Меню

Единицы измерения электронных величин



Единицы измерения электронных величин

Основные единицы измерения в системе СИ

Наименование физической величины Единица Обозначение
русское между- народное
Длина метр м m
Масса килограмм кг kg
Время секунда с s
Сила электрического тока ампер A A
Термодинамическая температура кельвин К K
Количество вещества моль моль mol
Сила света кандела кд cd
Плоский угол радиан рад rad
Телесный угол стерадиан ср sr

Определения основных и дополнительных единиц СИ

Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответсвующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1м один от другого, вызвал бы силу взаимодействия, равную 2*10 -7 Н.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуре тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производные единицы электрических и магнитных величин в системе СИ

Наименование величины Единица
Наименование Обозначение
русское между- народное
Плотность электрического тока ампер на квадратный метр А/м 2 A/m 2
Количество электричества; электрический заряд кулон Кл C
Поверхностная плотность электрического заряда кулон на квадратный метр Кл/м 2 C/m 2
Электрическое напряжение; электрический потенциал, разность электрических потенциалов; ЭДС вольт В V
Напряженность электрического поля вольт на метр В/м V/m
Электрическая емкость фарад Ф F
Абсолютная диэлектрическая проницаемость; диэлектрическая постоянная фарад на метр Ф/м F/m
Электрическое сопротивление ом Ом W
Удельное электрическое сопротивление ом . метр Ом . м W . m
Электрическая проводимость сименс См S
Удельная электрическая проводимость сименс на метр См/м S/m
Магнитный поток вебер Вб Wb
Магнитная индукция тесла Тл T
Индуктивность генри Гн H
Абсолютная магнитная проницаемость; магнитная постоянная генри на метр Гн/м H/m
Энергия джоуль Дж J
Активная мощность ватт Вт W
Полная мощность вольт-ампер В . А V . A

Множители и приставки в системе СИ

Приставка Обозначение приставки Множитель Натменование множителя
русское международное
экса Э E 10 18 =1000000000000000000 квинтиллион
пета П P 10 15 =1000000000000000 квадриллион
тера Т T 10 12 =1000000000000 триллион
гига Г G 10 9 =1000000000 миллиард
мега М M 10 6 =1000000 миллион
кило к k 10 3 =1000 тысяча
гекто г h 10 2 =100 сто
дека да da 10 1 =10 десять
10 0 =1 единица
деци д d 10 -1 =0,1 одна десятая
санти с c 10 -2 =0,01 одна сотая
милли м m 10 -3 =0,001 одна тысячная
микро мк m 10 -6 =0,000001 одна миллионная
нано н n 10 -9 =0,000000001 одна миллиардная
пико п p 10 -12 =0,000000000001 одная триллионная
фемто ф f 10 -15 =0,000000000000001

одна квадриллионная
атто а a 10 -18 =0,000000000000000001 одна квинтиллионная

Пример: 1 мкВт=0.000001 Вт=1000 нВт

Происхождение наименований приставок СИ

Первые приставки были введены в 1793-1795гг. при узаконении во Франции метрической системы мер. Было принято для кратных единиц наименования приставок брать из греческого языка, для дольных — из латинского. В те годы были приняты следующие приставки: кило. (от греч. chilioi — тысяча), гекто. (от греч. hekaton — сто), дека. (от греч. deka — десять), деци. (от лат. decem — десять), санти. (от лат. centum — сто), милли. (от лат. mille — тысяча). В последующие годы число кратных и дольных единиц увеличилось; наименования приставок для их обозначения заимствовались иногда и из других языков. Появились следующие приставки: мега. (от греч. megas — большой), гига. (от греч. gigas, gigantos — великан), тера. (от греч. teras, teratos — огромный, чудовище), микро. (от греч. mikros — малый, маленький), нано. (от греч. nanos — карлик), пико. (от итал. piccolo — небольшой, мелкий), фемто. (от датск. femten — пятнадцать), атто. (от датск. atten — восемнадцать). Последние две приставки пета. и экса. — были приняты в 1975г.: «пета» . (от греч. peta — пять, что соответсвует пяти разрядам по 10 3 ), «экса» . (от греч. hex — шесть, что соответсвует шести разрядам по 10 3 ).

Источник

Электрические величины и единицы их измерения.

Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).
Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.

Электрический ток измеряется в амперах (А).

Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.

Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.

Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.

Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).

Производными единицами измерения напряжения являются:

1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.

Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.

Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).

Производными единицами измерения сопротивления являются:

1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.

Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.

Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).

Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.

Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:

Производными единицами измерения электрической мощности являются:

1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.

Единицами измерения электрической энергии являются:

1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.

Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:

W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч

Таблица 1. Электрические величины и единицы

Источник

Основные электрические величины: заряд, напряжение, ток, мощность, сопротивление

Основные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление и мощность.

Важнейшим физическим явлением в электрических цепях является движение электрического заряда. В природе существуют два вида зарядов — положительные и отрицательные. Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. Это ведет к тому, что имеется тенденция к группированию положительных зарядов с отрицательными в равных количествах.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Полный отрицательный заряд по модулю равен положительному заряду ядра. Следовательно, атом имеет нулевой полный заряд, также говорят, что он электрически нейтрален.

В материалах, которые могут проводить электричество, некоторые электроны отделяются от атомов и имеют возможность передвигаться в проводящем материале. Эти электроны называются подвижными зарядами или носителями заряда.

Так как каждый атом в исходном состоянии нейтрален, то после отрыва отрицательно заряженного электрона он становится положительно заряженным ионом. Положительные ионы не могут свободно передвигаться и образуют систему неподвижных, фиксированных зарядов (смотрите — Какие вещества проводят электрический ток).

В полупроводниках, составляющих важный класс материалов, подвижные электроны могут передвигаться двумя способами: или электроны ведут себя просто как отрицательно заряженные носители. Или сложная совокупность многих электронов движется таким образом, как будто в материале имеются положительно заряженные подвижные носители. Фиксированные заряды также могут быть обоих знаков.

Проводящие материалы можно представить как материалы, содержащие подвижные носители заряда (которые могут иметь один из двух знаков) и фиксированные заряды противоположной полярности.

Существуют также материалы, называемые изоляторами, которые не проводят электричества. Все заряды в изоляторе фиксированы. Примерами изоляторов служат воздух, слюда, стекло, тонкие слои окислов, образующихся на поверхностях многих металлов, и, конечно, вакуум (в котором вообще нет зарядов).

Заряд измеряется в кулонах (Кл) и обычно обозначается Q.

Величина заряда или количество отрицательного электричества электрона было установлено посредством многочисленных экспериментов и оказалось равным 1,601•10 -19 Кл или 4,803•10 — 10 электростатических единиц заряда.

Некоторое представление о количестве электронов, протекающих по проводнику даже при сравнительно слабых токах, можно получить следующим образом. Так как заряд электрона равен 1,601•10 -19 Кл , то число электронов, создающих заряд, равный кулону, является величиной, обратной данной, т. е. приблизительно равно 6• 10 18 .

Ток в 1 А соответствует протеканию 1 Кл в секунду, а при токе всего лишь 1 мкмка (10 -12 А ) через поперечное сечение проводника протекает примерно 6 млн. электронов в секунду. Токи такой величины в то же время являются настолько малыми, что обнаружение и измерение их связаны со значительными эспериментальными трудностями.

Заряд положительного иона представляет собой целое кратное заряда электрона, но имеет противоположный знак. Для частиц, однократно ионизованных, заряд оказывается равным заряду электрона.

Плотность ядра значительно выше, чем плотность электрона. Большая часть объема, занимаемого атомом в целом, является пустой.

Понятие об электрических явлениях

Путем трения двух разнородных тел, а также с помощью наведения (индуцирования) телам могут быть сообщены особые свойства — электрические. Такие тела называют наэлектризованными.

Явления, связанные с взаимодействием наэлектризованных тел, называются электрическими явлениями.

Взаимодействие, между наэлектризованными телами определяется так называемыми электрическими силами, которые отличаются от сил другой природы тем, что они обусловливают взаимное отталкивание и притяжение заряженных тел независимо от скорости их движения.

Этим взаимодействие между заряженными телами отличается, например, от гравитационного, которое характеризуется только притяжением тел, или от сил магнитного происхождения, зависящих от относительной скорости движения зарядов, обусловливающих магнитные явления.

Электротехника в основном изучает законы внешнего проявления свойств наэлектризованных тел — законы электромагнитных полей.

Вследствие сильного притяжения между противоположными зарядами большинство материалов электрически нейтрально. Для разделения положительных и отрицательных зарядов требуется энергия.

На рис. 1 показаны две проводящие, первоначально не заряженные пластины, отстоящие одна от другой на расстояние d. Предполагается, что пространство между пластинами заполнена изолятором, например воздухом, или же они находятся в вакууме.

Рис. 1. Две проводящие, первоначально не заряженные пластины: а — пластины электрически нейтральны; б — заряд -Q перенесен на нижнюю пластину (между пластинами существует разность потенциалов и электрическое поле).

На рис. 1, а обе пластины нейтральны, и полный нулевой заряд на верхней пластине может быть представлен суммой зарядов +Q и -Q. На рис. 1,б заряд -Q перенесен с верхней пластины на нижнюю. Если бы на рис. 1,б мы соединили пластины с помощью проводника, то силы притяжения противоположных зарядов произвели бы быстрый перенос заряда обратно и мы вернулись бы к ситуации, изображенной на рис. 1,а. Положительные заряды переместились бы на отрицательно заряженную пластину, а отрицательные заряды — на положительно заряженную.

Мы говорим, что между заряженными пластинами, показанными на рис. 1,б, существует разность потенциалов и что на положительно заряженной верхней пластине потенциал выше, чем на отрицательно заряженной нижней пластине. В общем случае между двумя точками существует разность потенциалов, если осуществление проводимости между этими точками приводит к переносу заряда.

Положительные заряды перемещаются от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом, направление движения отрицательных зарядов противоположно — от точки с низким потенциалом к точке с высоким потенциалом.

Единицей измерения разности потенциалов выбран вольт (В). Разность потенциалов называется напряжением и обычно обозначается буквой U .

Для количественного определения напряжения между двумя точками используется понятие электрическое поле. В случае, показанном на рис, 1,б, между пластинами существует однородное электрическое поле, направленное от области с более высоким потенциалом (от положительной пластины) к области с более низким потенциалом (к отрицательной пластине).

Напряженность этого поля, выраженная в вольтах на метр, пропорциональна заряду на пластинах и может быть рассчитана из законов физики, если известно распределение зарядов. Соотношение между величиной электрического поля и напряжением U между пластинами имеет вид U = E х d ( вольт = вольт/метр х метр) .

Итак, движение от более низкого потенциала к более высокому соответствует перемещению против направления поля. При более сложной структуре электрическое поле может быть не везде однородным, и для определения разности потенциалов между двумя точками необходимо многократно использовать уравнение U = E х d .

Промежуток между интересующими нас точками разбивается на много участков, каждый из которых достаточно мал, чтобы поле в нем было однородно. Затем последовательно к каждому отрезку применяется уравнение U = E х d и разности потенциалов для каждого участка суммируются. Таким образом, для любого распределения зарядов и электрических полей можно найти разность потенциалов между двумя любыми точками.

При определении разности потенциалов необходимо указать не только величину напряжения между двумя точками, но также и то, какая точка имеет больший потенциал. Однако в электрических цепях, содержащих несколько различных элементов, не всегда можно определить заранее, какая точка имеет более высокий потенциал. Чтобы избежать путаницы, необходимо принять условие для знаков (рис. 2).

Рис. 2 . Определение полярности напряжения (напряжение может быть положительным или отрицательным).

Двухполюсный элемент цепи представляется ящиком, снабженным двумя клеммами (рис. 2,а). Линии, ведущие от ящика к клеммам, предполагаются идеальными проводниками электрического тока. Одна клемма обозначается знаком плюс, другая — знаком минус. Эти знаки фиксируют относительную полярность. Напряжение U на рис. 2, а определяется условием U = (потенциал на клемме «+») — (потенциал на клемме » — «).

На рис. 2, б заряженные пластины соединены с клеммами так, то клемма «+» связана с пластиной, имеющей более высокий потенциал. Здесь напряжение U является положительным числом. На рис. 2,в клемма «+» связана с пластиной, имеющей меньший потенциал. В итоге получаем отрицательное напряжение.

Важно помнить об алгебраической форме представления напряжения. Как только определена полярность, положительное напряжение означает, что клемма «+» имеет (более высокий потенциал, а отрицательное напряжение означает, что более высокий потенциал имеет клемма «-«.

Выше отмечалось, что положительные носители заряда движутся из области высокого потенциала в область низкого потенциала тогда как отрицательные носители заряда — из области низкого потенциала в область высокого потенциала. Любой перенос заряда означает протекание электрического тока.

На рис. 3 показаны некоторые простые случаи протекания электрического тока, выбрана поверхность S и показано условное положительное направление. Если в течение времени d t через сечение S пройдет полный заряд Q в выбранном направлении, то ток I через S будет равен I = d Q / d t. Единицей измерения тока выбран ампер (А) (1А=1Кл/с).

Рис. 3 . Связь между направлением тока и направлением потока подвижных зарядов. Ток положителен (а и в), если результирующий поток положительных зарядов через некоторую поверхность S совпадает с выбранным направлением. Ток отрицателен (б и г), если результирующий поток положительных зарядов через поверхность противоположен выбранному направлению.

При определении знака тока I часто возникают затруднения. Если подвижные носители заряда положительны то положительный ток описывает реальное движение подвижных носителей в выбранном направлении, тогда как отрицательный ток описывает поток подвижных носителей заряда, противоположный выбранному направлению.

Если подвижные носители отрицательны, нужно быть осторожным при определении направления тока. Рассмотрим рис. 3,г, на котором отрицательные подвижные носители заряда пересекают S в выбранном направлении. Предположим, что каждый носитель имеет заряд -q и что скорость потока через S равна n носителей в секунду. За время d t полный заряд, пересекающий S в выбранном направлении, будет d Q = -n х q х dt , что соответствует току I = d Q /d t .

Следовательно, ток на рис. 3,г отрицателен. Более того,этот ток совпадает с током, создаваемым движением положительных носителей с зарядом +q через поверхность S со скоростью n носителей в секунду в направлении, противоположном выбранному (рис. 3,б). Таким образом, двузначность зарядов отражается в двузначности тока. Для большинства случаев в электронных схемах существенным является знак тока, и при этом неважно, какие носители заряда (положительные или отрицательные) переносят этот ток. Поэтому часто, когда говорят об электрическом токе подразумевают, что носители заряда положительны (смотрите — Направление электрического тока).

Однако в полупроводниковых приборах различие между положительными и отрицательными носителями заряда критично для работы прибора. При детальном рассмотрении работы этих приборов знаки подвижных носителей заряда необходимо четко различать. Понятие тока, протекающего через определенную площадку, легко обобщить на ток через элемент цепи.

На рис. 4 показан двухполюсный элемент. Направление положительного тока показано стрелкой.

Рис. 4. Ток через элемент цепи. Заряды входят в элемент через клемму А со скоростью i (кулонов в секунду) и выходят из элемента через клемму А’ с той же скоростью.

Если положительный ток протекает через элемент цепи, положительный заряд входит через клемму А со скоростью i кулонов в секунду. Но, как уже отмечалось, материалы (и элементы цепей) в целом остаются электрически нейтральными. (Даже «заряженный» элемент на рис. 1 имеет нулевой полный заряд.) Следовательно, если заряд втекает в элемент через клемму А, равное количество заряда должно одновременно вытекать из элемента через клемму А’. Эта непрерывность протекания электрического тока через элемент цепи следует из нейтральности элемента в целом.

На каждом двухполюсном элементе цепи может существовать напряжение между его клеммами, и через него может протекать ток. Знаки тока и напряжения могут быть определены независимо, однако между полярностями напряжения и тока существует важное физическое соотношение, для выяснения которого обычно принимают некоторое дополнительное условие.

На рис. 4 показано, как определяются относительные полярности напряжения и тока. При выбранном направлении тока он втекает в клемму «+». При выполнении этого дополнительного условия можно определить важную электрическую величину — электрическую мощность. Рассмотрим элемент цепи на рис. 4.

Если напряжение и ток положительны, то имеется непрерывный поток положительных зарядов от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом. Чтобы поддерживать этот поток, надо отделять положительные заряды от отрицательных и вводить их в клемму «+». Это непрерывное разделение требует непрерывных затрат энергии.

Когда заряды проходят через элемент, они отдают эту энергию. А так как энергия должна сохраняться, то она или выделяется в элементе цепи в виде тепла (например, в тостере), или накапливается в нем (например, при зарядке автомобильного аккумулятора). Скорость, с которой происходит это преобразование энергии, называется мощностью и определяется выражением Р = U х I ( ватт=вольт х ампер ).

Единицей измерения мощности выбран ватт (Вт), который соответствует преобразованию энергии 1 Дж в 1 с. Мощность, равная произведению напряжения на ток с полярностями, определенными на рис. 4, является алгебраической величиной.

Если Р>0, как в рассмотренном выше случае, мощность или рассеивается, или поглощается в элементе. Если Р

Для каждого элемента цепи можно написать определенное соотношение между напряжением на клеммах и током через элемент. Резистивным элементом является элемент, для которого соотношение между напряжением и током можно представить в виде графика. Этот график называется вольт-амперной характеристикой. Пример такой характеристики показан на рис. 5.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика резистивного элемента

Если известно напряжение на клеммах элемента D, то по графику можно определить ток через элемент D. Аналогично, если известен ток, можно определить напряжение.

Идеальным сопротивлением (или резистором) является линейный резистивный элемент. По определению линейности соотношение между напряжением и током в линейном резистивном элементе такое, что при удвоении тока напряжение также удваивается. В общем случае напряжение должно быть пропорционально току.

Пропорциональная зависимость между напряжением и током называется законом Ома для участка цепи и записывается двумя способами: U = I х R , где R — сопротивление элемента, и I = G х U, где G = I/R — проводимость элемента. Единицей измерения сопротивления является ом (Ом), а единицей проводимости — сименс (См).

Вольт-амперная характеристика идеального сопротивления приведена на рис. 6. График является прямой линией, проходящей через начало координат, с наклоном, равным I / R .

Рис. 6. Обозначение (а) и вольт-амперная характеристика (б) идеального резистора.

Мощность в идеальном сопротивлении

Выражение для мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении:

P = U х I = I 2 х R , P = U 2 /R

Так как мощность, поглощаемая,в идеальном сопротивлении, зависит от квадрата тока (или напряжения), знак мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении, зависит от знака R. Хотя иногда при моделировании некоторых типов приборов, работающих в определенных режимах, используются отрицательные значения сопротивления, все реальные сопротивления, как правило, положительны. Для этих сопротивлений поглощаемая мощность всегда положительна.

Электрическая энергия, поглощаемая сопротивлением, согласно закону сохранения энергии, должна п реобразовываться в другие виды. Наиболее часто электрическая энергия превращается в тепловую энергию, называемую джоулевым теплом. Скорость выделения джоулева тепла в сопротивлении совпадает со скоростью поглощения электрической энергии . И сключением являются те резистивные элементы (например, лампочка или громкоговоритель), в которых часть поглощаемой энергии преобразуется в другие виды (энергию светового излучения и звуковую энергию).

Взаимосвязь основных электрических величин

Для постоянного тока основные единицы представлены на рис. 7.

Рис. 7. Взаимосвязь основных электрических величин

Четыре основные единицы — ток, напряжение, сопротивление и мощность взаимосвязаны достоверно установленными зависимостями, что позволяет проводить не только прямые, но и косвенные измерения или вычислять нужные нам величины по другим — измеренным. Так, для измерения напряжения на участке цепи следовало бы иметь вольтметр, но и при отсутствии его, зная ток в цепи и сопротивление току на этом участке, можно рассчитать значение напряжения.

Источник

Приложение

Системы единиц измерения электрических и магнитных величин

Для измерения физических величин существует несколько систем единиц — СИ, СГС, МКС, МКГС, МТС и другие. С развитием науки и техники увеличивалось число применяемых систем единиц, их названий и обозначений. До недавнего времени для измерения механических, тепловых, акустических, электрических, магнитных, световых величин, а также рентгеновских, гамма- излучений и радиоактивности применялось одиннадцать систем единиц.

Большое количество единиц измерений создавало трудности при изучении той или иной науки, путаницу в терминологии.

В 1960 г. собравшаяся в Париже Одиннадцатая генеральная конференция по мерам и весам утвердила Международную систему единиц (СИ — система интернациональная), которая принята в СССР как государственный стандарт (ГОСТ 9867-61) и вводится во всеобщее употребление с 1 января 1963 г. во всех областях науки, техники, народного хозяйства, а также при преподавании, как предпочтительная.

В основу Международной системы единиц (СИ) положены метрическая система мер и так называемая система МКСА рационализированная. Система единиц (СИ) имеет шесть основных единиц: метр — единица длины, килограмм — единица массы, секунда — единица времени, ампер — единица величины электрического тока, градус Кельвина — термодинамическая температура и свеча — единица силы света.

Ознакомимся с некоторыми производными единицами СИ:

Приводим данные для пересчета некоторых единиц измерения старых систем в единицы СИ:

1. Основные сокращенные обозначения физических единиц


1. Основные сокращенные обозначения физических единиц

2. Буквенные обозначения основных электрических величин


2. Буквенные обозначения основных электрических величин

Источник

Единицы измерения электронных величин

Основные единицы измерения в системе СИ

Наименование физической величины Единица Обозначение
русское между- народное
Длина метр м m
Масса килограмм кг kg
Время секунда с s
Сила электрического тока ампер A A
Термодинамическая температура кельвин К K
Количество вещества моль моль mol
Сила света кандела кд cd
Плоский угол радиан рад rad
Телесный угол стерадиан ср sr

Определения основных и дополнительных единиц СИ

Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответсвующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1м один от другого, вызвал бы силу взаимодействия, равную 2*10 -7 Н.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуре тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

Кандела равна силе света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Производные единицы электрических и магнитных величин в системе СИ

Наименование величины Единица
Наименование Обозначение
русское между- народное
Плотность электрического тока ампер на квадратный метр А/м 2 A/m 2
Количество электричества; электрический заряд кулон Кл C
Поверхностная плотность электрического заряда кулон на квадратный метр Кл/м 2 C/m 2
Электрическое напряжение; электрический потенциал, разность электрических потенциалов; ЭДС вольт В V
Напряженность электрического поля вольт на метр В/м V/m
Электрическая емкость фарад Ф F
Абсолютная диэлектрическая проницаемость; диэлектрическая постоянная фарад на метр Ф/м F/m
Электрическое сопротивление ом Ом W
Удельное электрическое сопротивление ом . метр Ом . м W . m
Электрическая проводимость сименс См S
Удельная электрическая проводимость сименс на метр См/м S/m
Магнитный поток вебер Вб Wb
Магнитная индукция тесла Тл T
Индуктивность генри Гн H
Абсолютная магнитная проницаемость; магнитная постоянная генри на метр Гн/м H/m
Энергия джоуль Дж J
Активная мощность ватт Вт W
Полная мощность вольт-ампер В . А V . A

Множители и приставки в системе СИ

Приставка Обозначение приставки Множитель Натменование множителя
русское международное
экса Э E 10 18 =1000000000000000000 квинтиллион
пета П P 10 15 =1000000000000000 квадриллион
тера Т T 10 12 =1000000000000 триллион
гига Г G 10 9 =1000000000 миллиард
мега М M 10 6 =1000000 миллион
кило к k 10 3 =1000 тысяча
гекто г h 10 2 =100 сто
дека да da 10 1 =10 десять
10 0 =1 единица
деци д d 10 -1 =0,1 одна десятая
санти с c 10 -2 =0,01 одна сотая
милли м m 10 -3 =0,001 одна тысячная
микро мк m 10 -6 =0,000001 одна миллионная
нано н n 10 -9 =0,000000001 одна миллиардная
пико п p 10 -12 =0,000000000001 одная триллионная
фемто ф f 10 -15 =0,000000000000001

одна квадриллионная
атто а a 10 -18 =0,000000000000000001 одна квинтиллионная

Пример: 1 мкВт=0.000001 Вт=1000 нВт

Происхождение наименований приставок СИ

Первые приставки были введены в 1793-1795гг. при узаконении во Франции метрической системы мер. Было принято для кратных единиц наименования приставок брать из греческого языка, для дольных — из латинского. В те годы были приняты следующие приставки: кило. (от греч. chilioi — тысяча), гекто. (от греч. hekaton — сто), дека. (от греч. deka — десять), деци. (от лат. decem — десять), санти. (от лат. centum — сто), милли. (от лат. mille — тысяча). В последующие годы число кратных и дольных единиц увеличилось; наименования приставок для их обозначения заимствовались иногда и из других языков. Появились следующие приставки: мега. (от греч. megas — большой), гига. (от греч. gigas, gigantos — великан), тера. (от греч. teras, teratos — огромный, чудовище), микро. (от греч. mikros — малый, маленький), нано. (от греч. nanos — карлик), пико. (от итал. piccolo — небольшой, мелкий), фемто. (от датск. femten — пятнадцать), атто. (от датск. atten — восемнадцать). Последние две приставки пета. и экса. — были приняты в 1975г.: «пета» . (от греч. peta — пять, что соответсвует пяти разрядам по 10 3 ), «экса» . (от греч. hex — шесть, что соответсвует шести разрядам по 10 3 ).

Источник

Электрические величины и единицы их измерения.

Электрическим током (I) называется направленное движение электрических зарядов (ионов — в электролитах, электронов проводимости в металлах).
Необходимым условием для протекания электрического тока является замкнутость электрической цепи.

Электрический ток измеряется в амперах (А).

Производными единицами измерения тока являются:
1 килоампер (кА) = 1000 А;
1 миллиампер (мА) 0,001 А;
1 микроампер (мкА) = 0,000001 А.

Человек начинает ощущать проходящий через его тело ток в 0,005 А. Ток больше 0,05 А опасен для жизни человека.

Электрическим напряжением (U) называется разность потенциалов между двумя точками электрического поля.

Единицей разности электрических потенциалов является вольт (В).
1 В = (1 Вт) : (1 А).

Производными единицами измерения напряжения являются:

1 киловольт (кВ) = 1000 В;
1 милливольт (мВ) = 0,001 В;
1 микровольт (мкВ) = 0,00000 1 В.

Сопротивлением участка электрической цепи называется величина, зависящая от материала проводника, его длины и поперечного сечения.

Электрическое сопротивление измеряется в омах (Ом).
1 Ом = (1 В) : (1 А).

Производными единицами измерения сопротивления являются:

1 килоОм (кОм) = 1000 Ом;
1 мегаОм (МОм) = 1 000 000 Ом;
1 миллиОм (мОм) = 0,001 Ом;
1 микроОм (мкОм) = 0,00000 1 Ом.

Электрическое сопротивление тела человека в зависимости от ряда условий колеблется от 2000 до 10 000 Ом.

Удельным электрическим сопротивлением (ρ) называется сопротивление проволоки длиной 1 м и сечением 1 мм2 при температуре 20 °С.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью (γ).

Мощностью (Р) называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование энергии, или скорость, с которой совершается работа.
Мощностью генератора называется величина, характеризующая скорость, с которой механическая или другая энергия преобразуется в генераторе в электрическую.
Мощностью потребителя называется величина, характеризующая скорость, с которой происходит преобразование электрической энергии в отдельных участках цепи в другие полезные виды энергии.

Системной единицей мощности в СИ является ватт (Вт). Он равен мощности, при которой за 1 секунду выполняется работа в 1 джоуль:

Производными единицами измерения электрической мощности являются:

1 киловатт (кВт) = 1000 Вт;
1 мегаватт (МВт) = 1000 кВт = 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) = 0,001 Вт; о1i
1 лошадиная сила (л. с.) = 736 Вт = 0,736 кВт.

Единицами измерения электрической энергии являются:

1 ватт-секунда (Вт сек) = 1 Дж = (1 Н) (1 м);
1 киловатт-час (кВт ч) = 3,б 106 Вт сек.

Пример. Ток, потребляемый электродвигателем, присоединенным к сети 220 В, составлял 10 А в течение 15 минут. Определить энергию, потребленную двигателем.
Вт*сек, или, разделив эту величину на 1000 и 3600, получим энергию в киловатт-часах:

W = 1980000/(1000*3600) = 0,55кВт*ч

Таблица 1. Электрические величины и единицы

Источник

Основные электрические величины: заряд, напряжение, ток, мощность, сопротивление

Основные электрические величины: ток, напряжение, сопротивление и мощность.

Важнейшим физическим явлением в электрических цепях является движение электрического заряда. В природе существуют два вида зарядов — положительные и отрицательные. Разноименные заряды притягиваются, одноименные отталкиваются. Это ведет к тому, что имеется тенденция к группированию положительных зарядов с отрицательными в равных количествах.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Полный отрицательный заряд по модулю равен положительному заряду ядра. Следовательно, атом имеет нулевой полный заряд, также говорят, что он электрически нейтрален.

В материалах, которые могут проводить электричество, некоторые электроны отделяются от атомов и имеют возможность передвигаться в проводящем материале. Эти электроны называются подвижными зарядами или носителями заряда.

Так как каждый атом в исходном состоянии нейтрален, то после отрыва отрицательно заряженного электрона он становится положительно заряженным ионом. Положительные ионы не могут свободно передвигаться и образуют систему неподвижных, фиксированных зарядов (смотрите — Какие вещества проводят электрический ток).

В полупроводниках, составляющих важный класс материалов, подвижные электроны могут передвигаться двумя способами: или электроны ведут себя просто как отрицательно заряженные носители. Или сложная совокупность многих электронов движется таким образом, как будто в материале имеются положительно заряженные подвижные носители. Фиксированные заряды также могут быть обоих знаков.

Проводящие материалы можно представить как материалы, содержащие подвижные носители заряда (которые могут иметь один из двух знаков) и фиксированные заряды противоположной полярности.

Существуют также материалы, называемые изоляторами, которые не проводят электричества. Все заряды в изоляторе фиксированы. Примерами изоляторов служат воздух, слюда, стекло, тонкие слои окислов, образующихся на поверхностях многих металлов, и, конечно, вакуум (в котором вообще нет зарядов).

Заряд измеряется в кулонах (Кл) и обычно обозначается Q.

Величина заряда или количество отрицательного электричества электрона было установлено посредством многочисленных экспериментов и оказалось равным 1,601•10 -19 Кл или 4,803•10 — 10 электростатических единиц заряда.

Некоторое представление о количестве электронов, протекающих по проводнику даже при сравнительно слабых токах, можно получить следующим образом. Так как заряд электрона равен 1,601•10 -19 Кл , то число электронов, создающих заряд, равный кулону, является величиной, обратной данной, т. е. приблизительно равно 6• 10 18 .

Ток в 1 А соответствует протеканию 1 Кл в секунду, а при токе всего лишь 1 мкмка (10 -12 А ) через поперечное сечение проводника протекает примерно 6 млн. электронов в секунду. Токи такой величины в то же время являются настолько малыми, что обнаружение и измерение их связаны со значительными эспериментальными трудностями.

Заряд положительного иона представляет собой целое кратное заряда электрона, но имеет противоположный знак. Для частиц, однократно ионизованных, заряд оказывается равным заряду электрона.

Плотность ядра значительно выше, чем плотность электрона. Большая часть объема, занимаемого атомом в целом, является пустой.

Понятие об электрических явлениях

Путем трения двух разнородных тел, а также с помощью наведения (индуцирования) телам могут быть сообщены особые свойства — электрические. Такие тела называют наэлектризованными.

Явления, связанные с взаимодействием наэлектризованных тел, называются электрическими явлениями.

Взаимодействие, между наэлектризованными телами определяется так называемыми электрическими силами, которые отличаются от сил другой природы тем, что они обусловливают взаимное отталкивание и притяжение заряженных тел независимо от скорости их движения.

Этим взаимодействие между заряженными телами отличается, например, от гравитационного, которое характеризуется только притяжением тел, или от сил магнитного происхождения, зависящих от относительной скорости движения зарядов, обусловливающих магнитные явления.

Электротехника в основном изучает законы внешнего проявления свойств наэлектризованных тел — законы электромагнитных полей.

Вследствие сильного притяжения между противоположными зарядами большинство материалов электрически нейтрально. Для разделения положительных и отрицательных зарядов требуется энергия.

На рис. 1 показаны две проводящие, первоначально не заряженные пластины, отстоящие одна от другой на расстояние d. Предполагается, что пространство между пластинами заполнена изолятором, например воздухом, или же они находятся в вакууме.

Рис. 1. Две проводящие, первоначально не заряженные пластины: а — пластины электрически нейтральны; б — заряд -Q перенесен на нижнюю пластину (между пластинами существует разность потенциалов и электрическое поле).

На рис. 1, а обе пластины нейтральны, и полный нулевой заряд на верхней пластине может быть представлен суммой зарядов +Q и -Q. На рис. 1,б заряд -Q перенесен с верхней пластины на нижнюю. Если бы на рис. 1,б мы соединили пластины с помощью проводника, то силы притяжения противоположных зарядов произвели бы быстрый перенос заряда обратно и мы вернулись бы к ситуации, изображенной на рис. 1,а. Положительные заряды переместились бы на отрицательно заряженную пластину, а отрицательные заряды — на положительно заряженную.

Мы говорим, что между заряженными пластинами, показанными на рис. 1,б, существует разность потенциалов и что на положительно заряженной верхней пластине потенциал выше, чем на отрицательно заряженной нижней пластине. В общем случае между двумя точками существует разность потенциалов, если осуществление проводимости между этими точками приводит к переносу заряда.

Положительные заряды перемещаются от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом, направление движения отрицательных зарядов противоположно — от точки с низким потенциалом к точке с высоким потенциалом.

Единицей измерения разности потенциалов выбран вольт (В). Разность потенциалов называется напряжением и обычно обозначается буквой U .

Для количественного определения напряжения между двумя точками используется понятие электрическое поле. В случае, показанном на рис, 1,б, между пластинами существует однородное электрическое поле, направленное от области с более высоким потенциалом (от положительной пластины) к области с более низким потенциалом (к отрицательной пластине).

Напряженность этого поля, выраженная в вольтах на метр, пропорциональна заряду на пластинах и может быть рассчитана из законов физики, если известно распределение зарядов. Соотношение между величиной электрического поля и напряжением U между пластинами имеет вид U = E х d ( вольт = вольт/метр х метр) .

Итак, движение от более низкого потенциала к более высокому соответствует перемещению против направления поля. При более сложной структуре электрическое поле может быть не везде однородным, и для определения разности потенциалов между двумя точками необходимо многократно использовать уравнение U = E х d .

Промежуток между интересующими нас точками разбивается на много участков, каждый из которых достаточно мал, чтобы поле в нем было однородно. Затем последовательно к каждому отрезку применяется уравнение U = E х d и разности потенциалов для каждого участка суммируются. Таким образом, для любого распределения зарядов и электрических полей можно найти разность потенциалов между двумя любыми точками.

При определении разности потенциалов необходимо указать не только величину напряжения между двумя точками, но также и то, какая точка имеет больший потенциал. Однако в электрических цепях, содержащих несколько различных элементов, не всегда можно определить заранее, какая точка имеет более высокий потенциал. Чтобы избежать путаницы, необходимо принять условие для знаков (рис. 2).

Рис. 2 . Определение полярности напряжения (напряжение может быть положительным или отрицательным).

Двухполюсный элемент цепи представляется ящиком, снабженным двумя клеммами (рис. 2,а). Линии, ведущие от ящика к клеммам, предполагаются идеальными проводниками электрического тока. Одна клемма обозначается знаком плюс, другая — знаком минус. Эти знаки фиксируют относительную полярность. Напряжение U на рис. 2, а определяется условием U = (потенциал на клемме «+») — (потенциал на клемме » — «).

На рис. 2, б заряженные пластины соединены с клеммами так, то клемма «+» связана с пластиной, имеющей более высокий потенциал. Здесь напряжение U является положительным числом. На рис. 2,в клемма «+» связана с пластиной, имеющей меньший потенциал. В итоге получаем отрицательное напряжение.

Важно помнить об алгебраической форме представления напряжения. Как только определена полярность, положительное напряжение означает, что клемма «+» имеет (более высокий потенциал, а отрицательное напряжение означает, что более высокий потенциал имеет клемма «-«.

Выше отмечалось, что положительные носители заряда движутся из области высокого потенциала в область низкого потенциала тогда как отрицательные носители заряда — из области низкого потенциала в область высокого потенциала. Любой перенос заряда означает протекание электрического тока.

На рис. 3 показаны некоторые простые случаи протекания электрического тока, выбрана поверхность S и показано условное положительное направление. Если в течение времени d t через сечение S пройдет полный заряд Q в выбранном направлении, то ток I через S будет равен I = d Q / d t. Единицей измерения тока выбран ампер (А) (1А=1Кл/с).

Рис. 3 . Связь между направлением тока и направлением потока подвижных зарядов. Ток положителен (а и в), если результирующий поток положительных зарядов через некоторую поверхность S совпадает с выбранным направлением. Ток отрицателен (б и г), если результирующий поток положительных зарядов через поверхность противоположен выбранному направлению.

При определении знака тока I часто возникают затруднения. Если подвижные носители заряда положительны то положительный ток описывает реальное движение подвижных носителей в выбранном направлении, тогда как отрицательный ток описывает поток подвижных носителей заряда, противоположный выбранному направлению.

Если подвижные носители отрицательны, нужно быть осторожным при определении направления тока. Рассмотрим рис. 3,г, на котором отрицательные подвижные носители заряда пересекают S в выбранном направлении. Предположим, что каждый носитель имеет заряд -q и что скорость потока через S равна n носителей в секунду. За время d t полный заряд, пересекающий S в выбранном направлении, будет d Q = -n х q х dt , что соответствует току I = d Q /d t .

Следовательно, ток на рис. 3,г отрицателен. Более того,этот ток совпадает с током, создаваемым движением положительных носителей с зарядом +q через поверхность S со скоростью n носителей в секунду в направлении, противоположном выбранному (рис. 3,б). Таким образом, двузначность зарядов отражается в двузначности тока. Для большинства случаев в электронных схемах существенным является знак тока, и при этом неважно, какие носители заряда (положительные или отрицательные) переносят этот ток. Поэтому часто, когда говорят об электрическом токе подразумевают, что носители заряда положительны (смотрите — Направление электрического тока).

Однако в полупроводниковых приборах различие между положительными и отрицательными носителями заряда критично для работы прибора. При детальном рассмотрении работы этих приборов знаки подвижных носителей заряда необходимо четко различать. Понятие тока, протекающего через определенную площадку, легко обобщить на ток через элемент цепи.

На рис. 4 показан двухполюсный элемент. Направление положительного тока показано стрелкой.

Рис. 4. Ток через элемент цепи. Заряды входят в элемент через клемму А со скоростью i (кулонов в секунду) и выходят из элемента через клемму А’ с той же скоростью.

Если положительный ток протекает через элемент цепи, положительный заряд входит через клемму А со скоростью i кулонов в секунду. Но, как уже отмечалось, материалы (и элементы цепей) в целом остаются электрически нейтральными. (Даже «заряженный» элемент на рис. 1 имеет нулевой полный заряд.) Следовательно, если заряд втекает в элемент через клемму А, равное количество заряда должно одновременно вытекать из элемента через клемму А’. Эта непрерывность протекания электрического тока через элемент цепи следует из нейтральности элемента в целом.

На каждом двухполюсном элементе цепи может существовать напряжение между его клеммами, и через него может протекать ток. Знаки тока и напряжения могут быть определены независимо, однако между полярностями напряжения и тока существует важное физическое соотношение, для выяснения которого обычно принимают некоторое дополнительное условие.

На рис. 4 показано, как определяются относительные полярности напряжения и тока. При выбранном направлении тока он втекает в клемму «+». При выполнении этого дополнительного условия можно определить важную электрическую величину — электрическую мощность. Рассмотрим элемент цепи на рис. 4.

Если напряжение и ток положительны, то имеется непрерывный поток положительных зарядов от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом. Чтобы поддерживать этот поток, надо отделять положительные заряды от отрицательных и вводить их в клемму «+». Это непрерывное разделение требует непрерывных затрат энергии.

Когда заряды проходят через элемент, они отдают эту энергию. А так как энергия должна сохраняться, то она или выделяется в элементе цепи в виде тепла (например, в тостере), или накапливается в нем (например, при зарядке автомобильного аккумулятора). Скорость, с которой происходит это преобразование энергии, называется мощностью и определяется выражением Р = U х I ( ватт=вольт х ампер ).

Единицей измерения мощности выбран ватт (Вт), который соответствует преобразованию энергии 1 Дж в 1 с. Мощность, равная произведению напряжения на ток с полярностями, определенными на рис. 4, является алгебраической величиной.

Если Р>0, как в рассмотренном выше случае, мощность или рассеивается, или поглощается в элементе. Если Р

Для каждого элемента цепи можно написать определенное соотношение между напряжением на клеммах и током через элемент. Резистивным элементом является элемент, для которого соотношение между напряжением и током можно представить в виде графика. Этот график называется вольт-амперной характеристикой. Пример такой характеристики показан на рис. 5.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика резистивного элемента

Если известно напряжение на клеммах элемента D, то по графику можно определить ток через элемент D. Аналогично, если известен ток, можно определить напряжение.

Идеальным сопротивлением (или резистором) является линейный резистивный элемент. По определению линейности соотношение между напряжением и током в линейном резистивном элементе такое, что при удвоении тока напряжение также удваивается. В общем случае напряжение должно быть пропорционально току.

Пропорциональная зависимость между напряжением и током называется законом Ома для участка цепи и записывается двумя способами: U = I х R , где R — сопротивление элемента, и I = G х U, где G = I/R — проводимость элемента. Единицей измерения сопротивления является ом (Ом), а единицей проводимости — сименс (См).

Вольт-амперная характеристика идеального сопротивления приведена на рис. 6. График является прямой линией, проходящей через начало координат, с наклоном, равным I / R .

Рис. 6. Обозначение (а) и вольт-амперная характеристика (б) идеального резистора.

Мощность в идеальном сопротивлении

Выражение для мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении:

P = U х I = I 2 х R , P = U 2 /R

Так как мощность, поглощаемая,в идеальном сопротивлении, зависит от квадрата тока (или напряжения), знак мощности, поглощаемой в идеальном сопротивлении, зависит от знака R. Хотя иногда при моделировании некоторых типов приборов, работающих в определенных режимах, используются отрицательные значения сопротивления, все реальные сопротивления, как правило, положительны. Для этих сопротивлений поглощаемая мощность всегда положительна.

Электрическая энергия, поглощаемая сопротивлением, согласно закону сохранения энергии, должна п реобразовываться в другие виды. Наиболее часто электрическая энергия превращается в тепловую энергию, называемую джоулевым теплом. Скорость выделения джоулева тепла в сопротивлении совпадает со скоростью поглощения электрической энергии . И сключением являются те резистивные элементы (например, лампочка или громкоговоритель), в которых часть поглощаемой энергии преобразуется в другие виды (энергию светового излучения и звуковую энергию).

Взаимосвязь основных электрических величин

Для постоянного тока основные единицы представлены на рис. 7.

Рис. 7. Взаимосвязь основных электрических величин

Четыре основные единицы — ток, напряжение, сопротивление и мощность взаимосвязаны достоверно установленными зависимостями, что позволяет проводить не только прямые, но и косвенные измерения или вычислять нужные нам величины по другим — измеренным. Так, для измерения напряжения на участке цепи следовало бы иметь вольтметр, но и при отсутствии его, зная ток в цепи и сопротивление току на этом участке, можно рассчитать значение напряжения.

Источник

Читайте также:  Приборы для измерения влажности воздуха психрометр гигрометр