.
Упрощенно кабель можно сравнить с трубопроводом, транспортирующим газ или воду. Точно так же по его жиле перемещается поток, параметры которого ограничены размером данного токоведущего канала. Следствием неверного подбора его сечения являются два распространенных ошибочных варианта:
- Слишком узкий токоведущий канал, из-за которого в разы возрастает плотность тока. Рост плотности тока влечет за собой перегрев изоляции, затем ее оплавление. В результате оплавления по минимуму появятся «слабые» места для регулярных утечек, по максимуму пожар.
- Излишне широкая жила, что, в сущности, совсем неплохо. Причем, наличие простора для транспортировки электро-потока весьма положительно отражается на функционале и эксплуатационных сроках проводки. Однако карман владельца облегчится на сумму, примерно вдвое превышающую по факту требующиеся деньги.
Первый из ошибочных вариантов представляет собой откровенную опасность, в лучшем случае повлечет увеличение оплаты за электроэнергию. Второй вариант не опасен, но крайне нежелателен.
«Протоптанные» пути вычислений
Все существующие расчетные способы опираются на выведенный Омом закон, согласно которому сила тока, помноженная на напряжение, равняется мощности. Бытовое напряжение – величина постоянная, равная в однофазной сети стандартным 220 В. Значит, в легендарной формуле остаются лишь две переменные: это ток с мощностью. «Плясать» в расчетах можно и нужно от одной из них. Через расчетные значения тока и предполагаемой нагрузки в таблицах ПУЭ найдем требующийся размер сечения.
Обратите внимание, что сечение кабеля рассчитывают для силовых линий, т.е. для проводов к розеткам. Линии освещения априори прокладывают кабелем с традиционной величиной площади сечения 1,5 мм².
Если в обустраиваемом помещении нет мощного диско-прожектора или люстры, требующей питания в 3,3кВт и больше, то увеличивать площадь сечения жилы осветительного кабеля не имеет смысла. А вот розеточный вопрос – дело сугубо индивидуальное, т.к. подключать к одной линии могут такие неравнозначные тандемы, как фен с водонагревателем или электрочайник с микроволновкой.
Тем, кто планирует нагрузить силовую линию электрической варочной поверхностью, бойлером, стиральной машиной и подобной «прожорливой» техникой, желательно распределить всю нагрузку на несколько розеточных групп.
Если технической возможности разбить нагрузку на группы нет, бывалые электрики рекомендуют без затей прокладывать кабель с медной жилой сечением 4-6 мм².
Почему с медной токоведущей сердцевиной? Потому что строгим кодексом ПУЭ прокладка кабеля с алюминиевой «начинкой» в жилье и в активно используемых бытовых помещениях запрещена.
Сопротивление у электротехнической меди гораздо меньше, тока она пропускает больше и не греется при этом, как алюминий. Алюминиевые провода используются при устройстве наружных воздушных сетей, кое-где они еще остались в старых домах.
Обратите внимание! Площадь сечения и диаметр жилы кабеля – вещи разные. Первая обозначается в квадратных мм, второй просто в мм. Главное не перепутать!
Для поиска табличных значений мощности и допустимой силы тока можно пользоваться обоими показателями. Если в таблице указан размер площади сечения в мм², а нам известен только диаметр в мм, площадь нужно найти по следующей формуле:
Расчет размера сечения по нагрузке
Простейший способ подбора кабеля с нужным размером — расчет сечения провода по суммарной мощности всех подключаемых к линии агрегатов.
Алгоритм расчетных действий следующий:
- для начала определимся с агрегатами, которые предположительно могут использоваться нами одновременно. Например, в период работы бойлера нам вдруг захочется включить кофемолку, фен и стиралку;
- затем согласно данным техпаспортов или согласно приблизительным сведениям из приведенной ниже таблицы банально суммируем мощность одновременно работающих по нашим планам бытовых агрегатов;
- предположим, что в сумме у нас вышло 9,2 кВт, но конкретно этого значения в таблицах ПУЭ нет. Значит, придется округлить в безопасную большую сторону – т.е. взять ближайшее значение с некоторым превышением мощности. Это будет 10,1 кВт и соответствующее ему значение сечения 6 мм².
Все округления «направляем» в сторону увеличения. В принципе суммировать можно и силу тока, указанную в техпаспортах. Расчеты и округления по току производятся аналогичным образом.
Как рассчитать сечение по току?
Табличные значения не могут учесть индивидуальных особенностей устройства и эксплуатации сети. Специфика у таблиц среднестатистическая. Не приведены в них параметры максимально допустимых для конкретного кабеля токов, а ведь они отличаются у продукции с разными марками. Весьма поверхностно затронут в таблицах тип прокладки. Дотошным мастерам, отвергающим легкий путь поиска по таблицам, лучше воспользоваться способом расчетаразмера сечения провода по току. Точнее по его плотности.
Начнем с освоения азов: запомним на практике выведенный интервал 6 — 10. Это значения, полученные электриками многолетним «опытным путем». В указанных пределах варьирует сила тока, протекающего по 1 мм² медной жилы. Т.е. кабель с медной сердцевиной сечением 1 мм² без перегрева и оплавления изоляции предоставляет возможность току от 6 до 10 А спокойно достигать ожидающего его агрегата-потребителя. Разберемся, откуда взялась и что означает обозначенная интервальная вилка.
Согласно кодексу электрических законов ПУЭ 40% отводится кабелю на неопасный для его оболочки перегрев, значит:
- 6 А, распределенные на 1 мм² токоведущей сердцевины, являются нормальной рабочей плотностью тока. В данных условиях проводник работать может бесконечно долго без каких-либо ограничений по времени;
- 10 А, распределенные на 1 мм² медной жилы, протекать по проводнику могут краткосрочно. Например, при включении прибора.
Потоку энергии 12 А в медном миллиметровом канале будет изначально «тесно». От тесноты и толкучки электронов увеличится плотность тока. Следом повысится температура медной составляющей, что неизменно отразиться на состоянии изоляционной оболочки.
Обратите внимание, что для кабеля с алюминиевой токоведущей жилой плотность тока отображает интервал 4 – 6 Ампер, приходящийся на 1 мм² проводника.
Выяснили, что предельная величина плотности тока для проводника из электротехнической меди 10 А на площадь сечения 1 мм², а нормальные 6 А. Следовательно:
- кабель с жилой сечением 2,5 мм² сможет транспортировать ток в 25 А всего лишь несколько десятых секунды во время включения техники;
- он же бесконечно долго сможет передавать ток в 15А.
Приведенные выше значения плотности тока действительны для открытой проводки. Если кабель прокладывается в стене, в металлической гильзе или в пластиковом кабель канале, указанную величину плотности тока нужно помножить на поправочный коэффициент 0,8. Запомните и еще одну тонкость в организации открытого типа проводки. Из соображений механической прочности кабель с сечением меньше 4 мм² в открытых схемах не используют.
Изучение схемы расчета
Суперсложных вычислений снова не будет, расчет провода по предстоящей нагрузке предельно прост.
- Сначала найдем предельно допустимую нагрузку. Для этого суммируем мощность приборов, которые предполагаем одновременно подключать к линии. Сложим, например, мощность стиральной машины 2000 Вт, фена 1000 Вт и произвольно какого-либо обогревателя 1500 Вт. Получили мы 4500 Вт или 4,5 кВт.
- Затем делим наш результат на стандартную величину напряжения бытовой сети 220 В. Мы получили 20,45А, округляем до целого числа, как положено, в большую сторону.
- Далее вводим поправочный коэффициент, если в нем есть необходимость. Значение с коэффициентом будет равно 16,8, округленно 17 А, без коэффициента 21 А.
- Вспоминаем о том, что рассчитывали рабочие параметры мощности, а нужно еще учесть предельно допустимое значение. Для этого вычисленную нами силу тока умножаем на 1,4, ведь поправка на тепловое воздействие 40%. Получили: 23,8 А и 29,4 А соответственно.
- Значит, в нашем примере для безопасной работы открытой проводки потребуется кабель с сечением более 3 мм², а для скрытого варианта 2,5 мм².
Не забудем о том, что в силу разнообразных обстоятельств порой включаем одновременно больше агрегатов, чем рассчитывали. Что есть еще лампочки и прочие приборы, незначительно потребляющие энергию. Запасемся некоторым резервом сечения на случай увеличения парка бытовой техники и с расчетами отправимся за важной покупкой.
руководство для точных расчетов
Следуя жестким рекомендациям ПУЭ, покупать для обустройства личной собственности будем кабельную продукцию с «литерными группами» NYM и ВВГ в маркировке. Именно они не вызывают нареканий и придирок со стороны электриков и пожарников. Вариант NYM – аналог отечественных изделий ВВГ.
Лучше всего, если отечественный кабель будет сопровождать индекс НГ, это означает, что проводка будет пожароустойчивой. Если предполагается прокладывать линию за перегородкой, между лагами или над подвесным потолком, купите изделия с низким дымовыделением. У них будет индекс LS.
Вот таким нехитрым способом рассчитывается сечение токопроводящей жилы кабеля. Сведения о принципах вычислений помогут рационально подобрать данный важный элемент электросети. Необходимый и достаточный размер токоведущей сердцевины обеспечит питанием домашнюю технику и не станет причиной возгорания проводки.
Источник: https://stroy-banya.com/provodka/raschet-secheniya-provoda.html
Величина и плотность тока
26 марта 2013.
Категория: Электротехника.
Величина тока
Из курса физики известно, что электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов (Q).
Если через поперечное сечение проводника проходит некоторое количество электрических зарядов (количество электричества) Q за время t секунд, то количество электрических зарядов, прошедшее через поперечное сечение проводника в течение одной секунды, называется величиной тока и обозначается буквой I.
Единицей величины тока является 1 ампер, определяемый как количество зарядов в 1 кулон, прошедших через поперечное сечение проводника в 1 секунду, то есть
| Рисунок 1. Внешний вид амперметра |
Ток в цепи измеряется электрическим прибором – амперметром, внешний вид которого представлен на рисунке 1.
Тысячные доли ампера – миллиамперы измеряются миллиамперметром. Если количество зарядов, проходящих (протекающих) по проводнику, будет меняться, то величина тока также будет меняться.
В этом случае среднее значение тока за данный промежуток времени определяется по формуле:
где ΔQ – изменение количества зарядов; Δt – изменение времени.
Чем меньше промежуток времени Δt, тем меньше среднее значение тока будет отличаться от истинного мгновенного значения тока в данный момент.
Ток, не изменяющийся по величине и по направлению, называется постоянным током.
Постоянный ток дают нам гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока, если условия работы электрической цепи не меняются.
1. Сила электрического тока
Плотность тока
Отношение величины тока I к площади поперечного сечения проводника S называется плотностью тока и обозначается буквой j, ранее плотность тока обозначалась греческой буквой δ (дельта).
так как обычно площадь сечения проводника дается в квадратных миллиметрах, то плотность тока измеряется в а/мм².
2. Плотность тока
Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/481-the-current-value-current-density.html
Что такое плотность тока
Электрические провода, находящиеся под напряжением, постоянно испытывают определенную нагрузку. Поэтому очень часто возникает вопрос, что такое плотность тока и каким образом она влияет на качество электроснабжения.
Фактически данная величина характеризует степень электрической нагрузки проводников. Она позволяет предотвратить излишние потери при прокладке кабельных линий.
Во время использования устройств с высокой частотой, следует учитывать наличие дополнительных электродинамических эффектов.
Плотность электрического тока
Под действием электрического поля начинается упорядоченное перемещение зарядов, известное всем, как электрический ток. Обычно для движения зарядов используется какая-либо среда, которая называется проводником и является носителем тока.
Плотность тока совместно с другими факторами характеризует движение зарядов. Формула плотности тока дает описание электрического заряда, переносимого в течение 1 секунды через определенное сечение проводника, направленного перпендикулярно этому току.
Таким образом, с физической точки зрения плотность тока — это заряды, в определенном количестве протекающие через установленную единицу площади в период единицы времени. Данный параметр является векторной величиной и представляется в виде соотношения силы тока и площади поперечного сечения проводника, по которому и протекает этот ток.
Модульное значение плотности тока будет равно: j = I/S. В этой формуле j является модулем вектора, I – силой тока, S – площадью поперечного сечения.
Векторы плотности тока и скорости движения токообразующих зарядов имеют одинаковое направление, если заряды обладают положительным значением и противоположное – когда они отрицательные.
В чем измеряется плотность тока? В качестве единицы измерения используется А/мм2. Данная величина применяется на практике, в основном, для принятия решения о выборе того или иного проводника в соответствии с его способностями выдерживать те или иные нагрузки. плотность играет важную роль, поскольку каждый проводник обладает сопротивлением. В результате потерь тока происходит нагрев проводника. Чрезмерные потери приводят к критическому нагреванию, вплоть до расплавления жил.
Что такое трансформаторы тока
Для предотвращения подобных ситуаций, каждый потребитель рассчитывается на определенную плотность, по которой подбирается и оптимальное сечение проводника. Во время проектирования, помимо расчетных формул, используются уже готовые таблицы, содержащие все необходимые исходные данные, на основе которых можно получить конечный результат.
Следует помнить, что у разных проводников неодинаковая плотность электрического тока. В современных условиях практикуется использование преимущественно медных проводов, где это значение не превышает 6-10 А/мм2. Это приобретает особую актуальность в условиях длительной эксплуатации, когда проводка должна работать в облегченном режиме. Повышенные нагрузки допускаются, но лишь на короткий период времени.
Сила тока и плотность
Для того чтобы понять, как работает та или иная электрическая величина, необходимо знать условия и степень их взаимодействия между собой. Большое значение имеет зависимость силы и плотности тока в проводнике. Перед тем как рассматривать эту зависимость следует более подробно остановиться на понятии электрического тока.
Под действием определенных факторов в металлах, выступающих в роли основных проводников, образуется направленное движение заряженных частиц. Как правило, это электроны, обладающие отрицательным зарядом.
Существуют и другие проводники, называемые электролитами, в которых направленное движение создается ионами, которые могут быть положительными или отрицательными.
Третий вид проводников представляет собой различные газы, где электрический ток создается не только электронами, но и с помощью положительных и отрицательных ионов. Величину плотности тока можно определить в любом проводнике, но более наглядно это будет на примере металлов.
Условно электрический ток имеет направление, совпадающее с направлением движения положительно заряженных частиц. Для его создания и существования необходимо соблюдение двух основных условий. В первую очередь, это сами заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в проводнике под действием сил электрического поля. Соответственно, необходимо само электрическое поле, способное существовать в проводнике в течение длительного времени под действием источника тока.
Электромагнит переменного тока
Сила (I) и плотность (j) электрического тока являются его основными характеристиками.
Сила тока считается скалярной физической величиной, определяемой как отношение заряда ∆q, проходящего через поперечное сечение проводника в течение некоторого времени ∆t, к данному временному промежутку.
В виде формулы это будет выглядеть следующим образом: I = ∆q/∆t. Единицей измерения силы тока служит ампер. Это позволит в дальнейшем решить вопрос, как найти плотность тока.
Существует связь силы тока со скоростью свободных зарядов, находящихся в упорядоченном движении. Определить эту зависимость можно на примере участка проводника, имеющего площадь сечения S и длину ∆l. Заряд каждой частицы принимается за q0, а объем проводника ограничивается сечениями № 1 и № 2.
В этом объеме количество частиц составляет nS∆l, где n является концентрацией частиц. Величина их общего заряда составляет: ∆q = q0nS∆l. Упорядоченное движение свободных зарядов осуществляется со средней скоростью hvi. Следовательно за установленный промежуток времени ∆t = ∆I/ hvi все частицы, находящиеся в этом объеме, пройдут через сечение № 2.
В результате, сила тока составит I = ∆q/∆t, как уже и было отмечено.
Сила тока имеет непосредственную связь с плотностью тока j представляющей собой векторную физическую величину. Ее модуль определяется как отношение силы тока I и площади поперечного сечения проводника. Плотность формула отражает как j = I/S.
Вектор плотности тока совпадает с вектором скорости упорядоченно движущихся положительно заряженных частиц. Постоянный ток обладает плотностью, имеющей стабильное значение на всем поперечном сечении проводника.
Таким образом, плотность и сила тока самым тесным образом связаны между собой.
Источник: https://electric-220.ru/news/chto_takoe_plotnost_toka/2017-04-10-1226
Формула силы тока
Определение
Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.
Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:
где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока вмомент времени t (мгновенное значение величины силы тока).
Некоторые виды силы тока
Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:
Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.
Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока.Эффективной величиной силы переменного тока (Ieff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равнуюработе переменного тока в течение одного периода (T):
Если переменный ток можно представить как синусоидальный:
то Im – амплитуда силы тока ( – частота силы переменного тока).
Сила тока в соединениях проводников
При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:
При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):
Закон Ома
Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):
где — – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, — ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи.
Единицы измерения силы тока
Основной единицей измерения силы тока в системе СИ является: [I]=A(ампер)=Кл/с
Примеры решения задач
Пример
Задание. Какой заряд (q) проходит через поперечное сечение проводника за промежуток времени от t1=2c до t2=6c, если сила тока изменяется в соответствии с уравнением: I=2+t, где сила тока в амперах, время в секундах?
Решение. За основу решения задачи примем определение мгновенной силы тока:
В таком случае, заряд, который проходит через поперечное сечение проводника, равен:
Подставим в выражение (1.2) уравнение для силы тока из условий задачи, примем во внимания границы изменения участка времени:
(Кл)
Ответ. q=24 Кл
Пример
Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A, находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U. Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока, которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна .
Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:
При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине)рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движенииудобно искать в виде:
Емкость при параллельном соединении конденсаторов равна:
Формула для расчета емкостей C1 и C2 плоских конденсаторов имеет вид:
где 0 – электрическая постоянная, переменной величиной при погружениисистемы в керосин является площадь обкладок S:
Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:
Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:
Ответ.
Читать дальше: Формула силы.
Вы поняли, как решать? Нет?
Источник: https://www.webmath.ru/poleznoe/formules_21_18_sila_toka.php
Сила и плотность тока. Линии тока
Электрический ток количественно характеризует сила тока (I), которая равна производной от заряда ($q$) по времени для тока, который течет через поверхность S:
По своей сути сила тока — это поток заряда через поверхность S.
Определение
Электрический ток — процесс движения, как отрицательных зарядов, так и положительных.
Перенос отрицательного заряда в одном направлении эквивалентен переносу такого же положительного заряда в противоположном направлении. В том случае, если ток создается зарядами обоих знаков $(dq+\ и\ dq-)$, то можно записать, что сила тока равна:
\[I=\frac{dq+}{dt}+\frac{dq-}{dt}\left(2\right).\]
Положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов. Ток может быть постоянным и переменным. В том случае, если сила тока и его направление не изменяется во времени, то такой ток называют постоянным и для него выражение для силы тока можно записать в виде:
\[I=\frac{q}{\triangle t}\left(3\right),\]
где сила тока определена, как заряд, который проходит через поверхность S в единицу времени. В системе СИ основной единицей измерения силы тока является Ампер (А).
\[1A=\frac{1Кл}{1с}.\]
Плотность тока. Связь плотности тока с зарядом и силой тока, напряженностью
Выделим в проводнике, по которому течет ток, малый объем dV произвольной формы. Обозначим через $\left\langle v\right\rangle $— среднюю скорость, с которой движутся носители заряда в проводнике. пусть $n_0\ $— концентрация носителей заряда. Выберем бесконечно малую площадку dS на поверхности проводника, которая перпендикулярно скорости $\left\langle v\right\rangle $ (рис.1).
Рис. 1
Построим на площадке dS очень короткий прямой цилиндр с высотой $\left\langle v\right\rangle dt.$ Все частицы, которые находились внутри этого цилиндра за время dt пройдут через площадку dS и перенесут через нее в направлении скорости $\left\langle v\right\rangle \ $заряд равный:
\[dq=n_0q_e\left\langle v\right\rangle dSdt\left(4\right),\]
где $q_e=1,6\cdot {10}{-19}Кл$ — заряд электрона, то есть отдельной частицы — носителя тока. Разделим выражение (4) на $dSdt$ получим:
\[j=\frac{dq}{dSdt}\left(5\right),\]
где $j$ — модуль плотности электрического тока.
\[j=n_0q_e\left\langle v\right\rangle \left(6\right),\]
где $j$ — модуль плотности электрического тока в проводнике, где заряд переносят электроны.
Если ток образуется в результате движения нескольких типов зарядов, то плотность тока можно определить как:
\[j=\sum\limits_i{n_iq_i\left\langle v_i\right\rangle \left(7\right)},\]
где i — определяет носитель заряда.
Плотность тока — векторная величина. Обратимся вновь к рис.1. Пусть $\overrightarrow{n}$ — единичная нормаль к площадке dS. Если частицы, которые переносят заряд положительные, то переносимый ими заряд в направлении нормали больше нуля. В общем случае элементарный заряд, который переносится в единицу времени, можно записать как:
\[\frac{dq}{dt}=\left(\overrightarrow{j}\overrightarrow{n}\right)dS=j_ndS\ \left(8\right).\]
Формула (8) справедлива и в том случае, когда площадка dS неперпендикулярная вектору плотности тока. Так как составляющая вектора $\overrightarrow{j}$, перпендикулярная нормали, через площадку dS электричества не переносит. Таким образом, плотность тока в проводнике окончательно запишем, используя формулу (6) следующим образом:
\[\overrightarrow{j}=-n_0q_e\left\langle \overrightarrow{v}\right\rangle \left(9\right).\]
И так, плотность тока равна количеству электричества (заряду), который протекает за одну секунду через единицу сечения проводника. Для однородного цилиндрического проводника можно записать, что:
\[j=\frac{I}{S\triangle t}\left(10\right),\]
где S — площадь сечения проводника.
Плотность постоянного тока одинакова по всему сечению проводника. Для двух разных сечений проводника ($S_1{,S}_2$) с постоянным током выполняется равенство:
\[\frac{j_1}{j_2}=\frac{S_2}{S_1}\left(11\right).\]
Из закона Ома для плотности токов можно записать:
\[\overrightarrow{j}=\lambda \overrightarrow{E}\left(13\right),\]
где $\lambda $ — коэффициент удельной электропроводности.
Зная плотность тока, можно выразить силу тока как:
\[I=\int\limits_S{j_ndS\ \left(14\right),}\]
где интегрирование проводят по всей поверхности S любого сечения проводника.
Единица плотности тока $\frac{A}{м2}$.
Линии тока
Определение
Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, называют линиями тока.
Направлениями линий тока являются направления движения положительных зарядов. Нарисовав линии тока, получают наглядное представление о движении электронов и ионов, которые образуют ток.
Если внутри проводника выделить трубку с током, у которой боковая поверхность состоит из линий тока, то движущиеся заряженные частицы не будут пересекать боковую поверхность такой трубки. Подобную трубку называют трубкой тока.
Например, поверхность металлической проволоки в изоляторе будет являться трубой тока.
Пример 1
Задание: Сила тока в проводнике увеличивается равномерно от 0 до 5 А в течении 20 с. Найдите заряд, который прошел через поперечное сечение проводника за это время.
Решение:
За основу решения задачи примем формулу, которая определяет силу тока, а именно:
\[I=\frac{dq}{dt}\left(1.1\right).\]
В таком случае заряд будет найден как:
\[q=\int\limits{t_2}_{t_1}{Idt\ \left(1.2\right).}\]
В условии задачи сказано, что сила тока изменяется равномерно, это значит, что можно записать закон изменения силы тока как:
\[I=kt\ \left(1.3\right).\]
Найдем коэффициент пропорциональности в (1.3), для этого запишем закон изменения силы тока еще раз для момента времени при котором сила тока равна $I_2=$3А ($t_2$):
\[I_2=kt_2\ \to k=\frac{I_2}{t_2}\left(1.4\right).\]
Подставим (1.4) в (1.3) и проинтегрируем в соответствии с (1.2), получим:
\[q=\int\limits{t_2}_{t_1}{ktdt=\int\limits{t_2}_{t_1}{\frac{I_2}{t_2}tdt}=\frac{I_2}{t_2}\int\limits{t_2}_{t_1}{tdt}={\left.\frac{t2}{2}\right|}{t_2}_{t_1}=\frac{I_2}{{2t}_2}({t_2}2-{t_1}2)\left(1.5\right).}\]
За начальный момент времени примем момент, когда сила тока равна нулю, то есть $t_1=0,$ $I_1=0\ А.$ $t_2=20,$ $I_1=5\ А.$
Проведем вычисления:
\[q=\frac{I_2}{{2t}_2}{t_2}2=\frac{I_2t_2}{2}=\frac{5\cdot 20}{2}=50\ \left(Кл\right).\]
Ответ: $q=50$ Кл.
Пример 2
Задание: Найдите среднюю скорость движения электронов в проводнике молярная масса вещества, которого равна $\mu $, поперечное сечение проводника S. Сила тока в проводнике I. Считать, что на каждый атом вещества в проводнике приходится два свободных электрона.
Решение:
Силу тока (I) в проводнике можно считать постоянной и соответственно записать, что:
\[I=\frac{q}{\triangle t}=\frac{Nq_e}{\triangle t}\left(2.1\right),\]
где заряд q найдем как произведение числа электронов проводимости в проводнике, на заряд одного электрона $q_e$, который является известной величиной. $\triangle t$ — промежуток времени за который через поперечное сечение проводника проходит заряд q.
Найти N можно, если использовать известное соотношение из молекулярной физики:
Источник: https://spravochnick.ru/fizika/postoyannyy_elektricheskiy_tok/sila_i_plotnost_toka_linii_toka/
Допустимый ток для медных проводов
> Теория > Допустимый ток для медных проводов
Медные проводники получили преимущественное распространение в электрических сетях, электро,- и радиотехнике. Это обусловлено наилучшим соотношением характеристик данного металла:
- Низкое удельное сопротивление;
- Низкая стоимость;
- Высокая механическая прочность;
- Пластичность и гибкость;
- Высокая коррозионная стойкость.
В некоторых случаях в качестве металла для проводников и кабелей используется алюминий, но, по большей части, это вызвано лишь стремлением снизить стоимость и массу, поскольку алюминий имеет меньший удельный вес и стоимость, но несравнимо худшие механические и химические свойства.
Алюминиевые провода плохо поддаются пайке, поэтому при производстве продукции радио,- и электротехнического назначения, силовых кабелей преимущество имеет медь.
Еще одно преимущество меди состоит в том, что она имеет большие допустимые токовые нагрузки из-за низкого удельного сопротивления и большей температуры плавления.
Определение допустимого тока
Имеется несколько критериев выбора максимального тока через проводники:
- Тепловой нагрев;
- Падение напряжения.
Данные параметры являются взаимосвязанными, и увеличение сечения проводников с целью уменьшения падения напряжения снижает и нагрев. В любой ситуации длительно допустимый ток подразумевает отсутствие критического нагрева, который может привести к деградации изоляции, изменению параметров как самого провода, так и близко расположенных элементов.
Тепловой нагрев
Правила прокладки проводов электропроводки в квартире
Величина тока связана с нагревом в соответствии с законом Джоуля-Ленца, названного так по именам первооткрывателей зависимости:
Q=I2·R·t, где:
- Q – количество теплоты, которое выделяется на проводнике;
- R – сопротивление проводника;
- I – ток, протекающий через проводник;
- t – промежуток времени, в течение которого производится подсчет тепловыделения.
Из формулы следует, что чем больше сопротивление проводника, тем большее количество теплоты выделится на нем. На этом принципе построены нагревательные приборы с высокоомным нагревательным элементом.
Нагреватель выполнен из провода, который, кроме высокого удельного сопротивления, имеет высокую температурную устойчивость (как правило, нихром).
Температура меди намного ниже, поэтому существуют определенные условия, при которых нагрев медного проводника не будет выходить за допустимые пределы.
Падение напряжения
Для того чтобы представить влияние тока на падение напряжения, необходимо вспомнить закон Ома:
I=U/(R+r).
Согласно закону Ома, при протекании тока через проводник с сопротивлением R на нем образуется падение напряжения:
U=I·(R+r).
Таким образом, при постоянном сопротивлении нагрузки R, чем больше ток в питающей сети, тем больше будет падение напряжения на сопротивлении r, питающих проводов (U=I·r).
Именно напряжение потерь вызывает ненужный нагрев проводов, но главная проблема в том, что напряжение нагрузки становится меньше на эту величину. Пояснить это можно на простом примере. Пускай в домашней электропроводке имеется участок длиной 100 м, выполненный медным проводом сечением 2.5 мм2.
Сопротивление такого участка составит около 0.7 Ом. При токе нагрузки 10А, а это потребляемая мощность чуть больше 2 кВт, падение напряжения на проводе составит 7 В. При однофазном питании используется два провода, поэтому суммарное падение составит 14 В.
Это довольно значительная величина, поскольку напряжение на потребителях будет составлять уже не 220, а 206В.
К определению падения напряжения в кабеле
На самом деле этот пример не совсем точен, поскольку уменьшение напряжения на активной нагрузке приведет к снижению мощности, следовательно, к снижению потребляемого тока. Но целью данной статьи не является замена учебника электротехники, поэтому данное объяснение вполне правдоподобно. Таблица, приведенная ниже, показывает соотношение падения напряжения при различных значениях тока на 1 м провода для наиболее распространенных сечений.
Зависимость падения напряжения от сечения и величины протекающего тока
| 1 | 0,023 | 0,018 | 0,012 | 0,009 | 0,007 | 0,004 | 0,003 |
| 2 | 0,047 | 0,035 | 0,023 | 0,018 | 0,014 | 0,009 | 0,006 |
| 5 | 0,117 | 0,088 | 0,059 | 0,045 | 0,035 | 0,022 | 0,015 |
| 10 | 0,233 | 0,175 | 0,117 | 0,090 | 0,070 | 0,044 | 0,029 |
| 15 | 0,350 | 0,263 | 0,175 | 0,135 | 0,105 | 0,066 | 0,044 |
| 20 | 0,466 | 0,350 | 0,233 | 0,180 | 0,140 | 0,088 | 0,058 |
При расчетах однофазной электропроводки по допустимому падению напряжения при предполагаемом токе нагрузки данные таблицы следует удваивать (используется два проводника: ноль и фаза). Не всегда в таблице будет присутствовать нужное сечение проводника, поэтому следует выбирать ближайшее большее значение. Это хорошо еще и тем, что учитывается возможное повышение мощности потребителей. Сильно большое сечение, взятое с запасом, приведет к неоправданному удорожанию материалов.
Допустимая плотность тока
Стриппер для снятия изоляции с проводов: как пользоваться
Для упрощения расчетов и подбора требуемого провода принята такая величина, как плотность тока для меди и иных материалов. Плотность тока выражается в амперах на один квадратный миллиметр сечения.
Важно! Допустимая плотность тока определяется для площади сечения, а не диаметра провода. При маркировке монтажного провода обычно используется сечение, а обмоточного – диаметр. Для перевода диаметра провода в сечение нужно воспользоваться формулой S=π·d2/4 или определить его по таблице, взяв равное или ближайшее меньшее значение имеющегося диаметра.
Сечение популярного обмоточного провода ПЭВ-2
Выбирая сечение провода, нужно знать, что допустимый ток для медных проводов во многом зависит от условий охлаждения. Наличие свободного доступа воздуха улучшает охлаждение нагретых проводов, поэтому в самых неблагоприятных условиях находятся внутренние обмотки трансформаторов напряжения, электропроводка, смонтированная в штробах стен. Большое влияние на теплоотдачу имеет материал и толщина внешней изоляции силовых кабелей.
Расчетным путем установлены и подтверждены на практике допустимые значения плотности тока для медного провода, применяемого в обмотках электрических машин и электрической проводки, которые сведены в таблицу ниже.
Допустимые значения плотности тока на 1 мм² в медном проводе
| Внутренние обмотки | Наружные обмотки | Скрытая | Наружная |
| 2-3 А | 3-5 А | 4 А | 5 А |
Обратите внимание! Таблица дает только ориентировочные данные для предварительных расчетов. Более точные показатели допустимых значений для кабелей разных типов и условий эксплуатации приведены в нормативной документации, в частности в ПУЭ.
Нормативные значения сечения кабеля
Пути повышения допустимого тока
Поперечное сечение проводников
Для снижения стоимости конструкций, в которых используются медные провода и кабели или шнуры, уменьшения массы, существует несколько путей повышения допустимых значений тока:
- Улучшение охлаждения за счет обдува или конвективных потоков;
- Отвод тепла при помощи теплоотводов или радиаторов;
- Ограничение максимальных токовых нагрузок по времени.
Грамотно выполненная конфигурация обмоток и расположение трансформатора способны эффективно отводить тепло, которое выделяется при прохождении тока. Для мощных силовых трансформаторов, а это сварочные аппараты, трансформаторы подстанций, выполняется специальная обмотка с воздушными промежутками. Попадая в промежуток между отдельными частями обмоток, воздух отбирает часть тепла и выносит его наружу.
Те же цели преследует обдув нагревающихся частей машин при помощи вентиляторов. К такому решению часто обращаются производители микроволновых печей, устанавливая кулер на мощный высоковольтный трансформатор.
Мощные трансформаторы силовых подстанций охлаждают обмотки при помощи трансформаторного масла, в которое погружен весь трансформатор. Обмотки выполняются с промежутками, в которых циркулирует масло.
Масло охлаждается при помощи трубчатого радиатора, который находится на боковых сторонах корпуса трансформатора. Вся конструкция выполнена полностью герметичной, поэтому для компенсации температурного расширения масла имеется расширительный бак.
Кратковременные токовые нагрузки не успевают в достаточной мере прогреть всю обмотку, поэтому для кратковременно работающего оборудования можно принимать плотность тока по сечению провода вплоть до 7-10А на мм2.
Оборудование, которое эксплуатируется на максимально допустимых плотностях тока, должно чередовать работу под нагрузкой с перерывом на охлаждение.
Важно! Теплопроводность меди и теплоемкость железного сердечника машин переменного тока высоки. Проходящие токи нагрузки прогревают весь объем обмоток одновременно, а охлаждение происходит только с поверхности, поэтому периоды отдыха должны превышать время работы под нагрузкой в несколько раз для достаточного охлаждения не только наружных, но и внутренних частей оборудования.
Последствия превышения тока
Чрезмерно высокий ток в медных проводах способен разогреть материал вплоть до температуры плавления. Разумеется, что подобная ситуация приведет к аварии или неработоспособности оборудования, но в некоторых случаях это является полезным.
Речь идет о плавких предохранителях. Основу их устройства составляет тонкая металлическая проволока, заключенная в огнеупорный изоляционный корпус. Толщина проволоки подобрана таким образом, чтобы ток определенной величины вызывал нагрев и перегорание проводника предохранителя. Наиболее часто используются плавкие вставки из цинка или меди.
Самое главное требование к плавкой вставке – строгое соответствие состава металла и его равномерный диаметр проводника по всей длине. Состав важен для стабильности температуры плавления. Наличие неравномерности по длине провода может вызвать локальный перегрев в месте сужения и перегорание предохранителя при токе, меньше номинального. Исходя из этих условий, провод для предохранителей выпускается с повышенным контролем и называется калиброванным.
Выполнение изложенных требований по допустимому току в проводниках позволяет продлить срок нормальной эксплуатации конструкций и электрооборудования, свести к минимуму риск возникновения поломок и аварий.
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/dopustimyjj-tok-mednykh-provodov.html
Определение плотности катодного тока для антикоррозионной защиты
Сущность метода заключается в определении средней плотности катодного тока, необходимого для смещения потенциала стали в грунте на 100 мВ отрицательнее потенциала коррозии.
Б.2. Средства контроля и вспомогательные устройства
Источник постоянного тока любого типа
Миллиамперметр с верхним пределом измерения 1 мА или микроамперметр с пределом измерения 200 или 500 мкА, класс точности не ниже 1,5.
Вольтметр любого типа с пределом измерений 1В и внутренним сопротивлением не менее 1 МОм.
Сопротивление регулировочное.
Прерыватель тока.
Допускается использовать специальные приборы, которые обеспечивают автоматическое смещение потенциала от потенциала коррозии и поддерживают его на заданном уровне в течение опыта.
Ячейка прямоугольной формы размером 70×70×100 мм из диэлектрического материала (стекло, фарфор, пластмасса и т.д.) вместимостью от 0,5 до 1 дм3.
Электрод рабочий, представляющий прямоугольную пластину из стали марки Ст10 по ГОСТ 1050 толщиной от 1,5 до 2мм, размером 50×20 мм и рабочей поверхностью 10 см2 (0,001 м2).
Электрод вспомогательный из стали марки Ст10 по ГОСТ 1050 или другой углеродистой стали, по форме и размерам аналогичный рабочему электроду.
Одну поверхность рабочего, а также вспомогательного электродов и токоотводы от них изолируют мастикой.
Электрод сравнения — насыщенный медно-сульфатный, хлоридсеребряный, каломельный и т.д.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709.
Б.3. Подготовка к измерениям
Отобранную пробу загружают в ячейку, сохраняя естественную влажность грунта. Если при хранении проб после их отбора возможно изменение естественной влажности грунта, определяют влажность отобранной пробы по ГОСТ 5180. Перед испытанием вновь определяют влажность пробы грунта и доводят ее до естественной с помощью дистиллированной воды.
На дно ячейки насыпают на высоту 20 мм грунт и уплотняют. Рабочий и вспомогательный электроды устанавливают вертикально неизолированными поверхностями друг к другу на расстоянии 3-4 см. Затем грунт укладывают в ячейку послойно (один-три слоя) с последовательным трамбованием слоев, добиваясь максимально возможного уплотнения. Расстояние от верхней кромки рабочего электрода до поверхности грунта – 50 мм. Электрод сравнения устанавливают сверху ячейки в грунт, заглубляя его на 1,0-1,5 см.
Одним и тем же грунтом заполняют три ячейки и параллельно выполняют три измерения силы катодного тока Iк в микроамперметрах в каждой ячейке.
Собирают установку по схеме, приведенной на рисунке Б.1, с использованием прерывателя тока и вольтметра или с использованием специального прибора, включающего в себя прерыватель тока.
1 — миллиамперметр; 2 — регулируемое сопротивление; 3 — источник постоянного тока; 4 — вольтметр; 5 — прерыватель тока с клеммами для подключения электродов; Т — вспомогательного, Э.С — сравнения, D — рабочего; 6 — ячейка; 7-рабочий электрод; 8 — вспомогательный электрод; 9 — электрод сравнения
Рисунок Б.1 — Схема установки для определения плотности катодного тока
Б.4. Проведение измерений
Рабочий электрод выдерживают в грунте до включения поляризации от 15 до 20 мин и измеряют его потенциал коррозии относительно электрода сравнения.
Катодную поляризацию осуществляют, подключая рабочий электрод к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а вспомогательный электрод — к положительному. Потенциал электрода смещают на 100 мВ отрицательнее его стационарного потенциала, исключая омическую составляющую из измеряемого потенциала рабочего электрода в милливольтах, путем разрыва цепи в момент измерения.
Измеряют силу тока Iк в микроамперах. Если сила тока Iк постоянна или уменьшается во времени, то длительность поляризации составляет 15 мин, в течение которых измеряют и записывают три-четыре значения Iк и соответствующее время измерения t.
Если сила тока во времени растет, то измеряют и записывают Iк пять-шесть раз в течение 40 мин или в более короткий промежуток времени.
Сила тока более 200 мкА (2×10-4А) с учетом рабочей поверхности электрода 10 см2 характеризует высокую коррозионную агрессивность грунта.
Последнее значение силы тока в каждой ячейке берут для вычисления среднеарифметического значения силы катодного тока Iк cр. по результатам параллельных измерений в трех ячейках и последующего определения средней плотности катодного тока iк,
Б.5 Обработка результатов измерений
Среднюю плотность катодного тока iк, А, вычисляют по формуле
(Б.1.)
где Iк.ср. — среднеарифметическое значение силы катодного тока по результатам измерений в трех параллельных ячейках, А;
0,001- площадь поверхности рабочего электрода, м2.
Б.6 Оформление результатов измерения
Б.6.1 Результаты измерения заносят в протокол по форме Б.1.
Форма Б.1. Протокол определения средней плотности катодного тока
Наименование города _________________________________________________
Дата отбора проб «_____»___________________________г.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Измерения провел __________________________________
«______»________________________ г.
Б.6.2. Результаты определения коррозионной агрессивности грунтов заносят в протокол по форме Б.2
Форма Б.2. Протокол результатов определения коррозионной агрессивности грунтов по отношению к стали
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Приложения
1. План (схема) трассы трубопровода.
2. Протоколы измерений (форма Б.1.).
>
22 Июля 2014 г.
Источник: https://gazovik-lpg.ru/cat/articles2/antikorrozionnaja_zaschita/plotnost_katodnogo_toka/
Плотность тока. Связь плотности тока с зарядом и силой тока, напряженностью
Выделим в проводнике, в котором протекает ток, малый объем dV случайной формы. С помощью следующего обозначения υ определим среднюю скорость движения носителей зарядов в проводнике. Пускай n0 представляет собой концентрацию носителей заряда. На поверхности проводника выберем пренебрежительно малую площадку dS, которая расположена ортогонально скорости υ (рис. 1).
Рисунок 1
Проиллюстрируем на поверхности площадки dS очень короткий прямой цилиндр, имеющий высоту υdt. Весь массив частиц, которые располагались внутри такого цилиндра за время dt пересекут плоскость dS и перенесут через нее, в направлении скорости υ, заряд, выражающийся в виде следующего выражения:
dq=n0qeυdSdt,
где qe=1,6·10-19 Кл является зарядом электрона, другими словами отдельной частицы или же носителя тока. Разделим приведенную формулу на dSdt и получим:
j=dqdSdt,
где j представляет собой модуль плотности электрического тока.
j=n0qeυ,
где j является модулем плотности электрического тока в проводнике, в котором заряд переносится электронами. В случае, если ток появляется как результат движения нескольких типов зарядов, то формула плотности тока может быть определена в виде следующего выражения:
j=∑niqiυii,
где i представляет собой носитель заряда. Плотность тока — это векторная величина. Снова обратим внимание на рисунок 1. Пускай n→ представляет собой единичный перпендикуляр к плоскости dS. В случае, если частицы, переносящие заряд, являются положительными, то переносимый ими заряд в направлении нормали больше нуля. В общем случае переносимый в единицу времени элементарный заряд может быть записана в следующем виде:
dqdt=j→n→dS=jndS.
Формула приведенная выше справедлива также в том случае, когда плоскость площадки dS неортогональная по отношению к вектору плотности тока. По той причине, что составляющая вектора j→, направленная под прямым углом к нормали, через сечение dS электричества не переносит. Исходя из всего вышесказанного, плотность тока в проводнике окончательно запишем, применяя формулу j=n0qeυ в таком виде:
j→=-n0qeυ→.
Таким образом, плотность тока эквивалентна количеству электричества, другими словами заряду, который протекает за одну секунду через единицу сечения проводника. В отношении однородного цилиндрического проводника справедливым будет записать, что:
j=IS∆t,
где S играет роль площади сечения проводника. Плотность постоянного тока равна по всей площади сечения проводника. Для двух разных сечений проводника (S1,S2) с постоянным током справедливо следующее равенство:
j1j2=S2S1.
Основываясь на законе Ома для плотности токов можно записать такое выражение:
j→=λE→,
где λ обозначает коэффициент удельной электропроводности. Определив плотность тока, мы имеем возможность выразить силу тока в следующем виде:
I=∫SjndS,
где интегрирование происходит по всей поверхности S любого сечения проводника. Единица плотности тока Aм2.
Опиши задание
Линии тока
Определение 3
Линии, вдоль которых движутся заряженные частицы, носят название линий тока.
Направления движения положительных зарядов также определяются в качестве направлений линий тока. Изобразив линии тока, можно получить наглядное представление о движении электронов и ионов, которые формируют собой ток.
Если внутри проводника выделить трубку с током, у которой боковая поверхность состоит из линий тока, то движущиеся заряженные частицы не будут пересекать боковую поверхность данной трубки. Такую трубка представляет собой так называемую трубку тока.
К примеру, поверхность металлической проволоки в изоляторе будет определяться как труба тока.
Пример 1
Сила тока в проводнике равномерно возрастает от 0 до 5 А на протяжении 20 с. Определите заряд, который прошел через поперечное сечение проводника за данный отрезок времени.
Решение
В качестве основы решения данной задачи возьмем формулу, которая характеризует собой силу тока, то есть:
I=dqdt.
Таким образом, заряд будет найден как:
q=∫t1t2Idt.
В условии задачи сказано, что сила тока изменяется равномерно, а это означает то, что мы можем записать закон изменения силы тока в следующем виде:
I=kt.
Найдем коэффициент пропорциональности в приведенном выражении, для чего необходимо запишем закон изменения силы тока еще раз для момента времени, при котором сила тока эквивалентна I2=3А (t2):
I2=kt2→k=I2t2.
Подставим выражение выше в I=kt и проинтегрируем в соответствии с q=∫t1t2Idt, получим формулу такого вида: q=∫t1t2ktdt=∫t1t2I2t2tdt=I2t2∫t1t2tdt=t22t1t2=I22t2t22-t12.
В качестве начального момента времени возьмем момент, когда сила тока эквивалентна нулю, другими словами t1=0, I1=0 A; t2=20, I2=5 А. Проведем следующие вычисления:
q=I22t2t22=I2t22=5·202=50 (Кл).
Ответ: q=50 Кл.
Пример 2
Определите среднюю скорость движения электронов в проводнике, молярная масса вещества которого эквивалентна μ, поперечное сечение проводника S. Сила тока в проводнике I. Примем, что на каждый атом вещества в проводнике приходится два свободных электрона.
Решение
Силу тока (I) в проводнике можно считать постоянной, что позволяет нам записать следующее выражение:
I=q∆t=Nqe∆t,
где заряд q определим как произведение числа электронов проводимости в проводнике, на заряд одного электрона qe, представляющего собой известную величину. ∆t играет роль промежутка времени, за который через поперечное сечение проводника проходит заряд q. Найти N можно, если применять известное в молекулярной физике соотношение:
Источник: https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/postojannyj-elektricheskij-tok/sila-i-plotnost-toka/
