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
testo 755-2 — Тестер напряжения/тока | Сопротивление | Электрические параметры | По параметру
Подробнее Технические данные Принадлежности Применение Центр загрузки
- testo 755-2
org/ListItem»>
На ГлавнуюНомер заказа. 0590 7552
213,00 y.e.
c НДС. Внутренний курс у.е. равен 89 рублям
Внесен в Государственный реестр средств измерений РФ ФГИС «АРШИН»
Диапазон измерения напряжения до 1000 В
Простая и безопасная работа благодаря автоматическому определению параметров измерения
Тестирование однополюсной фазы, чтобы быстро определить, находятся ли провода под напряжением
Сертифицирован в соответствии с DIN EN 61243-3:2010
Многофункциональный тестер напряжения и инструмент измерения силы тока: инновационный testo 755-2.
Это многозадачный прибор практически для любых повседневных электроизмерительных задач. Он автоматически выбирает нужный параметр измерения, имеет сменные измерительные щупы и расширенный диапазон измерения напряжения до 1000 В.
Подробнее
Описание продукта
С тестером testo 755-2 вы полностью готовы для к самым важным задачам рабочего дня. Тестер напряжения/тока подходит для определения наличия или отсутствия напряжения, измерения напряжения, проверки целостности цепи, измерения силы и расхода тока.Сменить поврежденные измерительные щупы очень просто, так что нет необходимости приобретать новый прибор. Автоматическое определение параметров измерения и встроенный фонарик позволяют работать и проводить измерения легко и надежно.
В сравнении с моделью testo 755-1, модель testo 755-2 имеет увеличенный диапазон измерения напряжения до 1000 В, может отображать направление вращающегося магнитного поля и тестировать однополюсную фазу, чтобы быстро определять, находятся ли провода под напряжением.
С подтвержденными метрологическими характеристиками и расширенными техническими данными можно ознакомиться в описании типа в Центре загрузки.
Комплект поставки
Тестер тока/напряжения testo 755-2, включая батарейки, щупы, колпачки для щупов, заводской протокол калибровки и инструкцию по эксплуатации.Технические данные
| Измерение напряжения постоянного тока | |
|---|---|
Диапазон измерений | 6 … 1000 В |
Разрешение | макс. 0,1 В |
Погрешность | ± (1,5 % от изм. |
знач. + 3 Digit)| Измерение напряжения переменного тока | |
|---|---|
Диапазон измерений | 6 … 1000 В |
Разрешение | макс. 0,1 В |
Погрешность | ± (1,5 % от изм. знач. + 3 Digit) |
| Измерение силы переменного тока | |
|---|---|
Диапазон измерений | 0,1 . |
Разрешение | макс. 0,1 А |
Погрешность | ± (3 % от изм. знач. + 3 Digit) |
.. 200 АРазрешение | макс. 1 Ом |
Диапазон измерений | 30 … 100 кОм |
Погрешность | ± (1,0 % от изм. |
знач. + 5 Digit)| Общие технические данные | |
|---|---|
Рабочая влажность | 0 … 75 % ОВ |
Температура хранения | -15 … +60 °C |
Вес | 320 г |
Размеры | 199 x 62 x 40 мм |
Рабочая температура | -10 . |
Цвет продукта | черный |
Класс защиты | IP64 |
Стандарты | EN 61243-3; EN 61010-1 |
Тип батареи | 2 микроэлемента ААА |
Тип дисплея | LCD |
Размер дисплея | Размер дисплея: одна строка |
Класс перенапряжения | CAT IV 600V; CAT III 1000V |
Авторизации | CSA; CE |
.. +50 °C| Функции измерительного прибора | |
|---|---|
Проверка на отсутствие разрывов цепи | да |
Подсветка дисплея | да |
Фиксация | да |
Тест вращающегося магнитного поля | да |
Однополюсный тест фазы | да |
Подсветка точки замера | да |
Дисплей (разрядность) | 4 000 |
Автоматическое определение измеряемого параметра | да |
Принадлежности
Принадлежности
Replacement measuring tips, 1 set, CAT IV 600 V / CAT III 1000 V
Номер заказа.
: 0590 0015
31,00 y.e.
c НДС. Внутренний курс у.е. равен 89 рублям
Комплект изолированных зажимов типа «крокодил», класс перенапряжения CAT III 600 В, максимальный ток 10 А
Номер заказа.: 0590 0008
38,00 y.e.
c НДС. Внутренний курс у.е. равен 89 рублям
Транспортировка и защита
Сумка для транспортировки (без измерительного прибора и принадлежностей).
Номер заказа.: 0590 0017
45,00 y.e.
c НДС. Внутренний курс у.е. равен 89 рублям
Применение
Идеален для проверки наличия и отсутствия напряжения и измерения силы тока
- Автоматическое определение параметра измерения, диапазон измерения напряжения 1000 В, автоматическое включение, сменные измерительные щупы, встроенный фонарик для подсветки места замера
Обзор областей применения
- Проверка наличия или отсутствия напряжения в электрических цепях или системах (согласно стандарту DIN EN 61243-3:2010)
- Измерение расхода тока
- Определение направления вращающегося магнитного поля
- Проверка устройств защитного отключения
Центр загрузки
Брошюры по продукту
Каталог Приборы для измерения электрических параметров (application/pdf, 3.
830 KB)Свидетельство testo 755 (application/pdf, 191 KB)
Описание типа testo 755 (application/pdf, 302 KB)
Приказ о внесении изменений № 1999 (application/pdf, 38 KB)
Приложение к приказу № 1999 (application/pdf, 144 KB)
Приказ о продлении срока действия № 979 (application/pdf, 39 KB)
Приложение к приказу № 979 (application/pdf, 612 KB)
830 KB)Инструкции по применению
Инструкция по использованию testo 755 (application/pdf, 839 KB)
213,00 y.
e.
c НДС. Внутренний курс у.е. равен 89 рублям
Что такое напряжение? — Электротехника Stack Exchange
«Напряжение» является производной величиной. Трудно понять его физический смысл, не понимая величин, из которых он получен.
Все начинается с силы между двумя точечными зарядами. Пусть заряды точек \$P_1\$ и \$P_2\$ равны \$q_1\$ и \$q_2\$. Пусть расстояние между ними равно \$ r \$. Основная теорема гласит, что сила между этими двумя зарядами пропорциональна количеству зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. То есть: 92} \$
Пусть местоположение и заряд \$ P_1 \$ фиксированы. Теперь сила зависит от расположения и заряда \$P_2\$. Итак, мы определяем векторное поле под названием «Электростатическое поле». Направление векторного поля совпадает с направлением поля силы между \$ P_1 \$ и \$ P_2 \$, когда \$ q_2 \$ является положительным единичным зарядом. А величина поля — это сила, приходящаяся на заряд \$q_1\$, когда \$q_2\$ — единичный положительный заряд.
То есть:
\$ \bar{E} = \lim \limits_{q_1 \to 0} \dfrac{\bar{F}}{q_1} \quad \mbox{(} q_2 \mbox{ — единичный положительный заряд )} \$
Приближаем \$ q_1 \$ к нулю, чтобы пренебречь некоторыми другими электромагнитными эффектами; пусть это не сбивает вас с толку. Это что-то вроде «ауры, способной генерировать некоторую силу на единицу электрического заряда». Его направление совпадает с направлением создаваемой им силы, а его величина пропорциональна величине силы.
Теперь мы видим, что определенные нами величины очень похожи на некоторые другие известные нам физические величины. Например, приведенная выше сила очень похожа на силу между Землей и космическим объектом, таким как Луна. А поле \$\bar{E}\$ очень похоже на гравитационное поле Земли. 9{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}\$
Заметим, что электрическое поле безвихревое, а значит, его всегда можно представить в виде градиента скалярного поля (\$ \bar{E} = — \bar{\nabla} V \$). Эти линейные интегралы не зависят от пути.
Итак, это определение потенциального поля. Точка всегда будет иметь потенциал, даже если на ней нет заряда. Думайте об этом как об «энергии, необходимой для переноса единичного заряда туда из бесконечности». Потенциальная разница между двумя точками аналогична; это энергия, необходимая для переноса единичного заряда из одной точки в другую. Или подумайте об этом на более конкретном примере, например, для небесных тел. Разность потенциалов между высотой 100 км и высотой 200 км над поверхностью Земли есть не что иное, как разность потенциальных энергий между двумя объектами массой 1 кг на заданных высотах.
Когда мы приходим в реальный мир, потенциал точки — это один из всех индивидуальных потенциалов, вызванных окружающими зарядами (применяется теория суперпозиции).
Что такое напряжение?
Напряжение — это термин, с которым мы все сталкивались в какой-то момент. Батарея типа АА имеет напряжение 1,5 вольта (В), в то время как батарея дымовой сигнализации имеет напряжение 9 вольт.
Мы также знаем, что электрическая сеть, или домашнее электричество, имеет напряжение 230 В, в то время как напряжение, передаваемое по крупным линиям электропередач, превышает 250 киловольт (кВ)! Из этого мы можем сделать вывод, что низкие напряжения, например, от аккумуляторов, безвредны, в то время как более высокие напряжения могут быть опасными. Но что именно является напряжением IS и как оно связано с цепями? Узнайте все о напряжении, от того, что такое напряжение и определение напряжения, до просмотра символов напряжения, уравнений и многого другого!
Что такое напряжение? Определение напряжения, разность потенциалов и многое другое
Короче говоря, напряжение можно рассматривать как силу, которая «тянет электричество» по цепи. Если к цепи приложено большее напряжение, то она будет подвергаться большему потоку электричества (то есть тока). Если к цепи приложено меньшее напряжение, то она будет испытывать меньший поток электричества. Хорошей аналогией для напряжения является давление воды.
Удерживая резервуар для воды высоко над землей, вода будет вытекать из дна быстрее, чем резервуар ближе к земле.
Но хотя эта аналогия отлично подходит для изучения самых основ напряжения, она не охватывает всего. Например, напряжения могут быть положительными или отрицательными (то есть направление, в котором они тянут заряды). Напряжение также бывает двух типов в зависимости от того, что описывается. Этими двумя типами являются электродвижущая сила (ЭДС) и разность потенциалов (PD). Когда генерируется напряжение (аккумулятором или генератором), то создаваемое напряжение называется ЭДС. Когда на каком-либо компоненте (например, на нагревателе) пропадает напряжение, потеря напряжения называется разностью потенциалов. Разницу потенциалов можно рассматривать как потерю толкающей силы.
Определение напряжения: Сила, которая тянет электричество по цепи.
В чем потенциальная разница: Потеря толкающей силы.
История напряжения
Напряжение восходит к Алессандро Вольта, который был ответственным за создание первой батареи, гальванического столба. Эта батарея невероятно проста, и ее можно собрать дома из нескольких предметов, которые можно найти в доме. Батарея построена из чередующихся слоев медных монет, алюминия и бумаги, пропитанной уксусом, уложенных друг на друга. Хотя это и не был мощным источником электричества, это продемонстрировало, что электричество можно получить химическим путем, а эксперименты с мертвыми лягушками показали, что нервы используют электричество, а не какое-то особое биологическое электричество. Алессандро Вольта не придумал термин «напряжение», а был назван в честь его достижений в области науки.
Характеристики напряжения — единицы измерения напряжения и другие параметры
Напряжение измеряется в вольтах и имеет символ V. Хотя мы знаем, что напряжение можно рассматривать как силу, притягивающую электрические заряды, мы до сих пор точно не знаем, что такое один вольт и как он определяется.
Научное определение одного вольта — это когда один кулон заряда выполняет работу в 1 джоуль, но при работе с электроникой это редко пересматривается или даже рассматривается. Практическая электроника вместо этого озабочена тем, как использовать компоненты.
Напряжение, как и сила, имеет полярность, что означает, что оно может толкать ИЛИ притягивать электрический ток. Напряжение, как и сила, также относительно, и величина напряжения на самом деле зависит от того, где вы его измеряете. Когда измеряется напряжение, мы берем две точки и измеряем разницу между этими двумя точками. Таким образом, 1,5-вольтовая батарея имеет 1,5 В между ее клеммами, если мы подключим отрицательный щуп к отрицательной клемме, а положительный щуп к положительной клемме. Если, однако, мы подключим отрицательный щуп к положительной клемме, а положительный щуп к отрицательной клемме, вместо этого мы будем читать -1,5 В.
Единицы измерения напряжения: Вольт
Как создается напряжение?
Помните, как мы говорили ранее, что напряжение бывает двух типов? Это имеет большое значение, когда мы говорим о «создании напряжения», потому что, создавая электроэнергию, мы на самом деле создаем ЭДС, а НЕ разность потенциалов! Итак, как мы можем создать ЭДС? Существует несколько методов получения ЭМП, в том числе электрохимический, электромеханический, тепловой и солнечный.
Электрохимические методы включают в себя батареи и основаны на химии для создания разности потенциалов между двумя клеммами. Некоторые батареи влажные и используют жидкость в качестве электролита для переноса заряда между двумя клеммами, в то время как другие сухие.
Электромеханические методы — это методы, в которых используется механическое движение для наведения тока в провод с помощью магнитных полей. Это наиболее распространенный метод производства электроэнергии, который можно найти на электростанциях, динамо-машинах и двигателях.
Термические методы основаны на разнородных металлах, которые при контакте создают на них напряжение, и их часто называют термопарами. Устройства Пельтье преобразуют разницу температур между двумя сторонами специального полупроводника в электричество и обычно используются в дальних космических миссиях (таких как «Вояджер-1», «Вояж-2» и «Новые горизонты»).
Солнечная энергия упоминается в отдельной категории, так как свет напрямую преобразуется в электричество с помощью специальных полупроводниковых устройств.
Благодаря этой технологии фотоэлектрические панели работают и становятся все более популярными во всем мире как безопасный источник энергии.
Как работает напряжение с другими напряжениями?
Voltage очень прост и удобен в работе. Последовательные напряжения складываются, а параллельные остаются одинаковыми! Обычным явлением в электронике является получение большего напряжения питания, чем то, что может предложить одна батарея. Хотя можно выбрать большую батарею, часто проще использовать две одинаковые батареи, соединенные последовательно, напряжение которых суммируется. Но помните, напряжения имеют полярность, что означает, что если батарея перевернута, то вместо того, чтобы прибавлять к общему напряжению, оно будет вычитаться из него!
При параллельном соединении аккумуляторов важно, чтобы ВСЕ эти аккумуляторы ИМЕЛИ ОДИНАКОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ! Если две разнородные батареи соединены параллельно, то большая батарея будет пытаться протолкнуть ток в другую батарею, что может привести к ее перегреву и возможному возгоранию.
Общие примеры безопасных источников напряжения
Источники напряжения можно найти в самых разных местах, но то, что они существуют, не означает, что вы должны пойти и использовать их! Например, освещение — невероятно мощный источник электричества, но создание осветительной мачты и подключение к ней Arduino, скорее всего, закончится очень плохо. Электропитание от сети часто является используемым источником питания для проектов, но также может быть небезопасным в использовании, особенно если не используется изолирующий трансформатор. Поэтому всегда выбирайте безопасный источник питания, используя приведенный ниже список!
- Малый солнечный элемент (не на крыше)
- Батареи
- Wall Wart (убедитесь, что они имеют двойную изоляцию и изоляцию)
- USB
Заключение
Напряжение — это фундаментальное понятие в электронике, и, вероятно, это будет единственное, на что вы обращаете внимание при проектировании схем.
