Ампер как единица измерения и его взаимосвязь с мощностью

Электротехнические системы используют разные величины в процессе проведения анализа на работоспособность, проектировщики оперируют различными параметрами: вольты, ватты, амперы, другие электрические величины. Когда проводится анализ, важно соблюдать соотношения между этими величинами, чтобы понять, какая нагрузка будет происходить на механическое устройство.

Если взять бытовую сеть, то напряжение в ней — величина постоянная, но устройство может иметь разную мощность, соответственно, и разный ток. Соотношения этих величин можно рассматривать в единой системе единиц (СИ).

Почему ампер?

В амперах измеряется величина силы тока, получившая свое название от Анри М. Ампера, физика из Франции, который жил в конце XVIII – начале XIX века и посвятил свою деятельность пониманию электромагнитных явлений. Важным открытием при изучении магнитных полей, создаваемых током, было то, что сила магнитного поля зависит не от напряжения, а от силы тока. Именно это стало основанием для научного сообщества в определении силы тока, и по этой причине величина, измеряющая силу тока, получила название ампер. Кроме этого ученый интересовался и дал определение другим разделам физики, таким как кибернетика и кинематика. Также его заслуги есть в изучении ботаники и философии.


Анри М. Ампер

Смысл определения этой величины в том, что теоретически в пространстве размещаются параллельно по отношению друг к другу два провода. Они имеют минимально возможное сечение и расстояние друг от друга 1 метр. При пуске по каждому из них тока в 1 ампер взаимодействие между проводами будет равняться силе 2*10 в минус 7 степени Ньютона. Через каждый провод будет проходить определенное количество электронов, это 6,2415092*10 в 18-й степени.

Для того чтобы понять, сколько ампер в других единицах измерения электрической цепи, существуют связанные соотношения ампера и вольта, ампера и ватта, ампера и ома. Когда к проводу, имеющему сопротивление 1 Ом, прилагается напряжение в 1 вольт, то через него будет протекать ток, имеющий силу 1 ампер, а также на проводе в качестве тепла выделяется мощность, равная 1 ватту. Электрические величины применяются во всех странах мира одинаково по значению.


Соотношения электрических единиц в системе (СИ)

Сколько ватт в ампере

Сколько ампер в 1 ватте — вопрос для специалистов несложный, но для полного понимания, о чем идет речь надо вернуться к определениям: мощность, напряжение, сила тока. Эти величины не существуют друг без друга и имеют тесное взаимодействие. Каждый специалист подтвердит, что электрический ток зависит от электрического поля, иными словами, значение силы тока имеет прямую зависимость от значения электрического поля. Первое определение силы тока дали прохождением через провод электронов за единицу времени (секунду), но заряд электронов — величина, с которой на практике работать неудобно, по этой причине для измерения силы тока принят заряд, равный 1 кулону, это 6,25*10 в 18 степени электронов. Для определения зависимости электротока от электрического поля надо уметь правильно определить величину электрического поля:


Напряженность электрчиеского поля

Как найти силу поля

Электрическое поле имеет неоднородное значение на разных местах провода, по этой причине специалисты определяют его не числом сложных измерений, а такой величиной, как работа, которую делает поле, перемещая заряд в 1 кулон из одного конца провода в другой. Напряжение — работа, проведенная электрическим полем. Часто напряжение называют разностью потенциалов на концах провода (+) и (-).

Величина напряжения — это 1 вольт. Отсюда специалисты делают вывод, что электроток — это две взаимосвязанные величины: сила тока, ампер, и напряжение, иными словами, значение поля, когда создается электроток. Прямая зависимость силы тока от напряжения.

Мощность

Напряжение (U) — это работа поля, в котором создается электрический ток (I). Сила тока определяется количеством проходящих зарядов (К) через проведенное мысленно сечение провода за 1 секунду. Иными словами, выражение I*U является величиной, которая характеризует полную работу за 1 секунду времени. Другими словами, это выражение и есть мощность электротока, которая измеряется в ваттах, т.е. ватт = ампер*вольт:


Мощность электрчиеского тока

Для чего нужно уметь делать перевод электрических единиц

Очень часто, используя бытовую технику, хозяйка может увидеть маркировку на розетке «220В 6А» или другую похожую и не понять, что это может серьезно повредить электрическую сеть в доме, так как такая маркировка указывает на максимальную величину мощности нагрузки, которую можно подключить в розетку.

Ампер в ватт

Для того чтобы найти, сколько единиц мощности (ватт) можно подключить в имеющуюся розетку, достаточно умножить значения напряжения на величину тока. В нашем случае 220 умножаем на 6 = 2019 Вт — величина мощности, максимальная для данной розетки. Когда мы подключаем в нее бытовую технику, надо смотреть на ее мощность. Тепловой обогреватель (масляный радиатор) в нашем случае можем включать только при половинном значении его мощности.


Перевод амперов в ватты

Для выбора защиты для домашнего оборудования (автомат) надо уметь делать обратный перевод из величины мощности оборудования, включенного одновременно в сеть, в амперы. Для защиты бойлера мощностью 2,5 кВт (= 2500 ватт) в однофазной сети 220 вольт надо сделать следующее: мощность/напряжение = 11,36 А. Для защиты оборудования нам будет достаточно купить и установить автомат с разрывом цепи на 16 ампер.

Вывод

В однофазной сети перевод электрических единиц из одной величины в другую довольно простой, необходимо правильно делать перевод: 1 киловатт = 2019 ватт. Если цепь имеет три фазы, расчеты немного будут отличаться: мощность = корень из 3 * ток * напряжение

Зная мощность оборудования и величину напряжения сети, каждый может вычислить силу тока. Зная значения напряжения и силу допустимого тока, можно рассчитать максимальную мощность для включения электрического оборудования в розетку. В трехфазной сети применяется коэффициент 1,73 или же корень из 3, для расчета силы тока и значений мощности.

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 2019 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 2019 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10-19 Кл (Кулон). Обозначается е или е–.

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

Электрический ток

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·1018 электронов) за 1 секунду.

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

Мощность

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.