Исторические факты: кто из физиков и в каком году изобрёл электричество, первые опыты и современные разработки
Современный мир невозможен без электричества. Сейчас никто и не задумывается о технологии его производства, а в древние времена даже не знали такого слова. Но пытливые умы находились и тогда. В 700-м году до нашей эры наблюдательный греческий философ Фалес заметил, что янтарь начинал притягивать лёгкие предметы, когда происходило трение с шерстью. На этом знания приостановились.
Дальнейшее развитие знаний
Только по прошествии многих столетий эта отрасль знаний получила дальнейшее развитие.
Английский физик и по совместительству врач при королевском дворе Уильям Гильберт, окончивший лучшие ВУЗы Оксфорда и Кембриджа, стал основоположником науки об электричестве.
Он изобрёл первый прообраз электроскопа под названием версор и с его помощью выяснил, что не только янтарь, но и другие камни имеют свойства притягивать мелкие предметы (соломинки). Среди «электрических» минералов:
- алмаз;
- аметист;
- стекло;
- опал;
- карборунд;
- сланцы;
- сапфир;
- янтарь.
С помощью аппарата учёный смог сделать несколько интересных открытий. Среди них: серьёзное влияние пламени на электрические свойства тел, которые были приобретены при трении. А ещё Гильберт высказал предположение, что гром и молния — явления электрической природы.
Само понятие «электричество» впервые прозвучало в XVI веке. В 1663 году бургомистром Магдебурга по имени Отто фон Герике была создана специальная машина для исследования. С её помощью можно было наблюдать эффект притяжения и отталкивания.
Первые опыты с электричеством
В 1729 году в Англии был проведён первый опыт передачи электричества на небольшое расстояние учёным Стивеном Греем. Но в процессе было определено, что не все тела могут передавать электричество. Через 4 года после первых серьёзных исследований учёный из Франции Шарль Дюфе выявил, что существует два типа заряда электричества: стеклянного и смоляного в зависимости от материала, используемого для трения.
В середине XVII века в Голландии Питер ван Мушенбрук создаёт конденсатор под названием «Лейденская банка». Немного времени спустя появляется теория Бенджамина Франклина и проводятся первые исследования, которые опытным путём подтверждают теорию. Проведённые исследования стали основой для создания громоотвода.
После этого была открыта новая наука, которую начинают изучать. А в 1791 году выпускается «Трактат о силе электричества при движении мышц» автором Гальвани.
В 1800 году итальянский изобретатель Вольта стал тем, кто создал новый источник тока под названием Гальванический элемент.
Этот аппарата представляет собой объект в виде столба из цинковых и серебряных колец, разделённых бумажками, смоченными в солёной воде. Через пару лет русский изобретатель Василий Петров открывает «Вольтову дугу».
Примерно в том же десятилетии физик Жан Антуан Нолле изобрёл первый электроскоп, зарегистрировавший более быстрое «стекание» электричества с тел острой формы и сформировал теорию о влиянии тока на живые организмы.
Этот эффект стал основой изобретения медицинского электрокардиографа. С 1809 году началась новая эпоха в области электричества, когда англичанин Деларю изобрёл лампу накаливания.
Уже через 100 лет появились современные лампочки с вольфрамовой спиралью и заполнением инертным газом. Их разработчиком стал Ирвинг Ленгмюр.
Сложные исследования и великие открытия
В начале XVIII века Майкл Фарадей написал трактат об электромагнитном поле.
Электромагнитное взаимодействие было обнаружено при проведении опытов датским учёным Эрстедом в 1820 году, а уже через год физик Ампер связывает электричество и магнетизм в своей теории. Эти исследования стали основой для появления современной науки — электротехники.
В 1826 году Георг Симон Ом на основании проведённых опытов смог сформулировать основной закон электрической цепи и ввёл новые термины электротехники:
- «проводимость»;
- «электродвижущая сила»;
- «падение напряжения в цепи».
Последователем Эрстеда стал Андре-Мари Ампер, который сформулировал правило определения направления тока на магнитную стрелку. Эта закономерность получила множество названий, одно из которых «правило правой руки». Именно он изобрёл усилитель электромагнитного поля — многовитковые катушки, состоящие из медного провода с установленными сердечниками из мягкого железа. На основании этой разработки в 1829 году был изобретён электромагнитный телеграф.
Новый виток исследований
Когда известный английский учёный в области физики Майкл Фарадей ознакомился с работой Х. Эрстеда, он провёл исследования в области взаимосвязи электромагнитных и электрических явлений и обнаружил, что магнит вращается вокруг проводника тока и, наоборот, проводник — вокруг магнита.
После этих опытов учёный ещё 10 лет пытался трансформировать магнетизм в электрический ток, а в результате открыл электромагнитную индукцию и основы теории электромагнитного поля, а также помог сформировать основу для появления новой отрасли науки — радиотехники. В 20 годы прошлого столетия, когда на территории СССР была начата организация масштабная электрификация, появился термин «лампочка Ильича».
Так как многие разработки проводились параллельно в разных странах, историки спорят о том, кто изобрёл электричество первым. В развитие науки об электричестве вложили свои силы и знания многие учёные-изобретатели: Ампер и Ленц, Джоуль и Ом. Благодаря таким усилиям современный человек не испытывает проблем с организацией подачи электричества в свои дома и другие помещения.
Источник: https://elektro.guru/osnovy-elektrotehniki/kto-i-kogda-izobrel-elektrichestvo.html
Инженеры придумали беспроводную кожу, способную передавать ощущения прикосновения. Теперь можно потрогать другого человека издалека — Meduza
Пожилая женщина общается с маленькой внучкой из другого города по видеосвязи. В какой-то момент ребенок гладит по руке изображение бабушки на экране, и та вздрагивает, ощутив реальные прикосновения.
Мужчина с роботизированным протезом предплечья берет по очереди стакан, маркер и смартфон, и на его лице появляется удивленная улыбка. Теперь он может, не глядя на предметы, почувствовать их форму и отличить один от другого на ощупь — искусственной рукой.
Геймер запускает на приставке симулятор восточных единоборств. Каждый раз, когда виртуальный противник наносит успешный удар, игрок непроизвольно отдергивает «пострадавшую» часть тела — он физически чувствует «травму».
Эти ситуации — не научно-фантастические зарисовки, а демонстрация работы нового беспроводного интерфейса для виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальностей, разработанного китайскими и американскими учеными. Это устройство позволяет чувствовать прикосновения как переданные из реального мира, так и сгенерированные компьютером.
Как это работает
Интерфейс представляет собой легкий гибкий многослойный «пластырь», который можно временно наклеить на кожу. При этом, по уверениям разработчиков, он не сминается, а принимает форму тела. Для передачи тактильных ощущений в него встроены небольшие вибрационные моторы, устроенные довольно просто: они состоят из медной спирали и постоянного магнита. Когда на спираль подается ток, магнит вибрирует с частотой этого тока, что и создает ощущение прикосновения.
В существующем прототипе каждый мотор-актуатор имеет скромные, но все же существенные размеры: 12-18 миллиметров в диаметре и 2,5 миллиметра в толщину. Весит он при этом 1,4 грамма. Как показывают расчеты, и так небольшое устройство в будущем можно будет уменьшить еще сильнее: без потерь в силе вибрации оно может быть размером 1,2×0,8 миллиметра.
Для работы нынешняя конструкция требует всего пары милливольт на мотор, в то время как для ранее разработанных аналогов этот показатель был в полсотни раз выше.
особенность нового «тактильного передатчика» — ему не нужны проводное подключение и встроенный аккумулятор. Энергию для работы устройство получает «по воздуху» от внешнего источника с помощью основной и промежуточной (усиливающей входящий ток) спиралей индуктивности.
Эта технология — она схожа с беспроводной зарядкой смартфонов — позволяет передавать энергию на расстоянии около метра, а аккумулятор с передающей спиралью можно буквально взять с собой.
Радиочастотные сигналы от компьютера или мобильного устройства принимает набор антенн, каждая из которых обслуживает модуль из восьми актуаторов с управляющим микрочипом.
Для массового производства и использования в коммуникациях, медицине и индустрии развлечений интерфейс придется доработать. В первую очередь нужно сделать актуаторы более миниатюрными, что позволит, с одной стороны, повысить разрешающую способность, а с другой — снизить потребляемое напряжение и силу тока, то есть уменьшить энергозатраты и теплопродукцию. Как уже говорилось, технически это вполне осуществимо.
Путь осязательных интерфейсов
Впервые словосочетание «виртуальная реальность» применил в 1938 году для описания сценических постановок французский писатель Антонен Арто в книге «Театр и его двойник». В современном смысле оно прозвучало в 1982 году в произведении австралийского фантаста Дэмиена Бродерика.
Авторство физического воплощения VR остается предметом дебатов, отчасти из-за того, что этой концепции сложно дать однозначное определение. В конце 1950-х годов американский режиссер и разработчик Мортон Хейлиг создал стационарное механическое устройство «Сенсорама», которое воздействовало сразу на все основные органы чувств: передавало изображение от первого лица, звуки, вибрацию и даже запахи.
В 1968 году американский исследователь Айвен Сазерленд с коллегами изобрели первый носимый на голове VR-дисплей, реагирующий на движения пользователя. Из-за громоздкости и странного вида устройство получило название «Дамоклов меч».
За этим последовали десятилетия разработок и усовершенствований, в первую очередь силами Национального аэрокосмического управления США (NASA), а также регулярных заявлений скептиков, считающих, что у технологии нет будущего. Тем не менее, в 1990-х годах на рынке стали появляться доступные пользователям VR-шлемы.
Современные устройства VR в общем виде представляют собой закрепляемый на голове дисплей, акселерометр (прибор для регистрации движений) и динамики для погружения пользователя в трехмерную сгенерированную компьютером среду. Существуют и системы AR, накладывающие виртуальные объекты на реальную обстановку. Однако все они задействуют только зрение и слух, и ученые уже несколько десятилетий пытаются повысить степень погружения за счет других органов чувств — в первую очередь осязания.
Считается, что первое подобное устройство было представлено в 2002 году. Тогда «гаптическое телекоммуникационное носимое устройство» представила британская компания CuteCircuit. Ее рубашка HugShirt с вшитыми сенсорами и актуаторами позволяет собеседникам «обняться» на расстоянии — для этого нужно лишь подключение к интернету и установленное на смартфон приложение.
«Рубашка для объятий» вызвала немалый интерес и получила несколько престижных наград: конференции Cyberart в Бильбао в 2004 году, журнала Time в 2006 году и Всемирного конгресса мобильных устройств UKTI.
За прошедшие годы HugShirt претерпела несколько изменений дизайна и материалов, чтобы идти в ногу с модой, и ряд технических усовершенствований. Сейчас ее можно приобрести по предварительному заказу за 350 фунтов стерлингов.
Существуют и системы, позволяющие имитировать столкновения с виртуальными предметами, такие как набор браслетов с соленоидами или электростимуляторами, а также пневматическая куртка и костюм с вибромоторами. В качестве примеров еще более экзотичных устройств для осязательного взаимодействия с виртуальными объектами можно привести трость для слепых, куб с пропеллерами, дрон и даже промышленного робота.
Некоторые из перечисленных технологий представляют лишь теоретический интерес и почву для дальнейших разработок, некоторые имеют реальные шансы превратиться после доработки в реальный коммерческий продукт, а некоторые (например, HugShirt и несколько моделей перчаток-контроллеров) можно приобрести уже сейчас. Пожалуй, не будет преувеличением сказать, что уже в недалеком будущем осязание станет таким же неотъемлемым компонентом VR, как сейчас зрение и слух. Очередь за вкусом и обонянием.
Источник: https://meduza.io/feature/2019/11/22/inzhenery-pridumali-besprovodnuyu-kozhu-sposobnuyu-peredavat-oschuscheniya-prikosnoveniya-teper-mozhno-potrogat-drugogo-cheloveka-izdaleka
История создания электродвигателя
Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.
Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.
1820, Эрстед
Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.
1821, Фарадей
Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.
Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.
1822, Ампер
Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.
1822, Барлоу
Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.
1825, Араго
Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.
1825, Стёрджен
Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.
Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.
1827, Йедлик
Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.
1831, Фарадей
Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.
1831, Генри
Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.
1832, Пикси
Генератор постоянного тока Пикси
Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.
Источник: https://engineering-solutions.ru/motorcontrol/history/
История физики за последнее (xix) столетие
В течение последнего периода электричество получило поразительное развитие в двух направлениях.
Начав с малого, с нескольких своеобразных явлений, совершенно выходивших за пределы действия остальных физических сил, электричество в своем развитии не только постепенно приблизилось к последним, но из всех физических сил оказалось наиболее способным к превращениям и, таким образом, сделалось главной опорой идеи о единстве всех сил природы.
Это привело в новейшее время, с одной стороны, к попытке теоретически проделать обратный путь и свести электричество к единой основе, общей со всеми прочими физическими силами, а с другой стороны; — вызвало стремление осуществить и в технике все необходимые превращения и передачи сил при посредстве электричества. Конечно, в обоих этих направлениях указанный процесс ни в коем случае еще нельзя считать законченным.
Нельзя еще сказать, чтобы было доказано полное соответствие между электричеством и прочими физическими силами с точки зрения их сущности и характера действия; еще меньше можно утверждать, что электричество действительно уже осуществило в технике указанную выше роль посредника, — но в обоих этих направлениях цель вполне ясно поставлена и возможность ее окончательного достижения едва ли кем оспаривается.
Что касается общих воззрений на характер действия электрических сил, то для них, конечно, приходилось брать в качестве исходной точки наиболее общий и основной закон этого действия, закон Вебера, или же, по крайней мере, согласовать их с последним.
В предыдущем отделе мы уже отметили, что в тот период всякая принципиальная оппозиция против этого закона прекратилась и исследования ставили себе целью лишь проверку соответствия выводов, сделанных из него по отношению к гальванической индукции, с прочими предложенными в то время теориями тех же явлений, причем результаты этих исследований оказались, во всяком случае, не неблагоприятными для закона Вебера. Идя тем же путем, Гельмгольц теперь, однако, пришел к иным результатам и этим вызвал новую общую дискуссию по поводу данного закона.
Теория гельмгольца
По словам самого Гельмгольца в 1870 г. ему пришлось в связи с некоторыми опытами обсудить вопрос, каким образом электрические токи начинают течь внутри телесных проводников, и за решением этого вопроса он обратился к теории. Уравнения движения электрических токов переменной силы для проводников трех измерений, следующие из веберовского закона электрического действия на расстоянии, были выведены в 1857 г.
Кирхгофом и частью им, частью другими математиками были с успехом применены для объяснения некоторых экспериментальных явлений. При попытке же Гельмгольца применить их к указанной новой проблеме теория привела его к физически недопустимым выводам, и он убедился, что причина этого заключается в самих принципах этой теории.
А именно, согласно выводам из теории Вебера равновесие покоящегося электричества в проводящем теле может быть неустойчивым и поэтому построенная на этом теория допускает возможность таких электрических токов, у которых сила и плотность непрерывно возрастают и могут достигнуть бесконечно больших значений.
Наоборот, уравнения движения, выведенные Гельмгольцем на основе неймановского закона индукции, дали для покоящегося электричества устойчивое равновесие и, следовательно, не привели к вышеуказанным невозможным выводам.
Для того чтобы сделать выбор между существовавшими в то время теориями индукции Вебера, Неймана и Клерка Максвелла, Гельмгольц вывел общее выражение для потенциала двух элементов тока, которое заключало в себе все установленные до того времени законы.
Это выражение содержало в себе неопределенной величины постоянную k, которая должна была принимать значения, равные соответственно 1,0 и —1, когда общее выражение Гельмгольца должно было переходить в выражения, данные Нейманом, Максвеллом и Вебером. Дальнейшее исследование электрических движений показало, что при отрицательном значении постоянной k возможно и отрицательное значение работы, представленной электрическим движением, т. е.
возможна величина меньшая, чем при состоянии покоя; таким образом, возможность неустойчивого равновесия в состоянии покоя допускалась одной лишь теорией Вебера.
Поэтому, признавая, что закон Вебера находится в соответствии с законом сохранения силы постольку, поскольку он не допускает кругового процесса, который создавал бы работу из ничего, Гельмгольц 1 все же пришел к выводу, что первый закон противоречит второму в том отношении, что согласно закону Вебера две электрические частицы, начавшие свое движение с конечною скоростью, приобретают на конечном друг от друга расстоянии бесконечно большую живую силу и, следовательно, могут произвести бесконечно большую работу. На это возражение В. Вебер в 1871 г. 2 ответил замечанием, что довод Гельмгольца справедлив лишь при том условии, если электрическим массам приписать начальную скорость, значительно большую скорости распространения света, и если сверх того принять, что электрические массы могут сблизиться друг с другом на молекулярные, т. е. бесконечно малые, расстояния. Однако Гельмгольц продолжал стоять на своем, утверждая, что указанные им отношения могут сложиться согласно закону Вебера и при практически осуществимых условиях. Это разногласие дало повод к довольно продолжительным дискуссиям, в которых приняли участие и другие ученые, как, например, Нейман, Целльнер, Ж. Бертран, Рике и т. д., большею частью стоявшие на стороне Вебера; в результате этих дискуссий появилось несколько ценных работ на эту тему, которые, однако, не смогли разрешить данного спорного вопроса на физико-математической основе.
Электрическая конвекция
Но и на экспериментальной основе разрешение указанного расхождения между этими теориями представлялось тогда едва ли возможным. Сам Гельмгольц указал, что по отношению к круговым процессам закон Вебера не дает отклонений и что вообще для замкнутых токов все три указанных закона индукции в одинаковой мере соответствуют фактической стороне дела.
Для незамкнутых же токов, или для концов тока, исследование встречало покуда непреодолимые препятствия, вызванные преимущественно продолжительностью токов, длящейся только в течение того времени, пока подводится количество электричества, необходимое для заряжения поверхности соответствующего проводника.
Наконец, Гельмгольц решил, что имеется возможность получать достаточно активные концы тока с помощью электрической конвекции — так назвал он перенос электричества, осуществляемый путем перемещения наэлектризованных тел.
Дело в том, что закон потенциала (Неймана-Гельмгольца) приписывает электродинамическое действие только электричеству, движущемуся в весомых массах, но не тому электричеству, которое перемещается конвективно, между тем как закон Вебера не делает между ними в этом отношении никакого различия. Однако опыты, произведенные Н. Шиллером в 1874 г.
, сначала в физической лаборатории Берлинского, а затем с усовершенствованными приборами в лаборатории Московского университета, привели, по меньшей мере, к следующему выводу: либо действий концов тока, следующих из закона потенциала, вообще не существует; либо помимо электродинамических действий, предуказанных на основе этого закона, существуют еще и аналогичные действия конвективного электричества; таким образом, закон потенциала, во всяком случае, оказывается неполным, если в нем принимают в расчет только действие на расстоянии электричеств, протекающих по проводникам. Произведенные вскоре за тем в той же Берлинской лаборатории исследования Генри А. Роуленда прямо показали, что движение наэлектризованных весомых масс действительно производит электромагнитное действие. На этом основании Гельмгольц признал, что результаты этих опытов, действительно, вполне соответствуют предпосылкам теории Вебера, но при этом отметил, что их можно вывести и из теории Максвелла, отрицающей какое-либо непосредственное действие на расстоянии, а также из закона потенциала, если только при последнем принять во внимание диэлектрическую поляризацию изоляторов, окружающих проводник.
Гипотеза к. неймана
Хотя, таким образом, правильность закона Вебера с количественной стороны не была оспорена, но уже приведенный только что отзыв Гельмгольца указывает на то, что теперь речь шла уже не столько о правильности выводов, вытекающих из этого закона, сколько о принципиальной допустимости его исходных предпосылок, что теперь критика была направлена вообще против возможности и необходимости, во-первых, непосредственного действия электрических сил на расстоянии и, во-вторых, одновременного течения двух противоположных жидкостей по одному проводнику. К. Нейман в 1871 г. 5 попытался обойти, по крайней мере, допущение существования двух противоположных токов в одном проводнике. Сохранив в силе основной веберовский закон электрических сил, он вывел законы электродинамического действия и индукции на основе допущения, что только одно из электричеств, положительное, находится в движении, тогда как другое, отрицательное, остается неразрывно связанным с весомой массой.
Закон клаузиуса
Источник: http://mmf.pskgu.ru/ebooks/7_7.htm
Амперметр
Радиоэлектроника для начинающих
Если в каком-либо проводнике течет ток, то он характеризуется такой величиной, как «сила тока». Сила тока в свою очередь характеризуется количеством электронов, которые проходят через поперечное сечение проводника за единицу времени. Но мы все учились в школе и знаем, что электронов в проводнике миллиарды миллиардов и считать количество электронов было бы бессмысленно.
Поэтому ученые вывернулись из этой ситуации и придумали единицу измерения силы тока и назвали ее «Ампер», в честь французского физика-математика Андре Мари Ампера. Что же собой представляет 1 Ампер? Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение провода проходит заряд, равный 1 Кулону.
Или простым языком, все электроны в сумме должны давать заряд в 1 Кулон и они должны в течение одной секунды пройти через поперечное сечение проводника. Если учесть, что заряд одного электрона 1.6х10-19 , то можно узнать, сколько электронов в 1 Кулоне.
А вот для того, чтобы измерять амперы, ученые придумали прибор и назвали его «амперметром».
Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. Любой амперметр рассчитан на измерение токов определенной величины. В электронике в основном оперируют микроАмперами (мкА), миллиАмперами (мА), а также Амперами (А). Следовательно, в зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) и микроамперметры (PA3).
На принципиальных схемах амперметр, как измерительный прибор обозначается вот так.
Какие бывают амперметры?
Первый тип амперметра – аналоговый. Их ещё называют стрелочными. Вот так они выглядят.
Такие амперметры имеют магнитоэлектрическую систему. Они состоят из катушки тонкой проволоки, которая может вращаться между полюсами постоянного магнита. При пропускании тока через катушку, она стремится установиться по полю под действием вращающего момента, величина которого пропорциональна току.
В свою очередь повороту катушки препятствует специальная пружина, упругий момент которой пропорционален углу закручивания. При равновесии эти моменты буду равны, и стрелка покажет значение, пропорциональное протекающему через нее току.
Иногда, для того, чтобы увеличить предел измерения, параллельно амперметру ставят резистор определенной величины, рассчитанной заранее. Это так называемый шунтирующий резистор – шунт.
Про шунтирующее действие измерительных приборов уже подробно рассказывалось в статье про вольтметр. Там же затрагивалось такое понятие, как входное сопротивление прибора. Так вот, применительно к вольтметру, его входное сопротивление должно быть как можно больше. Это необходимо для того, чтобы прибор не влиял на работу схемы при проведении измерений и выдавал точные результаты.
Применительно к амперметру складывается обратная ситуация. Так как амперметр для проведения измерений включается в разрыв электрической цепи, то необходимо стремиться к тому, чтобы его внутреннее сопротивление протекающему току было минимальным. Грубо говоря, сопротивление между его измерительными щупами должно быт мало.
В противном случае, для электрической цепи амперметр будет представлять резистор. А, как известно, чем больше сопротивление резистора, тем меньший ток через него проходит. Таким образом, при включении амперметра в измерительную цепь, мы искусственно понижаем ток в этой цепи. Понятно, что в таком случае, показания амперметра будут некорректные.
Но не стоит расстраиваться, так как измерительная техника разрабатывается с учётом всех этих особенностей.
Это лишь ещё один намёк на то, что при обращении с мультиметрами стоит внимательно относиться к выбору режима работы и правильному замеру тех или иных величин. Несоблюдение этих правил может привести к порче прибора.
Аналоговые амперметры до сих пор используются в современном мире. Их плюс таковы, что им не требуется независимое питание для выдачи результатов, так как они используют питание замеряемой цепи. Также они удобны при отображении информации. Думаю, лучше наблюдать за стрелкой, чем за цифрами.
На некоторых амперметрах есть винтик корректировки для точного выставления стрелки прибора к нулю. Минусы – это большая инертность, то есть для стрелки прибора нужно какое-то время, чтобы она пришла в устойчивое состояние.
Хоть этот недостаток в современных аналоговых приборах проявляется слабо, но он все-таки есть.
Второй тип амперметра – это цифровой амперметр. Он состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразует силу тока в цифровые данные, который потом отображаются на ЖК-дисплее.
Цифровые амперметры лишены инертности, и выдача результатов измерений зависит от частоты процессора, который выдает результаты на дисплей. В дорогих цифровых амперметрах он может выдать до 1000 и более результатов в секунду.
Также цифровые амперметры требуют меньше габаритов для установки, что немаловажно в современной аппаратуре. Минусы – это то, что для измерения им требуется собственный источник питания, который питает все внутренние узлы и микросхемы прибора.
Есть, конечно, и такие цифровые амперметры, которые используют питание измеряемой цепи, но они все равно редко используются в виду своей дороговизны.
Амперметры делятся на амперметры для измерения силы тока постоянного напряжения и для измерения силы тока переменного напряжения. Но, допустим, у вас нет амперметра, чтобы измерить силу тока переменного напряжения. Что же тогда делать? Можно собрать очень простую схемку. Выглядит она вот так:
Но чтобы не собирать самостоятельно измерительную схему и доводить её до ума, купите себе мультиметр. В хорошем мультиметре есть функции измерения силы тока, как для постоянного, так и для переменного напряжения.
Схема для измерения силы тока выглядит вот так:
Это означает, что амперметр мы должны подключать последовательно нагрузке.
Для того чтобы правильно измерить силу тока, нам надо знать, какое напряжение вырабатывает источник питания: переменное или постоянное. Если будем замерять силу тока постоянного напряжения, то и амперметр нам нужен для измерения силы тока постоянного напряжения, а если для переменного, то и амперметр нужен соответствующий. В нашем случае нагрузкой может быть любой прибор или схема, которая потребляет ток. Это может быть лампочка, сотовый телефон или даже компьютер.
Измерение силы тока с помощью амперметра
Давайте рассмотрим на практике, как замерять силу тока с помощью цифрового мультиметра DT-9202A.
В красном кружочке у нас буковка «А~» означает, что ставя переключатель на этот участок, мы сможем замерить силу тока переменного напряжения, а ставя переключатель на секцию со значком «А=» (в синем кружке), мы сможем замерять силу тока постоянного напряжения.
Чтобы измерить силу тока до 200 мА (200m) как переменного, так и постоянного напряжения, нужно поставить щупы такого мультиметра в определенные клеммы:
Если же мы будем измерять силу тока более чем в 5 Ампер, то я рекомендую вам переставить щуп в другую клемму:
Если даже примерно не знаете, сколько должно потреблять ваше устройство или нагрузка, то всегда ставьте щуп и переключатель на самый большой предел измерения. Тем самым вы сохраните своему прибору жизнь.
На фото снизу я измеряю силу тока, которая кушает лампочка на 12 Вольт. С трансформатора я снимаю переменное напряжение 10 Вольт. Как мы видим, сила тока, потребляемая лампочкой — 1.14 Ампер. Обратите особое внимание, что переключатель мультиметра поставлен на измерение силы тока переменного напряжения (А~).
А вот так мы замеряем постоянный ток, который потребляет автомобильная сирена. Орет она так, что даже уши закладывает .
Обратите также внимание, так как у нас аккумулятор постоянного напряжения 12 Вольт, то и переключатель режимов мультиметра мы поставили на измерение постоянного тока.
А вот столько у нас кушает лампочка: 1.93 Ампера. Здесь замеряется постоянный ток, который потребляется лампой накаливания от аккумулятора.
Меры предосторожности:
- Никогда не подключайте амперметр в розетку без всякой нагрузки! Тем самым вы просто-напросто спалите прибор. Как уже говорилось, амперметр обладает малым входным сопротивлением.
- При измерении силы тока не касайтесь голых проводов, а также оголённых частей измерительных щупов. Это исключит электрический удар током. Будьте внимательны со схемой подключения амперметра.
Если Вы хотите узнать больше про измерения электрических величин, то загляните на сайт Практическая электроника. Там вы найдёте много познавательной информации по электронике.
» Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
- Зачем нужен омметр.
- Как проверить транзистор мультиметром?
Источник: https://go-radio.ru/ampermetr.html
Что такое Ампер
- Справочник
- Электротехника
- Единицы измерений
- Что такое Ампер
Ампе́р (обозначение: А) — единица измерения силы электрического тока в системе СИ, а также единица магнитодвижущей силы и разности магнитных потенциалов (устаревшее наименование — ампер-виток).
1 Ампер это сила тока, при которой через проводник проходит заряд 1 Кл за 1 сек.
\[ \mbox{I} = \dfrac{\mbox{q}}{\mbox{t}} \qquad \qquad \mbox{1A} = \dfrac{\mbox{1Кл}}{\mbox{1c}} \]
Одним Ампером называется сила постоянного тока, текущего в каждом из двух параллельных бесконечно длинных бесконечно малого кругового сечения проводников в вакууме на расстоянии 1 метр, и создающая силу взаимодействия между ними 2×10−7 ньютонов на каждый метр длины проводника.
Ампер назван в честь французского физика Андре Ампера.
Сила тока – это такая физическая величина, которая показывает скорость прохождения заряда q через S поперечное сечение проводника за одну секунду t.
Сила тока – пожалуй, одна из самых основополагающих характеристик электрического тока. Она обозначает заглавной буквой I латинского алфавита и равняется Δq разделить на Δt, где Δt – это время, в течение которого через сечение проводника протекает заряд Δq.
Кратные и дольные единицы
Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.
| декаампер | даА | daA | дециампер | дА | dA |
| гектоампер | гА | hA | сантиампер | сА | cA |
| килоампер | кА | kA | миллиампер | мА | mA |
| мегаампер | МА | MA | микроампер | мкА | µA |
| гигаампер | ГА | GA | наноампер | нА | nA |
| тераампер | ТА | TA | пикоампер | пА | pA |
| петаампер | ПА | PA | фемтоампер | фА | fA |
| эксаампер | ЭА | EA | аттоампер | аА | aA |
| зеттаампер | ЗА | ZA | зептоампер | зА | zA |
| йоттаампер | ИА | YA | йоктоампер | иА | yA |
| применять не рекомендуется |
Физическое значение данного параметра состоит в следующем:
- Элементарные частицы постоянно текут по бесконечно тонким и длинным проводникам в одном направлении;
- Цепь находится в вакууме, и потенциалы расположены параллельно друг к другу с расстоянием в один метр;
- Сила притяжения или отталкивания между ними составляет 2*10-7 Ньютона.
На практике такие условия даже в лаборатории воспроизвести невозможно, поэтому для установления эталона и тарирования измерительных приборов специалисты мерили уровень взаимодействия, возникающий между двумя катушками с большим количеством проводов минимального сечения.
Связь с другими единицами СИ
Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону.
Если конденсатор ёмкостью в 1 фарад заряжать током 1 ампер, то напряжение на обкладках будет возрастать на 1 вольт каждую секунду.
Сокращённое русское обозначение а, международное А. Весьма малые токи (например, в радиолампах) измеряются в тысячных долях а — миллиамперах (ма или mА), а особо малые токи — в миллионных долях а — микроамперах (мка или μА). Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток, если он не ниже 0,5 ма. Ток в 50 ма опасен для жизни человека. Квартирный ввод рассчитывается на ток силой от 5 до 20 а; ток ламп накаливания мощностью 60 вт при напряжении 127 в имеет около 0,5 а.
Ампер-час — единица количества электричества, применяемая для измерения ёмкости аккумуляторов и гальванических элементов. Сокращённое русское обозначение а-ч, международное Аh. Один а-ч равен количеству электричества, проходящему через проводник в течение 1 часа при токе в 1 ампер. 1 а-ч = 3600 кулонам (основным единицам количества электричества).
Упрощенно электрический ток можно рассматривать как течение воды по трубе, то есть протекание электрических зарядов по проводу можно сопоставить с протекание воды по трубе. Так вот, по сути, скорость этой «воды», а именно скорость зарядов в проводе, она и будет прямым образом связана с силой тока. И чем быстрее «вода» течет по «трубе», а именно чем быстрее вместе все носители заряда двигаются по поводу, тем сила тока будет больше.
Как вы думаете, большая ли это сила тока в 1 ампер? Да, это большая сила тока, но на практике можно встретить различные силы тока: и миллиамперы, и микроамперы, и амперы, и килоамперы, и все они довольно разные.
ЭлектротехникаФормулы Физика Теория Электричество
- Андрэ-Мари Ампер ввел в физику понятие «электрический ток», он так же в 1830 году ввел такой научный оборот, как «кибернетика», а в механике именно ему принадлежит термин «кинематика».
- Андрэ-Мари Ампер был очень разноплановым и разносторонне развитым ученым, некоторые его исследования касались таких смежных с физикой наук, как химия, ботаника и даже философия! И именно А.М.Ампер изобрел такие важные и полезные для людей устройства, как электромагнитный телеграф и коммутатор.
Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!
- Сколько в ампере ватт, как перевести амперы в ватты и киловаттыМощность – это скорость расходования энергии, выраженная в отношении энергии ко времени: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Один ватт равен отношению одного джоуля (единице измерения работы) к одной секунде.
- 1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль.
- 1 Вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.
- Сименс — единица измерения электропроводности (проводимости) в системе СИ. Она эквивалентна ранее использовавшейся единице mho
- 1 ом представляет собой электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов 1 вольт, приложенная к этим точкам, создаёт в проводнике ток 1 ампер, а в проводнике не действует какая-либо электродвижущая сила.
- 1 mBTC это сколько BTC ? Чему равен 1 сатоши ? Что такое сатоши ?Bitcoin, Биткойн, часто Биткоин (от англ. bit — единица информации «бит», англ. coin — «монета») — пиринговая (как торрент или e-mule) электронная платёжная система, использующая одноимённую виртуальную валюту.
- Четырёхугольник — многоугольник, состоящий из четырех точек (вершин) и четырёх отрезков (сторон), попарно соединяющих эти точки.
- Массой тела называется физическая величина, характеризующая его инерционные и гравитационные свойства.
- Тангенс и котангенс. Формулы и определение Тангенс tg(x) — это отношение синуса sin(x) к косинусу cos(x). Котангенс ctg(x) — это отношение косинуса cos(x) к синусу sin(x).
- Сила взаимодействия двух неподвижных точечных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Источник: https://calcsbox.com/post/cto-takoe-amper.html
Разбираемся в стандартах быстрой зарядки — android.mobile-review.com
Энергия – это один самых ценных ресурсов в человеческой жизни. И когда мы начинаем испытывать ее дефицит, светлые умы нашей цивилизации пытаются изобрести очередную «чудо-технологию», способную снизить количество неудобств, связанных с этим дефицитом.
Все мы знаем, что максимально радикальные методы решения электроэнергетических проблем изобретены не были (да и вряд ли это произойдет в обозримом будущем), поэтому ведущие производители портативной электроники пошли другим путем: вместо того, чтобы обеспечить нас достаточно емкими и компактными носителями энергии они решили сделать процесс зарядки менее навязчивым и времязатратным.
Но бизнес есть бизнес, и, как это всегда бывает при необходимости стандартизации чего-либо, все корпорации начали гнуть свою линию, и не думая озаботиться вопросом обратной совместимости между различными видами быстрой зарядки.
Чтобы немного упростить вам жизнь, сегодня я расскажу об основных типах скоростного восполнения заряда на мобильных устройствах, чем эти подходы отличаются и как влияют на аккумуляторы наших устройств.
Принцип работы
Аксиома всех зарядных устройств – чем мощнее блок питания, тем выше скорость зарядки. И вот тут начинается магия чисел: если в обычном заряднике напряжение составляет 5 В, а сила тока – максимум 2-2.5 А, то быстрые зарядки могут похвастаться значениями на 10 В и 5 А соответственно.
Впрочем, одной мощности недостаточно. Нужен еще и специальный контроллер в блоке питания, который будет соединяться со смартфоном через уникальный протокол. Самый яркий пример – Qualcomm Quick Charge 3.0. Сертифицированные по этому стандарту зарядные устройства непрерывно принимают со смартфона информацию о состоянии аккумулятора, чтобы все время регулировать напряжение и силу тока.
Данная технология получила имя INOV – Intelligent Negotiation for Optimum Voltage, что можно перевести как Интеллектуальное Определение Оптимального Напряжения. Следовательно, для скоростной зарядки нужно пользоваться только комплектными либо сертифицированными зарядными устройствами.
Их подделки встречаются редко, но все же не стоит терять бдительность, ведь зарядка аккумулятора «не тем и не так» может повлечь за собой выход вашего девайса из строя или даже привести к пожару.
Еще один момент, на котором разработчики и маркетологи всегда акцентируют внимание – это скорость восполнения первых 50% заряда аккумулятора. Дело в том, что пиковые значения мощности блок питания выдает лишь при зарядке почти пустой батареи. Взять, к примеру, небезызвестную технологию Quick Charge 3.0 от Qualcomm: максимальные 20 В она обеспечивает лишь в начале зарядки, постепенно снижая напряжение на 200 мВ вплоть до 3.2 В.
Стандарты
На данный момент практически каждый производитель смартфонов и чипсетов обладает собственной технологией быстрой зарядки. Начнем с самых известных.
Именно компания Qualcomm задала тренд на использование быстрой зарядки. Стандарт Quick Charge 1.
0 дебютировал в 2013 году вместе с чипсетом Snapdragon 600, а затем эволюционировал до второй версии в 2015 (Snapdragon 200, 208, 210, 212, 400, 410, 412, 415, 425, 610, 615, 616, 800, 801, 805, 808, 810), через год в 2016 был представлен QC 3.
0 (Snapdragon 427, 430, 435, 617, 620, 625, 626, 650, 652, 653, 820, 821) и последняя четвертая версия только появилась на свет всего в одном процессоре – флагманском Qualcomm Snapdragon 835.
Среди недавних гаджетов Quick Charge 3.0 имеется в относительно свежем LG G6, который может зарядить свою батарею емкостью 3300 мАч до 100% за 96 минут.
Главный конкурент разработки Qualcomm – технология Pump Express от MediaTek. Основной отличительной чертой PE 3.0 является прямая зарядка, при которой температуру и состояние смартфона контролирует только сам блок питания. Среди обязательных требований Pump Express: наличие в смартфоне порта USB Type-C и одного из поддерживаемых SoC (список последних не разглашается)
Если говорить о конкретных девайсах, то поддержку этого стандарта получил Meizu Pro 6, чей аккумулятор на 2560 мАч способен полностью зарядиться с 0 до 100% всего за час.
Смартфоны Huawei нередко выделяются на фоне конкурентов емкими аккумуляторами, поэтому компания не могла не разработать свой собственный стандарт быстрой зарядки. Детище китайцев получило незамысловатое название Super Charge и довольно неплохие характеристики – мощность до 22.5 Вт при напряжении до 5 В.
Поддержкой SC обладают только Huawei Mate 9 и флагманы P10/P10 Plus. Mate 9 благодаря Super Charge за полчаса восполняет 57% из своих 4000 мАч, что можно назвать очень даже неплохим показателем.
Еще одна быстрая зарядка родом из Китая, но уже от Lenovo. Этот стандарт, выпущенный под брендом Motorola, был создан на базе Quick Charge 2.0 и обратно совместим с ним.
В техническом плане TurboPower примечателен повышенной мощностью – 25.8 Вт против 18 Вт в QC 2.0.
Эту технологию быстрой зарядки от компании Samsung с уверенностью можно назвать одной из самых известных на мобильном рынке. Поддержкой Adaptive Fast Charging оснащены все смартфоны корейского вендора из S- и Note-серий, начиная с моделей Galaxy S6 и Galaxy Note 4 соответственно. AFC выдает до 15 Вт мощности при максимальных 9 В напряжения.
На практике этого хватает, чтобы зарядить аккумулятор Samsung Galaxy Note 5 емкостью 3000 мАч до 50% за 30 минут.
Весьма перспективной выглядит анонсированная на MWC 2017 технология Super mCharge от Meizu. На рынке еще нет ни смартфонов, ни зарядных устройств, поддерживающих SmC, но зато инженеры компании обещают, что на практике мы получим впечатляющие 11 В напряжения при максимальной мощности 55 Вт.
Сейчас такие показатели типичны скорее для блоков питания ультрабуков, но уж никак не смартфонов. В результате смартфон с аккумулятором емкостью 3000 мАч должен полностью заряжаться всего за 20 минут, а первые потребительские устройства Meizu собирается выпустить в конце 2017 – начале 2018.
Что дальше?
Как вы могли сами убедиться, обычным пользователям приходится только мечтать о какой-либо унификации среди технологий быстрой зарядки.
К счастью, они не одиноки в этом стремлении – здесь на арену выходит Google, которая стремится внедрить единый стандарт быстрой зарядки посредством USB Type-C.
Корпорация Добра еще 3 года назад представила технологию USB Power Delivery, но особого развития она так и не получила, хотя некоторый прогресс в популяризации USB PD все же есть: например, компания Qualcomm объявила об обратной совместимости USB PD и Quick Charge 4.
Ключевой особенностью USB Power Delivery является возможность зарядки самых различных типов гаджетов, от высокопроизводительных ноутбуков до компактных смартфонов.
Безопасность превыше всего
Отсутствие единого стандарта (да и в целом, относительная новизна такого понятия, как «быстрая зарядка» вызывает множество вопросов, на основные из них я постараюсь ответить:
-(Не)совместимость. Действительно, в большинстве своем технологии скоростной зарядки абсолютно несовместимы между собой, но есть и исключения – к примеру, TurboPower от Motorola создавался на базе Quick Charge 2.
0, вследствие чего они полностью совместимы. Еще один пример – флагманы Samsung, поддерживающие не только Adaptive Fast Charging, но и Quick Charge 2.0.
Однако стоит отметить, что это лишь общие рекомендации, в каждом отдельном случае лучше уточнять конкретную модель смартфона и зарядного устройства.
—Что случится, если попытаться зарядить быстрой зарядкой телефон, который ее не поддерживает либо не совместим с ней?
Скорее всего, ничего. Практически все блоки питания для быстрой зарядки имеют базовый режим, который пригоден для зарядки любых мобильных устройств. В этом режиме сила тока ограничивается 2 А, а напряжение 5 В, благодаря чему вы никак не сможете повредить неподдерживаемый гаджет. Но все же лучше не рисковать, и использовать только сертифицированные зарядные устройства.
-Сокращает ли использование быстрой зарядки срок службы аккумулятора? Это миф. На самом деле, износ литиевой батареи зависит от силы тока во время зарядки и ее температуры, и оба этих параметра контролируются зарядным устройством. Скажем, компания Meizu клянется, что в их гиперэффективной Super mCharge износ аккумулятора не превысит 20% за 800 циклов перезарядки, что является вполне стандартным показателем.
Источник: http://android.mobile-review.com/articles/49101/
Определение силы тока
Если известно количество электрических зарядов, направленное движение которых принято называть электрическим током, и единица времени, за которую электричество в таком объеме проходит через поперечное сечение проводника, можно узнать характеристику интенсивности тока, то есть вычислить силу тока.
Точное определение силы тока необходимо для правильного понимания процессов, происходящих при подаче электроэнергии для питания двигателей и прочего оборудования.
Определение силы тока и способы ее измерения
Значение количества электричества можно использовать для определения и расчета силы тока, благодаря существованию правила постоянства тока в замкнутых цепях (в каждой точке цепи). Суть правила в том, что количество проходящего за одну секунду тока будет одинаковым для любого сечения в любом месте цепи, независимо от толщины проводника (правило действует для цепей без разветвлений).
Измерить силу тока можно с помощью специального оборудования. Обычно применяют следующие приборы:
- амперметр (наиболее востребованный вариант);
- мультиметр;
- миллиамперметр;
- микроамперметр.
Последние два варианта служат для измерения малых сил тока, составляющих миллионные доли ампера, например, возникающих при прохождении тока через фотоэлементы.
Чтобы получить значение силы тока с помощью амперметра, прибор следует подключить в разрыв цепи (в любой ее точке) таким образом, чтобы ток проходил через амперметр. Стрелка устройства при этом будет показывать силу тока в цепи. Амперметр можно подключить как до, так и после устройства-потребителя, поскольку миф о том, что в потребителе остается «часть тока» и после него сила тока в цепи меньше, не соответствует действительности.
Сила тока — обозначение и базовые формулы
В формулах при расчете такого параметра, как сила тока, обозначение его величины с помощью буквы «I» является общепринятым. Основная формула выглядит как I=q/t, где q – количество электричества, а t – временной отрезок.
Также для расчета силы тока можно использовать такие параметры, как:
- фактическое напряжение (U);
- мощность (P).
В этом случае применяется формула I= P/U. Получение силы тока расчетным методом актуально в тех случаях, когда невозможно применение измерительных приборов, например, на этапе проектирования электросетей.
Основные единицы измерения силы тока
В качестве основной единицы измерения силы тока используют ампер (краткое обозначение – А). Ампер, получивший свое название по имени ученого физика Анри Ампера, входит в Международную систему единиц (СИ).
Если через поперечное сечение в течение 1 секунды проходит 1 кулон электричества, то сила тока в этом проводнике равна одному амперу. Как вспомогательные единицы применяются:
- миллиамперы (ма), одна тысячная или 10-3 ампер;
- микроамперы (мкА), одна миллионная или 10-6 ампер.
Сила тока является важным параметром, знание которого поможет в выборе кабелей с оптимальным для планируемой нагрузки размером сечения.
Источник: https://www.szemo.ru/press-tsentr/article/opredelenie-sily-toka/
