Site Loader

Содержание

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока

Напряжением в электрике называется работа, которую проделывает электрополе, чтобы элементарный заряд переместился по проводнику из одного места в другое. Каждый физик и электротехник должны знать, в каких единицах измеряется напряжение, как принято его обозначать и измерять.

Напряжение на жилах проводника

Напряжение на жилах проводника

Как возникает напряжение

Прежде, чем рассматривать единицы измерения электрического напряжения, необходимо выяснить природу этого явления. В составе атомов любого вещества имеются ядро, несущее «плюсовой» заряд, и быстро обращающиеся вокруг электроны с «минусовым». Поскольку число быстрых частиц идентично количеству протонов ядра, в обычном состоянии атом зарядом не обладает. Но при ликвидации одного или нескольких электронов атом начнет пытаться притянуть недостающие, образуя возле себя положительное поле. Отрицательный полевой потенциал возникает при появлении добавочных электронов.

Когда плюсовой и минусовой потенциалы сталкиваются, между ними возникает двустороннее притяжение. Чем более различаются потенциалы, тем активнее содержащиеся в отрицательно заряженном материале электроны переходят к имеющему обратный знак заряду, и тем, соответственно, больше напряжение электрического поля.

Когда соединяются потенциалы противоположно заряженных проводниковых элементов, появляется электрический ток. Так называется целенаправленное перемещение заряженных частиц, пытающееся ликвидировать потенциальную разность. Чтобы заряды двигались по проводнику, электрополе выполняет работу, характеризуемую напряжением.

В чем измеряется

Как обозначается напряжение в технической документации и на графических схемах? Единица измерения напряжения именуется вольт (В) по фамилии итальянского физика А. Вольта. Один вольт можно описать как потенциальную разницу двух точек поля, в котором с целью перемещения однокулонного заряда совершается работа в 1 джоуль.

Условное обозначение напряжения на схемах имеет вид заглавной латинской буквы V – символа единицы напряжения, заключенной в круг. Иногда вместо круга используется схематичное изображение измерительного прибора – вольтметра, идентифицируемое по литере V.

Важно! Если в некоторой сети имеется напряжение 220 В, это значит, что ее электрополе может затратить 220 джоулей с целью перемещения заряженных частиц через нагрузку и цепь. Для электрических приборов номинальное напряжение полагается обозначить в паспорте. Иногда оно указывается и в составе маркировки на передней панели корпуса (например, у счетчиков электроэнергии).

От чего зависит напряжение

Фиксируемый на участке электрической цепи показатель напряжения зависит от ряда факторов, например, от подсоединенной нагрузки (сопротивления). Также оказывают влияние характеристики вещества, из которого сделан проводниковый элемент, температура окружающего воздуха и самих компонентов сети.

Эффект Джозефсона

Так называется феномен сверхпроводящего тока, проходящего через слой диэлектрического материала малой толщины, изолирующий один сверхпроводящий предмет от другого. В научной работе деятеля, чьим именем назван эффект, было высказано предположение о том, что данное явление наблюдается только при использовании супертонкого слоя (значительно уступающего длине сверхпроводящей когерентности). Более поздние опыты продемонстрировали, что оно проявляет себя и при использовании куда более толстых слоев.

Применение данного феномена позволит производить высокоточные замеры напряжения, а также магнитных полей. Последнее делается возможным в силу огромной зависимости электротока, критичного для используемого в интерферометре соединения, от внешнего магнитного поля. Когда в джозефсонском переходе поддерживается константное напряжение, он может выступать в качестве генератора электромагнитного волнового излучения. Можно организовать и установку с противоположным, поглощающим эффектом. При этом как генерация, так и прием способны функционировать в частотном диапазоне, недоступном иным средствам.

Также ведутся исследования рассматриваемого эффекта и основанных на нем явлений переноса магнитного поля для передачи и накопления данных (квантовые компьютеры). Первый экспериментальный процессор такого типа был спроектирован японскими инженерами. В 2014 году работники физфака МГУ спроектировали микросхему для компьютера с использованием свойств сверхпроводников и данного эффекта.

Действующее значение напряжения

Значение электрического потенциала, имеющегося между двумя точками электросети, может быть определено по тому, какая работа была выполнена за некоторый временной отрезок, либо по выделенному количеству теплоты. В случае переменного напряжения поступают по-другому. Поскольку его характер колебаний имеет форму синусоидальной кривой, и максимальное значение показатель принимает на пике амплитуды (а при перемещении из плюсовой зоны кривой в минусовую напряжение нулевое), для вычислений применяют усредненный показатель. Именно его называют действующим, и он может быть приравнен к такому же значению постоянного напряжения.

Он меньше максимального допустимого показателя на величину, равную корню из двух от последнего (то есть примерно в 1,4 раза). У сети, имеющей номинальное напряжение 220 В, максимум, таким образом, будет равен 311 В. Эти показатели нужно учитывать, подбирая конденсаторы, диодные компоненты и другие подобные элементы для монтажа в ту или иную систему.

Синусоидальное напряжение с амплитудой 310 В эквивалентно постоянному, значение которого – 210 В

Синусоидальное напряжение с амплитудой 310 В эквивалентно постоянному, значение которого – 210 В

Определение величины напряжения

Выполняя электромонтажные работы, специалист сталкивается с разными типами напряжения. Например, розетки в квартирах и частных домах являются источниками переменного напряжения. Оно может быть понижено или повышено трансформатором, выпрямлено специальным устройством. Измерение напряжения трения производят в лабораторных условиях электрохимическим методом. Мастеру нужно знать об особенностях измерения разных видов напряжения.

Постоянное напряжение

Его можно измерить, используя магнитоэлектрические устройства. Сейчас в продаже можно найти высокоточные приборы, оснащенные цифровым дисплеем. Проще всего непосредственно подключить устройство к участку, на котором нужно провести измерения.

При этом необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Предельное значение должно превышать предполагаемый максимум. В случае, когда измерительные работы выполняются без знания этого параметра, полагается установить максимальный предел и постепенно снижать его.
  2. Учитывать полярность подсоединения. В противном случае у стрелочного прибора указатель наклонится в противоположную сторону, у цифрового – на экране высветится отрицательное число.
Лабораторный вольтметр

Лабораторный вольтметр

Переменное напряжение

В этом случае в ход идут измерительные приборы разных видов, за исключением магнитоэлектрических. Работают с такими аппаратами только посредством подключения к выходу выпрямителя.

Требования к измерительным приборам

Разобравшись, чем обычно измеряется напряжение, нужно понять, как решать проблему несоответствия прибора основополагающему требованию: достаточно высокому пределу измерения.

Способы выхода из ситуации также зависят от тока, с которым работает мастер:

  1. При работе с постоянным током можно подключить внутреннее или внешнее дополнительное сопротивление. Еще один вариант – применять несколько сопротивлений для разных значений предела. Именно на этом принципе основано действие мультиметра.
  2. В случае переменного тока также можно подключить подходящее дополнительное сопротивление. Широко используют и трансформаторы напряжения.
Мультиметры снабжают режимами для измерения напряжения

Мультиметры снабжают режимами для измерения напряжения

Важно! Вольтметр, которым проводят измерения, должен иметь как можно более высокое сопротивление и низкий ток. Это нужно для минимизации влияния устройства на электросеть и потерь в кабелях, направляющихся к нему от источника питания.

Замеры разности потенциалов играют важную роль для отладки электросхем и электросетей. От правильно проведенных измерений зависит надежность функционирования техники, для их выполнения нужно знать о единицах измерения напряжения.

Видео

Электрическое напряжение. Вольтметр — урок. Физика, 8 класс.

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

 

 

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

 

fizika1.gif

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

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

 

Обрати внимание!

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

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

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

 

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

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

Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр.

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

 

v.png

 

В школьных условиях используются вольтметры, изображённые на рисунке:

 

L8.jpg L6.jpg

 

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

 

Обрати внимание!

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

54.jpg

 

Включая вольтметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность.

 

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

Вольтметры делятся на приборы постоянного тока и переменного тока.

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

 

Вольтметр постоянного тока

Вольтметр переменного тока

L21.jpgM7.jpg
L14.jpgM14.jpg

 

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


Иногда используют буквы \(AC/DC\). В переводе с английского \(AC\) (alternating current) — переменный ток, а \(DC\) (direct current) — постоянный ток.
В цепь переменного тока включается вольтметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

 

 

Обрати внимание!

Для измерения напряжения можно использовать и мультиметр.

Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

 

16_2.jpg

 

Следует помнить, что высокое напряжение опасно.

Что будет с человеком, который окажется рядом с упавшим оголённым кабелем, находящимся под высоким напряжением?

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

 

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

 

Обрати внимание!

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

Существует много знаков, предупреждающих о высоком напряжении. Вот некоторые из них.

 

voltage.png images.jpg dang_hi_volt_proof.jpg 

 

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

Источники:

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

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

http://kamenskih3.narod.ru/untitled74.htm

Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольтметр. Измерение напряжения

План урока

Ход урока

Запасной вариант положения

1) Организационная часть:

— Добрый день, ребята! Меня зовут Ахметова Айзаря Занифовна. Всем хорошего настроения и удачной работы. Присаживайтесь.

 

1 слайд

Девиз урока: «Я слышу – я забываю, я вижу – я запоминаю, я делаю – я понимаю» (Китайская пословица)

 

2) Проверка знаний:

 

2 слайд

 

— Посмотрите внимательно на экран. Что мы видим на картине? (поле). В жизни это поле мы видим, а с точки зрения электричества поле существует? (да, электрическое)

 

3-4 слайд;

 3 анимация «Эл.Ток»

 

А теперь что наблюдаем? (течение воды в трубе). А в электричестве что может протекать? (эл. ток)

 

 

Стихотворение

(работа в парах, дается 3 ученикам)

1 уч. работает у доски,

2 – работа в парах. (одновременно)

«Как вычисляется сила тока?» – стихотворение

Я не зря себя хвалю,
Всем и всюду говорю,
Что я физику люблю,
Что я физику учу.
Как-то раз придумал я
Решить задачу.
Без сомненья,
Мне известно было тут
Время, ровно 5 минут.
Но одно я не пойму,
Что ж такое q ?
Силу тока мне найти
Совсем не трудно:
Нужно заряд на время разделить,
И это будет чудно!

 

Вопрос.

Ответ. 8 А 

5 слайд

Одновременно игра «верю не верю» с остальным классом.

 

Чему равна сила тока в цепи, если заряд равен 2,4 кКл?

Ребята у вас на парте лежат сигнальные карточки зеленого и красного цветов. Я зачитываю предложения, а вы в течении 3 секунд должны поднять красную карточку ,если вы не согласны с утверждением, зеленую – если согласны.

  1. Упорядоченное движение заряженных частиц – этоЭлектрическое поле (эл. ток). кр. карточка
  2. Сила тока обозначается буквой I. зел карточка
  3. Единица силы тока Кл. (А) кр. Карточка
  4. Прибор для измерения силы тока — электроскоп. (Амперметр) кр. Карточка
  5. Тела, которые проводят электрический ток, называются проводники. зел карточка.

 

Проверка. Самооценка.

Проверка у доски задачи.

6 слайд Самооценка.

А сейчас проверим. Кто на все вопросы правильно ответил. Ставит себе 3 балла, если ошиблись 1-2 раза — ставим 2 б, если 3 и более – ставим 1 балл. Отметьте на полях в тетрадях или на листочках у себя.

 

Демонстрация движения груза с динамометром

7 слайд

 

Из курса 7 класса вы знакомы с термином механическая работа.

  1. Чем вызвано Движение тела? (приложенной силой)
  2. Сила совершает…? (А)
  3. Чем вызвано движение заряда в цепи?(ЭП)
  4. Электрическое поле совершает работу

 

Анимация 2

 

– Создадим аналогичную ситуацию с электричеством ?

Т.е. если в механике существует механическая работа, то в электричестве …? (Сущ-ет работа тока)

– И эту работу совершает…. (ЭП)

К какому выводу из сказанного мы можем прийти?

 

Определение

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

В процессе такой работы энергия электрического поля превращается в другой вид энергии – КАКУЮ? (механическую, внутреннюю и др.)

ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ РАБОТА ТОКА?

(от силы тока, т. е. электрического заряда, протекающего по цепи в 1 с) – в этом вы убедились на предыдущих уроках и при выполнении Л/Р.

 

Исследование

8 слайд

Разделившись на 2 группы , ученики замыкают собранные цепи.

 

Сравнить показания амперметра на рис. 63 и 64

 

Анимация 3

(Демонстрация лампы)

А теперь, ребята, у каждого из вас н парте имеется листочки с надписью «Исследование». На оборотной стороне написано слово. (На листочках написаны Диэлектрики: дистиллированная вода, стекла, пластмассы, бензол, масла, слюда, фарфор, воздух, резина, смолы различные, дерево;

Проводники: растворы солей, растворы кислот, серебро, медь, алюминий, золото, вода, графит, медь, ) На 2 партах надписи ДИЭЛЕКТРИК и ПРОВОДНИК. На слайде прописано группа диэлектриков и проводников. Каждый находит свой слово в группе и идет к тому столу , где стоит карточка с этим названием. Ребята делятся т.о. на 2 группы и проводят исследование: замыкают собранную цепь..

— Ребята, посмотрите на показания амперметра. Озвучьте каждая группа.(Называет каждая группа).

— если в цепи с осветительной лампой амперметр показывает меньшую силу тока , а через цепь с лампой от карманного фонаря проходит больший ток, то почему же яркость лампочек различна? (ответы ребят)

— Идеализированный, частный случай, когда показания амперметров одинаковы.

Значит, работа тока зависит не только от силы тока, но и

от другой величины…. (которую называют электрическим напряжением или просто напряжением)

 

3) Изучение нового материала:

Так вот, сегодня мы узнаем, что такое напряжение, научимся его измерять, познакомимся с его основными характеристиками.

 

Записать число и тему урока в тетради

(На доске)

9 слайд

Тема нашего урока: «Электрическое напряжение. Единицы напряжения»

 

План на доске и 1 один на парту

10 слайд

При знакомстве с новой величиной будем пользоваться уже известным нам планом.

Ребята, найдите в учебнике определение, кто нашел — прочтите классу.(стр.91)

 

Определение

Электрическое напряжение – это физическая величина, характеризующая электрическое поле

 

Определение

Вывод: напряжение показывает, какую работу совершает эл. поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

 

Обозначение

Прописываю на доске, одновременно со слайдом

 

Обозначается напряжение U;

работа А;

заряд буквой q;

 

 

Исходя из определения напряжения : зная работу тока на данном участке цепи и весь эл. заряд, прошедший по этому участку, мы можем составить уравнение, т. е. работу тока при перемещении единичного эл. заряда:

Карточка с заданием.

Формула для вычисления

Анимация 4

U = A/q → A= Uq; q = A/U

 

(Мини сообщение)

Заранее дать одному ребенку

 

Этот портрет вам знаком? (Да, Алессандро Вольта) Как вы думаете единица электрического напряжения как называется? (Вольт).Обозначение напряжения В.

Обратимся к формуле напряжения и попробуем вывести единицу измерения.

U = A/q; 1 В = 1Дж/Кл

 

Единицы измерения

Слайд 11

За единицу напряжения принимают , такое эл. напряжение на концах проводника , при котором работа по перемещению эл.заряда в 1 Кл по этому проводнику равна 1 Дж: 1 В = 1Дж/Кл

— На следующем уроке вы познакомитесь с прибором для измерения напряжения – вольтметр. Подключается он в цепь параллельно, попробуете собрать цепь с использованием вольтметра.

 

Слайд 12

Прибор для измерения

Обозначение на схеме

Правила подключения

 

— Как понять смысл напряжения?

Электрический ток подобен течению воды в реках и водопадах, т.е. подобен течению воды с более высокого уровня на более низкий. Заряд q соответствует массе воды, а напряжение – разности уровней, напору воды в реке.

 

Слайд 13

 

Работа, совершаемая падающей водой, зависит от её массы и высоты падения, следовательно, зависит от потенциальной энергии. Чем больше разность уровней воды, тем большую работу совершает вода.

Работа силы тока зависит от электрического заряда и напряжения на этом проводнике. Чем больше напряжение на участке цепи, тем больше работа тока при той же величине заряда. В 10 классе мы будем работу электрического поля выражать через разность потенциальной энергии.

Если в цепи нет напряжения, то в ней нет и электрического тока (как нет течения в озере или пруде при отсутствии разности уровней в рельефе).

 

4) Домашнее задание:

записано на доске заранее 

§39-40, пройти тестирование с использованием телефона по теме «Электрическое напряжение».

 

 

Творческий проект.

Слайд 14

Класс работает над творческим проектом.

Попробуем написать свою картину? Ее нужно будет пояснять с точки зрения электричества.

Если не успеваю, тогда

Домашняя работа

Рефлексия (на рисунок лампочки прикрепляют зеленые и красные кружочки при помощи магнитиков). (1 мин)

На доске прикреплен ватман, на котором нарисована лампочка. Перед уходом.

 

 

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

Постоянное напряжение

Постоянным называется разность между электрическими потенциалами, при которой остается такой же величина с перепадами полярности на протяжении конкретного периода. Главным преимуществом постоянной энергии является тот факт, что отсутствует реактивная мощность. Это означает, что вся мощность, которая вырабатывается при помощи генератора, потребляется нагрузкой за исключением проводных потерь. Течет по всему проводниковому сечению.

Что касается недостатков, есть сложность повышения со снижением энергии, то есть в моменте преобразования ее из-за конструкции преобразователей и отсутствия мощных полупроводниковых ключей. К тому же сложно развязывается высокая и низкая энергия.

Обратите внимание! Используется постоянная энергия в электронных схемах, гальванических элементах, аккумуляторах, электролизных установках, сварочных инструментах, инверторных преобразователях и многих других приборах.

Постоянный ток

Переменное напряжение

Переменным называется ток, изменяющийся по величине и направлению периодически, но при этом сохраняющий свое направление в электроцепи неизменно. Нередко его называют синусоидальным. Одно направление, в котором движется энергия, называется положительным, а другое — отрицательным. Поэтому получающаяся величина называется положительной и отрицательной. Такой показатель является алгебраической величиной. В ответ на вопрос, как называется единица измерения напряжения, необходимо отметить, что это вольт. Значение его определяется по направлению. Максимальное значение — амплитуда. Бывает он:

Двухфазный

Трехфазный

Многофазный

Используется активно в промышленности, на электрической станции, на трансформаторной подстанции и передается в каждый дом при помощи линий электрических передач. Больше всего используется три фазы для подключения. Подобная электрификация распространена на многих железных дорогах.

Обратите внимание! Стоит отметить, что имеются также некоторые виды двухсистемных электровозов, которые работают во многих случаях на переменном показателе.

Переменный ток

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.

Электрическое напряжение — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение.

Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B[1].

При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда). Напряжение в общем случае формируется из вкладов двух работ: работы электрических сил AABel{\displaystyle A_{AB}^{el}} и работы сторонних сил AABex{\displaystyle A_{AB}^{ex}}. Если на участке цепи не действуют сторонние силы (то есть AABex=0{\displaystyle A_{AB}^{ex}=0}), работа по перемещению включает только работу потенциального электрического поля AABel{\displaystyle A_{AB}^{el}} (которая не зависит от пути, по которому перемещается заряд), и электрическое напряжение UAB{\displaystyle U_{AB}} между точками A и B совпадает с разностью потенциалов между этими точками (поскольку φA−φB=AABel/q{\displaystyle \varphi _{A}-\varphi _{B}=A_{AB}^{el}/q}). В общем случае напряжение UAB{\displaystyle U_{AB}} между точками A и B отличается от разницы потенциалов между этими точками[2] на работу сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда. Эту работу называют электродвижущей силой EAB{\displaystyle {\mathcal {E}}_{AB}} на данном участке цепи: EAB=AABex/q.{\displaystyle {\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.}

UAB=φA−φB+EAB.{\displaystyle U_{AB}=\varphi _{A}-\varphi _{B}+{\mathcal {E}}_{AB}.}

Определение электрического напряжения можно записать в другой форме. Для этого нужно представить работу AABef{\displaystyle A_{AB}^{ef}} как интеграл вдоль траектории L, проложенной из точки A в точку B.

UAB=∫LE→efdl→{\displaystyle U_{AB}=\int \limits _{L}{\vec {E}}_{ef}d{\vec {l}}} — интеграл от проекции эффективной напряжённости поля E→ef{\displaystyle {\vec {E}}_{ef}} (включающего сторонние поля) на касательную к траектории L, направление которой в каждой точке траектории совпадает с направлением вектора dl→{\displaystyle d{\vec {l}}} в данной точке. В электростатическом поле, когда сторонних сил нет, значение этого интеграла не зависит от пути интегрирования и совпадает с разностью потенциалов.

Размерность электрического напряжения в Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), на которой основана Международная система единиц (СИ), — L2MT-3I-1. Единицей измерения напряжения в СИ является вольт (русское обозначение: В; международное: V).

Понятие напряжение ввёл Георг Ом в работе 1827 года, в которой предлагалась гидродинамическая модель электрического тока для объяснения открытого им в 1826 году эмпирического закона Ома: U=IR{\displaystyle U\!=IR}.

Напряжение в цепях постоянного тока

Напряжение в цепи постоянного тока между точками A и B — работа, которую совершает электрическое поле при переносе пробного положительного заряда из точки A в точку B.

Напряжение в цепях переменного тока

U\!=IR

Для описания цепей переменного тока применяются следующие напряжения:

  • мгновенное напряжение;
  • амплитудное значение напряжения;
  • среднее значение напряжения;
  • среднеквадратичное значение напряжения;
  • средневыпрямленное значение напряжения.

Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Зависит от времени (является функцией времени):

u=u(t).{\displaystyle u=u(t).}

Амплитудное значение напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:

UM=max(|u(t)|).{\displaystyle U_{M}=\max(|u(t)|).}

Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:

u(t)=UMsin⁡(ωt+ϕ).{\displaystyle u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).}

Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратичным значением 220 В амплитудное напряжение равно приблизительно 311,127 В.

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

Um=1T∫0Tu(t)dt.{\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.}

Для синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.

Среднеквадратичное значение напряжения (устаревшие наименования: действующее, эффективное) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

Uq=1T∫0Tu2(t)dt.{\displaystyle U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt}}.}

Среднеквадратичное значение напряжения наиболее удобно для практических расчётов, так как на линейной активной нагрузке оно совершает ту же работу (например, лампа накаливания имеет ту же яркость свечения, нагревательный элемент выделяет столько же тепла), что и равное ему постоянное напряжение.

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Uq=12UM≈0,707UM;UM=2Uq≈1,414Uq.{\displaystyle U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q}\approx 1,414U_{q}.}

В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно среднеквадратичное значение напряжения, и все вольтметры проградуированы, исходя из его определения. Однако конструктивно большинство приборов фактически измеряют не среднеквадратичное, а средневыпрямленное (см. ниже) значение напряжения, поэтому для несинусоидального сигнала их показания могут отличаться от истинного значения.

Средневыпрямленное значение напряжения есть среднее значение модуля напряжения:

Um=1T∫0T|u(t)|dt.{\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.}

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Um=2πUM(≈0,637UM)=22πUq(≈0,9Uq).{\displaystyle U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0,9U_{q}).}

На практике используется редко, однако большинство вольтметров переменного тока (те, в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала и проградуирована по среднеквадратичным значениям.

Напряжение в цепях трёхфазного тока

В цепях трёхфазного тока различают фазное и линейное напряжения. Под фазным напряжением понимают среднеквадратичное значение напряжения на каждой из фаз нагрузки относительно нейтрали, а под линейным — напряжение между подводящими фазными проводами. При соединении нагрузки в треугольник фазное напряжение равно линейному, а при соединении в звезду (при симметричной нагрузке или при глухозаземлённой нейтрали) линейное напряжение в 3{\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше фазного.

На практике напряжение трёхфазной сети обозначают дробью, в числителе которой стоит фазное при соединении в звезду (или, что то же самое, потенциал каждой из линий относительно земли), а в знаменателе — линейное напряжение. Так, в России наиболее распространены сети с напряжением 220/380 В; также иногда используются сети 127/220 В и 380/660 В.

Характерные значения и стандарты

Объект Тип напряжения Значение (на вводе потребителя) Значение (на выходе источника)
Электрокардиограмма Импульсное 1—2 мВ
Телевизионная антенна Переменное высокочастотное 1—100 мВ
Гальванический цинковый элемент типа АА («пальчиковый») Постоянное 1,5 В
Литиевый гальванический элемент Постоянное 3—3,5 В (в исполнении пальчикового элемента, на примере Varta Professional Lithium, AA)
Логические сигналы компьютерных компонентов Импульсное 3,5 В; 5 В
Батарейка типа 6F22 («Крона») Постоянное 9 В
Силовое питание компьютерных компонентов Постоянное 5 В, 12 В
Электрооборудование автомобилей Постоянное 12/24 В
Блок питания ноутбука и жидкокристаллических мониторов Постоянное 19 В
Сеть «безопасного» пониженного напряжения для работы в опасных условиях Переменное 36—42 В
Напряжение наиболее стабильного горения свечи Яблочкова Постоянное 55 В
Напряжение в телефонной линии (при опущенной трубке) Постоянное 60 В
Напряжение в электросети Японии Переменное трёхфазное 100/172 В
Напряжение в домашних электросетях США Переменное трёхфазное 120 В / 240 В (сплит-фаза)
Напряжение в бытовых электросетях России Переменное трёхфазное 220/380 В 230/400 В
Разряд электрического ската Постоянное до 200—250 В
Контактная сеть трамвая и троллейбуса Постоянное 550 В 600 В
Разряд электрического угря Постоянное до 650 В
Контактная сеть метрополитена Постоянное 750 В 825 В
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, постоянный ток) Постоянное 3 кВ 3,3 кВ
Распределительная воздушная линия электропередачи небольшой мощности Переменное трёхфазное 6—20 кВ 6,6—22 кВ
Генераторы электростанций, мощные электродвигатели Переменное трёхфазное 10—35 кВ
На аноде кинескопа Постоянное 7—30 кВ
Статическое электричество Постоянное 1—100 кВ
На свече зажигания автомобиля Импульсное 10—25 кВ
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, переменный ток) Переменное 25 кВ 27,5 кВ
Пробой воздуха на расстоянии 1 см 10—20 кВ
Катушка Румкорфа Импульсное до 50 кВ
Пробой слоя трансформаторного масла толщиной 1 см 100—200 кВ
Воздушная линия электропередачи большой мощности Переменное трёхфазное 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ 38 кВ, 120 кВ, 240 кВ, 360 кВ
Электрофорная машина Постоянное 50—500 кВ
Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения (межсистемные) Переменное трёхфазное 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ 545 кВ, 800 кВ, 1250 кВ
Трансформатор Тесла Импульсное высокочастотное до нескольких МВ
Генератор Ван де Граафа Постоянное до 7 МВ
Грозовое облако Постоянное От 2 до 10 ГВ

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Электрическое напряжение — урок. Физика, 8 класс.


Электрический ток протекает в проводниках электричества. Например, в металлах электрический ток создают свободные электроны, в жидкостях — положительные и отрицательные ионы.
Чтобы мог образоваться электрический ток, необходимо наличие в веществе электрически заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться.

Свободные электроны и ионы сами по себе не могут перемещаться, необходима сила, воздействующая на них. Эту силу создаёт источник тока, который характеризуется электрическим напряжением.

Что такое электрическое напряжение, поможет выяснить его сравнение с течением реки. Течение — это тоже поток. Оно образуется только потому, что вода течёт с высокого места в низкое. Существует разница высот между истоком и устьем. Эта разница обеспечивает течение реки по всей её длине. Можно сказать, разница высот между истоком и устьем реки — своего рода напряжение.
Подобно действуют источники электрического тока, например, батарейка. У батарейки есть два полюса: плюс (+) и минус (-). В отрицательном полюсе накапливаются свободные электроны, а в положительном полюсе электронов меньше. Поэтому существует разница в концентрации зарядов. Эта разница между обоими полюсами батарейки создаёт электрическое напряжение.
В каждом источнике тока совершается работа, чтобы отделить положительные и отрицательные заряды, которые накапливаются в полюсах источника тока.

Например, в батарейках и аккумуляторах эта работа совершается в результате химических реакций, в фотоэлементах она совершается за счёт энергии света.

Электрическое напряжение характеризует возможность электрического поля совершать работу. 

Однако электроны могут перемещаться только тогда, когда образована замкнутая электрическая цепь.

В электрической цепи протекает ток, если в ней имеется источник тока. Чем выше электрическое напряжение источника тока, тем большую работу может совершить поток электронов.

Электрическое напряжение обозначается буквой U, единицей напряжения является вольт (В). Напряжение измеряется вольтметром.

Вольт-единица измерения электрического напряжения

При изучении в школе закона Ома, ученики частенько сталкиваются со следующими вопросами: как называется единица измерения напряжения или в чем измеряется электрическое напряжение? Данная статья поможет вам разобраться в этой теме, и вы сможете узнать ответ на указанный вопрос.

Вольт — единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы.

Единица измерения напряжения – вольт, в России обозначается буквой — В, международное обозначение — V.

Вольт является единицей измерения электрического напряжения, получившей свое название в честь известного итальянского физика Алессандро Вольта, именно ему мы должны быть благодарны за изобретение в 1799 году первого в мире химического источника тока, т.е. первой электрической батареи («Вольтов столб»), результаты эксперимента были опубликованы только в 1800 году.

В 1861 году единица измерения вольт была принята комитетом электрических эталонов, учрежденного Уильямом Томсоном.

Свое международное признание, вольт в качестве единицы измерения напряжения, получил в 1960 году, когда вольт был утвержден решением XI Генеральной конференцией по мерам и весам, в качестве, производной единицы международной системы единиц.

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

В Российской Федерации допускаются к применению основные единицы СИ, производные единицы СИ и отдельные внесистемные единицы величин.

В частности, действует ГОСТ 8.417-2002, который устанавливает единицы физических единиц, применяемых в нашей стране, их наименование, обозначение и определение, в данном государственном стандарте также указана единица измерения напряжения — вольт.

Каким прибором измеряется напряжение?

Напряжение измеряется прибором, который носит название – вольтметр.

Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или электродвижущей силы ( ЭДС) в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии.

Чем отличается Вольт от Ватт, в чем разница?

Очень часто люди путают вольты и ваты, и не знают в чем в них разница.

Вольт (русское обозначение: В; международное обозначение: V) — в системе СИ единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы.

Ватт (русское обозначение: Вт; международное обозначение: W) — в системе СИ единица измерения мощности

Т.е. это единицы измерения для разных электротехнических параметров.

Вольт в кроссвордах и сканвордах

Очень часто в кроссворде или сканворде можно встретить такой вопрос: «Единица измерения напряжения 5 букв». Правильный ответ, естественно: «Вольт».

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *