Электрическое напряжение. Единицы напряжения | 8 класс

Содержание

Для возникновения электрического тока в проводнике необходимо создать электрическое поле. Задачу по созданию и поддержанию электрического поля выполняют источники тока.

После создания электрического поля, на свободные заряженные частицы в проводнике начинают действовать электрические силы, которые и приводят их в движение.

Получается, что у нас есть силы и частицы, которые перемещаются под их действием. Значит, совершается какая-то работа. Этот же факт говорит нам о том, что электрическое поле обладает некоторой энергией.

На данном уроке мы более подробно рассмотрим, что же за работу совершает электрическое поле, от чего она зависит и придем к определению еще одной важной характеристики в электричестве — электрическому напряжению.

Работа тока

Сразу введем новое определение.

Работа тока — это работа, которую совершают силы электрического поля, создающего электрический ток.

В процессе этой работы энергия электрического тока переходит в другие различные виды энергии (механическую, внутреннюю и др.). Более подробно мы говорили об этом, когда рассматривали действия тока.

От чего зависит работа тока?

Логично предположить, что работа тока будет зависеть от того, какой заряд протекает по цепи за определенное время. То есть, работа тока будет зависеть от силы тока.

Проверим это на простом опыте. Соберем цепь, состоящую из ключа, источника тока, амперметра и подключенной к проводам натянутой никелевой проволоки (рисунок 1).

Рисунок 1. Повышение температуры проволоки при увеличении силы тока в цепи

Используя один источник тока, в цепи была определенная сила тока. Проволока нагрелась.

Если же мы заменим источник тока, который даст нам большую силу тока, чем предыдущий, то заметим определенные изменения. Наша проволока нагревается намного сильнее. Вот вам наглядное доказательство того, что тепловое действие (а значит, и работа тока) проявляется сильнее с увеличением силы тока в цепи.

Но дело в том, что сила тока — не единственная характеристика, от которой зависит работа тока. Другая (и не менее важная) величина называется электрическим напряжением или просто напряжением.

{"questions":[{"content":"Работа электрического тока зависит от[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["только от силы тока","от силы тока и напряжения","только от напряжения"],"answer":[1]}}}]}

Электрическое напряжение

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле.

Обозначается электрическое напряжение буквой $U$.

Давайте рассмотрим опыт, который наглядно нам покажет, как же эта величина может описать нам электрическое поле.

Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, источника тока, электрической лампы и амперметра. За источник тока возьмем небольшую батарейку (гальванический элемент), а электрическую лампу возьмем от карманного фонарика (рисунок 2).

Рисунок 2. Свечение лампы от карманного фонарика от батарейки

А теперь соберем похожую цепь. Заменим лампочку от фонарика большой лампой для освещения помещений. Батарейку тоже заменим. Теперь источником тока у нас является городская осветительная сеть (рисунок 3).

Рисунок 3. Свечение лампы для помещений от городской осветительной сети

Взгляните на показания амперметров в этих двух цепях. Они одинаковы!

Сила тока в цепях одинакова, но ведь большая лампа дает намного больше света и тепла, чем маленькая лампочка от фонарика. Вот здесь и появляется наша новая величина — напряжение.

{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение обозначается буквой[[choice-6]]","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":["$U$","$I$","$q$","$A$"],"explanations":["","Так обозначается сила тока.","Так обозначается электрический заряд.","Так обозначается работа."],"answer":[0]}}}]}

Связь работы тока и напряжения

Проведенные нами опыты объясняются следующим.

При одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного $1 \space Кл$, различна.

Получается, что эта работа тока и определяет нашу новую физическую величину — электрическое напряжение.

Теперь мы может объяснить до конца наши опыты. Напряжение, которое создается батарейкой в первой цепи, меньше напряжение городской осветительной сети. Поэтому лампа, подключенная к сети, дает больше света и тепла. При этом сила тока в обеих цепях одинакова. Вся причина различий — в создаваемом напряжении.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение определяется[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["работой тока по перемещению заряда","силой тока в цепи","Зарядом свободных частиц в проводнике"],"answer":[0]}}}]}

Формула для расчета напряжения

Если мы знаем работу тока $A$ на рассматриваемом участке цепи и весь электрический заряд $q$, который прошел по нему, то мы можем рассчитать напряжение $U$. По физическому смыслу, мы определим работу тока при перемещении единичного электрического заряда.

$U = \frac{A}{q}$
Напряжение равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку.

Из этой формулы мы также будем использовать два ее следствия:

$A = Uq$,
$q = \frac{A}{U}$.

{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение рассчитывается по формуле[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["$U = \\frac{A}{q}$","$U = \\frac{q}{A}$","$U = \\frac{I}{q}$","$U = Aq$"],"answer":[0]}}}]}

Это интересно: факты об электричестве и напряжении

Единица измерения напряжения

Если единица силы тока была названа в честь ученого, то и с единицей измерения напряжения у нас такая же история.

Она названа вольтом в честь итальянского ученого Алессандро Вольта (рисунок 4).

Рисунок 4. Алессандро Джузеппе Антонио Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель гальванического элемента

Единица напряжения — это такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в $1 \space Кл$ по этому проводнику равна $1 \space Дж$:
$1 \space В = 1 \frac{Дж}{Кл}$.

{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение измеряется в [[choice-20]]","widgets":{"choice-20":{"type":"choice","options":["вольтах","амперах","кулонах","джоулях"],"explanations":["","Это единица измерения силы тока. ","Это единица измерения электрического заряда.","Это единица измерения энергии."],"answer":[0]}}}]}

Дольные и кратные единицы напряжения

Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике? Это дольные и кратные единицы вольта: милливольт ($мВ$) и киловольт ($кВ$).

$1 \space мВ = 0.001 \space В$,
$1 \space кВ = 1000 \space В$.

{"questions":[{"content":"Переведите значение напряжения, выраженное в вольтах, в милливольты.<br />$35 \\space В =$[[choice-28]]","widgets":{"choice-28":{"type":"choice","options":["$35000 \\space мВ$","$0.035 \\space мВ$","$350 \\space мВ$"],"explanations":["$1 \\space В = 1000 \\space мВ$.","",""],"answer":[0]}}}]}

Значение напряжения для некоторых устройств и природных явлений

В таблице 1 представлены для ознакомления некоторые значения напряжения.

Устройство	$U$, $В$
Гальванический элемент	1,25
Городская электросеть	220
Электролампы	20 — 250
Телевизор	100 — 600
Холодильник	150 — 600
Компьютер	400 — 750
Утюг	500 — 2000
Электромоторы	550 — 1700
Обогреватель	1000 — 2400
Кондиционер	1000 — 3000
Циркулярная пила	1800 — 2100
Насос высокого давления	2000 — 2900
Линии высоковольтной электропередачи (ЛЭП)	500 000
Разряд молнии	До 1 000 000

Таблица 1. Напряжение в некоторых технических устройствах и природе

Опасные и безопасные значения напряжения

Все знают, что большое (высокое) напряжение опасно для жизни. Проведем простую аналогию для лучшего понимания.

Например, напряжение между проводом высоковольтной линии передачи и землей составляет $100 \space 000 \space В$. Соединим этот провод с землей. Получается, что при прохождении по нему заряда всего в $1 \space Кл$ совершается работа в $100 \space 000 \space Дж$. Такая же работа будет совершена грузом массой $1000 \space кг$, если он упадет с высоты в $10 \space м$. Похожие разрушения, может вызывать высокое напряжение.

Обычно безопасным считают напряжение не более $42 \space В$. Такое напряжение создают, например, гальванические элементы.

Наверное, многие помнят, как в детстве родители запрещали засовывать пальцы в розетку. Да и разбирать самостоятельно лучше не стоит. Доверять такие работу лучше специалистам. Почему? Ток в такой сети идет от генераторов, и напряжение обычно составляет $220 \space В$. Такое напряжение может нанести существенный вред здоровью.

{"questions":[{"content":"Высокое напряжение[[choice-33]]","widgets":{"choice-33":{"type":"choice","options":["опасно для жизни","полезно для здоровья","не оказывает влияния на человеческий организм"],"answer":[0]}}}]}

Примеры задач

Задача №1

При нормальном режиме работы тостера сила тока в его электрической цепи равна $6 \space А$. Напряжение в сети составляет $220 \space В$. Найдите работу электрического тока в цепи за $5 \space мин$.

Дано:
$t = 5 \space мин$
$I = 6 \space А$
$U = 220 \space В$

СИ:
$t = 300 \space с$

$A — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Запишем формулу для определения напряжения и выразим из нее работу:
$U = \frac{A}{q}$,
$A = Uq$.

Как найти электрический заряд? Запишем формулу для расчет силы тока и выразим заряд из нее:
$I = \frac{q}{t}$,
$q = It$.

Подставим это в формулу для расчета работы электрического тока:
$A = Uq = UIt$.

Рассчитаем эту величину:

$A = 220 \space В \cdot 6 \space А \cdot 300 \space с = 396 \space 000 \space Дж = 396 \space кДж$.

Ответ: $A = 396 \space кДж$.

Задача №2

На рисунке 5 представлены графики зависимости работы электрического поля (тока) $A$ от перемещаемого заряда $q$ по двум проводникам. Используя график, вычислите напряжение между концами каждого проводника.

Рисунок 5. Графики зависимости работы тока от перемещаемого заряда по двум проводникам

На графике выберем удобные для нас точки с точными значениями заряда и работы. Для графика $I$ выберем точку со значениями $q = 0.35 \space Кл$ и $A = 70 \space Дж$. Для графика $II$: $q = 0.35 \space Кл$ и $A = 40 \space Дж$. Запишем условие задачи и решим ее.

Дано:
$q_1 = q_2 = 0.35 \space Кл$
$A_1 = 70 \space Дж$
$A_2 = 40 \space Дж$

$U_1 — ?$
$U_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Рассчитывать напряжения для данных проводников будем по формуле $U = \frac{A}{q}$.

$U_1 = \frac{A_1}{q_1} = \frac{70 \space Дж}{0.35 \space Кл} = 200 \space В$.

$U_2 = \frac{A_2}{q_2} = \frac{40 \space Дж}{0.35 \space Кл} \approx 114 \space В$.

Ответ: $U_1 = 200 \space В$, $U_2 \approx 114 \space В$.

2.3. Электрическое напряжение. Работа и мощность электрического тока. Тепловое действие тока — ЗФТШ, МФТИ

В электрической цепи, подключённой к источнику, возникают электрические силы, действующие на носители зарядов и приводящие их в движение. Пусть под действием электрической силы `F` частица, несущая заряд `q`, переместилась вдоль проводника из точки `1` в точку `2`, а сила `F` совершила над заряженной частицей работу `A_(12)`. Отношение работы `A_(12)` электрической силы над зарядом `q` при перемещении его из точки `1` в точку `2` к самому заряду $$ q$$ называют электрическим напряжением между точками `1` и `2`:

Единицей измерения напряжения в СИ является вольт (В).

За один вольт принимается напряжение на концах проводника, при котором работа сил электрического поля по перемещению через этот проводник заряда в один кулон равна одному джоулю.

Эта единица  названа в честь итальянского физика А. Вольта, который в 1800 г. изобрёл электрическую батарею и впервые получил с её помощью постоянный ток, устойчиво поддерживавшийся в электрической цепи. Это открытие ознаменовало начало новой эпохи, полностью преобразившей нашу цивилизацию: современная жизнь немыслима без использования электрического тока.

В соотношении (3) индексы `1` и `2` можно опустить, если помнить, что `1` – это точка «старта», `2` – точка «финиша».

Зная напряжение `U` на концах проводника и силу тока `I`, текущего в проводнике в течение времени `t` постоянного тока, вычислим заряд `q=I*t`, который протечёт за указанное время по проводнику. Тогда за это время силы электрического поля в проводнике совершат работу

Это позволяет судить о скорости совершения работы электрическими силами, т. е. о мощности, развиваемой силами электрического поля. Из (4) следует, что в проводнике, напряжение на концах которого равно `U`, а сила тока `I`, силы электрического поля в единицу времени совершают работу

Напомним, что единицей измерения мощности в СИ служит ватт (Вт).

Очень часто работу и мощность электрических сил называют соответственно работой и мощностью электрического тока, тем самым подчёркивают, что это работа по поддержанию электрического тока в цепи.

Работа электрического тока может идти на изменение механической и внутренней энергий проводника. Например, в результате протекания электрического тока через электродвигатель его ротор (подвижная часть, способная вращаться, в отличие от статора) раскручивается. При этом большая часть работы электрических сил идёт на увеличение механической энергии ротора, а также других тел, с которыми ротор связан теми или иными механизмами. Другая часть работы электрического тока (в современных электродвигателях один – два процента) идёт на изменение внутренней энергии обмоток двигателя, что приводит к их нагреванию (обмотка электродвигателя представляет собой катушку, изготовленную обычно из меди, с большим числом витков).

Обсудим тепловое действие электрического тока более подробно. Из опыта известно, что электрический ток нагревает проводник. Объясняется это явление тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием сил электрического поля, взаимодействуют с ионами вещества и передают им свою энергию. В результате увеличивается энергия колебаний ионов в проводнике, его температура растёт, при этом говорят, что в проводнике за некоторое время `t` выделяется количество теплоты `Q_(«тепл»)`. Если проводник с током неподвижен и величина тока постоянна, то работа электрических сил идёт на изменение внутренней энергии проводника. По закону сохранения энергии это количество равно работе сил электрического поля (4) в проводнике за то же самое время,      т. е.

Отсюда мощность `P` тепловыделения, т. е. количество теплоты, выделяющейся в единицу времени на участке цепи, где напряжение равно `U`, а сила тока равна `I` составляет

Разница между напряжением и током и их сравнение

Здесь подробно объясняется разница между напряжением и током. Разность тока и напряжения — один из наиболее часто задаваемых вопросов в теме электричества в физике. Приведенная здесь разница между вольтами и амперами может помочь учащимся лучше понять основы и тщательно изучить их сравнения.

Прежде чем узнать о разнице в напряжении и силе тока, очень важно тщательно узнать подробности о напряжении и силе тока. Посетите приведенные ниже ссылки, чтобы подробно узнать о напряжении и токе, а также другую информацию.

• Электрический ток
• Электрический потенциал и разность потенциалов

Разница между напряжением и током

Сл. №	Отличительное свойство	Напряжение	Текущий
1	Определение	Напряжение, также называемое электродвижущей силой, представляет собой просто энергию на единицу заряда. Другими словами, напряжение – это разность электрических потенциалов между двумя точками.	Ток — это просто скорость протекания электрического заряда. Проще говоря, ток — это скорость, с которой электрический заряд течет по цепи в определенной точке.
2	Блок	Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт (В).   Примечание: 1 вольт = 1 джоуль/кулон.	Единица силы тока в системе СИ — Ампер (А).   Примечание: 1 ампер = 1 кулон/сек.
3	Обозначение	Напряжение обозначается буквой «В».	Ток обозначается буквой «I».
4	Измерительный прибор	Напряжение можно измерить с помощью вольтметра.	Ток можно измерить с помощью амперметра.
5	Взаимоотношения	Напряжение является причиной тока.	Ток является следствием напряжения, т. е. ток не может протекать без напряжения.
6	Формула	Одна из формул для расчета напряжения:   В = выполненная работа/зарядка	Одна из формул для расчета тока:   I= зарядка/время
7	Потеря	Потеря напряжения происходит из-за импеданса.	Потеря тока происходит из-за пассивных элементов.
8	Поле создано	Напряжение создает электростатическое поле.	Ток создает магнитное поле.
9	Изменение последовательного соединения	При последовательном соединении напряжение изменяется, т.е. распределяется по всем компонентам.	При последовательном соединении ток остается одинаковым для всех компонентов.
10	Изменение в параллельном соединении	При параллельном соединении напряжение остается одинаковым на всех компонентах.	При параллельном подключении ток изменяется, т. е. распределяется по всем компонентам.

Это были основные различия между напряжением и током. Эти различия в токе и напряжении могут помочь учащимся подробно узнать об этой теме и легко ответить на любые связанные вопросы на экзаменах.

Помимо этих различий в напряжении и токе, учащиеся также могут ознакомиться со статьей, приведенной ниже, чтобы узнать больше о связанных темах. Эти связанные статьи могут помочь учащимся подробно изучить такие темы, как формула тока и напряжения, ЭДС и т. д.

Связанные статьи:

Почему нельзя прикасаться к электрооборудованию мокрыми руками? Узнайте ответ на этот вопрос, посмотрев видео.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Определение напряжения.

Напряжение, также называемое электродвижущей силой, представляет собой просто энергию на единицу заряда. Другими словами, напряжение – это разность электрических потенциалов между двумя точками.

Определить ток.

Ток — это просто скорость протекания электрического заряда. Проще говоря, ток — это скорость, с которой электрический заряд течет по цепи в определенной точке.

Что такое электрическая потенциальная энергия?

Электрическая потенциальная энергия любого данного заряда или системы изменений называется полной работой, выполненной внешним агентом для приведения заряда или системы зарядов из бесконечности в текущую конфигурацию без какого-либо ускорения.

Определить 1 ампер.

Единицей электрического тока в системе СИ является Ампер (А). 1 ампер представляет собой силу тока, когда через поперечное сечение проходит поток заряда в 1 кулон за 1 секунду.

Что происходит с током при увеличении напряжения?

В соответствии с законом Ома, закон гласит, что электрический ток I пропорционален напряжению V и обратно пропорционален сопротивлению R. Следовательно, при увеличении напряжения ток также увеличивается при условии, что сопротивление в цепи цепь сохраняется.

Следите за новостями BYJU’S, чтобы не пропустить такие интересные статьи. Кроме того, зарегистрируйтесь в «BYJU’S — The Learning App», чтобы получить множество интерактивных, увлекательных видеороликов, связанных с физикой, и неограниченную академическую помощь.

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• ☠

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

MPLAB-совместимый USB-программатор PIC

Нет в наличии ПГМ-09671

2

Избранное Любимый 7

Список желаний

МИКРОЭ LTE IoT 2 Нажмите

Нет в наличии WRL-18807

76,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

МИКРОЭ DIGI ПОТ 8 Click

Нет в наличии COM-19264

20,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

MIKROE Boost 3 Click

Нет в наличии ПРТ-19387

20,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Использование RFID для предотвращения кражи имущества

23 сентября 2020 г.