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.

Определение электрического напряжения

В учебниках по физике и электротехнике можно встретить разные определения электрического напряжения. Одно из них звучит следующим образом: электрическое напряжение между двумя точками пространства равно разности потенциалов электрического поля в этих точках. Математически это записывается так:

U=φ_a-φ_b (1).

Где U – электрическое напряжение, а φ_a и φ_b потенциалы электрического поля в точках A и B соответственно.

Если мы не знаем что такое потенциал электрического поля в точке, то приведенное выше определение мало проясняет вопрос, что же такое электрическое напряжение. Под потенциалом электрического поля в точке понимают работу, по перемещению единичного заряда совершаемую электрическим полем из данной точки в точку с нулевым потенциалом. На первый взгляд определение электрического потенциала кажется довольно сложным. Например, не совсем понятно, где находится точка с нулевым потенциалом.

 Для начала нужно запомнить, что электрический потенциал это работа по переносу единичного заряда. Если обратиться к формуле (1) то станет ясно, что электрическое напряжение не что иное, как разность двух работ. То есть электрическое напряжение, тоже есть работа. Отсюда мы приходим ко второму определению. Электрическое напряжение численно равно работе по переносу единичного электрического заряда из точки А в точку В. При этом φ_a и φ_b это потенциальная энергия которой обладает единичный заряд в точках А и В соответственно.

Для лучшего понимания изложенного выше можно привести следующую аналогию. Любое тело, находящееся на некотором расстоянии от Земли обладает потенциальной энергией. Для того чтобы поднять тело выше придется выполнить некоторую работу. Величина этой работы будет равна разности потенциальных энергий, которыми обладает тело на разной высоте. Похожую картину мы наблюдаем, когда мы имеем дело с электрическим полем.

Что касается точки пространства, в которой электрический заряд обладает нулевым электрическим потенциалом, то в теории электричества эту точку можно выбрать произвольно. Связанно это с тем, что электрическое поле «потенциально». Чтобы прояснить этот термин придется прибегнуть к высшей математике, а мы решили этого избежать. На практике специалисты в области электротехники в качестве точек с нулевым потенциалом часто выбирают поверхность Земли. И многие измерения выполняют относительно нее.

Электрические поля могут быть постоянными (неизменными во времени) и переменными. Переменные электрические поля могут изменяться по различным математическим законам. В технике чаще всего используются переменные электрические поля, которые изменяются по закону синуса. В случае переменного электрического поля мгновенное значение разности потенциалов между двумя точками можно вычислить по следующей формуле:

u(t)=U_m  sin⁡〖(ωt)〗 (2).

Здесь u – мгновенное значение напряжения; U_m – максимальное значение напряжения; ω – частота, t – время.

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.

Определение напряжение общее значение и понятие. Что это такое напряжение

Словарь Королевской испанской академии (RAE) определяет напряжение как количество вольт, которые воздействуют на прибор или электрическую систему

. Таким образом, напряжение, которое также известно как напряжение или разность потенциалов, представляет собой давление, которое источник электрической энергии или электродвижущей силы оказывает на электрические заряды или электроны в замкнутой электрической цепи. Таким образом, поток электрического тока устанавливается.

Чем больше разница в потенциале от источника электропитания, тем больше напряжение в цепи, которой соответствует этот проводник. Разность потенциалов измеряется в вольтах (В), как и потенциал.

Напряжение между двумя точками электрического поля равно

работе, выполненной блоком положительной нагрузки для его транспортировки из точки А в точку Б. Следует отметить, что напряжение не зависит от пути, пройденного нагрузкой, и зависит исключительно от электрический потенциал точек А и Б в поле .

Все это также приводит к тому, что мы ссылаемся на то, что известно как наведенное напряжение. Термин, который используется для обозначения силы, способной производить в замкнутом контуре электрический ток. Однако эта концепция также используется для обозначения силы, которая в разомкнутой цепи способна поддерживать электрическое напряжение между двумя конкретными точками.

Когда две точки, которые имеют разность потенциалов, соединены через

проводник, возникает электрический ток. Часть заряда, который создает точку наибольшего потенциала, передается водителем в точку наименьшего потенциала; в отсутствие внешнего источника ( генератора ) ток прекращается, когда обе точки равны их электрическому потенциалу. Эта передача зарядов называется электрическим током .

В дополнение ко всему вышесказанному нельзя не учитывать тот факт, что напряжение также используется на разговорном языке. В частности, мы говорим о высоком напряжении, выражении, которое пытается определить, что конкретная ситуация полна действий или эротизма и сексуальности.

Фраза, которая может служить прекрасным примером этого значения, которое мы цитируем, такова: у Луиса и Мануэлы была встреча под высоким напряжением, где ласки и поцелуи были абсолютными главными действующими лицами.

Точно так же, что мы должны упомянуть, что есть несколько фильмов, которые используют в своих названиях термин, который мы анализируем, и, в частности, с последним раскрытым значением. Среди тех, которые выделяются, например, испанская продукция «Isi & Disi, Alto Voltaje». В 2006 году премьера этого фильма была снята режиссером Мигелем Анхелем Ламатой, который рассказывает историю двух друзей, которые являются абсолютными фанатами группы AC / DC и которым нужно будет заставить рок-группу выиграть конкурс, чтобы иметь возможность противостоять на некоторые долги, которые находятся на рассмотрении.

НАПРЯЖЕНИЕ (электрическое) — это… Что такое НАПРЯЖЕНИЕ (электрическое)?

НАПРЯЖЕ́НИЕ электрическое (U₁₂) между двумя точками электрической цепи или электрического поля, равно работе электрического поля и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую.
Понятие об электрическом напряжении введено Г. Омом (см. ОМ Георг Симон), в предложенной им модели электрического тока для объяснения открытого им эмпирического закона (см. Ома закон (см. ОМА ЗАКОН)). Термин электрическое напряжение применяется при описании процессов в цепях не только постоянного, но и переменного тока, в линиях передач и антеннах.
Напряжение U₁₂ на участке 1—2, на котором имеется разность потенциалов (j₁ — j₂) и источник сторонних сил, электродвижущая сила (см. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА) которого ?₁₂, равно:
U₁₂ = j₁ — j₂ + ?₁₂
В потенциальном электрическом поле работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд, и если участок цепи не содержит источника тока, напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов на этом участке: U₁₂ = j₁ — j₂ + ?₁₂. Напряжение — обобщенное понятие разности потенциалов.
Если участок цепи содержит источник тока, то под напряжением на зажимах источника тока всегда понимают работу электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника.
Электрическое напряжение U на участке цепи, имеющем источник тока, определяется законом Ома (см. ОМА ЗАКОН).
Единица электрического напряжения в Международной системе единиц — вольт (см. ВОЛЬТ).
Измеряют электрическое напряжение обычно вольтметром (см. ВОЛЬТМЕТР).
В случае переменного тока электрическое напряжение характеризуется действующим (эффективным) значением, которое представляет собой среднеквадратичное за период значение напряжения. Напряжение на зажимах источника переменного тока или катушки индуктивности измеряется работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника или катушки

Сверхнизкое напряжение — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Сверхнизкое напряжение в телефонной сети позволяет её обслуживать без дополнительных мер безопасности

Сверхнизкое напряжение (англ. extra-low voltage; ELV) — напряжение, не превышающее 50 В переменного тока и 120 В постоянного тока.^[1] Применяется в целях уменьшения опасности поражения электрических током. В особо опасных помещениях его применение не может обеспечить полную защиту от поражения электрическим током. Применение ограничивается невозможностью создания протяженных сетей и использования мощных потребителей.^[2]

Сверхнизкое напряжение относится к диапазону I по стандарту МЭК 60449.^[3] Данный диапазон охватывает:

• электроустановки, в которых защиту от поражения электрическим током обеспечивают при заданных условиях посредством значения напряжения;
• электроустановки, в которых напряжение ограничивают по функциональным соображениям (например, установки связи, сигнализации, управления и т.п.).^[4]

Величина поражающего напряжения определяется большим количеством факторов: физических и физиологических. Поэтому в отдельных источниках указывается нецелесообразность нормирования безопасных пороговых напряжений.^[5]:103

Электротравма в установках со сверхнизким напряжением возможна из-за поражения более высоким напряжением в результате повреждения изоляции обмотки трансформатора, в результате перенапряжений. По данным 1976 года 30% электротравм в сети сверхнизкого напряжения происходило из-за того, что сеть оказывалась под напряжением 220 или 380 В.^[5]:56

Исходная величина напряжения первых электростанций сложилась в соответствии с требованиями применяемого оборудования. Первоначально (конец XIX века) одним из основных потребителей электроэнергии были дуговые лампы, для горения дуги которых требовалось напряжение 45 В. Последовательно с дуговой лампой включался балластный резистор с падением напряжения 20 В. Поэтому при питании постоянным током первоначально использовалось напряжение 65 В. При включении последовательно двух ламп и одного балластного резистора требовалось напряжение 110 В. Напряжение 110 В постоянного тока было принято в качестве стандартного и оно послужило основой для современных шкал напряжения.^[6]:133 Необходимость увеличивать радиус электроснабжения привело в увеличению напряжения. При этом для использования ламп создавались многопроводные системы постоянного тока: лампы включались между рабочим проводом и нейтральным, а двигатели на повышенное напряжение (220 В постоянного тока в трехпроводной системе). Трехпроводная система постоянного тока была создана 1882 г., внедрение этой системы позволило увеличить радиус электроснабжения до 1200 м.^[6]:135 Также 1870 гг рассматривался другой путь уменьшения потерь — увеличение сечения проводников.^[6]:125

В электротехнике существует установившееся представление о граничном значении опасного тока для человека 100 мА и больше. В этом случае рассматривается механизм поражения, связанный с фибрилляцией сердца. При напряжении переменного тока 12 В и 36 В даже в крайне неблагоприятных условиях поражающий ток находится в пределах одного мА. Наличие поражений при таких напряжениях связно с иными механизмами поражения электрическим током.^[7]:202

В СССР на установках напряжением 65 В и ниже в 1951…1976 годах погибало 26…38 человек ежегодно. От напряжения 65…90 В (сварочное напряжение) за период 1960…1965 годов погибло в СССР 85 человек.^[5]:55 На 1976 год в СССР было известно о двух случаях гибели от напряжения 12 В переменного тока.^[5]:58

В СНГ в рамках стандартизации установлены предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. Напряжения прикосновения не должны превышать (предел ощущения): 2 В (переменный, 50 Гц), 3 В (переменный, 400 Гц), 8 В (постоянный).^[8][9] Предел судорог и болевого воздействия: 20 В (переменный, 50 Гц). Напряжение переменного тока 2…20 В рассматривают в отдельных источниках как опасное наведенное напряжение на отключенных токоведущих частях электроустановки и на открытых проводящих частях электроустановки.^[9] В России законодательно^[10] установлено, что наведенное напряжение ниже 25 В является безопасным.^[9]

Для телят смертельный ток 200…300 мА, для коров 300…400 мА, для овец и свиней 150…200 мА. Поражающее напряжение 30…40 В.^[7]:219

1. ↑ ГОСТ 30331.1-2013 (IEC 60364-1:2005) Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения»
2. ↑ Электротехнический справочник: В 4 т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы —М.: Издательство МЭИ, 2003 с. 427
3. ↑ ГОСТ Р МЭК 60050-826-2009 Установки электрические. Термины и определения
4. ↑ ГОСТ 32966-2014 (IEC 60449:1973) Установки электрические зданий. Диапазоны напряжения
5. ↑ ^{1 2 3 4} Манойлов В.Е. Основы электробезопасности — Л.: Энергия, 1976
6. ↑ ^{1 2 3} Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Энергетическая техника и ее развитие —М.: Высшая школа, 1976
7. ↑ ^{1 2} Манойлов В.Е. Электричество и человек — Л.:Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988
8. ↑ ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов
9. ↑ ^{1 2 3} Ю.В. Дронова, А.А. Мюльбаер, Ю.В. Целебровский Концептуальные основы электробезопасности при работах в электроустановках с наведенным напряжением//Научный вестник Новосибирского государственного технического университета N 4 (69), 2017
10. ↑ Приказ Минтруда России от 24.07.2013 N 328н Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок (с изменениями на 19 февраля 2016 года)

Что такое электрическое напряжение

С понятием «электрическое напряжение» всем нам приходится сталкиваться практически каждый день, ведь область его использования не ограничивается одними только электроприборами. Это и грозовые разряды во время дождя, и искры на пластмассовой расческе и одежде из синтетических тканей и пр.

Сухой академический язык дает следующее определение данному явлению: электрическое напряжение — это физическая величина, указывающая на величину совершаемой зарядом в 1 Кл (Кулон) работы. Кулон, в свою очередь, указывает на величину заряда, пропущенную по проводящему материалу за 1 секунду при силе тока в 1 А.

Также допустимо другое определение, согласно которому электрическое напряжение представляет собой отношение работы, выполняемой электрическим полем по перемещению тестового (пробного) заряда между двумя точками, к численному значению данного заряда. При этом принято считать, что перенос заряда не влияет на разность потенциалов (не изменяет напряжения), а траектория движения может быть проигнорирована. В виде формулы данное определение записывается следующим образом:

U=A/q,

где U – напряжение, A – работа, q – заряд.

Чтобы запомнить, в чем измеряется электрическое напряжение, нет необходимости в заучивании, ведь подсказка всегда под рукой, так как на всех источниках тока указывается значение напряжения и его размерность: достаточно взглянуть на любую батарейку. Единица измерения – Вольт (В, V).

Понятия «электрическое напряжение» для цепей постоянного и переменного тока различаются. В переменном токе, характеризующемся периодическим прохождением синусоиды через нулевую отметку, для расчетов используется не мгновенное, а действующее значение. Это возможно благодаря тому, что его работа при активной линейной нагрузке численно соответствует постоянному напряжению.

Тот, кому довелось сталкиваться с трехфазными электродвигателями, наверняка обратил внимание на странную запись в паспортных характеристиках. Там через знак дроби указывается два напряжения, например, 220/380 В. Никакой опечатки нет, действительно, оборудование способно работать на двух разных действующих значениях. Откуда же в сети 380 В может взяться 220? Оказывается, напряжение может быть как фазным, так и линейным, в зависимости от способа измерения. Фазное определяют, измеряя значение между каждой фазой и нулевым проводом, а линейное – между фазными проводниками. Соединив цепь нагрузки в треугольник, можно получить равенство линейного и фазного напряжений, а для схемы «звезда» фазное в 1,73 раза меньше линейного.

Для измерения напряжения используется специальный прибор – вольтметр. Главная его особенность – это необходимость подключения токоснимающих щупов параллельно нагрузке. Высокое внутреннее сопротивление не вносит шунтирующих искажений. Именно поэтому, например, в бытовом применении возможно прямое подключение к розетке (в отличие от амперметра, включающегося в разрыв цепи).

Но оставим трехэтажные формулы академикам и разберемся, что же такое «напряжение электрического тока», говоря простым человеческим языком. Итак, это разность зарядов (потенциалов) между двумя произвольными точками проводника или электрического поля. Источник, вызывающий движение электронов по проводнику (генератор, батарея), создает на одном его конце их избыток, а на другом – недостаток. Соответственно, значение зарядов также отличается. Достаточно соединить эти точки любой проводящей средой, и возникнет электрический ток – движение заряженных частиц, стремящееся нивелировать указанное различие. Другими словами, природа тока подразумевает стремление атомов к устойчивому состоянию, нарушенному магнитными полями генератора. Напряжение может существовать и без тока, если сопротивление между точками велико. Это объясняет тот факт, что привычные батарейки не «бьются током».