Основно съдържание

Физика – 9. клас (България)

Курс: Физика – 9. клас (България) > Раздел 1

Урок 1: Електричен ток: преговор

Стандартни мерни единици за електричество

Формални дефиниции на стандартните мерни единици за електричеството: ампер, кулон, заряд на електрона и волт. Написано от Уили МакАлистър.

Мерните единици за електричество могат да бъдат описани формално и това ще направим тук. Стандартните мерни единици за електричество са определени в специфичен ред. Първо е дефиниран амперът. Той е основна единица в международната система, единствената електрическа мерна единица, намирана чрез резултата от експеримент.

След ампера следват кулонът и зарядът на един електрон. После намираме останалите си любими единици, ват, волт и ом. Тези получени от основните мерни единици за електричество са определени спрямо ампера и другите основни единици от международната система (метър, килограм, секунда).

[Какво означава SI? ]

Ампер

Определението за международната единица за ток, амперът, идва от проучване на магнетизма. Електричният ток в проводник създава магнитно поле (закон на Биот-Саварт, 1820). Тези магнитни полета, на свой ред, създават магнитни сили върху проводниците (Закон за силата на Ампер, 1825). Два успоредни проводника, по които тече ток, прилагат сила един върху друг. Официалното международно определение за ампера е:

Един ампер е такъв постоянен ток, който при преминаването си през два успоредни линейни проводника, които имат безкрайна дължина и пренебрежимо малко кръгово напречно сечение и са поставени на разстояние 1 метър един от друг във вакуум, създава между тези два проводника сила, равна на 2, times, 10, start superscript, minus, 7, end superscript нютона на метър дължина.

Определението на ампера идва от резултата от един експеримент. За да се получи стандартен 1 ампер, извършваш някаква версия на следния експеримент. Поставяш два 1-метрови проводника успоредно и създаваш начин за измерване на силата върху проводниците (тензометричен датчик).

Приложи един и същи ток към двата проводника, като токът трябва да тече в една и съща посока. Намали или усили токовете в проводниците, докато измерваш силата върху проводниците. Когато силата е 2, times, 10, start superscript, minus, 7, end superscript нютона, по определение токът е 1 ампер. (Това е концептуален експеримент. в лабораториите по модерните стандарти един стандартен ампер се създава по друг начин.)

[Защо стойността за силата е необичайна?]

Кулон

Кулонът е международната мерна единица за заряд. Мерната единица кулон е производна на ампера. Един кулон е дефиниран като количеството пренасян електричен заряд от ток с големина 1 ампер.

1, start text, а, м, п, е, р, end text, equals, 1, start text, к, у, л, о, н, end text, slash, start text, с, е, к, у, н, д, а, end text

или, еквивалентно,

1, start text, к, у, л, о, н, end text, equals, 1, start text, а, м, п, е, р, end text, dot, start text, с, е, к, у, н, д, а, end text

Заряд на електрона

През 1897 година Джей Джей Томпсън доказал съществуването на електрона. Дванадесет години по-късно, започвайки през 1909, Робърт Миликан извършил своите експерименти с капка олио, за да установи заряда на електрона.

Зарядът на един електрон може да бъде изразен в кулони по следния начин: e, equals, minus, 1, comma, 602176565, times, 10, start superscript, minus, 19, end superscript, start text, к, у, л, о, н, а, end text.

Ако обърнем този израз, виждаме, че кулонът може да бъде изразен чрез броя заряди на електроните:

1, start text, к, у, л, о, н, end text, equals, 6, comma, 241509343, times, 10, start superscript, 18, end superscript, start text, е, л, е, к, т, р, о, н, и, end text

Проверка на концепциите

Колко са електроните в 1 ампер?

[Покажи отговора]

Колко са кулоните в 1 мол електрони?
Един мол електрони е 6, comma, 02214, times, 10, start superscript, 23, end superscript електрони – Числото на Авогадро.

[Покажи отговора]

Ват

Ватът е единицата за мощност. Мощността е количеството енергия, прехвърлена или консумирана за единица време; еквивалентно, мощността е скоростта на извършването на работа. Стандартно казано, ватът е мощността, която за една секунда повишава енергията с 1 джаул.

1, start text, W, end text, equals, 1, start text, J, end text, slash, start text, s, end text

Волт

Волт е мерната единица за разлика в електричния потенциал – разликата в електричния потенциал също е позната като напрежение. Големината на 1 волт официално е определена като разликата в потенциала между две точки на един проводник, между които ток със големина 1 ампер разсейва мощност 1 ват.

1, start text, V, end text, equals, 1, start text, W, end text, slash, start text, A, end text

Волтът може също да бъде изразен чрез енергията и заряда като

1, start text, V, end text, equals, 1, start text, J, end text, slash, start text, C, end text

Можеш да намериш логично описание на напрежението във въвеждащата статия за основните електрични величини. Също така има формално извеждане на понятието напрежение в раздела за електростатиката.

Ом

Ом е електрическата мерна единица за съпротивление. Един ом е дефиниран като съпротивлението между две точки в един проводник, в който е приложено напрежение 1 волт и протича ток с големина 1 ампер.

1, start text, Ω, end text, equals, 1, start text, V, end text, slash, start text, A, end text

Сега определихме подред основен набор от любимите ни електрически мерни единици.

Системи мерни единици

През последните 200 години е имало три основни системи научни мерни единици:

SI е Международната система на мерните единици – на френски, Système International d'Unités. Тя е модерният вид на метричната система и е най-широко използваната система от мерки. Системата е била публикувана през 1960 като резултат от дискусии, които са започнали през 1948. SI е базирана на системата метър-килограм-секунда (МКS). В Съединените Щати SI се използва в науката, медицината, държавните институции, индустрията и инженерните отрасли.

MKS е базирана на измерването на дължините в метри, масата в килограми и времето в секунди. MKS като цяло се използва в инженерните дисциплини и началната физика. Била е предложена през 1901. Най-познатите мерни единици за електричество и магнетизъм – ом, фарад, кулон, т.н. – са MKS мерни единици.

cgs е базирана на измерването на дължините в сантиметри, масата в грамове и времето в секунди. Била е въведена през 1874. Системата cgs често се използва в теоретичната физика. Разликата между системите SI и cgs е много по-дълбока от просто мащабиране на мерните единици за дължина и маса.

Има седем международни основни мерни единици по системата SI.

Основни международни мерни единици по системата SI

Име	Символ	Величина
метър	start text, m, end text	дължина
килограм	start text, k, g, end text	маса
секунда	start text, s, end text	време
ампер	start text, A, end text	електричен ток
келвин	start text, K, end text	температура
кандела	start text, c, d, end text	светлинен интензитет
мол	start text, m, o, l, end text	количество вещество

Една основна международна мерна единица е свързана с електричеството: амперът. Амперът има същия висок статус като метъра, килограма и секундата. Той е определен като самостоятелно "нещо", а не по отношение на други мерни единици.

[Сравнение на ампер и кулон]

Мерни единици, изведени от международната система SI, които се използват за електричество

Останалите мерни единици за електричество са изведени от мерните единици в международната система SI като комбинации от основните мерни единици. Ако амперът е "първата" мерна единица за електричество, тези производни мерни единици за електричество го следват "по петите".

Име	Символ	Величина	Производни на други SI единици
кулон	start text, C, end text	заряд	start text, A, end text, dot, start text, s, end text
ват	start text, W, end text	мощност	start text, J, end text, slash, start text, s, end text
волт	start text, V, end text	напрежение (разлика в електричния потенциал)	start text, W, end text, slash, start text, A, end text
ом	\Omega	съпротивление, импеданс	start text, V, end text, slash, start text, A, end text
фарад	start text, F, end text	капацитет	start text, C, end text, slash, start text, V, end text
хенри	start text, H, end text	индуктивност	start text, W, b, end text, slash, start text, A, end text
херц	start text, H, z, end text	честота	start text, s, end text, start superscript, minus, 1, end superscript
сименс	start text, S, end text	електрическа проводимост	start text, A, end text, slash, start text, V, end text или 1, slash, \Omega
вебер	start text, W, b, end text	магнитен поток	start text, V, end text, dot, start text, s, end text
тесла	start text, T, end text	магнитна индукция	start text, W, b, end text, slash, start text, m, end text, squared

[Използвани източници]

[Авторски права]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.