Elektros Srovės Keitiklis
Elektros srovė — Nuo neuronų iki žaibų
Įsisavinkite elektros srovės vienetus elektronikoje, energijos sistemose ir fizikoje. Nuo mikroamperų iki megaamperų, supraskite srovės tėkmę per 30 dydžio eilių — nuo vieno elektrono tuneliavimo iki žaibo smūgių. Ištyrinėkite 2019 m. kvantinę ampero peribrėžtį ir realaus pasaulio pritaikymus.
Elektros srovės pagrindai
Kas yra srovė?
Elektros srovė yra krūvio tėkmė, panašiai kaip vanduo teka vamzdžiu. Didesnė srovė = daugiau krūvio per sekundę. Matuojama amperais (A). Kryptis: nuo teigiamo link neigiamo (sutartinė), arba elektronų tėkmė (nuo neigiamo link teigiamo).
- 1 amperas = 1 kulonas per sekundę (1 A = 1 C/s)
- Srovė yra tėkmės greitis, o ne kiekis
- Nuolatinė srovė (DC): pastovi kryptis (baterijos)
- Kintamoji srovė (AC): kintanti kryptis (elektros lizdas)
Srovė, įtampa ir krūvis
Krūvis (Q) = elektros kiekis (kulonai). Srovė (I) = krūvio tėkmės greitis (amperai). Įtampa (V) = slėgis, stumiantis krūvį. Galia (P) = V × I (vatai). Visi susiję, bet skirtingi!
- Krūvis Q = kiekis (kulonai)
- Srovė I = tėkmės greitis (amperai = C/s)
- Įtampa V = elektrinis slėgis (voltai)
- Srovė teka NUO aukštos Į žemą įtampą
Sutartinė ir elektronų tėkmė
Sutartinė srovė: nuo teigiamo link neigiamo (istoriškai). Elektronų tėkmė: nuo neigiamo link teigiamo (faktiškai). Abu veikia! Iš tikrųjų juda elektronai, bet mes naudojame sutartinę kryptį. Tai nepaveikia skaičiavimų.
- Sutartinė: + link - (standartas diagramose)
- Elektronų tėkmė: - link + (fizinė realybė)
- Abu duoda tuos pačius atsakymus
- Grandinės analizei naudokite sutartinę srovę
- Srovė = krūvio tėkmės greitis (1 A = 1 C/s)
- Įtampa sukelia srovės tėkmę (kaip slėgis)
- Didesnė srovė = daugiau krūvio per sekundę
- Galia = įtampa × srovė (P = VI)
Istorinė srovės matavimo evoliucija
Ankstyvieji elektros atradimai (1600-1830)
Prieš suprantant srovę kaip krūvio tėkmę, mokslininkai tyrinėjo statinę elektrą ir paslaptingus „elektrinius skysčius“. Baterijos revoliucija pirmą kartą įgalino nuolatinę srovę.
- 1600: Williamas Gilbertas atskiria elektrą nuo magnetizmo, sukuria terminą „elektrinis“
- 1745: Išrastas Leideno stiklainis — pirmasis kondensatorius, kaupiantis statinį krūvį
- 1800: Alessandro Volta išranda volta elementą — pirmąją bateriją, pirmąjį nuolatinės srovės šaltinį
- 1820: Hansas Christianas Ørstedas atranda, kad srovė sukuria magnetinį lauką — susieja elektrą ir magnetizmą
- 1826: Georgas Ohmas paskelbia V = IR — pirmąją matematinę srovės priklausomybę
- 1831: Michaelas Faraday'us atranda elektromagnetinę indukciją — kintantys laukai sukuria srovę
Ampero apibrėžimo evoliucija (1881-2019)
Ampero apibrėžimas evoliucionavo nuo praktinių kompromisų iki fundamentaliųjų konstantų, atspindėdamas mūsų gilėjantį supratimą apie elektromagnetizmą ir kvantinę fiziką.
- 1881: Pirmasis Tarptautinis elektros kongresas apibrėžia „praktinį amperą“ komerciniam naudojimui
- 1893: Pasaulinė paroda Čikagoje — standartizuoja amperą AC/DC matavimams
- 1948: CGPM apibrėžia amperą pagal jėgą tarp lygiagrečių laidininkų: 2×10⁻⁷ N/m jėga 1 metro atstumu
- Problema: Reikėjo tobulai lygiagrečių laidų, kuriuos sunku realizuoti praktiškai
- 1990-ieji: Kvantinis Holo efektas ir Josephsono sandūros leidžia atlikti tikslesnius matavimus
- 2018: CGPM balsuoja už ampero peribrėžimą pagal elementarųjį krūvį
2019 m. kvantinė revoliucija — Elementariojo krūvio apibrėžimas
2019 m. gegužės 20 d. amperas buvo peribrėžtas remiantis elementariuoju krūviu (e), todėl jį galima atkurti bet kur, turint tinkamą kvantinę įrangą. Tai baigė 71 metus trukusį jėga pagrįstą apibrėžimą.
- Naujas apibrėžimas: 1 A = (e / 1.602176634×10⁻¹⁹) elektronų per sekundę
- Elementarusis krūvis e dabar yra tikslus pagal apibrėžimą (be neapibrėžtumo)
- 1 amperas = 6.241509074×10¹⁸ elementariųjų krūvių srautas per sekundę
- Kvantinės srovės standartai: Vieno elektrono tuneliavimo prietaisai skaičiuoja pavienius elektronus
- Josephsono sandūros: Generuoja tikslias kintamąsias sroves iš fundamentaliųjų konstantų
- Rezultatas: Bet kuri laboratorija su kvantine įranga gali savarankiškai realizuoti amperą
2019 m. peribrėžimas reiškia 138 metų pažangą nuo praktinių kompromisų iki kvantinio tikslumo, leidžiančią kurti naujos kartos elektroniką ir matavimo mokslą.
- Nanotechnologijos: Tikslus elektronų srauto valdymas kvantiniuose kompiuteriuose, vieno elektrono tranzistoriuose
- Metrologija: Nacionalinės laboratorijos gali savarankiškai realizuoti amperą be etalonų
- Elektronika: Geresni kalibravimo standartai puslaidininkiams, jutikliams, energijos sistemoms
- Medicina: Tikslesni matavimai implantams, smegenų ir kompiuterio sąsajoms, diagnostinei įrangai
- Fundamentalioji fizika: Visi SI vienetai dabar apibrėžti pagal gamtos konstantas — be žmogaus sukurtų artefaktų
Atminties pagalbinės priemonės ir greiti konvertavimo triukai
Lengva protinė matematika
- 1000 laipsnio taisyklė: Kiekvienas SI priešdėlis = ×1000 arba ÷1000 (kA → A → mA → µA → nA)
- mA į A trumpinys: Padalinkite iš 1000 → 250 mA = 0.25 A (perkelkite kablelį 3 vietomis į kairę)
- A į mA trumpinys: Padauginkite iš 1000 → 1.5 A = 1500 mA (perkelkite kablelį 3 vietomis į dešinę)
- Srovė iš galios: I = P / V → 60W lemputė prie 120V = 0.5 A
- Omo dėsnio triukas: I = V / R → 12V ÷ 4Ω = 3 A (įtampa padalinta iš varžos)
- Tapatybės konversijos: 1 A = 1 C/s = 1 W/V (visos tiksliai lygiavertės)
Kritinės saugos atminties pagalbinės priemonės
Žudo srovė, o ne įtampa. Šios saugos ribos gali išgelbėti jūsų gyvybę — išmokite jas atmintinai.
- 1 mA (60 Hz AC): Dilgčiojimo pojūtis, suvokimo slenkstis
- 5 mA: Maksimali „saugi“ srovė, artėja riba, kai negalima paleisti
- 10-20 mA: Raumenų kontrolės praradimas, negalima paleisti (nuolatinis suėmimas)
- 50 mA: Stiprus skausmas, galimas kvėpavimo sustojimas
- 100-200 mA: Skilvelių virpėjimas (širdis sustoja), dažniausiai mirtinas
- 1-5 A: Ilgalaikis virpėjimas, sunkūs nudegimai, širdies sustojimas
- Atminkite: Kintamoji srovė yra 3-5 kartus pavojingesnė už nuolatinę srovę esant tam pačiam srovės lygiui
Praktinės grandinių formulės
- Omo dėsnis: I = V / R (raskite srovę iš įtampos ir varžos)
- Galios formulė: I = P / V (raskite srovę iš galios ir įtampos)
- Nuosekliosios grandinės: Visur ta pati srovė (I₁ = I₂ = I₃)
- Lygiagrečiosios grandinės: Srovės sumuojasi mazguose (I_bendra = I₁ + I₂ + I₃)
- LED srovės apribojimas: R = (V_šaltinis - V_LED) / I_LED
- Laido skerspjūvio taisyklė: 15A reikia 14 AWG, 20A reikia mažiausiai 12 AWG
- Painioti srovę su įtampa: Įtampa yra slėgis, srovė yra tėkmės greitis — skirtingos sąvokos!
- Viršyti laidų nominalią srovę: Ploni laidai perkaista, lydosi izoliacija, sukelia gaisrus — patikrinkite AWG lenteles
- Neteisingai matuoti srovę: Ampermetras jungiamas nuosekliai (pertraukia grandinę), voltmetras jungiamas lygiagrečiai (per elementą)
- Ignoruoti AC RMS ir pikinę vertę: 120V AC RMS ≠ 120V pikinė vertė (iš tikrųjų 170V). Skaičiavimams naudokite RMS
- Trumpieji jungimai: Nulinė varža = teoriškai begalinė srovė = gaisras/sprogimas/žala
- Manyti, kad LED įtampa lemia srovę: LED diodams reikia srovę ribojančių rezistorių arba nuolatinės srovės tvarkyklių
Srovės skalė: Nuo pavienių elektronų iki žaibų
| Skalė / Srovė | Reprezentatyvūs vienetai | Dažniausios programos | Realaus pasaulio pavyzdžiai |
|---|---|---|---|
| 0.16 aA | Atoamperas (aA) | Vieno elektrono tuneliavimas, teorinė kvantinė riba | 1 elektronas per sekundę ≈ 0.16 aA |
| 1-10 pA | Pikoamperas (pA) | Jonų kanalai, tunelinė mikroskopija, molekulinė elektronika | Biologinės membranos jonų kanalų srovės |
| ~10 nA | Nanoamperas (nA) | Nerviniai impulsai, ultra mažos galios jutikliai, baterijos nuotėkis | Veikimo potencialo viršūnė neuronuose |
| 10-100 µA | Mikroamperas (µA) | Laikrodžių baterijos, preciziniai instrumentai, biologiniai signalai | Tipinis laikrodžio srovės suvartojimas |
| 2-20 mA | Miliamperas (mA) | LED diodai, jutikliai, mažos galios grandinės, Arduino projektai | Standartinis LED indikatorius (20 mA) |
| 0.5-5 A | Amperas (A) | Buitinė elektronika, USB įkrovimas, buitiniai prietaisai | Greitas USB-C įkrovimas (3 A), nešiojamojo kompiuterio maitinimas (4 A) |
| 15-30 A | Amperas (A) | Buitinės elektros grandinės, dideli buitiniai prietaisai, elektromobilių įkrovimas | Standartinis automatinis jungiklis (15 A), EV 2 lygio įkroviklis (32 A) |
| 100-400 A | Amperas (A) | Lankinis suvirinimas, automobilių starteriai, pramoniniai varikliai | Elektrodinis suvirinimas (100-400 A), automobilio starterio variklis (200-400 A) |
| 1-100 kA | Kiloamperas (kA) | Žaibas, taškinis suvirinimas, dideli varikliai, geležinkelių sistemos | Vidutinis žaibo smūgis (20-30 kA), taškinio suvirinimo impulsai |
| 1-3 MA | Megaamperas (MA) | Elektromagnetiniai bėginiai ginklai, sintezės reaktoriai, ekstremali fizika | Bėginio ginklo sviedinio pagreitis (1-3 MA mikrosekundėms) |
Vienetų sistemų paaiškinimas
SI vienetai — Amperas
Amperas (A) yra SI pagrindinis srovės vienetas. Vienas iš septynių pagrindinių SI vienetų. Nuo 2019 m. apibrėžtas pagal elementarųjį krūvį. Priešdėliai nuo ato iki mega apima visus diapazonus.
- 1 A = 1 C/s (tikslus apibrėžimas)
- kA didelės galios (suvirinimas, žaibas)
- mA, µA elektronikai, jutikliams
- fA, aA kvantiniams, vieno elektrono įrenginiams
Apibrėžimo vienetai
C/s ir W/V pagal apibrėžimą yra lygiaverčiai amperui. C/s rodo krūvio tėkmę. W/V rodo srovę iš galios/įtampos. Visi trys yra identiški.
- 1 A = 1 C/s (apibrėžimas)
- 1 A = 1 W/V (iš P = VI)
- Visi trys yra identiški
- Skirtingi požiūriai į srovę
Senosios CGS vienetai
Abamperas (EMU) ir statamperas (ESU) iš senosios CGS sistemos. Biotas = abamperas. Šiandien retai naudojami, bet pasitaiko senose fizikos knygose. 1 abA = 10 A; 1 statA ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A.
- 1 abamperas = 10 A (EMU)
- 1 biotas = 10 A (tas pats kaip abamperas)
- 1 statamperas ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A (ESU)
- Pasenę; SI amperas yra standartas
Srovės fizika
Omo dėsnis
I = V / R (srovė = įtampa ÷ varža). Žinokite įtampą ir varžą, rasite srovę. Visų grandinių analizės pagrindas. Linijinis rezistoriams.
- I = V / R (srovė iš įtampos)
- V = I × R (įtampa iš srovės)
- R = V / I (varža iš matavimų)
- Galios sklaida: P = I²R
Kirchhoffo srovės dėsnis
Bet kuriame mazge, įeinanti srovė = išeinanti srovė. Σ I = 0 (srovių suma = nulis). Krūvis yra išsaugomas. Būtinas analizuojant lygiagrečias grandines.
- ΣI = 0 bet kuriame mazge
- Įeinanti srovė = išeinanti srovė
- Krūvio išsaugojimas
- Naudojamas sudėtingoms grandinėms spręsti
Mikroskopinis vaizdas
Srovė = krūvininkų dreifo greitis. Metaluose: elektronai juda lėtai (~mm/s), bet signalas sklinda šviesos greičiu. Krūvininkų skaičius × greitis = srovė.
- I = n × q × v × A (mikroskopinis)
- n = krūvininkų tankis, v = dreifo greitis
- Elektronai juda lėtai, signalas greitas
- Puslaidininkiuose: elektronai + skylės
Srovės etalonai
| Kontekstas | Srovė | Pastabos |
|---|---|---|
| Vienas elektronas | ~0.16 aA | 1 elektronas per sekundę |
| Jonų kanalas | ~1-10 pA | Biologinė membrana |
| Nervinis impulsas | ~10 nA | Veikimo potencialo viršūnė |
| LED indikatorius | 2-20 mA | Mažos galios LED |
| USB 2.0 | 0.5 A | Standartinė USB srovė |
| Telefono įkrovimas | 1-3 A | Tipinis greitas įkrovimas |
| Buitinė elektros grandinė | 15 A | Standartinis automatinis jungiklis (JAV) |
| Elektromobilio įkrovimas | 32-80 A | 2 lygio namų įkroviklis |
| Lankinis suvirinimas | 100-400 A | Tipinis elektrodinis suvirinimas |
| Automobilio starterio variklis | 100-400 A | Pikinė paleidimo srovė |
| Žaibo smūgis | 20-30 kA | Vidutinis smūgis |
| Taškinis suvirinimas | 1-100 kA | Trumpas impulsas |
| Teorinis maksimumas | >1 MA | Bėginiai ginklai, ekstremali fizika |
Dažni srovės lygiai
| Prietaisas / Kontekstas | Tipinė srovė | Įtampa | Galia |
|---|---|---|---|
| Laikrodžio baterija | 10-50 µA | 3V | ~0.1 mW |
| LED indikatorius | 10-20 mA | 2V | 20-40 mW |
| Arduino/MCU | 20-100 mA | 5V | 0.1-0.5 W |
| USB pelė/klaviatūra | 50-100 mA | 5V | 0.25-0.5 W |
| Telefono įkrovimas (lėtas) | 1 A | 5V | 5 W |
| Telefono įkrovimas (greitas) | 3 A | 9V | 27 W |
| Nešiojamasis kompiuteris | 3-5 A | 19V | 60-100 W |
| Stalinis kompiuteris | 5-10 A | 12V | 60-120 W |
| Mikrobangų krosnelė | 10-15 A | 120V | 1200-1800 W |
| Elektromobilio įkrovimas | 32 A | 240V | 7.7 kW |
Realaus pasaulio pritaikymai
Buitinė elektronika
USB: 0.5-3 A (standartinis iki greito įkrovimo). Telefono įkrovimas: 1-3 A tipiškai. Nešiojamasis kompiuteris: 3-5 A. LED: 20 mA tipiškai. Dauguma įrenginių naudoja mA iki A diapazoną.
- USB 2.0: maks. 0.5 A
- USB 3.0: maks. 0.9 A
- USB-C PD: iki 5 A (100W @ 20V)
- Greitas telefono įkrovimas: 2-3 A tipiškai
Buitinė ir energetika
Buitinės elektros grandinės: 15-20 A automatiniai jungikliai (JAV). Lemputė: 0.5-1 A. Mikrobangų krosnelė: 10-15 A. Oro kondicionierius: 15-30 A. Elektromobilio įkrovimas: 30-80 A (2 lygis).
- Standartinis lizdas: 15 A grandinė
- Dideli buitiniai prietaisai: 20-50 A
- Elektromobilis: 30-80 A (2 lygis)
- Visas namas: 100-200 A paslauga
Pramonė ir ekstremalios sąlygos
Suvirinimas: 100-400 A (elektrodinis), 1000+ A (taškinis). Žaibas: 20-30 kA vidutiniškai, 200 kA pikas. Bėginiai ginklai: megaamperai. Superlaidūs magnetai: 10+ kA nuolat.
- Lankinis suvirinimas: 100-400 A
- Taškinis suvirinimas: 1-100 kA impulsai
- Žaibas: 20-30 kA tipiškai
- Eksperimentinis: MA diapazonas (bėginiai ginklai)
Greita konversijos matematika
Greitos SI priešdėlių konversijos
Kiekvienas priešdėlio žingsnis = ×1000 arba ÷1000. kA → A: ×1000. A → mA: ×1000. mA → µA: ×1000.
- kA → A: padauginti iš 1,000
- A → mA: padauginti iš 1,000
- mA → µA: padauginti iš 1,000
- Atvirkščiai: padalinti iš 1,000
Srovė iš galios
I = P / V (srovė = galia ÷ įtampa). 60W lemputė prie 120V = 0.5 A. 1200W mikrobangų krosnelė prie 120V = 10 A.
- I = P / V (Amperai = Vatai ÷ Voltai)
- 60W ÷ 120V = 0.5 A
- P = V × I (galia iš srovės)
- V = P / I (įtampa iš galios)
Greiti Omo dėsnio patikrinimai
I = V / R. Žinokite įtampą ir varžą, rasite srovę. 12V per 4Ω = 3 A. 5V per 1kΩ = 5 mA.
- I = V / R (Amperai = Voltai ÷ Omai)
- 12V ÷ 4Ω = 3 A
- 5V ÷ 1000Ω = 5 mA (= 0.005 A)
- Atminkite: srovei dalinkite
Kaip veikia konversijos
- 1 žingsnis: Konvertuokite šaltinį → amperus naudodami toBase koeficientą
- 2 žingsnis: Konvertuokite amperus → tikslą naudodami tikslo toBase koeficientą
- Alternatyva: Naudokite tiesioginį koeficientą (kA → A: padauginkite iš 1000)
- Sveiko proto patikrinimas: 1 kA = 1000 A, 1 mA = 0.001 A
- Atminkite: C/s ir W/V yra identiški A
Dažnų konversijų nuoroda
| Iš | Į | Padauginti iš | Pavyzdys |
|---|---|---|---|
| A | kA | 0.001 | 1000 A = 1 kA |
| kA | A | 1000 | 1 kA = 1000 A |
| A | mA | 1000 | 1 A = 1000 mA |
| mA | A | 0.001 | 1000 mA = 1 A |
| mA | µA | 1000 | 1 mA = 1000 µA |
| µA | mA | 0.001 | 1000 µA = 1 mA |
| A | C/s | 1 | 5 A = 5 C/s (tapatybė) |
| A | W/V | 1 | 10 A = 10 W/V (tapatybė) |
| kA | MA | 0.001 | 1000 kA = 1 MA |
| abampere | A | 10 | 1 abA = 10 A |
Greiti pavyzdžiai
Išspręstos problemos
USB galios apskaičiavimas
USB prievadas tiekia 5V. Įrenginys naudoja 500 mA. Kokia galia?
P = V × I = 5V × 0.5A = 2.5W (standartinis USB 2.0)
LED srovės apribojimas
5V maitinimas, LED reikia 20 mA ir 2V. Koks rezistorius?
Įtampos kritimas = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Naudokite 150Ω arba 180Ω.
Automatinio jungiklio dydžio nustatymas
Trys prietaisai: 5A, 8A, 3A toje pačioje grandinėje. Koks jungiklis?
Bendra = 5 + 8 + 3 = 16A. Naudokite 20A jungiklį (kitas standartinis dydis aukštyn dėl saugumo maržos).
Dažniausios klaidos, kurių reikia vengti
- **Žudo srovė, o ne įtampa**: 100 mA per širdį gali būti mirtina. Aukšta įtampa yra pavojinga, nes ji gali priversti srovę tekėti, bet žalą daro srovė.
- **Kintamoji ir nuolatinė srovė**: 60 Hz kintamoji srovė yra ~3-5 kartus pavojingesnė už nuolatinę esant tam pačiam lygiui. Kintamoji srovė sukelia raumenų spazmus. Kintamosios srovės skaičiavimams naudojama RMS srovė.
- **Laido storis yra svarbus**: Ploni laidai negali atlaikyti didelės srovės (karštis, gaisro pavojus). Naudokite laidų skerspjūvio lenteles. 15A reikia mažiausiai 14 AWG.
- **Neviršykite nominalių verčių**: Komponentai turi maksimalias srovės vertes. LED diodai perdega, laidai lydosi, saugikliai perdega, tranzistoriai sugenda. Visada patikrinkite duomenų lapą.
- **Nuosekli srovė yra ta pati**: Nuoseklioje grandinėje srovė yra identiška visur. Lygiagrečiai srovės sumuojasi mazguose (Kirchhoffas).
- **Trumpieji jungimai**: Nulinė varža = teoriškai begalinė srovė. Realybėje: apribota šaltinio, sukelia žalą/gaisrą. Visada saugokite grandines.
Įdomūs faktai apie srovę
Jūsų kūnas praleidžia ~100 µA
Stovint ant žemės, jūsų kūnas nuolat turi ~100 µA nuotėkio srovę į žemę. Iš elektromagnetinių laukų, statinių krūvių, radijo bangų. Visiškai saugu ir normalu. Mes esame elektrinės būtybės!
Žaibas yra 20,000-200,000 amperų
Vidutinis žaibo smūgis: 20-30 kA (20,000 A). Viršūnė gali siekti 200 kA. Bet trukmė yra <1 milisekundės. Bendras krūvis: tik ~15 kulonų. Didelė srovė, trumpas laikas = galima išgyventi (kartais).
Žmogaus skausmo slenkstis: 1 mA
1 mA 60 Hz AC: dilgčiojimo pojūtis. 10 mA: raumenų kontrolės praradimas. 100 mA: skilvelių virpėjimas (mirtina). 1 A: sunkūs nudegimai, širdies sustojimas. Srovės kelias yra svarbus—per širdį yra blogiausia.
Superlaidininkai: Begalinė srovė?
Nulinė varža = begalinė srovė? Ne visai. Superlaidininkai turi „kritinę srovę“—viršykite ją, ir superlaidumas nutrūks. ITER sintezės reaktorius: 68 kA superlaidžiose ritėse. Jokios šilumos, jokių nuostolių!
LED srovė yra kritinė
LED diodai yra valdomi srove, o ne įtampa. Ta pati įtampa, skirtinga srovė = skirtingas ryškumas. Per daug srovės? LED diodas miršta akimirksniu. Visada naudokite srovę ribojantį rezistorių arba nuolatinės srovės tvarkyklę.
Bėginiams ginklams reikia megaamperų
Elektromagnetiniai bėginiai ginklai: 1-3 MA (milijonai amperų) mikrosekundėms. Lorenco jėga pagreitina sviedinį iki Mach 7+. Reikalingi didžiuliai kondensatorių bankai. Ateities karinio jūrų laivyno ginklas.
Istorinė evoliucija
1800
Volta išranda bateriją. Pirmasis nuolatinės elektros srovės šaltinis. Leidžia atlikti ankstyvuosius elektros eksperimentus.
1820
Oerstedas atranda, kad srovė sukuria magnetinį lauką. Susieja elektrą ir magnetizmą. Elektromagnetizmo pagrindas.
1826
Omas paskelbia V = IR. Omo dėsnis aprašo ryšį tarp įtampos, srovės, varžos. Iš pradžių atmestas, dabar fundamentalus.
1831
Faraday'us atranda elektromagnetinę indukciją. Kintantis magnetinis laukas sukuria srovę. Leidžia kurti generatorius ir transformatorius.
1881
Pirmasis tarptautinis elektros kongresas apibrėžia amperą kaip „praktinį vienetą“ srovės.
1893
Teslos kintamosios srovės sistema laimi „Srovių karą“ Pasaulinėje parodoje. Kintamoji srovė gali būti transformuojama, nuolatinė ne (tada).
1948
CGPM apibrėžia amperą: „nuolatinė srovė, kuri sukuria 2×10⁻⁷ N/m jėgą tarp lygiagrečių laidininkų“.
2019
SI peribrėžimas: amperas dabar apibrėžiamas pagal elementarųjį krūvį (e). 1 A = (e/1.602×10⁻¹⁹) elektronų per sekundę. Tikslus pagal apibrėžimą.
Profesionalūs patarimai
- **Greitai iš mA į A**: Padalinkite iš 1000. 250 mA = 0.25 A.
- **Srovė sumuojasi lygiagrečiai**: Dvi 5A šakos = 10A iš viso. Nuosekliai: ta pati srovė visur.
- **Patikrinkite laido skerspjūvį**: 15A reikia mažiausiai 14 AWG. 20A reikia 12 AWG. Nerizikuokite gaisru.
- **Matuokite srovę nuosekliai**: Ampermetras jungiamas Į srovės kelią (pertraukia grandinę). Voltmetras jungiamas PER (lygiagrečiai).
- **Kintamosios srovės RMS ir pikinė vertė**: 120V AC RMS → 170V pikinė vertė. Srovė ta pati: RMS skaičiavimams.
- **Apsauga saugikliu**: Saugiklio nominali vertė turėtų būti 125% normalios srovės. Apsaugo nuo trumpųjų jungimų.
- **Automatinis mokslinis žymėjimas**: Vertės < 1 µA arba > 1 GA rodomos moksliniu žymėjimu, kad būtų lengviau skaityti.
Išsami vienetų nuoroda
SI Vienetai
| Vieneto pavadinimas | Simbolis | Ampero atitikmuo | Naudojimo pastabos |
|---|---|---|---|
| amperas | A | 1 A (base) | SI pagrindinis vienetas; 1 A = 1 C/s = 1 W/V (tiksliai). |
| megaamperas | MA | 1.0 MA | Žaibas (~20-30 kA), bėginiai ginklai, ekstremalios pramoninės sistemos. |
| kiloamperas | kA | 1.0 kA | Suvirinimas (100-400 A), dideli varikliai, pramoninės energetikos sistemos. |
| miliamperas | mA | 1.0000 mA | LED diodai (20 mA), mažos galios grandinės, jutiklių srovės. |
| mikroamperas | µA | 1.0000 µA | Biologiniai signalai, preciziniai instrumentai, baterijos nuotėkis. |
| nanoamperas | nA | 1.000e-9 A | Nerviniai impulsai, jonų kanalai, ultra mažos galios įrenginiai. |
| pikoamperas | pA | 1.000e-12 A | Vienos molekulės matavimai, tunelinė mikroskopija. |
| femtoamperas | fA | 1.000e-15 A | Jonų kanalų tyrimai, molekulinė elektronika, kvantiniai įrenginiai. |
| atoamperas | aA | 1.000e-18 A | Vieno elektrono tuneliavimas, teorinė kvantinė riba. |
Bendrieji Vienetai
| Vieneto pavadinimas | Simbolis | Ampero atitikmuo | Naudojimo pastabos |
|---|---|---|---|
| kulonas per sekundę | C/s | 1 A (base) | Lygiavertis amperui: 1 A = 1 C/s. Rodo krūvio tėkmės apibrėžimą. |
| vatas voltai | W/V | 1 A (base) | Lygiavertis amperui: 1 A = 1 W/V iš P = VI. Galios ryšys. |
Pasenę ir Moksliniai
| Vieneto pavadinimas | Simbolis | Ampero atitikmuo | Naudojimo pastabos |
|---|---|---|---|
| abamperas (EMU) | abA | 10.0 A | CGS-EMU vienetas = 10 A. Pasenęs elektromagnetinis vienetas. |
| statamperas (ESU) | statA | 3.336e-10 A | CGS-ESU vienetas ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A. Pasenęs elektrostatinis vienetas. |
| biotas | Bi | 10.0 A | Alternatyvus abampero pavadinimas = 10 A. CGS elektromagnetinis vienetas. |
Dažniausiai užduodami klausimai
Kuo skiriasi srovė nuo įtampos?
Įtampa yra elektrinis slėgis (kaip vandens slėgis). Srovė yra tėkmės greitis (kaip vandens tėkmė). Aukšta įtampa nereiškia didelės srovės. Galite turėti 10,000V su 1 mA (statinis smūgis), arba 12V su 100 A (automobilio starteris). Įtampa stumia, srovė teka.
Kas yra pavojingiau: įtampa ar srovė?
Žudo srovė, o ne įtampa. 100 mA per jūsų širdį gali būti mirtina. Bet aukšta įtampa gali priversti srovę tekėti per jūsų kūną (V = IR). Štai kodėl aukšta įtampa yra pavojinga—ji įveikia jūsų kūno varžą. Srovė yra žudikas, įtampa yra pagalbininkas.
Kodėl kintamoji srovė jaučiasi kitaip nei nuolatinė?
60 Hz kintamoji srovė sukelia raumenų susitraukimus elektros tinklo dažniu. Negalite paleisti (raumenų spazmas). Nuolatinė srovė sukelia vieną smūgį. Kintamoji srovė yra 3-5 kartus pavojingesnė esant tam pačiam srovės lygiui. Taip pat: kintamosios srovės RMS vertė = efektyvus nuolatinės srovės atitikmuo (120V AC RMS ≈ 170V pikinė vertė).
Kiek srovės sunaudoja tipinis namų ūkis?
Visas namas: 100-200 A aptarnavimo skydas. Vienas lizdas: 15 A grandinė. Lemputė: 0.5 A. Mikrobangų krosnelė: 10-15 A. Oro kondicionierius: 15-30 A. Elektromobilio įkroviklis: 30-80 A. Bendra suma kinta, bet skydas riboja maksimumą.
Ar gali būti srovė be įtampos?
Superlaidininkuose, taip! Nulinė varža reiškia, kad srovė gali tekėti esant nulinei įtampai (V = IR = 0). Nuolatinė srovė gali tekėti amžinai. Įprastuose laidininkuose, ne—jums reikia įtampos, kad stumtumėte srovę. Įtampos kritimas = srovė × varža.
Kodėl USB yra apribotas iki 0.5-5 A?
USB kabelis yra plonas (didelė varža). Per daug srovės = per didelis karštis. USB 2.0: 0.5 A (2.5W). USB 3.0: 0.9 A. USB-C PD: iki 5 A (100W). Storesni laidai, geresnis vėsinimas ir aktyvios derybos leidžia saugiai naudoti didesnę srovę.
Visas Įrankių Katalogas
Visi 71 įrankiai, pasiekiami UNITS