Электрическое напряжение

Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения

В чем измеряется

Единицей напряжения называют вольт (В). Один Вольт выражается в разности потенциалов двух точек электрического поля, силы которого совершают работу в 1 Дж для перемещения заряда в 1 Кл из первой точки во вторую. Измеряют напряжение специальным прибором — вольтметром.

Таким образом, значение 220 В подразумевает, что электрическое поле данной сети способно совершить работу (потратить энергию) в 220 Дж для «протаскивания» зарядов через цепь и нагрузку.

От чего зависит напряжение?

Напряжение участка цепи зависит от:

• Материала проводника;

• Подключенной нагрузки (сопротивления);

• Температуры;

Виды напряжения

Постоянное напряжение

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический ток в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки.

Применяют сети постоянного тока, когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический ток устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 герц означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.

Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что переменный ток возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Переменный ток применяют при необходимости передавать энергию на значительные расстояния. В этих случаях эффективно использование трехфазных сетей: потери электроэнергии в проводах минимальны, простая электрогенерация (благодаря трехфазным электродвигателям без коллектора), выгодно экономически.

Трехфазный ток получают в трехфазных электродвигателях

. В них имеются сразу три катушки проводов, расположенных равномерно по кругу – через 120 градусов. Поэтому и синусоиды трехфазного тока отстают друг от друга на этот угол. Геомертическое представление трехфазного напряжения и тока выглядит в виде векторной диаграммы.

Между фазными напряжение также существует, называется линейным и равно 380 В (разность потенциалов между двумя фазными проводами).

В зависимости от вида подключения в трехфазной сети можно получить или фазное напряжение, или линейное.

Источник: /pue8.ru/elektrotekhnik/816-elektricheskoe-napryazhenie-opredelenie-vidy-edinitsy-izmereniya.html

Электрическое напряжение. Вольтметр — урок. Физика, 8 класс

Пробовали ли вы когда-нибудь надувать воздушные шарики на время? Один надувает быстро, а другой за это же время надувает гораздо меньше. Без сомнения, первый совершает большую работу, чем второй.

С источниками напряжения происходит точно так же. Чтобы обеспечить движение частиц в проводнике, надо совершить работу. И эту работу совершает источник. Работу источника характеризует напряжение. Чем оно больше, тем большую работу совершает источник, тем ярче будет гореть лампочка в цепи (при других одинаковых условиях).

Напряжение равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда
к величине перемещаемого заряда на участке цепи.

U=Aq, где (U) — напряжение, (A) — работа электрического поля, (q) — заряд.

Обрати внимание!

Единица измерения напряжения в системе СИ — [(U)] = (1) B (вольт).

(1) вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда, равного (1) Кл, совершается работа, равная (1) Дж: (1) В (= 1) Дж/1 Кл.

Все видели надпись на домашних бытовых приборах «(220) В». Она означает, что на участке цепи совершается работа (220) Дж по перемещению заряда (1) Кл.

Кроме вольта, применяют дольные и кратные ему единицы — милливольт и киловольт.

(1) мВ (= 0,001) В, (1) кВ (= 1000) В или (1) В (= 1000) мВ, (1) В (= 0,001) кВ.

Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр.

Обозначаются все вольтметры латинской буквой (V), которая наносится на циферблат приборов и используется в схематическом изображении прибора.

В школьных условиях используются вольтметры, изображённые на рисунке:

 

Основными элементами вольтметра являются корпус, шкала, стрелка и клеммы. Клеммы обычно подписаны плюсом или минусом и для наглядности выделены разными цветами: красный — плюс, черный (синий) — минус. Сделано это с той целью, чтобы заведомо правильно подключать клеммы прибора к соответствующим проводам, подключённым к источнику.

Обрати внимание!

В отличие от амперметра, который включается в разрыв цепи последовательно, вольтметр включается в цепь параллельно.

Включая вольтметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность.

Сборку электрической цепи лучше начинать со всех элементов, кроме вольтметра, а его уже подключать в самом конце.

Вольтметры делятся на приборы постоянного тока и переменного тока.

Если прибор предназначен для цепей переменного тока, то на циферблате принято изображать волнистую линию. Если прибор предназначен для цепей постоянного тока, то линия будет прямой.

Вольтметр постоянного тока

Вольтметр переменного тока

Можно обратить внимание на клеммы прибора. Если указана полярность («(+)» и «(-)»), то это прибор для измерения постоянного напряжения.

Иногда используют буквы (AC/DC). В переводе с английского (AC) (alternating current) — переменный ток, а (DC) (direct current) — постоянный ток.

В цепь переменного тока включается вольтметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

Обрати внимание!

Для измерения напряжения можно использовать и мультиметр.

Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

Следует помнить, что высокое напряжение опасно.

Так как земля является проводником электрического тока, вокруг упавшего оголённого кабеля, находящегося под напряжением, может возникнуть опасное для человека шаговое напряжение.

При попадании под шаговое напряжение даже небольшого значения возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног. Обычно человеку удаётся в такой ситуации своевременно выйти из опасной зоны.

Обрати внимание!

Однако нельзя выбегать оттуда огромными шагами, шаговое напряжение при этом только увеличится! Выходить надо обязательно быстро, но очень мелкими шагами или скачками на одной ноге!

   

Безопасным напряжением для человека считается напряжение (42) В в нормальных условиях и (12) В в условиях с повышенной опасностью (сырость, высокая температура, металлические полы и др.).

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.

/class-fizika.narod.ru/8_29.htm
/interneturok.ru/ru/school/physics/8-klass/belektricheskie-yavleniyab/elektricheskoe-napryazhenie

/kamenskih2.narod.ru/untitled74.htm

Источник: /yaklass.ru/p/fizika/8-klass/elektricheskie-iavleniia-12351/elektricheskoe-napriazhenie-voltmetr-12361/re-9effb98b-8fe9-4eb7-9964-54c153a18241

Электрический ток, напряжение — поймет даже ребенок!

Всем привет, на связи с вами снова Владимир Васильев.  Новогодние празднования подходят к концу, а значить надо готовиться к рабочим будням, с чем вас дорогие друзья и поздравляю! Хех,  только не надо расстраиваться и впадать в депрессию, нужно мыслить позитивно.

Так вот в эти новогодние праздники я как-то размышлял о аудитории моего блога: «Кто он? Кто тот посетитель моего блога, что каждый день заходит почитать мои посты?».  Может быть это прошаренный  спец зашел из любопытства почитать что я тут накалякал?  А может это какой -нибудь доктор радиотехнических наук зашел посмотреть как спаять схему мультивибратора?

Источник: /popayaem.ru/elektricheskij-tok-napryazhenie.html

Что такое Электрическое напряжение — Определение, измерение

Большинство людей в быту могут оперировать таким понятием как электрическое напряжение. Практически все знают, что бытовая розетка находится под напряжением 220В, а пальчиковая батарейка выдает напряжение всего в 1.5В.

При этом далеко не каждый человек, окончивший среднюю школу или даже технический ВУЗ в состоянии ответить, что же все-таки означает термин электрическое напряжение.

В этом материале мы постараемся ответить на этот вопрос, по возможности не прибегая к сложной математике.

Определение электрического напряжения

В учебниках по физике и электротехнике можно встретить разные определения электрического напряжения. Одно из них звучит следующим образом: электрическое напряжение между двумя точками пространства равно разности потенциалов электрического поля в этих точках. Математически это записывается так:

U=φ_a-φ_b (1).

Где U – электрическое напряжение, а φ_a и φ_b потенциалы электрического поля в точках A и B соответственно.

Если мы не знаем что такое потенциал электрического поля в точке, то приведенное выше определение мало проясняет вопрос, что же такое электрическое напряжение.

На первый взгляд определение электрического потенциала кажется довольно сложным. Например, не совсем понятно, где находится точка с нулевым потенциалом.

 Для начала нужно запомнить, что электрический потенциал это работа по переносу единичного заряда. Если обратиться к формуле (1) то станет ясно, что электрическое напряжение не что иное, как разность двух работ. То есть электрическое напряжение, тоже есть работа.

Отсюда мы приходим ко второму определению. Электрическое напряжение численно равно работе по переносу единичного электрического заряда из точки А в точку В. При этом φ_a и φ_b это потенциальная энергия которой обладает единичный заряд в точках А и В соответственно.

Для лучшего понимания изложенного выше можно привести следующую аналогию. Любое тело, находящееся на некотором расстоянии от Земли обладает потенциальной энергией.

Для того чтобы поднять тело выше придется выполнить некоторую работу. Величина этой работы будет равна разности потенциальных энергий, которыми обладает тело на разной высоте.

Похожую картину мы наблюдаем, когда мы имеем дело с электрическим полем.

Что касается точки пространства, в которой электрический заряд обладает нулевым электрическим потенциалом, то в теории электричества эту точку можно выбрать произвольно. Связанно это с тем, что электрическое поле «потенциально».

Чтобы прояснить этот термин придется прибегнуть к высшей математике, а мы решили этого избежать. На практике специалисты в области электротехники в качестве точек с нулевым потенциалом часто выбирают поверхность Земли.

И многие измерения выполняют относительно нее.

В технике чаще всего используются переменные электрические поля, которые изменяются по закону синуса.

В случае переменного электрического поля мгновенное значение разности потенциалов между двумя точками можно вычислить по следующей формуле:

u(t)=U_m  sin⁡〖(ωt)〗 (2).

Здесь u – мгновенное значение напряжения; Um – максимальное значение напряжения; ω – частота, t – время.

Измерение электрического напряжения

Электрическое напряжение измеряют с помощью вольтметров. Для измерения напряжения (разности потенциалов) на участке электрической цепи щупы вольтметра подключают к концам этого участка и по шкале считывают показания прибора.

Существует множество типов вольтметров. Мы остановимся на аналоговых вольтметрах с магнитоэлектрическими измерительными механизмами. Эти механизмы довольно часто применяют в щитовых вольтметрах и многофункциональных измерительных приборах – мультиметрах.

Магнитоэлектрический электрический механизм представляет собой проволочную катушку, размещенную между полюсами магнита. Катушка подвешивается на спиральных пружинах обеспечивающих высокую чувствительность прибора. С катушкой связана указательная стрелка, с помощью которой осуществляется отсчет показаний на шкале прибора.

Ниже на рисунке показано устройство магнитоэлектрического механизма.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют высокую чувствительность. С их помощью можно измерить напряжения составляющие сотые доли вольта. Для расширения пределов измерения последовательно с измерительным механизмом включают добавочные сопротивления. Схема простейшего вольтметра постоянного тока показана на рисунке.

Одним из важнейших параметром вольтметра является его внутреннее сопротивление. Чем больше значение внутреннего сопротивления вольтметра, тем меньшую погрешность можно получить в процессе измерения.

Для аналоговых вольтметров внутреннее сопротивление обычно составляет 20кОм на вольт.

Если необходимо получить большее значение сопротивления для измерений применяют электронные вольтметры, цифровые или аналоговые.

U=1/√2 U_m=0,707U_m (3)

Действующее значение удобно применять при вычислении мощности электрической цепи. Когда мы говорим, что в электрической розетке присутствует напряжение 220В, речь идет именно о действующем значении напряжения.

В коротком материале трудно рассказать обо всех нюансах связанных с электрическим напряжением и способах его измерения. Но мы надеемся, что текст окажется полезен читателю.

Источник: /Elektrika.ru/articles/elektroprovodka/elektricheskoe_napryazhenie/

Напряжение: формулы, единицы измерения, природа явления

Электричество воспринимается нами как данность и вряд ли кто задумывается над тем, что такое электрическое напряжение и какова его физическая сущность, когда включает свет, компьютер или стиральную машину.

На самом же деле оно заслуживает гораздо большего внимания, и не только потому, что может быть смертельно опасным, но и из-за того, что Человечество, овладев этим видом энергии, совершило качественный цивилизационный скачок.

Природа электрического напряжения

Вспомним один из наиболее интересных моментов на школьном уроке физики, когда преподаватель вращал диск электрической машины, а между металлическими шариками проскакивала искра.

Это и есть видимое отражение природного феномена под названием электрический ток.

Он возникает из-за того, что на одном шарике отрицательно заряженных ионов больше, а на другом меньше, из-за чего возникает разность потенциалов, то есть факт, нарушающий основной закон Природы – сохранения энергии.

Отрицательно заряженные частицы стремятся переместиться туда, где их меньше, тем самым обнулив разницу. Конечно же, электроны не проходят весь путь между заряженными шариками, называемых полюсами.

Каждое такое соударение порождает выплеск энергии, из-за чего система переходит из состояния покоя в возбужденное, которое и принято называть электрическим напряжением.

Сила, движущая заряженные частицы

Чтобы поставить себе на службу электрическое напряжение и ток, человеку надо было найти силу, которая могла возобновлять разницу потенциалов между полюсами, порождая непрерывное соударение частиц кристаллической решетки. Их оказалось целых три:

1. Электромагнитная индукция – возникновение тока в результате взаимозависимого перемещения металлов в магнитном поле. Используется в генераторах постоянного и переменного тока.
2. Электрохимическое взаимодействие, порождаемая разностью потенциалов кристаллических решеток веществ. Используется в аккумуляторах, батареях питания постоянного тока.
3. Термохимическая реакция, повышающая активность электронов в результате нагрева.

Сила, порождающее движение заряженных частиц, получила наименование «электродвижущая» (аббревиатура ЭДС) и обозначается на схемах буквой «Е», обычно сопутствующей мнемосимволам разъемов, к которым подключается источник питания.

Вольты и амперы

ЭДС и напряжение измеряются в вольтах – условной единице, названной в честь итальянца Алессандро Вольты, официально признанного изобретателя гальванической батареи – источника постоянного тока. Это количество работы, которая совершается при перемещении единицы заряда (кулона), если при этом был потрачен 1 джоуль условной энергии.

Однако существует и вторая единица измерения электрического тока – ампер, названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера. Традиционно ее называют силой тока, хотя правильнее применять термин «магнитодвижущая сила», что наиболее полно отражает двуединую физическую сущность заряженной частицы.

Магнитное и электрическое поля электрона стремятся к взаимной компенсации, а их зависимость определяется законом Ома, описываемого формулой I = U / R.

Если сопротивление среды резко падает (например, при коротком замыкании), то сила тока растет по экспоненте. Это вызывает ответное падение напряжения, в результате чего система приходит в равновесное состояние.

Существует и другой эффект: при большом сопротивлении среды заряд одного знака копится на какой-либо поверхности до тех пор, пока напряжение не достигнет критического уровня, после чего происходит пробой (возникновение тока) в направлении поверхности с наибольшей разницей потенциала. Статическое напряжение чрезвычайно опасно, поскольку в момент разряда оно может порождать токи силой в сотни ампер. Поэтому металлические конструкции, длительное время находящиеся в магнитном поле, обязательно заземляются.

Постоянный или переменный?

Напряжение – это статическая составляющая электричества, а сила тока – динамическая, ведь его направление меняется вместе с полярностью на концах проводника. И это свойство оказалось очень полезным для распространения электричества по Миру.

Дело в том, что любой ток затухает из-за внутреннего сопротивления среды, согласно всё тому же закону сохранения энергии.

Но оказалось, что двигающийся в одну сторону поток электронов усилить очень сложно, а циклически изменяющий направление – просто, для этого применяется трансформатор с двумя обмотками на одном сердечнике.

Чтобы получить переменный ток, надо вывернуть наизнанку принцип, открытый Фарадеем, который в своем прообразе электрического генератора вращал медный диск в поле действия постоянного магнита.

Никола Тесла сделал наоборот – поместил вращающийся электромагнит внутрь неподвижной обмотки, получив неожиданный эффект: в момент прохождения полюсов через нейтраль магнитного поля амплитуда напряжения падает до нуля, а потом снова растет, но уже с другим знаком.

За один оборот направление движения электронов в проводнике меняется два раза, составляя рабочую фазу. Поэтому переменный ток называют еще и фазным. А порождающее его напряжение – синусоидальным.

Никола Тесла создал генератор с двумя обмотками, расположенными под углом в 900 друг к другу, а русский инженер М.О. Доливо-Добровольский усовершенствовал его, расположив на статоре три, что увеличило стабильность работы электрической машины. В результате этого промышленный переменный ток стал трехфазным.

Почему 220 вольт 50 Гц?

В нашей стране бытовая однофазная сеть имеет номиналы 220 вольт и 50 герц. Причина появления именно этих цифр весьма интересна.

Пальма первенства в бытовом освоении электричества принадлежит Томасу Эдисону. Он использовал исключительно постоянный ток, поскольку гениального изобретения Николой Тесла переменного еще не произошло.

Первым электрическим прибором оказалась лампа накаливания с угольной нитью.

Опытным путем было установлено, что лучше всего она работает при напряжении в 45 вольт и включенном в цепь балластном сопротивлении, обеспечивающим рассеивание еще двадцати.

Однако передача постоянного тока от электростанций к потребителям сопровождалась большими трудностями: через одну-две мили он затухал полностью.

По Закон Джоуля — Ленца количество тепла, рассеиваемое проводником при прохождении тока, вычисляется по следующей формуле: Q = R . I2.

Чтобы снизить потери вчетверо, напряжение увеличили до 220 вольт, а силовую линию построили из трех проводников – с двумя «плюсами» и одним «минусом». Потребитель получал все те же 110 вольт.

Противостояние Николы Теслы и Томаса Эдисона, названное «Войной токов», решилось в пользу переменного, поскольку его можно было передавать на большие расстояния с минимальными потерями.

Тем не менее напряжение между силовыми проводниками осталось 220, а линейное, поступающее к потребителю – 127 вольт, поскольку из-за сдвига фаз на 120 градусов амплитуды напряжения не складываются арифметически, а умножаются на 1,73 – корень квадратный из трех.

В СССР сетевым номиналом 127 вольт в одной фазе пользовались до начала 60-х годов. В ходе усовершенствования электрических линий, проводимого с целью увеличения передаваемой мощности, конструкторы пошли по тому же пути, что и Эдисон – повысили напряжение.

За точку отсчета приняли 220 вольт, которые измерялись между фазами. Оно стало бытовым. А промышленное межфазное напряжение 380 вольт получилось умножением 220 на 1,73. Частота 50 Гц – это 3 тыс. колебаний в минуту, то есть, оптимальное количество оборотов коленвала дизеля или другого двигателя внутреннего сгорания, который приводит в действие машину переменного тока.

Источник: /electriktop.ru/baza-znaniy/napryazhenie-formuly-edinitsy-izmereniya-priroda-yavleniya.html

Электрическое напряжение

Ранее мы узна­ли о том, что такое сила тока, и о том, что эта ве­ли­чи­на ха­рак­те­ри­зу­ет дей­ствие элек­три­че­ско­го тока. Мы уже рас­смот­ре­ли несколь­ко фак­то­ров, от ко­то­рых она за­ви­сит, те­перь рас­смот­рим дру­гие па­ра­мет­ры, ко­то­рые на нее вли­я­ют.

Для этого до­ста­точ­но про­ве­сти про­стой экс­пе­ри­мент: под­клю­чить к элек­три­че­ской цепи сна­ча­ла один ис­точ­ник тока, потом по­сле­до­ва­тель­но два оди­на­ко­вых, а затем и три оди­на­ко­вых ис­точ­ни­ка, при этом каж­дый раз из­ме­ряя силу тока в цепи.

В ре­зуль­та­те из­ме­ре­ний будет видна про­стая за­ви­си­мость: сила тока рас­тет про­пор­ци­о­наль­но ко­ли­че­ству под­клю­ча­е­мых ис­точ­ни­ков.

Из этого можно сде­лать вывод, что элек­три­че­ское поле вли­я­ет на силу тока в цепи. При этом при пе­ре­ме­ще­нии за­ря­дов по про­вод­ни­ку со­вер­ша­ет­ся ра­бо­та элек­три­че­ско­го тока, что го­во­рит о том, что ра­бо­та элек­три­че­ско­го поля опре­де­ля­ет силу тока в цепи.

С дру­гой сто­ро­ны, можно вспом­нить ана­ло­гию между про­те­ка­ни­ем элек­три­че­ско­го тока в про­вод­ни­ке и воды в трубе.

Когда речь идее о массе воды, про­те­ка­ю­щей через се­че­ние трубы, то это можно срав­ни­вать с ве­ли­чи­ной за­ря­да, ко­то­рый про­шел через про­вод­ник.

Для ха­рак­те­ри­сти­ки ра­бо­ты элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­ме­ще­нию за­ря­да вве­де­на такая ве­ли­чи­на, как элек­три­че­ское на­пря­же­ние.

Опре­де­ле­ние. Элек­три­че­ское на­пря­же­ние – фи­зи­че­ская ве­ли­чи­на, ко­то­рая равна ра­бо­те элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­ме­ще­нию еди­нич­но­го за­ря­да из одной точки в дру­гую.

Обо­зна­че­ние.  на­пря­же­ние.

Еди­ни­ца из­ме­ре­ния.  вольт.

На­зва­на еди­ни­ца из­ме­ре­ния на­пря­же­ния в честь ита­льян­ско­го уче­но­го Алес­сан­ро Воль­та (1745–1827) (рис. 1).

Рис. 1. Алес­сан­ро Воль­та

Если при­ве­сти стан­дарт­ный при­мер о смыс­ле всем из­вест­ной над­пи­си на любых до­маш­них бы­то­вых при­бо­рах «220 В», то она озна­ча­ет, что на участ­ке цепи со­вер­ша­ет­ся ра­бо­та 220 Дж по пе­ре­ме­ще­нию за­ря­да 1 Кл.

Фор­му­ла для рас­че­та на­пря­же­ния:

Где:

 ра­бо­та элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­не­се­нию за­ря­да, Дж;

 заряд, Кл.

Сле­до­ва­тель­но, еди­ни­цу из­ме­ре­ния на­пря­же­ния можно пред­ста­вить так:

Между фор­му­ла­ми для вы­чис­ле­ния на­пря­же­ния и силы тока су­ще­ству­ет вза­и­мо­связь, на ко­то­рую сле­ду­ет об­ра­тить вни­ма­ние:  и . В обеих фор­му­лах при­сут­ству­ет ве­ли­чи­на элек­три­че­ско­го за­ря­да , что может ока­зать­ся по­лез­ным при ре­ше­нии неко­то­рых задач.

2. Вольтметр

Для из­ме­ре­ния на­пря­же­ния ис­поль­зу­ют при­бор, ко­то­рый на­зы­ва­ет­ся вольт­метр (рис. 2).

Рис. 2. Вольт­метр

Су­ще­ству­ют раз­лич­ные вольт­мет­ры по осо­бен­но­стям их при­ме­не­ния, но в ос­но­ве прин­ци­па их ра­бо­ты лежит элек­тро­маг­нит­ное дей­ствие тока. Обо­зна­ча­ют­ся все вольт­мет­ры ла­тин­ской бук­вой , ко­то­рая на­но­сит­ся на ци­фер­блат при­бо­ров и ис­поль­зу­ет­ся в схе­ма­ти­че­ском изоб­ра­же­нии при­бо­ра.

В школь­ных усло­ви­ях ис­поль­зу­ют­ся, на­при­мер, вольт­мет­ры, изоб­ра­жен­ные на ри­сун­ке 3. С их по­мо­щью про­во­дят­ся из­ме­ре­ния на­пря­же­ния в элек­три­че­ских цепях при про­ве­де­нии ла­бо­ра­тор­ных работ.

Рис. 3. Вольт­мет­ры

Сде­ла­но это с целью того, чтобы за­ве­до­мо пра­виль­но под­клю­чать клем­мы при­бо­ра к со­от­вет­ству­ю­щим про­во­дам, под­клю­чен­ным к ис­точ­ни­ку.

В от­ли­чие от ам­пер­мет­ра, ко­то­рый вклю­ча­ет­ся в раз­рыв цепи по­сле­до­ва­тель­но, вольт­метр вклю­ча­ет­ся в цепь па­рал­лель­но.

Без­услов­но, любой элек­три­че­ский из­ме­ри­тель­ный при­бор дол­жен ми­ни­маль­но вли­ять на ис­сле­ду­е­мую цепь, по­это­му вольт­метр имеет такие кон­струк­тив­ные осо­бен­но­сти, что его через него идет ми­ни­маль­ный ток. Обес­пе­чи­ва­ет­ся такой эф­фект под­бо­ром спе­ци­аль­ных ма­те­ри­а­лов, ко­то­рые спо­соб­ству­ют ми­ни­маль­но­му про­те­ка­нию за­ря­да через при­бор.

3. Вольтметр в электрических схемах

Схе­ма­ти­че­ское изоб­ра­же­ние вольт­мет­ра (рис. 4):

Рис. 4.

Изоб­ра­зим для при­ме­ра элек­три­че­скую схему (рис. 5), в ко­то­рой под­клю­чен вольт­метр.

Рис. 5.

В цепи почти ми­ни­маль­ный набор эле­мен­тов: ис­точ­ник тока, лампа на­ка­ли­ва­ния, ключ, ам­пер­метр, под­клю­чен­ный по­сле­до­ва­тель­но, и вольт­метр, под­клю­чен­ный па­рал­лель­но к лам­поч­ке.

За­ме­ча­ние. Лучше на­чи­нать сбор­ку элек­три­че­ской цепи со всех эле­мен­тов, кроме вольт­мет­ра, а его уже под­клю­чать в конце.

4. Виды вольтметров

Су­ще­ству­ет мно­же­ство раз­лич­ных видов вольт­мет­ров с раз­ли­ча­ю­щи­ми­ся шка­ла­ми. По­это­му во­прос о вы­чис­ле­нии цены при­бо­ра в дан­ном слу­чае очень ак­туа­лен. Очень рас­про­стра­не­ны мик­ро­ам­пер­мет­ры, мил­ли­ам­пер­мет­ры, про­сто ам­пер­мет­ры и т. д. По их на­зва­ни­ям по­нят­но, с какой крат­но­стью про­из­во­дят­ся из­ме­ре­ния.

Кроме того, вольт­мет­ры делят на при­бо­ры по­сто­ян­но­го тока и пе­ре­мен­но­го тока.

Хотя в го­род­ской сети и пе­ре­мен­ный ток, но на дан­ном этапе изу­че­ния фи­зи­ки мы за­ни­ма­ем­ся по­сто­ян­ным током, ко­то­рый по­да­ют все галь­ва­ни­че­ские эле­мен­ты, по­это­му нас и будут ин­те­ре­со­вать со­от­вет­ству­ю­щие вольт­мет­ры. То, что при­бор пред­на­зна­чен для цепей пе­ре­мен­но­го тока, при­ня­то изоб­ра­жать на ци­фер­бла­те в виде вол­ни­стой линии (рис. 6).

Рис. 6. Вольт­метр пе­ре­мен­но­го тока

На сле­ду­ю­щем за­ня­тии мы узна­ем, что такое элек­три­че­ское со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ка.

Вопросы к конспектам

Вы­чис­ли­те, какой заряд про­шел через про­вод­ник, если при на­пря­же­нии 36 В элек­три­че­ское поле вы­пол­ни­ло ра­бо­ту 72 Дж.

Опре­де­ли­те цену де­ле­ния при­бо­ра:

Под­го­товь­те до­клад об устрой­стве вольт­мет­ра и видах этого при­бо­ра.

Источник: /100ballov.kz/mod/page/view.php?id=1124

Суть напряжения. Что такое электрическое напряжение. Основы электричества

Тема: в чём заключается суть электрического напряжения, что же это такое

Вряд ли найдётся в цивилизованном обществе такой взрослый человек, который бы не знал о существовании электричества и основной его характеристики такой как электрическое напряжение.

Слово то знакомое и вроде бы подразумевает наличие какой-то электрической силы на тех или иных электрических проводниках и устройствах.

Но что именно означает это электрическое понятие? Какова суть электрического напряжения? В этом мы и постараемся разобраться в этой статье.

Атом, это элементарная частица, имеющая следующее устройство — в центре находится ядро, состоящее из скопления протонов и нейтронов. Это как бы сгусток, основа, скопление более мелких частиц, имеющих положительный электрический заряд, что проявляется в виде электрического поля со знаком +.

Вокруг ядра атома с очень большой скоростью вращаются более мелкие частицы, это электроны. Для наглядности это можно сравнить с устройством нашей солнечной системы, где в роли ядра выступает солнце, а планеты, вращающиеся вокруг него, это электроны.

Электроны имеют отрицательный электрический заряд, со знаком -.

Суть напряжения в сфере электрических явлений заключается во взаимодействии так называемых электрических полей, что присутствуют вокруг электрических заряженных частиц.

Между ними всегда есть некоторое расстояние, что обуславливается силой взаимодействия электрических полей.

К вышесказанному, по теме сути электрического напряжения, также стоит добавить, что одноименные электрические заряды всегда отталкиваются друг от друга, а разноименные, соответственно, притягиваются.

Тут то и можно обнаружить суть напряжения в электричестве, а именно, сила, с которой будет происходить это притягивание или отталкивание электрически заряженных частиц и будет соответствовать общему смыслу напряжения.

Другими словами говоря, сила стремления притянуться либо же оттолкнуться друг от друга протонов и электронов выражается в электрическом напряжении.

В научных формулировках электрическое напряжение выражается как разность электрических потенциалов между двумя точками. То есть, имеется место, где находиться один или много зарядов с одним и тем же знаком, либо минус, либо плюс.

Эта точка будет одним потенциалом, дающая определенную силу напряженности электрического поля, что образуется вокруг. В другом же месте, допустим, скопились заряды с противоположным знаком, и они также образовывают свой электрический потенциал, который относительно первого будет являться вторым.

Так вот если измерить силу напряженности между этими двумя точками с противоположными потенциалами, мы обнаружим определенное электрическое напряжение.

Так как один электрический заряд имеет строго определённую величину своего заряда, то уже общая сила будет зависеть от количества заряженных частиц. Чем больше зарядов находятся вместе, тем больше их суммарная сила. Расстояние также имеет значение.

Чем дальше друг от друга заряды, тем слабее будет напряжение, и наоборот.

Думаю в общих чертах Вам стало понятнее суть напряжения, что касается области электричества.

Да, стоит добавить, что электрическое напряжение измеряется в вольтах, В (в честь учёного, открывшее это явление и официально его обнародовав).

Оно соответствует произведению электрического сопротивления на силу электрического тока. Ну об этих понятиях мы поговорим в следующих темах, а пока на этом пожалуй всё. Тема — суть электрического напряжения окончена.

P.S. Электрическое напряжение можно ещё сравнить с давлением воды (если брать аналогию физических процессов с обычным водопроводом). Когда водопроводный краник закрыт, вода не течёт, хотя в этот самое время она находиться под определенным давлением.

В этот момент давление, так же как и напряжение в электрической цепи будет максимально возможным. Но как только краник мы приоткроем, начнет течь вода, и давление немного снижается, так же как и при замыкании электроцепи произойдет некоторое падение напряжения.

Суть напряжения очень похожа в природе, будь то область электричества или гидродинамика и т.д.

Источник: /electrohobby.ru/sut-napr-osn-el-tdx.html

Напряжение электрического тока и вольтметр

Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Мы знаем, что сила тока одинакова во всех местах цепи.

Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов и нагрузки. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом месте электрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Давайте разберемся.

Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, однако не совершает при этом большой работы.

То есть в данном случае ток совершает механическую работу, и довольно приличную работу. Ток тратит свою энергию. Электроны в том же количестве продолжают бежать дальше, но энергии у них уже поменьше.

Определение электрического напряжения

То есть электрическое поле должно было «протащить» электроны через нагрузку, и энергия, которая при этом израсходовалась, характеризуется величиной, называемой электрическим напряжением.

Эта же энергия потратилась на какое-то изменение состояния вещества нагрузки. Энергия, как мы знаем, не пропадает в никуда и не появляется из ниоткуда. Об этом гласит Закон сохранения энергии.

То есть, если ток потратил энергию на прохождение через нагрузку, эту энергию приобрела нагрузка и, например, нагрелась.

Напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо большим, и зависеть величина напряжения будет от величины работы, произведенной током. Измеряют напряжение в вольтах (1 В).

Для определения напряжения существует формула: 

U=A/q,

где U — напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.

Напряжение на полюсах источника тока

Что касается напряжения на участке цепи – все понятно.

А что же тогда означает напряжение на полюсах источника тока? В данном случае это напряжение означает потенциальную величину энергии, которую может источник придать току. Это как давление воды в трубах.

Эта величина энергии, которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Вольтметр

Для измерения напряжения существует прибор, называемый вольтметром. В отличие от амперметра, он подключается не произвольно в любом месте цепи, а параллельно нагрузке, до нее и после. В таком случае вольтметр показывает величину напряжения, приложенного к нагрузке. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Сила тока: природа, формула, измерение амперметром
Следующая тема:   Сопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники

Источник: /nado5.ru/e-book/ehlnapryazhenie-voltmetr

Электрическое напряжение

Одна из наиболее часто употребляемых характеристик в электротехнике — это электрическое напряжение, или просто говорят — напряжение.

Очень часто даже у опытных в электротехнике специалистов вызывает затруднение объяснить, что есть это самое напряжение.

Такое явление вполне объяснимо тем, что для практических нужд обслуживания электрооборудования не требуется глубокого понимания сути напряжения, достаточно знаний напряжения в пределах понимания Закона Ома.

В каком случае и при каких обстоятельствах необходимо глубокое понимание того, в чем суть электрического напряжения? В первую очередь это необходимо для понимания природы (физики) электричества, а также для разработки новых электротехнических устройств и создания новых электротехнических материалов. С другой стороны, углубленное понимание напряжения способствует самопознанию.

Мысленный эксперимент с плоским конденсатором

Для того, чтобы перейти к объяснению сути электрического напряжения требуется понимать, что такое электрическое поле, силовые линии электрического поля и напряженность электрического поля.

Кроме силовых линий в описании поля присутствуют еще и эквипотенциальные линии, а значит есть еще одна характеристика такая как потенциал электрического поля.

Представьте картину равномерно распределенных силовых линий электрического поля, которые пересекают эквипотенциальные линии, причем каждая такая линия будет иметь свое значение потенциала поля.

Для такого представления удобно использовать картину электрического поля плоского конденсатора, который имеет две обкладки и полностью заряжен до некоторого максимального значения.

На таком конденсаторе будет индуцирован электрический заряд, а пространство между обкладками пусть будет наполнено газообразным диэлектриком, например, воздухом. Каждая обкладка конденсатора имеет некоторое количество заряда Q.

Так как обкладки конденсатора выполнены из металла в котором носителем зарядов являются отрицательного типа заряды — электроны, то на одной обкладке будет избыток электронов, а на другой недостаток. Таким образом можно обозначить одну обкладку как +Q, а другую как -Q, и силовые линии электрического поля будут направлены согласно правилам от +Q к -Q. В итоге мы получим картину приведенную на рисунке ниже.

Давайте примем, что размер такого конденсатора больше человеческого роста в несколько раз, пусть обкладки будут представлять собой стены двух больших высоких зданий, которые обклеили металлическими листами сваренными вместе в единый лист.

Мысленно можно представить, что там где изображены силовые линии, кто-то закрепил балки из сухого дерева, а на местах эквипотенциальных линий установлены лестницы из того же материала. В итоге вы сможете свободно перемещаться в таком пространстве внутри конденсатора.

Если у вас хватит силы воображения, вы сможете представить такую конструкцию без проблем. Размер может быть любой, но при условии, что протяженность и высота обкладок во много раз больше чем расстояние между обкладками.

Электрическое поле полностью заряженного конденсатора в нашем случае будет статическим, то есть неизменным во времени, его характеристики не меняются с течением времени. Что мы имеем? У нас есть две обкладки обладающие некоторым количеством заряда равной величины, но противоположного знака.

Эти обкладки будут притягиваться к друг другу в соответствии с Законом Кулона, но эта электрическая сила скомпенсирована тем, что обкладки прочно закреплены на стенах воображаемых зданий.

Картина электрического поля такого конденсатора представлена силовыми и эквипотенциальными линиями, которые обозначены материальными предметами такими как деревянные балки и лестницы. Вы можете свободно путешествовать внутри такого конденсатора и выполнять необходимые измерения.

Ни о каком электрическом токе, а тем более о силе тока речи здесь не идет, потому как нет свободных носителей заряда.

Опытный электрик может поинтересоваться, а какое напряжение будет на таком конденсаторе? Это закономерный и справедливый вопрос, но нам следует разобраться что такое это самое напряжение. Тут нам следует вспомнить о пробном заряде, который использовался для объяснения напряженности электрического поля.

Разумеется, в реальной жизни такое маловероятно, но в нашем мысленном эксперименте такое вполне допустимо.

Физическая работа пробного заряда в электрическом поле

Итак, вы превратились в пробный электрический заряд q во много раз меньший чем заряд Q на обкладках конденсатора и начали свое путешествие между обкладок конденсатора. При этом вы будете испытывать действие кулоновых сил.

Допустим, что вы являетесь отрицательно заряженной частицей подобно электрону, тогда вас будет притягивать в сторону обкладки +Q, и вас будет отталкивать от обкладки с зарядом -Q.

Чем ближе вы будете к одной из обкладок, тем сильнее вы будете испытывать ее силовое действие.

Для этих целей как раз удобно расположены балки и лестницы, по которым вы можете свободно добраться до обкладки +Q любым маршрутом. Так как на вас действуют электрическая кулоновская сила, то вы начинаете свободно набирать скорость, словно вас несет ветром.

В итоге вы преодолели расстояние по балке от одной лестницы до другой в направлении от точки A к точке B (смотрите рисунок выше). Лестницы — это эквипотенциальные линии, и соответственно, вы преодолели расстояние от одного значения потенциала к другому.

В нашем случае вы двигались от того потенциала, который для вас больший по величине, к тому, что меньше. Если же вы были бы зарядом другого знака, то есть +q, тогда потенциалы поменяли бы свои знаки и больший стал бы меньшим, а меньший большим. Математически это означает умножение потенциалов на -1.

Это подобно тому, как если бы вы плыли по течению реки на плоту, когда вам не нужно грести веслами и не требуется мотора для движения. Можно сказать, что вами совершена механическая работа, которая является вычисляется как произведение силы на расстояние.

Совершив такое перемещение, вы потеряли часть потенциальной энергии, которая перешла в кинетическую (скорость вашего движения), а затем выделилась вероятно в виде тепла при торможении.

Проделав обратный путь из точки B в точку A, вы будете двигаться как бы против течения, вам придется затратить энергию, грести веслами, использовать мотор и т. п. Переместившись обратно вы увеличите свою потенциальную энергию, потому как переместитесь в точку с большим потенциалом и ваше энергетическое состояние увеличится.

Разность этих двух потенциалов φa и φb и будет являться электрическим напряжением.

Это равнозначные понятия, но в практической электротехнике чаще всего употребляют выражение не разность потенциалов, а напряжение.

При рассмотрении электрических цепей употребляют такое выражение как падение напряжения на участке цепи, а для источников электричество та же самая разность потенциалов определяется как электродвижущая сила (ЭДС).

Разность потенциалов Δφ=φ1-φ2 всегда показывает какую работу A может совершить носитель заряда q при перемещении этого заряда из точки с одним потенциалом φ1 в точку с другим потенциалом φ2. При вычислении надо иметь в виду, что потенциалы могут быть как со знаком плюс, так и со знаком минус.

Необходимо совершенно ясно представлять в чем заключаются различия между такими понятиями как: напряженность электрического поля E, потенциал φ, и, конечно, разность потенциалов — электрическое напряжение. Поняв эти различия, будет совершенно легко разобраться с тем, что такое электрический ток.

Единицы измерения электрического напряжения

Точно также как и потенциал электрического поля, электрическое напряжение измеряется в Вольтах и часто обозначается либо символом U, либо символом V.

Чему равен 1 Вольт? Он равен работе в 1 Джоуль, которую совершает заряд в 1 Кулон.

Таким образом, если разность потенциалов равна скажем 12 Вольт, и эту разность (эквипотенциальные линии и поверхности) преодолел заряд, допустим в 2 Кулона, то следует говорить, что была совершена работа 24 Джоуля (12 Вольт умноженные на 2 Кулона).

Когда в электрических цепях существует электрический ток, то происходит движение носителей зарядов вдоль силовых линий электрического поля (направление зависит от знака), источником которого может быть электрогенератор или химический аккумулятор, то на участках цепи происходит падение напряжения (потенциала) и выделяется энергия. В источнике тока происходит обратное, там затрачивается энергия (или была затрачена) на создание ЭДС.

Дата: 01.05.2020

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: /electricity-automation.com/page/elektricheskoye-napryazheniye