Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
Таблица основных физических величин
| Величина | Единица измерения в СИ | Название электрической величины |
|---|---|---|
| q | Кл - кулон | заряд |
| R | Ом – ом | сопротивление |
| U | В – вольт | напряжение |
| I | А – ампер | Сила тока (электрический ток) |
| C | Ф – фарад | Емкость |
| L | Гн - генри | Индуктивность |
| sigma | См - сименс | Удельная электрическая проводимость |
| e0 | 8,85418781762039*10-12 Ф/м | Электрическая постоянная |
| φ | В – вольт | Потенциал точки электрического поля |
| P | Вт – ватт | Мощность активная |
| Q | Вар – вольт-ампер-реактивный | Мощность реактивная |
| S | Ва – вольт-ампер | Мощность полная |
| f | Гц - герц | Частота |
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
Таблица десятичных приставок из физики
| Десятичный множитель | Произношение | Обозначение (русское/международное) |
|---|---|---|
| 10-30 | куэкто | q |
| 10-27 | ронто | r |
| 10-24 | иокто | и/y |
| 10-21 | зепто | з/z |
| 10-18 | атто | a |
| 10-15 | фемто | ф/f |
| 10-12 | пико | п/p |
| 10-9 | нано | н/n |
| 10-6 | микро | мк/μ |
| 10-3 | милли | м/m |
| 10-2 | санти | c |
| 10-1 | деци | д/d |
| 101 | дека | да/da |
| 102 | гекто | г/h |
| 103 | кило | к/k |
| 106 | мега | M |
| 109 | гига | Г/G |
| 1012 | тера | T |
| 1015 | пета | П/P |
| 1018 | экза | Э/E |
| 1021 | зета | З/Z |
| 1024 | йотта | И/Y |
| 1027 | ронна | R |
| 1030 | куэкка | Q |
Основные физические величины
Сила тока
Сила электрического тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой. Назначение амперметра - в измерении данной величины.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
В практике встречаются
1кА = 1000А
1мА = 0,001А
1мкА = 0,000001А
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
Единица измерения напряжения электрического тока представляет собой следующее отношение 1В=1Вт/1А.
В практике встречаются следующие варианты единиц измерения электрического потенциала, а точнее разности потенциалов:
- 1кВ = 1000В
- 1мВ = 0,001В
Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
I=U/R
Электрическая емкость
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф = 1Кл/1В
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
В практике встречаются
1пФ = 0,000000000001Ф
1нФ = 0,000000001Ф
Индуктивность
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн = (В*с)/А
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.
В практике встречаются
1мГн = 0, 001Гн
Электрическая проводимость
Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.
Электропроводность измеряется в сименсах.
1См = Ом-1
Активная мощность
Активная мощность — это часть полной мощности, которая превращается в полезную работу (например, вращение двигателя, нагрев и т.д.).
Активная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
1 Вт = 1 Дж/с
1 Вт — это мощность, при которой за 1 секунду совершается работа в 1 джоуль.
В практике встречаются:
- 1 кВт = 1 000 Вт
- 1 МВт = 1 000 000 Вт
Реактивная мощность
Реактивная мощность — это часть полной мощности, которая не расходуется на полезную работу, а используется для создания электрических и магнитных полей в цепи переменного тока.
Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАр).
1 ВАр — это мощность, при которой напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90°, и не совершается полезной работы, но энергия циркулирует между источником и нагрузкой.
В практике встречаются:
- 1 квар = 1 000 ВАр
- 1 мвар = 1 000 000 ВАр
Полная мощность
Полная мощность — это геометрическая сумма активной и реактивной мощности. Отражает общую нагрузку на источник энергии.
Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
1 ВА = 1 В * 1 А
Полная мощность показывает, какой ток потребляется при данном напряжении, независимо от того, идет ли работа или нет.
В практике встречаются:
- 1 кВА = 1 000 ВА
- 1 МВА = 1 000 000 ВА
Электрическое поле (E)
Электрическое поле — это особый вид материи, через который осуществляется взаимодействие между электрически заряженными телами.
Единица измерения: В/м (вольт на метр)
Формула: E = F / q
Плотность тока (j)
Показывает, какой ток протекает через единицу площади поперечного сечения проводника.
Единица измерения: А/м²
Формула: j = I / S
Магнитное поле (B)
Существует вокруг движущихся зарядов и токов. Воздействует на другие токи и магнитные моменты.
Единица измерения: Тл (тесла)
Формула: B = F / (I · l · sin(θ))
Энергия электрического поля
Формула: W = ½ · C · U²
Электрическая работа (A)
Работа электрического поля при перемещении заряда.
Единица измерения: Дж (джоуль)
Формула: A = q · U
Закон Джоуля-Ленца
Формула: Q = I² · R · t
Описывает количество теплоты, выделяющееся в проводнике.
Импеданс (Z)
Обобщенное сопротивление в цепи переменного тока.
Формула: Z = R + jX
Единица измерения: Ом
Коэффициент мощности (cos φ)
Отношение активной мощности к полной. Показывает эффективность использования энергии.
Формула: cos φ = P / S
Диапазон значений: от 0 до 1
Удельное сопротивление (ρ)
Сопротивление проводника длиной 1 м и площадью 1 м².
Формула: R = ρ · l / S
Единица измерения: Ом·м
Электрическая постоянная (ε₀)
Значение: ≈ 8.85 × 10⁻¹² Ф/м
Участвует в формуле: F = (1 / 4πε₀) · (q₁q₂ / r²)
