Что такое электрическое напряжение в физике

Напряжение электрического тока и вольтметр

Что такое электрическое напряжение в физике

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. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. 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.

То есть, приходим к определению: напряжение электрического тока – это величина, показывающая, какую работу совершило поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение в разных участках цепи будет различным.

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: http://www.nado5.ru/e-book/ehlnapryazhenie-voltmetr

Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения

Что такое электрическое напряжение в физике

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;

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.

Трехфазная электросеть состоит из четырех проводов – трех фазных и одного нулевого. напряжение между проводами нулевым и фазным равно 220 В и называется фазным. 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: https://pue8.ru/elektrotekhnik/816-elektricheskoe-napryazhenie-opredelenie-vidy-edinitsy-izmereniya.html

Что такое напряжение

Что такое электрическое напряжение в физике

Что такое напряжение в электронике и электротехнике? Как его можно трактовать? Обо всем этом мы как раз и поговорим в нашей статье.

Напряжение с точки зрения гидравлики

Все вы видели и представляете, как выглядит водонапорная башня или просто водобашня. Грубо говоря, это большой высокий “бокал”, заполненный водой.

водоносная башня

Так вот, представим себе, что башня доверху наполнена водой. Получается, в данный момент на дне башни ого-го какое давление!

водобашня, заполненная водой

А что, если слить из башни воду хотя бы наполовину? Давление на дно башни уменьшится вдвое. А давайте-ка нальем в пустую башню одно ведро воды! Давление на дно башни будет мизерное.

Представьте такую ситуацию. У нас есть водонос, а шланг мы закупорили пробкой.

Вода вроде бы готова бежать, но бежать то некуда! Пробка туго закупоривает шланг. Но на саму пробку сейчас оказывается давление, которое создает насосная станция. От чего зависит давление на пробку? Думаю понятно, что от мощности насоса.

Если мощность насоса будет большая, то пробка вылетит со скоростью пули, или давление порвет шланг, если пробка туго сидит в шланге. В данном случае давление создается с помощью насоса.

То есть можно сказать, что это модель башни с водой в горизонтальном положении.

Все то же самое можно сказать и про водобашню. Здесь давление на дно создается уже гравитационной силой. Как я уже говорил,  давление на дне башни зависит от того, сколько воды в башне в данный момент. Если башня наполнена водой под завязку, то и давление на дне башни будет большое, и наоборот.

А теперь представьте себе какое давление на дне океана, особенно в Марианской впадине! Что можно сказать про давление в этих двух случаях? Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте и никуда не двигаются. Запомните этот момент. Давление есть, а движухи – нет.

Электрическое напряжение

Это давление на дно и есть то самое напряжение (по аналогии с гидравликой). В данном случае, дно башни – это ноль, начальный уровень отсчёта. За начальный уровень отсчёта в электронике берут вывод батарейки или аккумулятора со знаком “минус”. Можно даже сказать, что уровень “воды в башне” у 12-вольтового автомобильного аккумулятора выше, чем уровень воды 1,5 Вольтовой пальчиковой батарейки.

Так вот, по аналогии с электроникой, это давление называется напряжением. Например, вы, наверное, не раз слышали такое выражение, типа “блок питания может выдать от 0 и до 30 Вольт”. Или говоря детским языком, создать “электрическое давление” на своих клеммах (отметил на фото) от 0 и до 30 Вольт. Нулевой уровень, откуда идет отсчет электрического давления, обозначается минусом.

источник питания постоянного тока

Электрическое напряжение  – это еще не значит, что в электрической цепи течет электрический ток. Для того, чтобы появился электрический ток, электроны должны двигаться в одном направлении, а они в данный момент тупо стоят на месте. А раз нет движения электронов, то и нет электрического тока.

С точки зрения электроники, на одном щупе блока питания есть давление, а на другом его нет. То есть это земля, на которой стоит башня, если провести аналогию с гидравликой. Поэтому, положительный  щуп блока питания да и вообще всех приборов стараются сделать красным, мол типа берегитесь, здесь высокое давление! А отрицательный щуп  – черным или синим.

В электронике, чтобы указать, на каком выводе больше ” электрическое давление”, а на каком меньше проставляют два знака: плюс и минус, соответственно положительный и отрицательный. На плюсе избыточное “давление”, а на минусе – ноль.

Поэтому, если замкнуть эти два вывода между собой, электрический ток устремится от плюса к минусу, но напрямую этого делать крайне не рекомендуется, так как это уже будет называться коротким замыканием.

Формула напряжения

В физике есть формула, хотя практического применения она не имеет. Официальная формула записывается так.

формула напряжения

где

A – это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули

q – заряд, Кулон

U – напряжение на участке электрической цепи, Вольты

На практике напряжение на участке цепи выводится через закон Ома.

напряжение из закона Ома

где

I – сила тока, Амперы

R – сопротивление, Омы

Напряжение тока – что это означает?

Этот термин очень часто можно услышать в разговорной речи. Ток, в данном случае, это электрический ток. Получается, напряжение тока – это напряжение электрического тока. Просто у нас так сокращают. Как я уже говорил выше, ток бывает переменным и постоянным. Постоянный ток и постоянное напряжение – это синонимы, как и переменный ток и переменное напряжение. Получается фраза “напряжение тока” говорит нам о том, какое напряжение между двумя точками или проводами в электрической цепи.

Например, на вопрос “какое напряжение тока в розетке” вы можете смело ответить: переменный ток 220 Вольт”, а на вопрос “какое напряжение тока тока у автомобильного аккумулятора”, вы можете ответить “12 Вольт постоянного тока”. Так что не стоит пугаться).

Постоянное и переменное напряжение

Напряжение бывает бывает постоянным и переменным. В разговорной речи часто можно услышать “постоянный ток” и “переменный ток. Постоянный ток и постоянное напряжение – это синонимы, то же что и переменный ток и переменное напряжение.

На примере выше мы с вами рассмотрели постоянное напряжение. То есть давление воды на дно башни в течение времени постоянно. Пока в башне есть вода, она оказывает давление на дно башни. Вроде бы все элементарно и просто. Но какое же напряжение называют переменным?

Все любят качаться на качелях:

Сначала вы летите в одном направлении, потом происходит торможение, а потом уже летите обратно спиной и весь процесс снова повторяется. Переменное напряжение ведёт себя точно так же. Сначала “электрическое давление” давит в одну сторону, потом происходит процесс торможения, потом оно давит в другую сторону, снова происходит торможение и весь процесс снова повторяется, как на качелях.

Тяжко для понимания? Тогда вот вам еще один пример из знаменитой книжки “Первые шаги в электронике” Шишкова. Берем замкнутую систему труб с водой и поршень. Поршень у нас находится в движении. Следовательно, молекулы воды у нас отклоняются то в одну сторону:

то в другую:

переменное напряжение

Так же ведут себя и электроны. В вашей домашней сети 220 В они колеблются 50 раз в секунду. Туда-сюда, туда-сюда. Столько-то колебаний в секунду называется Герцем. В литературе пишется просто “Гц”. Тогда получается, что колебание напряжения в наших розетках 50 Гц, а в Америке 60 Гц. Это связано со скоростью вращения генератора на электростанциях. В разговорной речи постоянное напряжение называют “постоянкой”, а переменное – “переменкой”.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как измерять сопротивление заземления

Осциллограммы постоянного и переменного напряжения

Давайте рассмотрим, как выглядит переменное и постоянное напряжение на экране осциллографа. Как вы знаете, осциллограф показывает изменение напряжения во времени. Если на щуп осциллографа не подавать никакое напряжение, то на осциллограмме мы увидим простую прямую линию на нулевом уровне по оси Y. Ось Y – это значение напряжения, а ось Х – это время.

осциллограмма нулевого напряжения

Давайте подадим постоянное напряжение. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения  – это также прямая линия, параллельная оси времени. Это говорит нам о том, что с течением времени значение постоянного напряжение не меняется, о чем нам лишний раз доказывает осциллограмма.

осциллограмма постоянного напряжения

А вот так выглядит осциллограмма переменного напряжения. Как вы видите, напряжение со временем меняет свое значение. То оно больше нуля, то оно меньше нуля.

осциллограмма переменного напряжения

Про параметры переменного напряжения можете прочитать в этой статье.

Также отличное объяснение темы можно посмотреть в этом видео.

Источник: https://www.RusElectronic.com/naprjazhjenije/

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.

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.

Для измерения переменного напряжения в конструкцию вольтметров включают выпрямители, которые преобразуют переменное напряжение в постоянное. Шкалы вольтметров для измерения переменного напряжения обычно градуируют в действующих (эффективных) значениях напряжения. Действующее значение переменного тока связано с максимальным следующим соотношением.

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

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. По­че­му же так по­лу­ча­ет­ся? Функ­ция ис­точ­ни­ка тока – со­зда­вать элек­три­че­ское поле в цепи, со­от­вет­ствен­но, чем боль­ше вклю­че­но по­сле­до­ва­тель­но в цепь ис­точ­ни­ков, тем более силь­ное элек­три­че­ское поле они со­зда­ют.

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. А пе­ре­пад вы­со­ты в трубе, ко­то­рый и фор­ми­ру­ет напор и те­че­ние воды, можно срав­нить с таким по­ня­ти­ем, как элек­три­че­ское на­пря­же­ние.

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

Ос­нов­ны­ми эле­мен­та­ми де­мон­стра­ци­он­но­го 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 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

За­ме­ча­ние. Если го­во­рить о зна­че­ни­ях на­пря­же­ний, то, на­при­мер, на­пря­же­ние 1 В яв­ля­ет­ся неболь­шой ве­ли­чи­ной. В про­мыш­лен­но­сти ис­поль­зу­ют­ся го­раз­до боль­шие зна­че­ния на­пря­же­ний, из­ме­ря­е­мые сот­ня­ми вольт, ки­ло­воль­та­ми и даже ме­га­воль­та­ми. В быту же ис­поль­зу­ет­ся на­пря­же­ние 220 В и мень­шее.

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

В чём измеряется напряжение и чем его измеряют

Напряжение — известная величина, используемая во всех световых и аккумуляторных источниках. Что оно собой представляет, какие разновидности существуют, чем измеряют напряжение, в каких единицах измеряется электрическое напряжение и многое другое далее.

Суть явления

Напряжением называется электрическая движущая сила, которая призвана толкать свободные виды электронов от одного атома к другому в определенном направлении. Обязательное требование для протекания зарядов это наличие цепи с замкнутым контуром, который создает условия, для того чтобы их передвигать. Если имеется обрыв электроцепи, то процесс направленного перемещения частиц прекращается.

Обратите внимание! Стоит отметить, что единица напряжения электрической цепи зависит от того, какой проводник имеет материал, как подключена нагрузка, какая есть температура.

Что это такое

Разновидности

Бывает двух видов: постоянным и переменным. Первое есть в электростатических видах цепей и тех, которые имеют постоянный ток. Переменный встречается там, где есть синусоидальная энергия. Важно, что синусоидальная энергия делится на действующее, мгновенное со средневыпрямленным. Единица измерения напряжения электрического тока вольт.

Стоит также отметить, что величина энергии между фазами называется линейной фазой, а показатель тока земли и фаз — фазным. Подобное правило используется во всех воздушных линиях. На территории Российской Федерации в электрической бытовой сети стандартное — 380 вольт, а фазное — 220 вольт.

Основные разновидности

Единицы измерения

Измеряется напряженье в вольтах. Обозначается В или Вольт. Одно значение выражено в разности нескольких точек на электрическом поле. Значение 220 вольт говорит о том, что электрическое поле призвано тратить энергию, чтобы протаскивать заряды через всю электрическую цепь с нагрузкой.

Измерительные приборы

Чтобы измерить силу, используется стрелочный или аналоговый, цифровой или электронный вольтметр. Благодаря этим приборам можно измерять и контролировать характеристики сигналов. Также сделать измерения можно осциллографами. Они работают благодаря тому, что энергия отклоняется электронным лучом и поступает на прибор, выдающий показатель переменной величины.

Вольтметр как основной прибор измерения

Напряжение это физическая величина, показывающая размер тока в цепи и оборудовании в вольтах. Ток бывает постоянным и переменным. Отличие в том, что первое понятие обозначает, что ток постоянно меняет свою полярность и протекает в сети переменно. Во втором же случае ток проходит по электроцепи без перерывов. Измеряется вольтметром.

Источник: https://rusenergetics.ru/ustroistvo/v-chyom-izmeryaetsya-napryazhenie

Понятие электрического напряжения

Возникновение электрических зарядов в случае тесного контакта различных веществ между собой. В проводниках происходит свободное перемещение зарядов между различными частями, а в изоляторах, это совершенно невозможно. Однако, все тела разделяются на проводники и изоляторы достаточно условно, поскольку все вещества в той или иной степени проводят электроток. Обычный ток существует очень недолго, до тех пор, пока в наэлектризованном теле не закончится заряд.

Для того, чтобы ток поддерживался в течение длительного времени, в проводнике должно поддерживаться электрическое поле с помощью какого-либо источника тока.

Действие тока может быть сильным или слабым. На этот показатель влияет величина заряда, протекающего по цепи за определенный период времени. Отсюда получается показатель, называемый силой тока и представляющий собой величину заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Работа электрического поля

Электрическое поле, перемещая заряженные частицы, производит своего рода работу, называемую работой электрического тока. Работа заключается в перемещении определенного количества зарядов в течение одной секунды.

Таким образом, работа находится в зависимости от силы тока. Однако,есть еще одна величина, которая влияет на значение электротока, называемая напряжением.

Электрическое напряжение – это величина, которая показывает, какую работу необходимо произвести для перемещения заряда на определенном участке цепи.

Активное и реактивное сопротивление

Единицей измерения тока является джоуль, а единицей измерения заряда – кулон. Значение напряжения выражается отношением джоуля к кулону и получило общее название вольт. Для возникновения напряжения в цепи, обязательно необходим источник тока.

Если цепь разомкнута, то напряжение остается лишь в источнике, на его клеммах. Когда источник включается в общую цепь, напряжение образуется на ее отдельных участках, то есть в цепи появляется ток. Получается, что при отсутствии в цепи напряжения, отсутствует и электроток.

Напряжение тока измеряется с помощью вольтметра, параллельно включаемого в электрическую цепь.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как проверить фаза или ноль

В чём измеряется напряжение

Источник: https://electric-220.ru/news/ehlektricheskoe_naprjazhenie_ehto/2013-07-01-405

Как возникает напряжение

Процесс возникновения напряжения в электрической цепи состоит из следующих этапов:

  1. Цепь, состоящую из проводников и потребителей, подключают к двум полюсам источника тока (батареи или генератора);
  2. На одном из полюсов источника (клемм батареи или контактных выводов генератора) содержится избыток электронов, на другом – недостаток. Тот полюс, на котором сконцентрировались носители заряда (электроны), принято называть положительным, в то время как второй – отрицательным.
  3. При подключении к цепи источника питания находящиеся на положительном полюсе и в проводнике свободные электроны под действием возникшего электро поля начнут притягиваться к отрицательно полюсу батареи, имеющему положительный заряд вследствие отсутствия электронов.
  4. Вследствие разности потенциалов между клеммами источника питания в проводниках и нагрузке возникнет упорядоченное движение электронов, и появится разность потенциалов определенной величины. При этом потенциал полюса с избытком электронов в случае с источниками постоянного тока постепенно уменьшается.

На заметку. Наиболее доходчиво и просто объясняет, что такое напряжение, определение, гласящее, что это разность между количеством свободных подвижных электронов на разных концах электрической цепи (клеммах источника питания).

Напряжение в цепях постоянного тока

В таких цепях значение описываемой характеристики в течение длительного времени остается постоянным. Постепенное изменение значения данной характеристики при подключении потребителей (нагрузки) к батарее связано с ее разрядкой – уменьшением разности потенциалов между клеммами источника питания вследствие перемещения большего количества носителей зарядов с положительной клеммы на отрицательную.

Ток и напряжение в данном случае связаны законом Ома, формула которого приведена ниже:

I = U/R,

где:

  • I – сила тока, А;
  • U – разность потенциалов, В;
  • R – сопротивление, Ом.

Треугольник Ома – удобная форма формулы одноименного закона

Напряжение в цепях переменного тока

Электрическое поле — что это такое, понятие в физике

В таких бытовых и производственных цепях значение разности потенциалов на их концах непостоянно и изменяется во времени. При этом в определенный момент на одном конце цепи наблюдается максимальное значение данной характеристики, а на другом – минимальное. Графически такое изменение имеет вид синусоиды с двумя вершинами, соответствующими максимальным и минимальным значениями.

На заметку. Синусоидальную сущность разности потенциалов в данном случае можно наблюдать при помощи такого измерительного прибора, как осциллограф.

Напряжение в цепях трёхфазного тока

Как проверить емкость аккумулятора мультиметром

В таких, используемых чаще всего на производствах, цепях, состоящих из трех фазных проводов и общей нейтрали (нуля), различают два вида разности потенциалов:

  • Линейная – между всеми фазными проводами и нейтралью;
  • Фазная – между отдельным фазным проводом и нейтралью. Величина ее в 1,732 раза (квадратный корень из 3) меньше, чем линейного.

Розетка трехфазной электросети

Характерные значения и стандарты

Согласно современным стандартам для различных электросетей значение напряжение равно:

  • Однофазная бытовая сеть – 220 В;
  • Трехфазная промышленная сеть – 380/220В (линейное/фазное).

На заметку. Трёхфазные сети более универсальны, чем однофазные, так как обладают большей мощностью и позволяют подключать как специально предназначенное для них оборудование, так и простые бытовые электроприборы.

От чего зависит напряжение

Величина описываемой в данной статье характеристики зависит от следующих факторов:

  • Материла проводников, которыми соединены потребители в той или иной сети;
  • Количества подключённых к сети потребителей: приборов, инструментов, станков;
  • Температуры окружающей среды.

Также на величину разности потенциалов влияет качество монтажа той или иной электропроводки – при неаккуратной сборке и соединении проводов, использовании некачественных предохранителей она может существенно изменятся, создавая тем самым опасность для окружающих.

Факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов

Основные факторы, влияющие на значение электрического напряжение, это:

  • Тип электрической сети – постоянного или переменного тока;
  • Количество фаз – 1 или 3;
  • Мощность подключаемых к сети потребителей;
  • Классы влаго,- и водозащитные электрооборудования, для которого предназначена электрическая сеть.

Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков

Измерение напряжения электрического тока это очень необходимая, но при этом опасная операция, требующая соблюдения следующих мер предосторожности:

  • Все работы должны производиться с использованием исправных вольтметров и мультиметров – приборы должны показывать точное в пределах допустимой для них погрешности значение измеряемых характеристик. Не допускается применение неисправных и не прошедших своевременную поверку измерительных приборов.
  • Независимо от того, будет измеряться данная характеристика для постоянного или переменного тока, вольтметр (мультиметр) подключается к участку цепи параллельно;
  • При измерении вольт-амперных характеристик высокочастотных электросетей необходим специальный наряд-допуск. Нужен он потому, что работа с таким высоким напряжения требует наличия специальных навыков и опыта. При отсутствии такого документа самовольное выполнение работ на электроустановках может привести к административной ответственности;
  • Для измерительных работ необходимо также использование средств защиты: специальных перчаток, диэлектрических бот, электро,- и ручных инструментов с прорезиненными ручками, резиновых ковриков.

Важно! Специалисты советуют владельцам частных домов и коттеджей при отсутствии опыта в проведении подобных измерений обращаться к лицензированным в данной области организациям или к местной энергоснабжающей организации.

Также при проведении измерения на сетях с разностью потенциалов более 1000 В (1кВ) необходим физический барьер (специальная ограждающая лента), с помощью которого создается зона радиусом 5 метров вокруг токоведущего провода, жилы, электроустановки.

Таким образом, поняв, что такое напряжение как в физике, так и в быту, можно не только вникнуть в суть этой, простой на первый взгляд, характеристики электрического тока, но и, осознав ее опасность, более аккуратно и внимательно относится к выполнению электромонтажных работ.

Более наглядно понять, что называется электрическим напряжением, и в чем его суть можно по следующему видео.

Источник: https://amperof.ru/teoriya/elektricheskoe-napryazhenie.html

Что такое напряжение

Электрическое напряжение – это работа, которая необходима для подачи заряда электрическим полем от поставщика до потребляемого прибора по проводам или без них. Проще говоря, это величина силы, потраченной для доставки определенного заряда тока по проводнику от одного конца на другой. Без напряжения не будет перемещения заряженных частиц, а, следовательно, ток не будет поступать к потребителю, номинальная величина в цепи будет равна нулю.

Электрическим током заряжены все элементы и предметы, которые окружают человека, разница лишь в величине напряжения – у некоторых вещей данный показатель минимален и фактически не заметен, у других – наличие тока более выражено.

За долгие годы исследований ученые изобрели множество приборов, которые способны вырабатывать электрический ток различного напряжения и силы, начиная от малогабаритных и заканчивая крупными электростанциями, питающими целые города.

Электрическое напряжение напрямую связано с силой тока: чем выше напряжение, тем выше будет величина силы тока.

Для более точного понимания определения напряжения тока необходимо разобраться в физике образования электричества в целом. Откуда берется электрический ток?

Все предметы и вещества состоят из атомов с положительным зарядом, число которых равно числу вращающихся вокруг них отрицательно заряженных частиц. Проще говоря, количество электронов равно количеству нейтронов.

Чтобы возникло напряжение в сети, из ядра извлекаются некоторые электроны, возникает разряжение, и оставшиеся частицы пытаются восполнить пробел путем притяжения электронов снаружи, возникает положительный заряд.

Если же добавить электроны в атом, возникнет переизбыток, и образуется отрицательное энергетическое поле.

В результате такого взаимодействия возникают положительный и отрицательный потенциалы, и чем больше контакта у этих элементов, тем выше сила и напряжение электрического тока. При соединении указанных потенциалов образуется энергетическое поле, которое увеличивается при повышении количества заряженных атомов внутри себя.

Формула для вычисления напряжения тока выглядит следующим образом:

U=A/q, где:

  • U – это само напряжение,
  • A – работа, необходимая для перемещения заряда,
  • Q – отрезок расстояния, на которое перемещается заряженный атом.

Таким образом, можно сделать вывод, что сила тока на протяжении всей цепи будет одинаковой, а напряжение на каждом из участков будет разным, в зависимости от нагрузки на данный отрезок. Как известно, энергия не возникает из ниоткуда и не пропадает в неизвестном направлении, поэтому при повышении напряжения на определенном участке провода избыточный ток выражается в тепловой нагрузке, проще говоря, материал, из которого изготовлен проводник, начинает греться.

Влияние температуры проводника на сопротивление

Виды напряжения электрического тока

Синусоида постоянного и переменного тока

Что такое электрическое напряжение, описывается в учебниках по физике, там же приводится его классификация на основании временного промежутка подачи энергии. По данному признаку напряжение бывает:

  1. Постоянное – это когда на одном конце проводника ток и электрическое напряжение положительные, а на другом – отрицательные, и их значение направлено в одну сторону. Чаще всего такая система встречается в автономных батареях слабой и средней мощности;

Важно! Случайная или умышленная замена полярностей может привести к выходу из строя прибора, а также короткому замыканию при соединении нескольких элементов, осуществлять это нужно последовательно, стыкуя минусовый контакт к плюсовому. Синусоида при постоянном токе будет ровной без рывков и волн.

  1. Переменный ток и электрическое напряжение отличаются от постоянных тем, что у них может быть несколько направлений, например, при частой замене потенциалов полярностей или их перемещении возникает обратное движение заряда, частота данного действия и будет показателем переменного тока. Чаще всего данную систему используют для транспортировки электричества по проводнику на большие расстояния, так как потери тока минимальны, следовательно, и напряжение не уменьшается. Также переменный ток используется в трехфазных двигателях и при доставке постоянного тока на трансформатор для его последующего разделения. Синусоида переменного тока выглядит неровной, волнообразной, с множественными скачками. Существуют формула и механизмы, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный, это возможно при наличии конденсаторов и диодного моста.

Между фазами переменного тока также существуют свои показатели, в данном случае напряжение равно 380В, по количеству разности потенциалов в трехфазной сети. В сети напряженностью 220В всего два провода: один – с несущей фазой, второй – с нулем, также для безопасности добавляется кабель заземления. В трехфазной сети имеется четыре жилы, и один дополнительный заземляющий провод, в сумме напряжение всех трех фаз составляет 380В.

Меры предосторожности

Электрическое поле – это?

Ток и электрическое напряжение являются источником повышенной опасности, поэтому при работе и эксплуатации данного типа энергии необходимо соблюдать нормы и правила безопасности, не допускать аварийных ситуаций и обеспечить все приборы автоматической системой отключения питания.

Запрещается работать с проводкой, находящейся под напряжением, или без устройства для заземления. В случае возникновения короткого замыкания необходимо отключить все приборы от сети и предотвратить возгорание обмотки двигателя или кабеля.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/ehlektricheskoe-napryazhenie.html

РАБОТА ТОКА

Пусть под действием электрической силы Fэл частица с зарядом q переместилась по проводнику из одной точки в другую. Говорят, что при этом электрическая сила совершила некоторую работу Аэл.

В механике мы говорили о том, что механическая работа совершается тогда, когда тело под действием некоторой силы перемещается. При рассмотрении электрических явлений также вводится понятие работы, но здесь речь идёт уже о перемещении электрического заряда. Электрическая сила, действующая на заряд, возникает только при наличии электрического поля.

Работу электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока.

Поскольку действие тока зависит от силы тока в цепи, значит, его работа также должна зависеть от силы тока или от перемещённого заряда.

Нетрудно представить, что электрический ток подобен потоку воды в шланге. Если удерживать оба конца шланга на одном уровне, то никакого течения воды не будет. Если же один из концов опустить вниз, то вода потечёт с более высокого уровня на низкий. Разность уровней воды аналогична напряжению источника тока. Чем выше напряжение (чем больше разница в уровнях воды), тем больше сила тока в цепи (тем быстрее движется вода в шланге).

Понятие работы в физике неразрывно связано с понятием энергии. При совершении работы всегда происходят изменения и превращения энергии. Изученные ранее действия электрического тока на самом деле обусловлены работой тока. При этом происходит превращение энергии движущихся зарядов в другие виды энергии.

Соберём две электрические цепи, содержащие одинаковые по назначению элементы. В первой цепи потребителем электрической энергии является лампочка от карманного фонаря, а в качестве источника тока используется обычная батарейка.

Во второй цепи потребитель — бытовая осветительная лампа, подключённая к аккумулятору. Амперметры, включённые в эти цепи, показывают одинаковую силу тока.

Но одинаковым ли будет при этом действие тока в каждой цепи? Опыт показывает: лампа, включённая в цепь, источником тока которой является аккумулятор, даёт гораздо больше тепла и света, чем лампочка от карманного фонаря.

Поскольку при одной и той же силе тока его тепловое действие было различным, значит, и работа тока в этих цепях различна. Следовательно, работа тока зависит также от другой его характеристики.

Эту новую физическую величину называют электрическим напряжением. Напряжение, которое создаёт батарейка, значительно меньше напряжения аккумулятора. Именно поэтому при одной и той же силе тока лампа, соединённая с батарейкой, даёт меньше света и тепла.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как работать с диодами

НАПРЯЖЕНИЕ

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного электрического заряда из одной точки в другую, и обозначают буквой U.

Напряжение равно отношению работы электрических сил Аэл к заряду q, который перемещается из одной точки в другую: U = Аэл/q.

ЕДИНИЦЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Единица электрического напряжения называют вольтом в честь итальянского учёного Алессандро Вольта, создавшего первый гальванический элемент.

За единицу напряжения принимают такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл по этому проводнику равна 1 Дж:

1 В = 1 Дж/Кл.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Прибор, с помощью которого измеряют напряжение на полюсах источника тока или на каком-либо участке цепи, называют вольтметром. По внешнему виду и устройству вольтметр очень похож на гальванометр и амперметр. На шкале вольтметра ставят букву V.

При измерении напряжения зажимы вольтметра подключают к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак « + », у другого — «–».

Клемму со знаком « + » нужно соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком «–» — с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

На электрических схемах вольтметр изображают в виде кружка с буквой V.

Для человеческого организма напряжение в 1 В неопасно. Безопасным для человека считается напряжение до 12 В. Однако надо иметь в виду, что величина напряжения, опасного для человека, зависит ещё и от внешних условий.

Например, в сырых помещениях степень опасности существенно возрастает. Происходит это потому, что многие вещества, являющиеся в сухом состоянии изоляторами, во влажном состоянии становятся проводниками электричества.

Дело в том, что обычная (недистиллированная) вода является проводником.

Алессандро Вольта (1745—1827) — физик, химик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Электрическое напряжение».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Источник: http://xn--8-8sb3ae5aa.xn--p1ai/jelektricheskoe-naprjazhenie/

Напряжение электрического тока

При описании протекающих в электроцепи процессов в электротехнике задействованы такие понятия, как напряжение и электрический ток. Каждое из них имеет соответствующее назначение.

Определение напряжения в физике

Определение 1

Электрическим током в физике считают направленное перемещение заряженных частиц, создаваемое электрополем, совершающим при этом определенную работу.

Работа создающего ток электрического поля называется работой тока ($A$). Она может на разных участках цепи отличаться, однако при этом окажется пропорциональной проходящему через него заряду.

Физической величиной работы тока на конкретном участке при перемещении по нему заряда 1 Кл выступает электрическое напряжение ($U$). Напряжение электрического тока в различных участках цепи будет разным. Напряжение на участке пустого провода окажется совсем незначительным, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо больше, так как на величину напряжения влияет величина работы, произведенной током.

Для определения напряжения на отдельно взятом участке существует следующая формула:

  • Курсовая работа 420 руб.
  • Реферат 220 руб.
  • Контрольная работа 210 руб.

$U =\frac{A}{q}$, где:

  • $A$ — работа тока,
  • $q$ — прошедший по участку заряд.

Замечание 1

Для обеспечения движения частиц в проводнике, потребуется совершить определенную работу. Ее совершает источник. Работу источника будет характеризовать напряжение. Чем оно больше, тем большую работу совершает источник, тем ярче будет светить лампочка в цепи.

Напряжение на полюсах источника тока характеризует потенциальная величина энергии, которую источник придает току. Это аналогично давлению 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.

Для измерения напряжения между полюсами источника тока применяется прибор – вольтметр. Его подключают непосредственно к источнику тока. Можно измерять напряжение для каждого элемента цепи. Отличием от амперметра является подключение вольтметра не произвольным образом (в любом месте цепи), а параллельно нагрузке.

Вольтметр в таком случае будет показывать величину приложенного к нагрузке напряжения. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора. При включении в цепь вольтметра, важным условием является соблюдение полярности:

  • провод, идущий от источника тока (+), нужно подсоединить к клемме вольтметра (+);
  • провод, идущий от минусового полюса источника тока, присоединяется к клемме вольтметра (-).

Вольтметры существуют в виде приборов постоянного и переменного тока. В первом варианте на циферблате прибора изображается прямая линия, а во втором – волнистая.

Безопасным для человека напряжением считается показатель в 42 В (при нормальных условиях) и 12 В (в условиях повышенной опасности, то есть при высокой температуре, сырости и пр.).

Сила электрического тока

Электрический ток определяется проходящими сквозь проводник электронами. Эти электроны несут отрицательный заряд. Силу тока (количество электричества) характеризует именно объем этого заряда. Она будет одинаковой во всех участках цепи:

$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}$, где $q$ заряд.

Замечание 2

Электроны не способны просто исчезнуть. Это объясняет возможность их измеримости на любом участке электрической цепи. При прохождении по проводам ток нагревает их лишь слегка, при этом он не совершает большую работу.

При прохождении через спираль электрической лампы, ток не ограничивается ее простым нагреванием. Так, он раскаляет ее до такой степени, что она начинает светиться. В этом случае током совершается механическая работа и при этом достаточно трудоемкая, с затратами собственной энергии. Электроны продолжают двигаться дальше в том же количестве, при этом энергии у них становится меньше.

Свойства электрического тока

Частицами, переносимыми заряд, могут быть ионы, протоны и электроны Отсутствие замкнутой цепи делает электрический ток невозможным.

Частицы, обладающие способностью переноса электрических зарядов, могут существовать далеко не во всех веществах. Те, в которых они присутствуют, будут называться полупроводниками и проводниками. Вещества, где они отсутствуют, называют диэлектриками. Направление тока принято считать от плюса к минусу, а движение электронов осуществляется, напротив, от минуса к плюсу.

Единицей измерении для силы тока служит Ампер (А), а обозначением – буква $I$. Ток в один Ампер появляется в момент прохождения через точку электроцепи заряда в 1 Кулон, что осуществляется за одну секунду.

Если напряжение не изменяет свою полярность с плюсовой на минусовую, а ток продолжает течь в одном направлении, то мы имеем дело с постоянным током и, соответственно, — с постоянным напряжением.

$A=IUt=I2Rt=t\frac{U2}{R}$, где $A$ — работа тока

При условии, что источник напряжения изменит свою полярность, а ток будет периодически менять свое направление, ток считается переменным (как и напряжение).

Значения в свое максимуме и минимуме представляют пиковые (амплитудные) значения силы тока. Напряжение в домашних розетках изменяет свою полярность со скоростью 50 раз в секунду. Колебания тока при этом постоянно меняются в своем направлении, а их частота будет составлять 50 Гц.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/napryazhenie_elektricheskogo_toka/

Понятие напряжения в электрических сетях

Для того чтобы осознано понимать, что такое напряжение, надо подробно разобраться с таким природным явлением, как электричество.

Основные события в истории изучения электрических процессов

Впервые проявление электрических процессов описал древнегреческий философ Фалес в VII веке до нашей эры, потирая янтарь о шерстяную накидку. Он заметил, что после этого различные мелкие частицы, пыль, волоски шерсти и другие предметы притягиваются к кусочку янтаря.

Позже, в 1600 году это явление более подробно описал англичанин Уильям Гилберт, в его работе впервые использован термин «электричество» при описании магнитных свойств различных материалов.

Он первым начал рассматривать всю планету как большой магнит, в последующие 200 лет ученые проводили множество практических опытов, пытались описать напряженность формы электрического поля и другие параметры математическим способом.

Джозеф Томсон, английский ученый, в 1897 году математически рассчитал существование элементарной заряженной частицы, которую назвали электрон (в переводе с греческого языка — «янтарь»). В математическом измерении принято считать, что она имеет отрицательный заряд 1,602х10-19 Кл (Кулон) с расчетной массой 9,109х10-31 кг. Именно благодаря наличию электронов в материи различных веществ и другим частицам осуществляются электрические процессы.

Электричество и единицы его измерения

Замечено, что в природе все заряженные частицы стремятся сбалансированно заполнить пространство. Перетекание электронов от одного предмета к другому при достижении равновесия принято считать электрическим током (измеряется в амперах).

Электрическое напряжение потока — это разность потенциалов в предметах, разница количества отрицательных зарядов в них. Отрицательно заряженные электроны будут перетекать в направлении предмета, в котором их меньше, из того, где их больше, до достижения равновесия.

К сожалению, этот процесс невозможно наблюдать наглядно, поэтому все отображается условными обозначениями. Наиболее наглядное подтверждение, из которого можно сделать выводы, что электрическое напряжение существует, просматривается в опытах с воздушными резиновыми шарами.

Если натереть шарик о шерстяной свитер и приставить его к стене, он будет держаться. У многих возникает вопрос, почему это происходит? Ответ: благодаря потоку электронов электрического поля, которые накопятся в атомах шара во время трения.

На атомном уровне электрического поля можно представить, что такое напряжение, в следующем виде:

  • атом удерживает своим магнитным полем на орбите электроны, имеющие отрицательные заряды;
  • протоны с положительным зарядом располагаются в центре;
  • нейтроны электрического поля нейтральны, имеют сбалансированное положение, заряд отсутствует.

Схема движения атомов

До трения атомы электрического поля находились в нейтральном состоянии, потом появляются дополнительные электроны, они делают атом отрицательным по отношению к атомам стены.

Движение положительных и отрицательных атомов

В атомах шара больше электронов, и при приближении его к предметам с атомами, имеющими меньшее количество электронов, шар притягивается потоком силыэлектрического поля.

Схема обмена атомами между материалами Перетекание электронов

Постепенно электроны в атомах стены и шара достигают сбалансированного состояния, их заряды, количество электронов и протонов уравниваются, напряженность электрического поля слабеет, электрическое напряжение становится равным нулю, и шар падает на пол. В этом случае напряжением можно назвать разницу суммарного заряда атомов шара и атомов стены в точке соприкосновения, измеряется в вольтах.

Математически это выражается формулой:

вольт = 1джоуль/1кулон.

Сила магнитного поля в 1 Дж, передвигающая заряд в 1 Кл из точки А в точку В, приравнивается к одному вольту.

В данном случае рассмотрен пример возникновения статического электричества, которое практически не используется как источник энергии. В большей части от него защищают электрооборудование и высокоточные приборы путем экранирования и заземления корпусов. Даже обычная ходьба по напольному покрытию из разных материалов создает большое напряжение тока, разность потенциалов достигает десятков тысяч вольт.

Примеры возникновения статического электричества и величина напряжения в вольтах

Для наглядности работу напряжения можно сравнить с перемещением воды в соединяющихся сосудах.

Сила тока Ток,напряжение и сопротивление

U = U1 – U2 есть разность потенциалов (напряжение)

Напряжение равно разнице уровня воды (суммарного заряда электронов) в первом и втором резервуарах, фактически это давление воды, (напряжение, но электрического тока).

Виды напряжения

В электросетях для эксплуатации электрооборудования используются разные источники энергии, где искусственно создана разность потенциалов между полюсами. Поэтому надо понимать, какое бывает напряжение. В автомобилях это аккумуляторы с электрическим напряжением 12 или 24 В, в промышленных электросетях напряжение 220 или 380 В переменного тока, создается генераторами и понижающими трансформаторами.

Виды напряжения

  • Постоянное напряжение — когда на полюсах источника питания всегда одноименные заряды: на одном постоянно плюс, а на другом — минус (батарейка или аккумулятор), напряжение на аккумуляторах считается постоянным, и ток течет в одном направлении.
  • Переменное напряжение в цепи получается при периодичной смене полярностей на полюсах источника питания, при этом поток электронов меняет направление. В промышленных электросетях в основном используется частота изменения полярности 50–60 Гц. Это означает, что в 1 секунду полярность меняется 50–60 раз. Так как скорость потока электронов равна скорости света 300 000 км/с, перемещенных электронов достаточно для работы электроприборов, а при такой частоте мы даже не замечаем мигания лампочек.

Измерение напряжения

Определившись, что такое электрическое напряжение в сетях, возникает потребность его измерения. Величина напряжения в различных точках электроцепи зависит от многих факторов:

  • материала проводника;
  • сопротивления нагрузки (лампочки, спирали, паяльника или утюга и других электроприборов);
  • температуры окружающей среды и влажности.

В классическом варианте напряжение обозначается буквой U, измеряется простым вольтметром, но современные приборы многофункциональны, измеряют постоянный и переменный ток, напряжение, температуру, сопротивление и много других параметров. Поэтому обычно пользуются мультиметром, главное — правильно установить режимы измерения, но эта тема требует отдельного, детального рассмотрения.

Источник: https://domelectrik.ru/elektrosnabzhenie/seti/napryazhenie

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Для чего нужна катушка Тесла

Закрыть