Elektriskās Strāvas Pārveidotājs
Elektriskā strāva — No neironiem līdz zibens spērienam
Apgūstiet elektriskās strāvas vienības elektronikā, energosistēmās un fizikā. No mikroampēriem līdz megaampēriem, izprotiet strāvas plūsmu 30 lieluma kārtās — no viena elektrona tunelēšanas līdz zibens spērieniem. Izpētiet ampēra 2019. gada kvantu pārdefinēšanu un reālās pasaules pielietojumus.
Elektriskās strāvas pamati
Kas ir strāva?
Elektriskā strāva ir lādiņa plūsma, līdzīgi kā ūdens plūst caur cauruli. Lielāka strāva = vairāk lādiņa sekundē. Mēra ampēros (A). Virziens: no pozitīvā uz negatīvo (parastais), vai elektronu plūsma (no negatīvā uz pozitīvo).
- 1 ampērs = 1 kulons sekundē (1 A = 1 C/s)
- Strāva ir plūsmas ātrums, nevis daudzums
- Līdzstrāva (DC): nemainīgs virziens (baterijas)
- Maiņstrāva (AC): mainīgs virziens (sienas kontaktligzda)
Strāva pret spriegumu pret lādiņu
Lādiņš (Q) = elektrības daudzums (kulonos). Strāva (I) = lādiņa plūsmas ātrums (ampēros). Spriegums (V) = spiediens, kas stumj lādiņu. Jauda (P) = V × I (vatos). Visi ir saistīti, bet atšķirīgi!
- Lādiņš Q = daudzums (kulonos)
- Strāva I = plūsmas ātrums (ampēri = C/s)
- Spriegums V = elektriskais spiediens (voltos)
- Strāva plūst NO augsta uz zemu spriegumu
Parastā pret elektronu plūsmu
Parastā strāva: no pozitīvā uz negatīvo (vēsturiski). Elektronu plūsma: no negatīvā uz pozitīvo (faktiski). Abas darbojas! Elektroni faktiski pārvietojas, bet mēs izmantojam parasto virzienu. Tas neietekmē aprēķinus.
- Parastais: + uz - (standarts diagrammās)
- Elektronu plūsma: - uz + (fizikālā realitāte)
- Abas dod vienādus rezultātus
- Shēmu analīzei izmantojiet parasto virzienu
- Strāva = lādiņa plūsmas ātrums (1 A = 1 C/s)
- Spriegums izraisa strāvas plūsmu (kā spiediens)
- Lielāka strāva = vairāk lādiņa sekundē
- Jauda = spriegums × strāva (P = VI)
Strāvas mērīšanas vēsturiskā evolūcija
Agrīnie elektriskie atklājumi (1600-1830)
Pirms strāvas izpratnes kā lādiņa plūsmas, zinātnieki pētīja statisko elektrību un noslēpumainos 'elektriskos šķidrumus'. Baterijas revolūcija pirmo reizi padarīja iespējamu nepārtrauktu strāvu.
- 1600: Viljams Gilberts atšķir elektrību no magnētisma, rada terminu 'elektrisks'
- 1745: Izgudrota Leidenes burka — pirmais kondensators, uzglabā statisko lādiņu
- 1800: Alesandro Volta izgudro voltas stabu — pirmo bateriju, pirmo nepārtrauktas strāvas avotu
- 1820: Hanss Kristians Ersteds atklāj, ka strāva rada magnētisko lauku — savieno elektrību un magnētismu
- 1826: Georgs Oms publicē V = IR — pirmo matemātisko sakarību strāvai
- 1831: Maikls Faradejs atklāj elektromagnētisko indukciju — mainīgi lauki rada strāvu
Ampēra definīcijas evolūcija (1881-2019)
Ampēra definīcija attīstījās no praktiskiem kompromisiem līdz fundamentālām konstantēm, atspoguļojot mūsu padziļināto izpratni par elektromagnētismu un kvantu fiziku.
- 1881: Pirmais Starptautiskais elektrības kongress definē 'praktisko ampēru' komerciālai lietošanai
- 1893: Čikāgas Pasaules izstāde — standartizē ampēru maiņstrāvas/līdzstrāvas mērījumiem
- 1948: CGPM definē ampēru no spēka starp paralēliem vadītājiem: 2×10⁻⁷ N/m spēks 1 metra attālumā
- Problēma: Bija nepieciešami perfekti paralēli vadi, kurus bija grūti realizēt praksē
- 1990. gadi: Kvantu Holla efekts un Džozefsona savienojumi ļauj veikt precīzākus mērījumus
- 2018: CGPM nobalso par ampēra pārdefinēšanu no elementārlādiņa
2019. gada kvantu revolūcija — Elementārlādiņa definīcija
2019. gada 20. maijā ampērs tika pārdefinēts, pamatojoties uz elementārlādiņu (e), padarot to reproducējamu jebkurā vietā ar atbilstošu kvantu aprīkojumu. Tas izbeidza 71 gadu ilgušo uz spēku balstīto definīciju.
- Jaunā definīcija: 1 A = (e / 1.602176634×10⁻¹⁹) elektronu sekundē
- Elementārlādiņš e tagad ir precīzs pēc definīcijas (bez nenoteiktības)
- 1 ampērs = 6.241509074×10¹⁸ elementārlādiņu plūsma sekundē
- Kvantu strāvas standarti: Viena elektrona tunelēšanas ierīces skaita atsevišķus elektronus
- Džozefsona savienojumi: Ģenerē precīzas maiņstrāvas no fundamentālām konstantēm
- Rezultāts: Jebkura laboratorija ar kvantu aprīkojumu var neatkarīgi realizēt ampēru
2019. gada pārdefinēšana atspoguļo 138 gadu progresu no praktiskiem kompromisiem līdz kvantu precizitātei, kas ļauj attīstīt nākamās paaudzes elektroniku un mērījumu zinātni.
- Nanotehnoloģija: Precīza elektronu plūsmas kontrole kvantu datoros, viena elektrona tranzistoros
- Metroloģija: Nacionālās laboratorijas var neatkarīgi realizēt ampēru bez atsauces artefaktiem
- Elektronika: Labāki kalibrēšanas standarti pusvadītājiem, sensoriem, energosistēmām
- Medicīna: Precīzāki mērījumi implantiem, smadzeņu-datoru saskarnēm, diagnostikas iekārtām
- Fundamentālā fizika: Visas SI vienības tagad ir definētas no dabas konstantēm — bez cilvēka radītiem artefaktiem
Atmiņas palīglīdzekļi un ātri konversijas triki
Vienkārša galvas rēķināšana
- 1000 potences likums: Katrs SI priedēklis = ×1000 vai ÷1000 (kA → A → mA → µA → nA)
- Īsceļš no mA uz A: Daliet ar 1000 → 250 mA = 0.25 A (pārvietojiet decimālo komatu par 3 vietām pa kreisi)
- Īsceļš no A uz mA: Reiziniet ar 1000 → 1.5 A = 1500 mA (pārvietojiet decimālo komatu par 3 vietām pa labi)
- Strāva no jaudas: I = P / V → 60W spuldze pie 120V = 0.5 A
- Oma likuma triks: I = V / R → 12V ÷ 4Ω = 3 A (spriegums dalīts ar pretestību)
- Identitātes konversijas: 1 A = 1 C/s = 1 W/V (visas ir precīzi līdzvērtīgas)
Kritiski drošības atmiņas palīglīdzekļi
Nogalina strāva, nevis spriegums. Šie drošības sliekšņi var izglābt jūsu dzīvību — iegaumējiet tos.
- 1 mA (60 Hz AC): Tirpšanas sajūta, uztveres slieksnis
- 5 mA: Maksimālā 'drošā' strāva, tuvojas slieksnis, kad nevar atlaist
- 10-20 mA: Muskuļu kontroles zudums, nevar atlaist (noturīgs satvēriens)
- 50 mA: Stipras sāpes, iespējama elpošanas apstāšanās
- 100-200 mA: Ventrikulārā fibrilācija (sirds apstājas), parasti letāla
- 1-5 A: Ilgstoša fibrilācija, smagi apdegumi, sirds apstāšanās
- Atcerieties: Maiņstrāva ir 3-5 reizes bīstamāka nekā līdzstrāva pie tāda paša strāvas līmeņa
Praktiskās shēmu formulas
- Oma likums: I = V / R (atrodiet strāvu no sprieguma un pretestības)
- Jaudas formula: I = P / V (atrodiet strāvu no jaudas un sprieguma)
- Sērijas shēmas: Tāda pati strāva visur (I₁ = I₂ = I₃)
- Paralēlās shēmas: Strāvas summējas savienojumos (I_kopējā = I₁ + I₂ + I₃)
- LED strāvas ierobežošana: R = (V_barošana - V_LED) / I_LED
- Vada šķērsgriezuma noteikums: 15A nepieciešams 14 AWG, 20A nepieciešams vismaz 12 AWG
- Jaukt strāvu ar spriegumu: Spriegums ir spiediens, strāva ir plūsmas ātrums — dažādi jēdzieni!
- Pārsniegt vadu nominālvērtības: Plāni vadi pārkarst, kūst izolācija, izraisa ugunsgrēkus — pārbaudiet AWG tabulas
- Nepareizi mērīt strāvu: Ampermetrs tiek ieslēgts SĒRIJĀ (pārtrauc shēmu), voltmetrs tiek pieslēgts PĀRI (paralēli)
- Ignorēt maiņstrāvas RMS un maksimālo vērtību: 120V AC RMS ≠ 120V maksimālā vērtība (patiesībā 170V). Aprēķiniem izmantojiet RMS
- Īssavienojumi: Nulles pretestība = teorētiski bezgalīga strāva = ugunsgrēks/sprādziens/bojājums
- Pieņemt, ka LED spriegums nosaka strāvu: LED diodēm nepieciešami strāvu ierobežojoši rezistori vai konstantes strāvas draiveri
Strāvas skala: No atsevišķiem elektroniem līdz zibenim
| Skala / Strāva | Reprezentatīvās vienības | Biežākie pielietojumi | Reālās pasaules piemēri |
|---|---|---|---|
| 0.16 aA | Atoampērs (aA) | Viena elektrona tunelēšana, teorētiskā kvantu robeža | 1 elektrons sekundē ≈ 0.16 aA |
| 1-10 pA | Pikoampērs (pA) | Jonu kanāli, tunelēšanas mikroskopija, molekulārā elektronika | Bioloģiskās membrānas jonu kanālu strāvas |
| ~10 nA | Nanoampērs (nA) | Nervu impulsi, ultra zemas jaudas sensori, baterijas noplūde | Darbības potenciāla maksimums neironos |
| 10-100 µA | Mikroampērs (µA) | Pulksteņu baterijas, precīzijas instrumenti, bioloģiskie signāli | Tipisks pulksteņa strāvas patēriņš |
| 2-20 mA | Miliampērs (mA) | LED diodes, sensori, zemas jaudas shēmas, Arduino projekti | Standarta LED indikators (20 mA) |
| 0.5-5 A | Ampērs (A) | Patērētāju elektronika, USB uzlāde, sadzīves tehnika | Ātrā USB-C uzlāde (3 A), klēpjdatora barošana (4 A) |
| 15-30 A | Ampērs (A) | Mājsaimniecības shēmas, lielas ierīces, elektromobiļu uzlāde | Standarta automātslēdzis (15 A), EV 2. līmeņa lādētājs (32 A) |
| 100-400 A | Ampērs (A) | Loka metināšana, automašīnu starteri, rūpnieciskie dzinēji | Stieņu metināšana (100-400 A), automašīnas startera dzinējs (200-400 A) |
| 1-100 kA | Kiloampērs (kA) | Zibens, punktmetināšana, lieli dzinēji, dzelzceļa sistēmas | Vidējais zibens spēriens (20-30 kA), punktmetināšanas impulsi |
| 1-3 MA | Megaampērs (MA) | Elektromagnētiskie sliežu lielgabali, kodolsintēzes reaktori, ekstrēmā fizika | Sliežu lielgabala lādiņa paātrinājums (1-3 MA mikrosekundēs) |
Vienību sistēmas paskaidrotas
SI vienības — Ampērs
Ampērs (A) ir SI pamatvienība strāvai. Viena no septiņām SI pamatvienībām. Definēta no elementārlādiņa kopš 2019. gada. Priedēkļi no ato līdz mega aptver visus diapazonus.
- 1 A = 1 C/s (precīza definīcija)
- kA lielai jaudai (metināšana, zibens)
- mA, µA elektronikai, sensoriem
- fA, aA kvantu, viena elektrona ierīcēm
Definīcijas vienības
C/s un W/V ir līdzvērtīgi ampēram pēc definīcijas. C/s parāda lādiņa plūsmu. W/V parāda strāvu no jaudas/sprieguma. Visas trīs ir identiskas.
- 1 A = 1 C/s (definīcija)
- 1 A = 1 W/V (no P = VI)
- Visas trīs ir identiskas
- Dažādas perspektīvas uz strāvu
Vecās CGS vienības
Abampērs (EMU) un statampērs (ESU) no vecās CGS sistēmas. Biots = abampērs. Reti šodien, bet parādās vecos fizikas tekstos. 1 abA = 10 A; 1 statA ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A.
- 1 abampērs = 10 A (EMU)
- 1 biots = 10 A (tas pats, kas abampērs)
- 1 statampērs ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A (ESU)
- Novecojis; SI ampērs ir standarts
Strāvas fizika
Oma likums
I = V / R (strāva = spriegums ÷ pretestība). Ziniet spriegumu un pretestību, atrodiet strāvu. Visu shēmu analīzes pamats. Lineārs rezistoriem.
- I = V / R (strāva no sprieguma)
- V = I × R (spriegums no strāvas)
- R = V / I (pretestība no mērījumiem)
- Jaudas izkliede: P = I²R
Kirhofa strāvas likums
Jebkurā mezglā ienākošā strāva = izejošā strāva. Σ I = 0 (strāvu summa = nulle). Lādiņš tiek saglabāts. Būtiski, lai analizētu paralēlās shēmas.
- ΣI = 0 jebkurā mezglā
- Ienākošā strāva = izejošā strāva
- Lādiņa saglabāšana
- Lieto sarežģītu shēmu risināšanai
Mikroskopiskais attēls
Strāva = lādiņnesēju dreifa ātrums. Metālos: elektroni pārvietojas lēni (~mm/s), bet signāls izplatās gaismas ātrumā. Nesēju skaits × ātrums = strāva.
- I = n × q × v × A (mikroskopiski)
- n = nesēju blīvums, v = dreifa ātrums
- Elektroni pārvietojas lēni, signāls ir ātrs
- Pusvadītājos: elektroni + caurumi
Strāvas etaloni
| Konteksts | Strāva | Piezīmes |
|---|---|---|
| Viens elektrons | ~0.16 aA | 1 elektrons sekundē |
| Jonu kanāls | ~1-10 pA | Bioloģiskā membrāna |
| Nervu impulss | ~10 nA | Darbības potenciāla maksimums |
| LED indikators | 2-20 mA | Zemas jaudas LED |
| USB 2.0 | 0.5 A | Standarta USB jauda |
| Telefona uzlāde | 1-3 A | Tipiska ātrā uzlāde |
| Mājsaimniecības shēma | 15 A | Standarta automātslēdzis (ASV) |
| Elektromobiļa uzlāde | 32-80 A | 2. līmeņa mājas lādētājs |
| Loka metināšana | 100-400 A | Tipiska stieņu metināšana |
| Automašīnas startera dzinējs | 100-400 A | Maksimālā starta strāva |
| Zibens spēriens | 20-30 kA | Vidējais spēriens |
| Punktmetināšana | 1-100 kA | Īss impulss |
| Teorētiskais maksimums | >1 MA | Sliežu lielgabali, ekstrēmā fizika |
Biežākie strāvas līmeņi
| Ierīce / Konteksts | Tipiskā strāva | Spriegums | Jauda |
|---|---|---|---|
| Pulksteņa baterija | 10-50 µA | 3V | ~0.1 mW |
| LED indikators | 10-20 mA | 2V | 20-40 mW |
| Arduino/MCU | 20-100 mA | 5V | 0.1-0.5 W |
| USB pele/tastatūra | 50-100 mA | 5V | 0.25-0.5 W |
| Telefona uzlāde (lēna) | 1 A | 5V | 5 W |
| Telefona uzlāde (ātra) | 3 A | 9V | 27 W |
| Klēpjdators | 3-5 A | 19V | 60-100 W |
| Darbvirsmas dators | 5-10 A | 12V | 60-120 W |
| Mikroviļņu krāsns | 10-15 A | 120V | 1200-1800 W |
| Elektromobiļa uzlāde | 32 A | 240V | 7.7 kW |
Reālās pasaules pielietojumi
Patērētāju elektronika
USB: 0.5-3 A (standarta līdz ātrai uzlādei). Telefona uzlāde: 1-3 A tipiski. Klēpjdators: 3-5 A. LED: 20 mA tipiski. Lielākā daļa ierīču izmanto mA līdz A diapazonu.
- USB 2.0: 0.5 A maks.
- USB 3.0: 0.9 A maks.
- USB-C PD: līdz 5 A (100W @ 20V)
- Telefona ātrā uzlāde: 2-3 A tipiski
Mājsaimniecība un enerģija
Mājsaimniecības shēmas: 15-20 A automātslēdži (ASV). Spuldze: 0.5-1 A. Mikroviļņu krāsns: 10-15 A. Gaisa kondicionieris: 15-30 A. Elektromobiļa uzlāde: 30-80 A (2. līmenis).
- Standarta kontaktligzda: 15 A shēma
- Lielas ierīces: 20-50 A
- Elektromobilis: 30-80 A (2. līmenis)
- Visa māja: 100-200 A serviss
Rūpnieciskais un ekstrēmais
Metināšana: 100-400 A (stieņu), 1000+ A (punktu). Zibens: 20-30 kA vidēji, 200 kA maksimums. Sliežu lielgabali: megaampēri. Supravadoši magnēti: 10+ kA stabili.
- Loka metināšana: 100-400 A
- Punktmetināšana: 1-100 kA impulsi
- Zibens: 20-30 kA tipiski
- Eksperimentāls: MA diapazons (sliežu lielgabali)
Ātrā konversijas matemātika
Ātrās SI priedēkļu konversijas
Katrs priedēkļa solis = ×1000 vai ÷1000. kA → A: ×1000. A → mA: ×1000. mA → µA: ×1000.
- kA → A: reiziniet ar 1,000
- A → mA: reiziniet ar 1,000
- mA → µA: reiziniet ar 1,000
- Pretēji: daliet ar 1,000
Strāva no jaudas
I = P / V (strāva = jauda ÷ spriegums). 60W spuldze pie 120V = 0.5 A. 1200W mikroviļņu krāsns pie 120V = 10 A.
- I = P / V (Ampēri = Vati ÷ Volti)
- 60W ÷ 120V = 0.5 A
- P = V × I (jauda no strāvas)
- V = P / I (spriegums no jaudas)
Ātrās Oma likuma pārbaudes
I = V / R. Ziniet spriegumu un pretestību, atrodiet strāvu. 12V pāri 4Ω = 3 A. 5V pāri 1kΩ = 5 mA.
- I = V / R (Ampēri = Volti ÷ Omi)
- 12V ÷ 4Ω = 3 A
- 5V ÷ 1000Ω = 5 mA (= 0.005 A)
- Atcerieties: daliet, lai iegūtu strāvu
Kā darbojas konversijas
- 1. solis: Konvertējiet avotu → ampērus, izmantojot toBase koeficientu
- 2. solis: Konvertējiet ampērus → mērķi, izmantojot mērķa toBase koeficientu
- Alternatīva: Izmantojiet tiešo koeficientu (kA → A: reiziniet ar 1000)
- Veselā saprāta pārbaude: 1 kA = 1000 A, 1 mA = 0.001 A
- Atcerieties: C/s un W/V ir identiski A
Biežākā konversijas atsauce
| No | Uz | Reizināt ar | Piemērs |
|---|---|---|---|
| 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 (identitāte) |
| A | W/V | 1 | 10 A = 10 W/V (identitāte) |
| kA | MA | 0.001 | 1000 kA = 1 MA |
| abampere | A | 10 | 1 abA = 10 A |
Ātri piemēri
Atrisināti uzdevumi
USB jaudas aprēķins
USB ports piegādā 5V. Ierīce patērē 500 mA. Kāda ir jauda?
P = V × I = 5V × 0.5A = 2.5W (standarta USB 2.0)
LED strāvas ierobežošana
5V barošana, LED nepieciešams 20 mA un 2V. Kāds rezistors?
Sprieguma kritums = 5V - 2V = 3V. R = V/I = 3V ÷ 0.02A = 150Ω. Izmantojiet 150Ω vai 180Ω.
Automātslēdža izmēra noteikšana
Trīs ierīces: 5A, 8A, 3A vienā shēmā. Kāds automātslēdzis?
Kopā = 5 + 8 + 3 = 16A. Izmantojiet 20A automātslēdzi (nākamais standarta izmērs uz augšu drošības rezervei).
Biežākās kļūdas, no kurām jāizvairās
- **Nogalina strāva, nevis spriegums**: 100 mA caur sirdi var būt letāla. Augsts spriegums ir bīstams, jo tas var piespiest strāvu plūst, bet kaitējumu nodara strāva.
- **Maiņstrāva pret līdzstrāvu**: 60 Hz maiņstrāva ir ~3-5 reizes bīstamāka nekā līdzstrāva pie tāda paša līmeņa. Maiņstrāva izraisa muskuļu saspringumu. Maiņstrāvas aprēķiniem tiek izmantota RMS strāva.
- **Vada biezums ir svarīgs**: Plāni vadi nevar izturēt lielu strāvu (karstums, ugunsgrēka risks). Izmantojiet vadu šķērsgriezuma tabulas. 15A nepieciešams vismaz 14 AWG.
- **Nepārsniedziet nominālvērtības**: Komponentiem ir maksimālās strāvas nominālvērtības. LED diodes izdeg, vadi kūst, drošinātāji izdeg, tranzistori sabojājas. Vienmēr pārbaudiet datu lapu.
- **Sērijas strāva ir tāda pati**: Sērijas shēmā strāva ir identiska visur. Paralēli strāvas summējas savienojumos (Kirhofs).
- **Īssavienojumi**: Nulles pretestība = bezgalīga strāva (teorētiski). Realitātē: ierobežota ar avotu, izraisa bojājumus/ugunsgrēku. Vienmēr aizsargājiet shēmas.
Aizraujoši fakti par strāvu
Jūsu ķermenis vada ~100 µA
Stāvot uz zemes, jūsu ķermenim pastāvīgi ir ~100 µA noplūdes strāva uz zemi. No elektromagnētiskajiem laukiem, statiskajiem lādiņiem, radioviļņiem. Pilnīgi droši un normāli. Mēs esam elektriskas būtnes!
Zibens ir 20 000-200 000 ampēru
Vidējais zibens spēriens: 20-30 kA (20 000 A). Maksimums var sasniegt 200 kA. Bet ilgums ir <1 milisekundes. Kopējais lādiņš: tikai ~15 kuloni. Liela strāva, īss laiks = izdzīvojams (dažreiz).
Cilvēka sāpju slieksnis: 1 mA
1 mA 60 Hz AC: tirpšanas sajūta. 10 mA: muskuļu kontroles zudums. 100 mA: ventrikulārā fibrilācija (letāla). 1 A: smagi apdegumi, sirds apstāšanās. Strāvas ceļš ir svarīgs—caur sirdi ir vissliktāk.
Supravadītāji: Bezgalīga strāva?
Nulles pretestība = bezgalīga strāva? Ne gluži. Supravadītājiem ir 'kritiskā strāva'—pārsniedziet to, un supravadītspēja pazūd. ITER kodolsintēzes reaktors: 68 kA supravadošās spolēs. Nav karstuma, nav zudumu!
LED strāva ir kritiska
LED diodes vada strāva, nevis spriegums. Tāds pats spriegums, atšķirīga strāva = atšķirīgs spilgtums. Pārāk daudz strāvas? LED diode uzreiz nomirst. Vienmēr izmantojiet strāvu ierobežojošu rezistoru vai konstantes strāvas draiveri.
Sliežu lielgabaliem nepieciešami megaampēri
Elektromagnētiskie sliežu lielgabali: 1-3 MA (miljoni ampēru) mikrosekundēs. Lorenca spēks paātrina lādiņu līdz Mach 7+. Nepieciešamas milzīgas kondensatoru bankas. Nākotnes jūras spēku ierocis.
Vēsturiskā evolūcija
1800
Volta izgudro bateriju. Pirmais nepārtrauktas elektriskās strāvas avots. Ļauj veikt agrīnos elektriskos eksperimentus.
1820
Ersteds atklāj, ka strāva rada magnētisko lauku. Savieno elektrību un magnētismu. Elektromagnētisma pamats.
1826
Oms publicē V = IR. Oma likums apraksta saistību starp spriegumu, strāvu, pretestību. Sākotnēji noraidīts, tagad fundamentāls.
1831
Faradejs atklāj elektromagnētisko indukciju. Mainīgs magnētiskais lauks rada strāvu. Ļauj izveidot ģeneratorus un transformatorus.
1881
Pirmais starptautiskais elektrības kongress definē ampēru kā 'praktisku vienību' strāvai.
1893
Teslas maiņstrāvas sistēma uzvar 'Strāvu karā' Pasaules izstādē. Maiņstrāvu var transformēt, līdzstrāvu ne (tolaik).
1948
CGPM definē ampēru: 'konstanta strāva, kas rada 2×10⁻⁷ N/m spēku starp paralēliem vadītājiem.'
2019
SI pārdefinēšana: ampērs tagad ir definēts no elementārlādiņa (e). 1 A = (e/1.602×10⁻¹⁹) elektronu sekundē. Precīzs pēc definīcijas.
Profesionāļu padomi
- **Ātri no mA uz A**: Daliet ar 1000. 250 mA = 0.25 A.
- **Strāva summējas paralēli**: Divi 5A zari = 10A kopā. Sērijā: tāda pati strāva visur.
- **Pārbaudiet vada šķērsgriezumu**: 15A nepieciešams vismaz 14 AWG. 20A nepieciešams 12 AWG. Neriskējiet ar ugunsgrēku.
- **Mēriet strāvu sērijā**: Ampermetrs tiek ieslēgts strāvas ceļā (pārtrauc shēmu). Voltmetrs tiek pieslēgts pāri (paralēli).
- **Maiņstrāvas RMS pret maksimālo vērtību**: 120V AC RMS → 170V maksimālā vērtība. Strāva ir tāda pati: RMS aprēķiniem.
- **Aizsardzība ar drošinātāju**: Drošinātāja nominālvērtībai jābūt 125% no normālās strāvas. Aizsargā pret īssavienojumiem.
- **Automātiskā zinātniskā notācija**: Vērtības < 1 µA vai > 1 GA tiek attēlotas zinātniskā notācijā lasāmības labad.
Pilnīga vienību atsauce
SI Vienības
| Vienības nosaukums | Simbols | Ampēru ekvivalents | Lietošanas piezīmes |
|---|---|---|---|
| ampērs | A | 1 A (base) | SI pamatvienība; 1 A = 1 C/s = 1 W/V (precīzi). |
| megaampērs | MA | 1.0 MA | Zibens (~20-30 kA), sliežu lielgabali, ekstrēmas rūpnieciskās sistēmas. |
| kiloampērs | kA | 1.0 kA | Metināšana (100-400 A), lieli dzinēji, rūpnieciskās energosistēmas. |
| miliampērs | mA | 1.0000 mA | LED diodes (20 mA), zemas jaudas shēmas, sensoru strāvas. |
| mikroampērs | µA | 1.0000 µA | Bioloģiskie signāli, precīzijas instrumenti, baterijas noplūde. |
| nanoampērs | nA | 1.000e-9 A | Nervu impulsi, jonu kanāli, ultra zemas jaudas ierīces. |
| pikoampērs | pA | 1.000e-12 A | Vienas molekulas mērījumi, tunelēšanas mikroskopija. |
| femtoampērs | fA | 1.000e-15 A | Jonu kanālu pētījumi, molekulārā elektronika, kvantu ierīces. |
| atoampērs | aA | 1.000e-18 A | Viena elektrona tunelēšana, teorētiskā kvantu robeža. |
Kopējās Vienības
| Vienības nosaukums | Simbols | Ampēru ekvivalents | Lietošanas piezīmes |
|---|---|---|---|
| kulons sekundē | C/s | 1 A (base) | Līdzvērtīgs ampēram: 1 A = 1 C/s. Parāda lādiņa plūsmas definīciju. |
| vats uz voltu | W/V | 1 A (base) | Līdzvērtīgs ampēram: 1 A = 1 W/V no P = VI. Jaudas sakarība. |
Mantotās un Zinātniskās
| Vienības nosaukums | Simbols | Ampēru ekvivalents | Lietošanas piezīmes |
|---|---|---|---|
| abampērs (EMU) | abA | 10.0 A | CGS-EMU vienība = 10 A. Novecojusi elektromagnētiskā vienība. |
| statampērs (ESU) | statA | 3.336e-10 A | CGS-ESU vienība ≈ 3.34×10⁻¹⁰ A. Novecojusi elektrostatiskā vienība. |
| biots | Bi | 10.0 A | Alternatīvs nosaukums abampēram = 10 A. CGS elektromagnētiskā vienība. |
Biežāk uzdotie jautājumi
Kāda ir atšķirība starp strāvu un spriegumu?
Spriegums ir elektriskais spiediens (kā ūdens spiediens). Strāva ir plūsmas ātrums (kā ūdens plūsma). Augsts spriegums nenozīmē lielu strāvu. Jums var būt 10 000V ar 1 mA (statisks trieciens) vai 12V ar 100 A (automašīnas starteris). Spriegums stumj, strāva plūst.
Kas ir bīstamāks: spriegums vai strāva?
Nogalina strāva, nevis spriegums. 100 mA caur jūsu sirdi var būt letāla. Bet augsts spriegums var piespiest strāvu plūst caur jūsu ķermeni (V = IR). Tāpēc augsts spriegums ir bīstams—tas pārvar jūsu ķermeņa pretestību. Strāva ir slepkava, spriegums ir veicinātājs.
Kāpēc maiņstrāva jūtama atšķirīgi no līdzstrāvas?
60 Hz maiņstrāva izraisa muskuļu kontrakcijas ar elektrotīkla frekvenci. Nevar atlaist (muskuļu saspringums). Līdzstrāva izraisa vienu triecienu. Maiņstrāva ir 3-5 reizes bīstamāka pie tāda paša strāvas līmeņa. Turklāt: maiņstrāvas RMS vērtība = efektīvais līdzstrāvas ekvivalents (120V AC RMS ≈ 170V maksimālā vērtība).
Cik daudz strāvas patērē tipiska mājsaimniecība?
Visa māja: 100-200 A servisa panelis. Viena kontaktligzda: 15 A shēma. Spuldze: 0.5 A. Mikroviļņu krāsns: 10-15 A. Gaisa kondicionieris: 15-30 A. Elektromobiļa lādētājs: 30-80 A. Kopējais daudzums mainās, bet panelis ierobežo maksimumu.
Vai var būt strāva bez sprieguma?
Supravadītājos, jā! Nulles pretestība nozīmē, ka strāva var plūst ar nulles spriegumu (V = IR = 0). Noturīga strāva var plūst mūžīgi. Parastos vadītājos, nē—jums ir nepieciešams spriegums, lai stumtu strāvu. Sprieguma kritums = strāva × pretestība.
Kāpēc USB ir ierobežots līdz 0.5-5 A?
USB kabelis ir plāns (augsta pretestība). Pārāk daudz strāvas = pārmērīga sasilšana. USB 2.0: 0.5 A (2.5W). USB 3.0: 0.9 A. USB-C PD: līdz 5 A (100W). Biezāki vadi, labāka dzesēšana un aktīva sarunāšanās ļauj droši izmantot lielāku strāvu.
Pilns Rīku Katalogs
Visi 71 rīki, kas pieejami UNITS