Site Loader
Posted on 20.07.2023

Физика Электрическое напряжение, единицы напряжения. Вольтметр, измерение напряжения

Материалы к уроку

  • 14. Электрическое напряжение, единицы напряжения. Вольтметр, измерение напряжения.doc

    43.5 KBСкачать

  • 14. Электрическое напряжение, единицы напряжения. Вольтметр, измерение напряжения.ppt

    2.57 MBСкачать

Конспект урока

При изучении электрического тока, мы отметили, что для детального изучения упорядоченного движения заряженных частиц нужны характеристики: одна для описания количественно движения частиц (и мы отметили, что это – сила тока) и вторая, для описания электрического поля, ее мы и будем сегодня рассматривать.
Вспомним, что электрическое поле совершает работу по перемещению заряженной частицы из одной точки поля в другую (назначение источника тока). Мы знаем, что величина работы зависит от величины силы и величины перемещения, которое совершает тело под действием силы.
A=F∙s, (а равно эф умножить на эс)
где А – работа, F – сила, S- перемещение
Физическая величина, характеризующая работу, которую совершает электрическое поле источника при переносе по цепи (между двумя точками) электрического заряда в 1 Кл, называется напряжением.
Допустим, что электрическое поле совершило работу  А  Дж и по цепи был перенесен заряд  q Кл. Тогда напряжение равно отношению работы поля к величине перенесенного по цепи заряда:

U=A/q  , (у равно а деленое на кью) где  U – напряжение,
A- работа,  q —  заряд
За единицу напряжения в системе СИ принят 1 Вольт (названный в честь итальянского ученого Алесандро Вольта).
1 вольт – это напряжение между двумя точками, при котором поле совершает работу в 1 джоуль при перемещении между точками заряда в 1 кулон.
Проведем опыты.
Опыт 1. Соберем электрическую цепь из источника тока (4,5В), лампочки карманного фонарика ( на 3В), демонстрационного амперметра (на 3А), выключателя. При замыкании ключа лампочка карманного фонарика горит полным накалом, но дает мало света и тепла. Амперметр показывает 0,5А.
Опыт 2. Соберем электрическую цепь из лампочки (на 220В), демонстрационного амперметра, выключателя и провода с вилкой, позволяющей включить в розетку с 220В (соблюдаем технику безопасности: нигде не должно быть оголенных проводов и  контактов). При замыкании ключа лампочка горит полным накалом, но дает много больше света и тепла. А вот демонстрационный амперметр показывает 0,5А.  Делаем вывод: в обоих опытах сила тока одинакова (0,5А).
Задаем вопрос: «А почему во втором опыте лампочка дает больше света и тепла при одинаковых силах тока?» Сразу можем ответить, что причина не в величине силы тока. Тогда в чем? А в том, что в наших цепях использованы разные источники тока (разного напряжения!) Они создают разные электрические поля.
В первом случае (при 4,5В) поле слабое, а во втором случае (220В) – поле много сильнее. Делаем вывод: в первой лампочке выделяется меньше света и тепла, чем во второй. Значит, от источника зависит, сколько энергии в виде света и тепла выделяется в цепи, подключенной к этому источнику. Так как энергия в виде света и тепла выделяется всеми элементами цепи, то правильно говорить, что напряжение приложено к цепи. Для измерения напряжения используют вольтметр. Рассмотрим лабораторный вольтметр. Предел измерения  — 6В, цена деления – 0,2В; погрешность измерения – 0,1В (половина цены деления).
Так как измерение напряжения проводится между «началом» и «концом» цепи  ( между двумя точками), то вольтметр подключается параллельно к этой цепи.
Клеммы вольтметра то же должны подключаться: «+» со стороны положительного полюса источника. Минус со стороны отрицательного полюса. Вольтметр на схеме обозначается кружочком, в котором написано «V».
Опыт 3.   К лабораторному вольтметру (6В) подсоединим два провода из набора.
Теперь к полюсу «+» батарейки от карманного фонарика (4,5В) прикоснемся изолированным концом провода, присоединенного к клемме «+» вольтметра, а другим – к  «-».  Вольтметр показывает 4,5 В. Так мы замеряем электродвижущую силу (т.е. напряжение и во внешней цепи и во внутренней – подробнее об этом – позже). Делаем вывод: вольтметр можно подсоединять к клеммам источника без нагрузки: мы определяем общее напряжение, которое источник может дать во внешнюю цепь.
Опыт 4. Соберем электрическую цепь из батарейки, лампочки, резистора (4 Ома), выключателя. К вольтметру лабораторному(6В) подсоединим два провода из набора, но вольтметр в цепь не подключаем.
Включим цепь.
Теперь по очереди, соблюдая полярность, замерим напряжение на источнике (4 В), прикоснувшись изолированными концами проводов клемм источника, затем так же замерим напряжение на лампочке (3В) и на резисторе (1В). Затем, можем замерить напряжение сразу на группе: лампочка и резистор (4В). Сделаем вывод: Вольтметром можно измерить напряжение  на участке, подключив его к этому участку, соблюдая полярность. Не вдаваясь пока в подробности, можем сказать, что напряжение на группе последовательно соединенных лампочки и резистора, равно сумме напряжений на лампе и резисторе (3В+1В=4В), потому что работа по перемещению заряда по всей группе равна сумме работ по перемещению заряда по лампочке, а потом и по резистору.
Мы рассмотрели вторую характеристику упорядоченного движения электронов по проводнику, связанную с электрическим полем.  Это – напряжение, связанное с работой по перемещению единичного заряда по электрической цепи. Более подробно о силе тока и напряжении на участках цепи, соединенных последовательно или параллельно, мы будем говорить позже.
 

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

  • Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

  • Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

  • Повысим успеваемость по школьным предметам

  • Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать педагогаОставить заявку на подбор

Электрическое напряжение.

Единица напряжения. Вольтметр

Физика. 8 класс. Барьяхтар

Этот учебник можно скачать в PDF формате на сайте тут.

Каждый, наверное, слышал предостерегающее «Не подходи — там высокое напряжение!», возмущенное «Снова упало напряжение в сети!», вопросительное «На какое напряжение рассчитан этот прибор?». Из данного параграфа вы узнаете, что такое напряжение и почему на всех электротехнических устройствах приводят его значение.

1. Даём определение электрического напряжения

В § 23 было доказано, что направленное движение свободных заряженных частиц (электрический ток) возможно благодаря действию на эти частицы силы со стороны электрического поля. А из курса физики 7 класса вы знаете, что когда тело движется в результате действия силы и направление движения тела совпадает с направлением этой силы, то сила выполняет работу. Следовательно, когда в участке цепи идет ток, то электрическое поле выполняет работу. Эту работу называют работой тока.

Работа, которую может выполнить или выполняет электрическое поле, перемещая заряд по данному участку цепи, определяется электрическим напряжением.

Электрическое напряжение на участке цепи — это физическая величина, которая численно равна работе электрического поля по перемещению единичного заряда по данному участку цепи.

Напряжение обозначают символом U и определяют по формуле:

где А — работа, которую выполняет (или может выполнить) электрическое поле по перемещению заряда q по данному участку цепи.

Единица напряжения в СИ — вольт (названа в честь А. Вольты):

[U] = 1 В.

1 В — это такое напряжение на участке цепи, при котором электрическое поле выполняет работу 1 Дж, перемещая по данному участку заряд, равный 1 Кл:

Кроме вольта на практике часто применяют кратные и дольные единицы напряжения: микровольт (мкВ), милливольт (мВ), киловольт (кВ):

1 мкВ = 10-6В; 1 мВ = 10-3В; 1 кВ = 103В.

Так, электрическое напряжение на клеточной мембране или микрочипе составляет несколько микровольт, а между облаками во время грозы — сотни киловольт.

• А знаете ли вы, какое напряжение подается в ваш дом? на аккумулятор вашего мобильного телефона во время его зарядки?

2. Проводим аналогию

Обратившись к аналогии между электрическим током и течением воды (см. § 26), можно сделать вывод, что напряжение аналогично разности уровней воды в сосудах. Если уровни воды в сосудах одинаковы, то вода течь не будет. Аналогично, если на концах участка электрической цепи отсутствует напряжение, то тока в участке не будет.

Чем больше разница уровней воды в сосудах, тем большую работу выполнит сила тяжести при падении воды массой 1 кг. Соответственно чем больше напряжение на концах участка цепи, тем большую работу выполнит электрическая сила при перемещении заряда 1 Кл.

3. Измеряем напряжение, знакомимся с вольтметром

Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр (рис. 28.1). Вольтметр очень похож на амперметр — и внешне, и по принципу действия.

Рис. 28.1. Некоторые виды вольтметров: а — школьный демонстрационный; б — школьный лабораторный

Как и любой измерительный прибор, вольтметр не должен влиять на значение измеряемой величины. В случае параллельного присоединения вольтметра к определенному участку электрической цепи значение напряжения на этом участке практически не изменяется.

Правила измерения напряжения вольтметром

1. Вольтметр присоединяют параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение (рис. 28.2).

Рис. 28.2. Измерение вольтметром напряжения на лампе: а — общий вид; б — схема электрической цепи

2. Клемму вольтметра, возле которой стоит знак «+», следует соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока; клемму со знаком «-» — с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

3. Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр присоединяют непосредственно к клеммам источника (рис. 28.3).

Рис. 28.3. Измерение вольтметром напряжения на полюсах источника тока

Учимся решать задачи

Задача. Напряжение на клеммах автомобильного аккумулятора равно 12 В. С какой высоты должен упасть груз массой 36 кг, чтобы сила тяжести выполнила такую же работу, какую выполняет электрическое поле, перемещая заряд 300 Кл по одной из электрических цепей автомобиля?

Анализ физической проблемы. По условию задачи работа силы тяжести равна работе электрического тока: А = Атока. Записав формулу для работы силы тяжести и формулу для работы тока, определим высоту падения груза.

Подводим итоги

Контрольные вопросы

1. Докажите, что если в проводнике течет ток, то электрическое поле выполняет работу. 2. Что называют напряжением на участке цепи? 3. По какой формуле определяют электрическое напряжение? 4. В каких единицах измеряют напряжение? 5. Дайте определение единицы напряжения. 6. Какой прибор используют для измерения напряжения? Какие правила необходимо соблюдать при измерении напряжения?

Упражнение № 28

1. На рис. 1 изображены шкалы разных вольтметров. Определите цену деления каждой шкалы и напряжение на каждом вольтметре.

Рис. 1

2. На рис. 2 изображена схема электрической цепи. Перенесите схему в тетрадь и покажите на ней, где следует присоединить вольтметр, чтобы измерить напряжение на лампе. Обозначьте полярность клемм вольтметра.

Рис. 2

3. Во время перемещения по участку цепи заряда, равного 3 Кл, электрическое поле выполнило работу 0,12 кДж. Определите напряжение на участке цепи.

4. Электрическое поле, перемещая по участку цепи заряд 60 Кл, выполняет такую же работу, какую выполняет сила тяжести при падении тела массой 200 г с высоты 360 м. Чему равно напряжение на участке?

5. На рис. 3 изображена схема электрической цепи. Определите работу электрического тока в лампе за 1 ч, если показания амперметра и вольтметра соответственно 0,5 А и 220 В.

Рис. 3

6. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, составьте задачу на определение работы электрического тока в некотором электротехническом устройстве.

7. По графику зависимости силы упругости Fупр от удлинения х пружины определите жесткость k пружины (рис. 4). Зависит ли жесткость пружины от силы упругости? от удлинения пружины?

Рис. 4

Попередня

Сторінка

Наступна

Сторінка