Измерение потенциала проводника

Содержание статьи

1. Что такое потенциал проводника

2. Как измерить потенциал проводника

3. Метод электрического зонда

Что такое потенциал проводника

Как уже неоднократно отмечалось, напряженность поля внутри проводника равна нулю. Из этого следует, что проводник эквипотенциален по всему объему, то есть во всех точках проводника потенциалы одинаковы, значит, разность потенциалов двух любых точек проводника равна:

Значение потенциала, равное во всех точках проводника называют потенциалом проводника.

Допустим, что мы имеем изолированный, заряженный проводник. Заряд этого проводника создаёт электрическое поле в веществе вокруг проводника. Примем нормировку потенциала на ноль в бесконечности. В таком случае потенциал проводника выразим как:

где путь интегрирования начинается в любой точке проводника и заканчивается в бесконечности.

Как измерить потенциал проводника

Прибором для измерения разности потенциалов между двумя проводниками может служить электроскоп, листочки или стрелка которого окружены металлической оболочкой, при этом его называют электрометром. При этом один проводник соединяют с шариком электрометра, другой с оболочкой (рис. 1). Стрелка электрометра примет потенциал тела (1), а оболочка — потенциал тела (2). Возникнет электрическое поле, силовые линии которого идут от оболочки к стрелке или в обратном направлении. При этом угол отклонения стрелки определен напряженностью и конфигурацией возникшего поля. При этом поле внутри замкнутой оболочки из металла ни как не зависит от внешнего поля. Оно определяется разностью потенциалов между оболочкой и стрелкой.

Значит, угол отклонения стрелки есть мера разности потенциалов тел (1) и (2).

Подобный прибор можно градуировать в вольтах. Очень часто в качестве второго тела используют Землю, то есть оболочку электрометра заземляют. В таком случае электрометр покажет потенциал тела (1) относительно Земли.

Рис. 1

Не имеет принципиального значения, какое из тел заземлять, оболочку или шарик. От этого зависит только направление силовых линий. Угол отклонения стрелки в обоих случаях будет одним. Понятно, что электрометр может служить измерительным прибором для потенциала тела, только если его стрелка защищена не полностью от внешних полей. Но при этом связь стрелки с внешними телами должна быть слабой. Для этого отверстие в оболочке металлического экрана (шарика) и наружная часть стержня, которая соединяет шарик со стрелкой, должны быть небольшими. В противном случае, на этих частях электрометра могут возникать существенные заряды, которые индуцируются посторонними внешними телами. Они вносили бы искажения при переходе на стрелку, и разность потенциалов измерялась бы неверно. Провода, которые соединяют тела (1) и (2) по такой же причине должны быть тонкими. Используя электрометр легко убедиться, что поверхность проводника всегда является эквипотенциальной. Если соединять электрометр с разными точками заряженного проводника, то отклонение стрелки его изменяться не будет.

Метод электрического зонда

Для измерения разности потенциалов в жидком или газообразном диэлектрике используют метод электрического зонда. Зонд состоит из небольшого металлического тельца (например, шарик или диск), которое соединено проволочкой с шариком электрометра. Оболочка электрометра заземлена. Зонд помещают в точку диэлектрика, потенциал которой измеряют. При этом электрометр покажет разность потенциалов между стрелкой и оболочкой (тоже самое: между зондом и Землей). При этом необходимо заметить, что зонд существенно изменяет потенциал точки, в которую он помещается. Причиной этому являются индукционные заряды, которые появляются на зонде и шарике электрометра. Поэтому для того, чтобы была возможность истинного измерения потенциала надо, чтобы при внесении зонда в исследуемую точку зонд и соединенный с ним шарик электроскопа приняли потенциал, который был в нашей точке до внесения зонда. Это достигается если убрать индукционные заряды с зонда. Так, например, в капельном зонде телом служит маленькое ведерко, которое наполняется проводящей жидкостью. В дне ведерка есть очень маленькое отверстие. Капли жидкости, стекающие из этого отверстия, уносят индукционный заряд, который возникает на зонде.

Заряды противоположного знака переходят на стрелку электрометра. Угол отклонения стрелки изменяется. В стационарном состоянии, когда зонд не заряжен, потенциал зонда равен потенциалу окружающего пространства. Так как зонд соединен проводником с шариком электрометра, то потенциал шарика измерительного прибора будет таким же. В результате электрометр покажет потенциал, который необходимо измерить. Индукционные заряды удаляют и другими методами, например, используют «пламенный зонд». В этом случае зондом является кончик металлической проволоки, который выступает из диэлектрической трубки, которая играет роль газовой горелки. Из-за высокой температуры пламени воздух вокруг нее слегка ионизируется и становится проводящим. Ионы уносят индукционные заряды с зонда с потоком газа. Похожая идея реализуется и в радиоактивном зонде.

Пример 1

Задание: Опыты показали, что земной шар заряжен отрицательно. В среднем напряженность поля около самой поверхности Земли составляет 130$\frac{В}{м}$.

Разность потенциалов уровней у ног человека и у головы составляет примерно 200 В. Почему при таких условиях человек не поражается электрическим током?

Решение:

Человеческое тело является хорошим проводником. Как и любой другой проводник, тело человека сильно искажает электрическое поле. При помещении тела человека происходит перераспределение зарядов на поверхности его тела, но это перемещение идет короткий промежуток времени и оно очень слабо. Силовые линии поля подходят к поверхности тела перпендикулярно, а эквипотенциальные поверхности огибают его, так же как металлический предмет. Весь объем тела человека эквипотенциален, то есть все точки тела имеют равные потенциалы. Напряженность поля зависит от разности потенциалов поля, если разность потенциалов равна нулю, значит и напряженность поля нуль. Поэтому человек не чувствует разности потенциалов электрического поля Земли.

Пример 2

Задание: Если коснуться электроскопа пальцем, то он разрядится. Будет ли разряжаться электроскоп, если недалеко от него поместить изолированное от Земли заряженное тело?

Решение:

Если к электроскопу поднести заряженное тело, то на стержне прибора возникнут индуцированные заряды. Причем на внешнем конце заряды будут иметь противоположный знак по отношению к зарядам тела, на внутреннем конце такой же знак, что и заряд тела. Следовательно, электроскоп не разрядится на электрометре останется индуцированный заряд.

Пример 3

Задание: Измерения электрическим зондом показывают, что изменение потенциала электрического поля Земли изменяется в среднем на 100 В на каждый метр подъема от поверхности. Вычислите заряд Земли, если считать, что поле создается этим зарядом. Радиус Земли принять равным R=6400 км.

Решение:

Изменение модуля напряженности поля можно связать c изменением потенциала Земли в нашей задаче с помощью формулы:

\[\left|E\right|=\frac{\triangle \varphi }{\triangle x}(3.1)\]

судя по размерности в нашей задаче указан именно $\left|E\right|$.

По теореме Остроградского — Гаусса запишем, что:

\[ES=\frac{q}{\varepsilon {\varepsilon }_0}\left(3.2\right),\]

где $S=4\pi R^2$, где поверхность, через которую рассмотрен поток вектора напряженности, совпала со сферой радиуса Земли. 5Кл\ $.

Сообщество экспертов Автор24

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 03.12.2021

Выполнение любых типов работ по физике

Онлайн помощь по физике Заказать решение задач по термодинамике Отчет по практике по физике Контрольная работа по теме кинематика Презентация на тему термодинамика Реферат на тему термодинамика Контрольная работа на тему термодинамика Контрольная работа по физике на тему термодинамика Презентация на тему физика атомного ядра Презентация на тему атомная физика

Подбор готовых материалов по теме

Дипломные работы Курсовые работы Выпускные квалификационные работы Рефераты Сочинения Доклады Эссе Отчеты по практике Решения задач Контрольные работы

Как найти разность потенциалов между точками

Как найти разность потенциалов между точками?

Разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории — разность потенциалов или напряжение, и оно измеряется работой, совершаемой силами электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда или, соответственно, единичной массы из одной точки с большим потенциалом в другую с меньшим потенциалом вдоль силовых линий этого поля.

Разность потенциалов или напряжение — энергетическая характеристика электрического поля, одна из главных величин в электричестве и она не зависит от выбора системы координат

Разность потенциалов или напряжения определяется по формуле:

Формул, в которых присутствует напряжение (разность потенциалов) много, и их можно использовать для определения напряжения, некоторые из них:

связь напряжения и напряженности в однородном электрическом поле: U = Ed

где Е — напряженность поля, d — расстояние;

определение емкости конденсатора: C = q/U, откуда U = q/C

где С — емкость, q — заряд;

формула закона Ома для участка цепи: I = U/R, откуда U = IR

где I — сила тока, R — сопротивление

формула мощности электрического тока: P = UI, откуда U = P/I

где P — мощность, I — сила тока

и еще целый ряд формул, где используется напряжение (разность потенциалов)

Потенциал.

Разность потенциалов.

Разность потенциалов (напряжение) между 2-мя точками поля равняется отношению работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду:

,

Так как работа по перемещению заряда в потенциальном поле не зависит от формы траектории, то, зная напряжение между двумя точками, мы определим работу, которая совершается полем по перемещению единичного заряда.

Если есть несколько точечных зарядов, значит, потенциал поля в некоторой точке пространс­тва определяется как алгебраическая сумма потенциалов электрических полей каждого заряда в данной точке:

.

Эквипотенциальной поверхностью, или поверхностью равного потенциала, является поверхность, для любых точек которой разность потенциалов равна нулю. Это означяет, что работа по перемещению заряда по такой поверхности равна нулю, следовательно, линии напряженности электрического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности однородного поля представляют собой плоскости, а точечного заряда — концентрические сферы.

Вектор напряженности (как и сила ) перпендикулярен эквипотенциальным поверхнос­тям. Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле, так как силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Внутри проводника разность потенциалов между любыми его точками равна нулю.

Напряжение и напряженность однородного поля .

В однородном электрическом поле напряженность E в каждой точке одинакова, и работа A по перемещению заряда q параллельно на расстояние d между двумя точками с потенциалами φ₁, и φ₂ равна:

,

.

Т.о., напряженность поля пропорциональна разности потенциалов и направлена в сторону уменьшения потенциала. Поэтому положительный заряд будет двигаться в сторону уменьшения потенциала, а отрицательный — в сторону его увеличения.

Единицей напряжения (разности потенциалов) является вольт. Исходя из формулы , , разность потенциалов между двумя точками равна одному вольту, если при перемещении заряда в 1 Кл между этими точками поле совершает работу в 1 Дж.

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.Эквипотенциальные поверхности

Т.к. потенциальная энергия зависит от выбора системы координат, то и потенциал определяется с точностью до постоянной.

За точку отсчета потенциала выбирают в зависимости от задачи: а) потенциал Земли, б) потенциал бесконечно удаленной точки поля, в) потенциал отрицательной пластины конденсатора.

— следствие принци­па суперпозиции полей (потенциалы складываютсяалгебраически).

Потенциал численно равен работе поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность.

В СИ потенциал измеряется в вольтах:

Разность потенциалов

Напряжение — разность значений потенциала в начальной и конечнойточках траектории.

Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого поля.

Разность потенциалов (напряжение) не зависит от выбора

Единица разности потенциалов

Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.

Связь между напряженностью и напряжением.

Из доказанного выше: →

напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).

Из этого соотношения видно:

1. Вектор напряженности направлен в сторону уменьшения потенциала.
2. Электрическое поле существует, если существует разность потенциалов.
3. Единица напряженности: — Напряженность поля равна1 В/м, если между двумя точками поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга существует разность потенциалов 1 В.

Эквипотенциальные поверхности.

ЭПП — поверхности равного потенциала.

— работа при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности не совершается;

— вектор напряженности перпендикулярен к ЭПП в каждой ее точке.

Измерение электрического напряжения (разности потенциалов)

Между стержнем и корпусом — электрическое поле. Измерение потенциала кондуктора Измерение напряжения на гальваническом элементе Электрометр дает большую точность, чем вольтметр.

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов.

Потенциал поля точечного заряда

Потенциал заряженного шара

а) Внутри шара Е=0, следовательно, потенциалы во всех точках внутри заряженного металлического шара одинаковы (. ) и равны потенциалу на поверхности шара.

б) Снаружи поле шара убывает обратно пропорционально расстоянию от центра шара, как и в случае точечного заряда.

Перераспределение зарядов при контакте заряженных проводников.

Переход зарядов происходит до тех пор, пока потенциалы контактирующих тел не станут равными.

ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ СВЯЗИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕМЛИ

18.108. Разность потенциалов «подземное сооружение связи — земля» измеряется с целью выявления опасности коррозионного разрушения подземных металлических сооружений связи, а также для определения эффективности действия применяемой электрохимической защиты.

18.109. Измерение разности потенциалов между подземными металлическими сооружениями связи и землей производится контактным методом с применением (по возможности) самопишущих и интегрирующих приборов. Допускается производить измерения показывающими приборами с входным сопротивлением не менее 20000 Ом на 1 В шкалы.

18.110. При измерении разностей потенциалов между подземным металлическим сооружением связи и землей следует применять только неполяризующиеся электроды сравнения.

18.111. Под разностью потенциалов подземного сооружения относительно земли понимается: разность потенциалов между кабелем связи (броня и оболочка перепаяны) и землей, между броней и землей, между оболочкой и землей, между корпусом НУП и землей и т.д.

18.112. Измерения разности потенциалов подземного кабеля связи относительно земли могут быть (рис. 18.14) выполнены в колодцах, КИП или в специально отрываемых шурфах.

При этих измерениях положительную клемму прибора подключают к кабелю, а отрицательную — к электроду сравнения. Если стрелка прибора отклоняется влево, потенциал сооружения имеет отрицательное значение, если вправо — положительное.

При использовании медно-сульфатного неполяризующегося электрода сравнения величина разности потенциалов между сооружением и землей может быть определена по формуле , где U_изм — измеренная величина потенциала, В; U_c — стационарный потенциал металла в грунте (без внешней поляризации), В. Среднее значение U_c может быть принято: для стали — 0,55 В, для свинца — 0,48 В, для алюминия — 0,7 В.

18.113. При необходимости измерения разности потенциалов кабеля относительно земли на участках между контрольно-измерительными пунктами используется метод выноса заземляющего электрода. Этот метод заключается в том, что в контрольно-измерительном пункте (колодце или шурфе) измерительный прибор подключают к кабелю, а электрод сравнения располагают или на поверхности земли над кабелем при измерениях на кабелях, проложенных в траншеях (рис. 18.15, а), или в свободном канале при измерениях на кабелях, проложенных в канализации (рис. 18.15, б), Электрод сравнения располагают в тех местах, где необходимо определить потенциал. Расстояние от точки подключения прибора к кабелю до точки выноса электрода сравнения не должно превышать 250 м.

Рис. 18.14. Схема измерения разности потенциалов кабеля относительно земли в колодце (а), в контрольно-измерительном пункте (б) и в турфе (в):

1 — штанга со свинцовым электродом; 2 — кабель; 3 — неполяризующийся электрод; 4 — штанга с зубчатым электродом

Рис. 18.15. Схема измерения разности потенциалов кабелей относительно земли по методу выноса электрода, проложенных в грунте (а) и в канализации (б)

1 — контрольно-измерительных пункт, 2 — электрод сравнения; 3 — кабель; 4 — катушка с проводом, 5 — свободный канал; 6 — электрод со свинцовым наконечником

18.114. При измерениях электроды сравнения устанавливают на дно колодца в случае измерений на кабелях, проложенных в канализации, и на поверхности земли над кабелем при измерениях на кабелях, проложенных непосредственно в земле.

Примечание . Если дно колодца (или земля), с которым осуществляется контакт через электрод сравнения, сухое, то перед измерением его необходимо увлажнить.

18.115. В зонах отсутствия блуждающих токов время измерения в каждой точке может быть ограничено 3 — 5 мин. Отсчеты должны производиться через каждые 15 — 20 с.

В зонах влияния блуждающих токов трамвая отсчеты необходимо производить через 10 — 20 с в течение 5 — 10 мин, а при частом движении вагонов — через каждые 5 — 10 с.

В зонах влияния блуждающих токов электрифицированных железных дорог отсчеты необходимо производить через каждые 10 с в течение 10 — 15 мин.

Необходимо, чтобы за период измерений мимо пункта наблюдения прошло не менее, чем по два электропоезда (трамвая) в разных направлениях.

При необходимости выполнения длительных измерений разностей потенциалов оболочек кабелей связи относительно земли целесообразно применять регистрирующие приборы типов Н-373, Н-39, Н-399 и др.

18.116. Результаты измерений разностей потенциалов оформляются в виде протоколов по форме 18.4.

18.117. При измерении разности потенциалов между камерой НУП и землей положительный зажим прибора присоединяют к камере НУП (или к выводу от нее на специальный щиток), а отрицательный — к электроду сравнения. Электрод сравнения устанавливают в землю вблизи НУП.

Протокол измерений эффективности защиты должен заполняться по форме 18.5.

Форма 18. 4

Объект _______________________________ ОУП — ____________ ОУП — _____________ Участок НУП- _________ НУП — _________ ПРОТОКОЛ измерения потенциалов на оболочках кабеля Марка кабеля ______________________________________________________________ Номер колодца или контрольно-измерительного пункта __________________________ Дата _______________ 19 ___ г. Адрес пункта измерения _____________________________________________________ Время измерения: начало _________________________ конец _____________________ Интервал между отсчетами, с _________________________________________________ Тип и номер прибора ________________________________________________________ Тип электрода ______________________________________________________________ I . Результаты измерения потенциалов, В __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Измерение проводил ________________________________________________________ (подпись) II . Обработка измерений
Потенциал	Число измерений	Сумма измеренных величин одного знака, В	Максимальная величина, В	Минимальная величина, В	Средняя величина, В
Положительный
Отрицательный
Обработку выполнил _______________________________________________________ (подпись)

Форма 18.5

 

Предыдущая68697071727374757677787980818283Следующая

Измерение разности потенциалов | Испытание и проверка силовых кабелей | Архивы

• кабель
• испытание

Содержание материала

• Испытание и проверка силовых кабелей
• Фазировка кабелей
• Испытание кабельных линий повышенным напряжением выпрямленного тока
• Измерение испытательного выпрямленного напряжения
• Измерение тока сквозной проводимости
• Порядок испытания кабеля повышенным напряжением
• Испытание повышенным напряжением промышленной частоты
• Испытательные установки высокого напряжения
• АИИ-70
• Установка для испытания кабеля 35 кВ высоким напряжением
• ПЭЛ-4
• УВЛ-02
• Измерение блуждающих токов
• Измерение разности потенциалов
• Измерение плотности тока, сходящего с оболочек кабеля в окружающую среду
• Направление и величина блуждающих токов
• Определение коррозийности почвы
• Определение допустимой длительной токовой нагрузки на кабельную линию
• Контроль за нагрузками кабельных линий
• Измерение температуры нагрева кабелей
• Контроль правильности распределения нагрузок на одножильных кабелях
• Контроль осушения изоляции вертикальных и крутонаклонных участков трассы кабелей
• Определение электрического сопротивления токопроводящей жилы кабеля

Страница 14 из 23

Измерение разности потенциалов преследует основную цель — обнаружение на кабельных линиях опасных зон, в которых оболочки кабелей имеют положительный потенциал по отношению к земле.
Практика показывает, что уже весьма незначительные положительные потенциалы на свинцовых оболочках кабелей (более 0,1—0,2 в) могут вызвать их интенсивное разрушение.
Большие отрицательные потенциалы в определенных условиях (щелочная среда) также могут вызвать коррозию кабелей.
Так как потенциалы величиной 0,1—0,2 в уже являются опасными для металлических оболочек кабельных линий, необходимо, чтобы при сооружении и эксплуатации электрифицированной дороги не допускать большие перепады потенциала вдоль пути и большие разности потенциалов между рельсами.
Для снижения падения потенциала в рельсах служат отсасывающие устройства, соединяющие изолированными одножильными кабелями различные точки рельсового пути с минусом тяговой подстанции.
Максимальное падение напряжения на участке отсасывания для обычных типов основания рельсового пути (песчаное с замощением) не должно превышать 2—3 в; падения напряжений на различных участках сети в зоне одной подстанции должны быть близки между собой; сопротивление каждого рельсового стыка не должно превышать сопротивления 2,5 м сплошного рельса. Практически перепады потенциалов на стыках во всех случаях должны быть менее 0,05—0,1 в.
Как известно из практики, территориально наиболее опасными являются места расположения трамвайных подстанций и отсасывающих пунктов. Разность потенциалов между любыми отсасывающими пунктами не должна превышать 1 в.

Измерение потенциалов оболочек кабелей по отношению к земле производится по схеме, приведенной на рис. 41.
Для избежания погрешностей и в целях предотвращения появления дополнительных гальванических пар (э. д. с. поляризации) заземляющий электрод выполняется из того же металла, что и оболочка кабеля (свинец, алюминий), на котором измеряются блуждающие токи. Обычно электродом служит отрезок кабеля длиной 500 мм. Вольтметр должен быть многопредельным, с двусторонней шкалой и большим внутренним сопротивлением, рассчитанным на то, чтобы во время подключения прибора не происходило перераспределения и какого-либо заметного изменения потенциалов на оболочке кабеля.

Рис. 41. Схема измерений разности потенциалов на оболочках кабелей и плотности стекающих с них блуждающих токов.
Внутреннее сопротивление прибора должно быть не менее 10000 Ом на 1 в шкалы: пределы измерения прибора:
0±100 в; 0± I в; 0±20 (50) в.
По аналогичной схеме (рис. 41) производится измерение потенциалов кабелей по отношению к другим металлическим сооружениям.
Измерение потенциалов кабеля по отношению к земле производится по исследуемой трассе в каждом смотровом колодце. При отсутствии кабельных колодцев измерения производятся в открытых шурфах. Место для шурфов рекомендуется выбирать против смежных подземных сооружений. Во всех остальных случаях места для измерений выбираются вдоль линии через 100—300 м.
При пересечении кабельных линий с рельсами трамвая и электрических железных дорог измерение потенциалов необходимо производить по обе стороны от рельсов на расстоянии до 10 м.

Потенциалы рельсов относительно земли измеряются через 70—100 м. Измерительный электрод заземляется на расстоянии не менее 10—15 м от ближайшей нитки рельсов.
Для проверки влияния блуждающих токов на подземные сооружения при расстоянии между ними до 10—15 м проводятся совместные одновременные измерения разности потенциалов между этими сооружениями.

• Назад
• Вперед

• Назад
• Вперед

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Архивы
• org/ListItem»> Испытание и проверка силовых кабелей

Читать также:

• Маслонаполненные кабели на 110 кВ
• Испытание и диагностика изоляции кабелей 110 кВ
• Наладка электроустановок
• Монтаж и испытание аппаратуры и проводов вторичных цепей электроустановок
• Инфракрасное диагностирование высоковольтных кабелей

Как измерить разность потенциалов труба земля

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода.

На контролируемом участке трубопровода, ограниченном точками дренажа двух соседних действующих станций катодной защиты (СКЗ), определяют естественную разность потенциалов «труба — земля», измеряют смещение потенциала трубопровода, определяют силы тока СКЗ, требуемые для такого смещения потенциала.

Затем рассчитывают переходное сопротивление покрытия, по которому судят о техническом состоянии изоляционного покрытия. Значение силы тока на контролируемом участке, требуемое для смещения потенциала, определяют как сумму значений сил токов в соответствующем плече СКЗ, действующих на данный участок.

Силы тока в соответствующем плече СКЗ определяют исходя из измеренных в двух или более точках участка трубопровода на каждом плече защиты значений плотности поляризующего тока на текущих режимах работы СКЗ, при отключенных на период измерения смежных СКЗ.

Технический результат: расширение арсенала дистанционных способов определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода при сохранении необходимой точности и достоверности. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области оценки технического состояния наружного изоляционного покрытия подземных трубопроводов и может, в частности, использоваться при назначении участков трубопроводов к капитальному ремонту изоляционного покрытия.

Известны способы оценки технического состояния покрытия выявлением повреждений изоляционного покрытия подземных трубопроводов путем проведения электрометрических измерений при помощи электродов, устанавливаемых на поверхности грунта (Бэкман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии: Справ. изд. пер. с нем. — М.: Металлургия, 1984. — С.

124-131), или путем определения градиента снижения напряженности магнитного поля, вызванного протеканием по трубопроводу переменного тока инфразвуковой и звуковой частоты (Кривдин А.Ю., Лисин В.Н., Пужайло А.Ф., Спиридович Е.А. Бесконтактный измеритель тока в подземных трубопроводах БИТА-1 // Журнал «Газовая промышленность» №11, 2003 г.).

Известны способы определения технического состояния изоляционного покрытия подземного участка трубопровода, заключающиеся в сопоставлении величины наложенного поляризационного потенциала и силы тока, вызвавшего эту поляризацию (ГОСТ Р 51 164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии. Приложение Д1 — для участка построенного и засыпанного трубопровода и Приложение Д2 — для участка эксплуатируемого трубопровода).

Общим недостатком указанных способов оценки технического состояния изоляционного покрытия является высокая трудоемкость, связанная с большим объемом трассовых работ, а также их продолжительность.

Известен взятый за прототип способ дистанционного определения технического состояния изоляционного покрытия участка подземного трубопровода, ограниченного точками дренажа двух соседних действующих станций катодной защиты, заключающийся в измерении наложенной разности потенциалов (смещения разности потенциалов) «труба — земля», измерении силы тока на выходе станций катодной защиты и последующем расчете переходного сопротивления покрытия, по значению которого судят о техническом состоянии изоляционного покрытия. При этом принимают, что сила тока, за счет которой происходит поляризация участка трубопровода, равна полусумме значений силы тока на выходе каждой из станций катодной защиты [Патент РФ RU 2469238, кл. F16L 58/00, опубл. 31.05.2011].

• Недостатком данного способа является низкая достоверность способа вследствие того, что не производится определение соотношения силы тока, поляризующего плечи защиты станции, условно предполагается, что соотношение равно 1:1, что практически маловероятно и в большинстве случаев вносит существенную ошибку при оценке технического состояния изоляционного покрытия.
• Задачей изобретения является создание способа, позволяющего с достаточной достоверностью, дистанционно определять техническое состояние изоляционного покрытия подземного трубопровода.
• Технический результат заключается в расширении арсенала дистанционных способов определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода при сохранении необходимой точности и достоверности определяемых при осуществлении заявленного способа параметров, на основании которых судят о техническом состоянии изоляционного покрытия.
• Поставленная задача решается тем, что в способе оценки технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода, заключающемся в определении естественной разности потенциалов «труба — земля» на контролируемом участке трубопровода, ограниченном точками дренажа двух соседних действующих станций катодной защиты, измерении смещения потенциала трубопровода, определении силы тока станций, требуемой для такого смещения потенциала, и последующем расчете переходного сопротивления покрытия, по которому судят о техническом состоянии изоляционного покрытия, согласно изобретению значение силы тока на контролируемом участке Iуч, требуемое для смещения потенциала, определяют как сумму значений сил токов в соответствующем плече станций , действующих на данный участок и определяемых исходя из измеренных в двух или более точках участка трубопровода на каждом плече защиты значений плотности поляризующего тока на текущих режимах работы станции, при отключенных на период измерения смежных станциях по формулам:

при kл+kпр=1,

где k — коэффициент соотношения силы тока для плеча защиты к общей силе тока на выходе станций, определяемый по формулам:

где — относительный параметр, характеризующий плотность натекающего тока для плеча защиты, определяемый по формуле:

1. где Ii — сила тока в i-м датчике, А;
2. Si — площадь i-го датчика, м2;
3. I0 — сила тока в точке дренажа, А;
4. S0 — площадь датчика в точке дренажа, м2;
5. Аi — коэффициент, учитывающий расстояние от точки измерения до станции катодной защиты (СКЗ).

Способ поясняется фиг. 1.

На фиг. 1, поясняющей пример 2, изображен контролируемый участок газопровода 7, расположенный между двумя станциями катодной защиты 3, 4. На участке газопровода установлены датчики тока 2 на разном удалении от точек дренажа 5, 6 станций 3, 4 и их анодных заземлений 1 для обоих плеч.

• В таблице приведены вычисленные значения смещения потенциала, а также величины силы тока в датчиках и площадей их контактной поверхности.
• Способ реализуют следующим образом.
• Выбирают контролируемый участок трубопровода, на котором необходимо оценить состояние покрытия, расположенный в пределах влияния двух станций катодной защиты (СКЗ).

Определяют естественную разность потенциалов «металл — грунт» для образцов стали, из которой изготовлен трубопровод, и условий его заложения в лабораторных условиях.

По данным периодических электроизмерений, ранее выполненных на контролируемом участке, определяют разность потенциалов «труба — земля» и значения силы тока на выходе станций катодной защиты.

Определяют смещение защитного потенциала вычитанием из измеренного значения разности потенциалов «труба-земля» значения естественной разности потенциалов, характерное для данной точки измерения.

По данным проектной и исполнительной документации на каждом из плеч защиты станций определяют места установки оборудования подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга с возможностью измерения силы (плотности) натекающего защитного тока (при наличии), места установки анодного заземления и место подключения дренажного кабеля к трубопроводу (точка дренажа) для двух станций катодной защиты, действующих на обозначенные участки.

Производят измерения силы натекающего защитного тока с помощью оборудования подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга или вручную. Перед измерением силы натекающего тока отключают смежные СКЗ на период проведения замеров.

В случае отсутствия на контролируемом участке подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга производят измерения силы натекающего защитного тока с помощью датчиков тока, устанавливаемых для удобства дальнейшего расчета на одинаковом удалении от точек дренажа станций, действующих на данный участок.

Определяют относительный параметр Pл,пр, характеризующий плотность натекающего тока для плеча защиты с учетом коэффициента Ai, учитывающего расстояние от точки измерения до станции катодной защиты, при различном расположении датчиков тока относительно точки дренажа.

Согласно первому закону Кирхгофа сила тока на выходе станции будет равна сумме токов в каждом плече. Исходя из данного закона, вычисляют коэффициенты соотношения силы тока для плеча защиты к общей силе тока на выходе станций и соответственно значение силы поляризующего тока, под действием которого происходит смещение потенциала в каждом плече.

1. Значение силы тока на контролируемом участке Iуч определяют как сумму значений сил токов в соответствующем плече станций, действующих на данный участок.
2. На основании полученных данных о величине смещения потенциала на участке и силе тока, которой оно вызвано, выполняют расчет переходного сопротивления изоляции, по значению которого оценивают техническое состояние контролируемого участка трубопровода.
3. Пример

Имеется участок действующего газопровода диаметром 1420 мм (7), км 112-144, на котором расположены две СКЗ №14 и 15 (3, 4). Газопровод изолирован антикоррозионным покрытием на основе полимерных лент.

На участке расположено оборудование подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга с датчиками силы тока, устанавливаемыми для измерения силы натекающего защитного тока. Особенностью расположения датчиков на данном участке газопровода является их разное удаление от точек дренажа СКЗ (2).

Необходимо оценить техническое состояние покрытия на участке газопровода между двух СКЗ №14 и 15, км 124-134 по состоянию на 2016 год.

Определяют естественную разность потенциалов «металл-грунт» для образцов стали, из которой изготовлен трубопровод, и условий его заложения в лабораторных условиях.

По данным периодических электроизмерений, ранее выполненных на контролируемом участке, определяют разность потенциалов «труба-земля» и значения силы тока на выходе станций катодной защиты.

Определяют смещение защитного потенциала вычитанием из измеренного значения разности потенциалов «труба-земля» значения естественной разности потенциалов, характерное для данной точки измерения.

Вычисленные значения смещения потенциала, а также величины силы тока в датчиках и площадей их контактной поверхности приведены в таблице.

Значение силы тока на выходе СКЗ составляет 5,0 и 6,3 А для СКЗ №14 и 15 соответственно.

Определяют соотношение силы тока для каждого плеча защиты СКЗ следующим образом. Исходя из предварительного анализа расположения датчиков силы тока, выбирают по два датчика для каждого плеча защиты СКЗ. Выбирают датчики на км 119 и 123 для левого плеча и датчики на км 126 и 129 для правого плеча.

Для СКЗ №14 соотношение силы тока для каждого плеча защиты СКЗ определяют по формулам:

• где ,
• Li — расстояние от точки дренажа до точки измерения, м;
• Lз — длина защищаемого участка, м;

1. где ,
2. .
3. Исходя из условия, что kл+kпр=1, вычисляют коэффициент влияния СКЗ №14 на контролируемый участок газопровода через относительный параметр, характеризующий плотность натекающего тока для плеча защиты, по формулам:
4. ,
5. .
6. Силу тока плеча СКЗ, действующую на контролируемый участок, определяют по формуле:
7. Для СКЗ №15 выбирают датчики на км 131 и 133 для левого плеча и датчики на км 135 и 138 для правого плеча.
8. Аналогично определяют соотношение силы тока для каждого плеча:
9. ,
10. где ,
11. где .
12. ,
13. где
14. .
15. Исходя из условия, что kл+kпр=1, вычисляют коэффициент влияния СКЗ №15 на контролируемый участок газопровода через относительный параметр, характеризующий плотность натекающего тока для плеча защиты, по формулам:
16. ,
17. .
18. Силу тока плеча СКЗ, действующую на контролируемый участок, определяют по формуле:
19. Силу тока на рассматриваемом участке определяют как сумму сил тока в соответствующих плечах от СКЗ №14 и СКЗ №15:

Выполняют расчет переходного сопротивления изоляционного покрытия на данном участке по методике, изложенной в ГОСТ Р 51 164-98 (Приложение Д), с учетом удельного электрического сопротивления металла трубопровода и удельного электрического сопротивления грунта. Устанавливают, что переходное сопротивление покрытия в 2016 году на момент проведения электрометрических измерений составляло 8252 Ом⋅м2, что соответствует удовлетворительному состоянию полимерного покрытия на контролируемом участке трубопровода.

• Эффект изобретения проявляется в повышении достоверности способа оценки технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода посредством определения силы тока, действующей на контрольный участок трубопровода, с учетом неравного соотношения силы тока для каждого плеча защиты СКЗ и соответственно в более достоверной оценке состояния изоляционного покрытия, с возможностью проведения измерений и выполнения расчетов в дистанционном режиме с использованием оборудования подсистемы дистанционного коррозионного мониторинга.
• Способ оценки технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода, заключающийся в определении естественной разности потенциалов «труба — земля» на контролируемом участке трубопровода, ограниченном точками дренажа двух соседних действующих станций катодной защиты, измерении смещения потенциала трубопровода, определении силы тока станций, требуемой для такого смещения потенциала, и последующем расчете переходного сопротивления покрытия, по которому судят о техническом состоянии изоляционного покрытия, отличающийся тем, что значение силы тока на контролируемом участке Iуч, требуемое для смещения потенциала, определяют как сумму значений сил токов в соответствующем плече станций , действующих на данный участок и определяемых исходя из измеренных в двух или более точках участка трубопровода на каждом плече защиты значений плотности поляризующего тока на текущих режимах работы станции, при отключенных на период измерения смежных станциях по формулам:
• при kЛ+kпр=1,
• где k — коэффициент соотношения силы тока для плеча защиты к общей силе тока на выходе станций, определяемый по формулам:
• где Pл,пр — относительный параметр, характеризующий плотность натекающего тока для плеча защиты, определяемый по формуле:
• где Ii — сила тока в i-м датчике, А;
• Si — площадь i-го датчика, м2;
• I0 — сила тока в точке дренажа, А;
• S0 — площадь датчика в точке дренажа, м2;
• Ai — коэффициент, учитывающий расстояние от точки измерения до станции катодной защиты (СКЗ).

Как измерить разность потенциалов труба земля

Всем привет! Сдаю первый объект, заполняю акты, поэтому возникает куча вопросов. Как измерить: 1) Разность потенциалов «протектор-земля» (Uпр-з)? 2) Суммарный ток протекторной группы? 3) Удельное электрическое сопративление грунта?

4) Разность потенциалов «сооружение-земля»?

• по первому вопросу читал, что нужен медно-сульфатный электрод сравнения.
• Из приборов есть «Орион», «Менделеевец», «Метрел-3102»,медно-сульфатный электрод сравнения

Привет: 1) один конец мультиметра присоединяешь к протектору другой к медносульфатному электроду сравнения.

( Производится два измерения, протектор включен и протектор выключен, тоесть присоединен к трубе и не присоединен) 2) Сила тока в цепи протектор-труба измеряется так: разрываетсмя цепь труба протектор в разрыв цепи ставится мультиметр и измеряется ток.

3) удельное сопротивление грунта прибором метрель измеряется так: устанавливаются 4 штыря заземлителя в одну линию с расстоянием в 1 м др от друга. Подключаются провода, на самом приборе устанавливается режим измерения сопротивления грунта обозначается он обычно «e» и проводишь измерения!

4) Разность потенциалов труба-земля измеряется так: устанавливается электрод сравнения МЭС как можно ближе к трубе один выход от мультиметра цепляешь на электрод, второй на сооружения и измеряешь, только со знаками (-) (+) не запутайся!

Тут на форуме не оч. любят объяснять какие то простые вещи, расжовывать, не интересно видимо или лень просто.

Вопрос в догонку.

Может быть из опыта эксплуатации протекторных установок кто-нибудь может подсказать какое минимальное значение силы тока протектор-труба должно БЫТЬ для того чтобы обеспечивалось значение потенциала не ниже -0,9? Бывают такие случаи, что происходит стекание на вводах в дома например (не установлены электроизолирующие соединения), тоесть протектор еще может быть и живой вполне но не справляется и на трубе допустим -0,5, а может быть он уже просел совсем. это и определяется путём измерения силы тока, ведь измерение потенциала протектор земля (без нагрузки) может показывать и вполне достаточные значения. а как определить по току? на сколько я понимаю нигде конкретных значений не прописано да и не может быть прописано, только из опыта..

Powered by vBulletin® Copyright ©2000 — 2021, Jelsoft Enterprises Ltd. Перевод: zCarot

Источник

Лр №2 — измерение разности потенциалов между трубопроводом и грунтом. электроды сравнения

Лр №2 — измерение разности потенциалов между трубопроводом и грунтом. электроды сравнения

Получить навыки измерения разности потенциалов между трубопроводом и землей для выявления участков трубопроводов, находящихся в зонах коррозийной опасности.

Трубопроводы, уложенные в грунт, защищены от воздействия агрессивной окружающей среды изоляционным покрытием. С течением времени изоляция стареет и разрушается, вследствие чего поверхность трубы в местах поврежденной изоляции начинает контактировать с почвенным электролитом.

Поверхность трубопровода, как и любого другого металла, состоит из короткозамкнутых гальванических микроэлементов, которые при контакте металла с электролитом начинают действовать, что приводит к разрушению металла и образованию двойного электрического слоя вследствие перехода ионов металла в электролит или из электролита в металл.

Такой переход возможен до тех пор, пока не установится равновесие, которому соответствует определенный электрохимический потенциал.

Однако при помощи измерительного прибора невозможно определить потенциал одного электрода. Можно измерить лишь разность потенциалов двух электродов, т.е.

электродвижущую силу элемента, равную разности потенциалов электродов ∆E = E1 — E2.

В качестве стандартного электрода, относительно потенциала которого вычисляют потенциал исследуемого электрода, принят стандартный водородный электрод (рисунок 2. 1, а), потенциал которого при всех температурах условно принят равным нулю.

Потенциал обратимого водородного электрода, в котором газообразный водород под давлением 0,1 МПа находится в равновесии с раствором ионов водорода, причем активность этих ионов равна единице, считается равным нулю при всех температурах и, следовательно, стандартный потенциал водородного электрода является условным нулевым потенциалом.

Для того чтобы возникла разность потенциалов между раствором и газом, необходим так называемый индифферентный электрод.

В случае водорода таким электродом чаще всего служит платинированная платина (платиновая жесть, электролитически покрытая платиной в виде рыхлого осадка, состоящего из чрезвычайно мелких металлических кристаллов), частично погруженная в раствор, содержащий ионы водорода, а частично окруженная газообразным водородом.

Каломельный электрод — электрод второго рода, потенциал которого не изменяется во времени и имеет незначительный по величине температурный коэффициент. Каломельный электрод обычно изготовляют в стеклянном сосуде, изображенном на рис. 2.1, б. Слой химически чистой ртути, помещаемой на дно сосуда, служит электродом полуэлемента.

Во ртуть погружают платиновую проволоку 9, вплавленную в стеклянную трубку 10. Поверх ртути содержится тонкий слой 11 пасты из каломели (толщиной около 1 мм) Hg2Cl2. Сосуд заполняют раствором хлористого калия 14 определенной концентрации. Для полуэлемента применяют следующие растворы хлористого калия: насыщенный, 1Н и 0,1Н.

Потенциал каломельного электрода зависит от концентрации хлористого калия.

2. а — водородный; б — каломельный
3. 1 — раствор, содержащий ионы водорода;
4. 2 — платинированный платиновый электрод;
5. 3 — трубка для подачи водорода;
6. 4 — внешний провод;
7. 6 — трубка для отвода водорода с жидкостным затвором;
8. 9 — платиновая проволока;
9. 10 — стеклянная трубка;
10. 11 — каломель в виде пасты;
11. 13 — боковая трубка;
12. 14 — раствор хлористого калия определенной концентрации
13. Рисунок 2. 1 — Стандартные электроды сравнения

Для измерения потенциалов подземных сооружений относительно земли используются различные электроды сравнения (стальные, медно-сульфатные). Наибольшее распространение получили медно-сульфатные неполяризующиеся электроды сравнения различных конструкций.

Медно-сульфатный неполяризующийся электрод ЭН-1 представляет собой керамический сосуд с пористым дном (рисунок 2.1). В горловину сосуда вставляют пробку с медной пластиной. Верхний конец пластины ввернут в трубку для присоединения штекера диаметром 4 мм. Во внутреннюю полость электрода заливают насыщенный раствор медного купороса (сульфата меди).

1 — контакт; 2 — резиновая прокладка; 3 — пластмассовая крышка, 4 — пористая керамическая чашка; 5 — медный стержень

Рисунок 2.2 — Неполяризующийся медно-сульфатный электрод сравнения ЭН-1

Стационарный медно-сульфатный долгодействующий электрод с датчиком потенциала (вспомогательным электродом) используют как электрод сравнения при измерении разности потенциалов «труба-грунт» и поляризационного потенциала, а также в качестве датчика в цепи блока управления автоматических преобразователей. Долгодействующий электрод типа ЭНЕС (рисунок 2.3) состоит из пластмассового корпуса, в верхнюю часть которого ввинчена пробка со стержнем из красной меди марки М1-Т-КР7. Дно электрода закрыто ионообменной мембраной и пористой керамической диафрагмой. Полость электрода заполняют насыщенным раствором медного купороса. Датчик потенциала (вспомогательный электрод) представляет собой квадратную пластину размером 25×25 мм из легированной стали марки 1Х18Н9Т, вмонтированную в пластмассовое гнездо. Медный стержень и вспомогательный электрод снабжены проводами длиной не менее 2 м.

• 1 — провод от электрода;
• 4 — медный стержень;
• 6 — пластмассовый корпус;
• 8 — уплотнительная прокладка;
• 9 — пластмассовая прокладка;
• 11 — вспомогательный электрод;
• 12 — провод от вспомогательного электрода
• Рисунок 2.3 — Долгодействующий неполяризующийся электрод сравнения со вспомогательным электродом

Медно-сульфатный электрод сравнения (МЭС) сохраняет свой потенциал при контакте с любым электролитом.

Его постоянный скачок потенциала +0,316 В (по отношению к стандартному (нормальном) водородному электроду) сравнивается со скачком потенциала на границе защищаемого стального сооружения и окружающей почвы при помощи приборных измерений.

Замеры потенциалов по трассе магистрального трубопровода производятся в контрольно-измерительных колонках, расположенных вдоль трубопровода. МЭС применяют в тех случаях, когда амплитуда колебаний разности потенциалов не превышает 1 В.

Стационарный потенциал «труба-грунт» зависит от состояния поверхности трубопровода и физико-химических свойств грунтов, обычно находится в пределах

-0,23. 0,72 В по медно-сульфатному электроду сравнения (МЭС), в расчетах параметров катодной защиты принимается равным -0,55 В.

В плотных, влажных, плохо аэрируемых глинистых грунтах стационарный потенциал более отрицателен, чем в песчаных почвах. В практике коррозионных обследований магистральных трубопроводов стационарный потенциал принято называть естественным потенциалом Eест, подразумевая при этом отсутствие на трубопроводе блуждающих и других наведенных токов.

Критерием защищенности металлического сооружения от коррозии является потенциал Eзащ «труба-грунт», который устанавливается после включения станции катодной защиты. Практически считается, что подземные стальные сооружения защищены на 80-90 % от коррозии при достижении разности потенциалов значения

Для осуществления контроля защищенности трубопровода от коррозии предусматривают контрольно-измерительные пункты (КИП), которые сооружают на каждом километре трубопровода.

КИП состоит из колонки (стальная труба или пластиковая стойка), на клеммную колодку которой выведен контрольный провод (вывод) от трубы.

Для измерения поляризационного потенциала в КИП устанавливают долгодействующий электрод сравнения со вспомогательным электродом. Провода от электродов выводят на клеммную панель колонки (рисунок 2.4).

Разность потенциалов «труба-грунт» измеряют высокоомным вольтметром, одну клемму которого соединяют непосредственно с трубой, а вторую — с электродом сравнения, осуществляющим контакт с грунтом. При этом грунт в месте установки электродов сравнения должен быть увлажнен.

В качестве электродов сравнения используют неполяризующиеся медно-сульфатные электроды.

Источник

Измерения на протекторных установках разности потенциалов «труба — земля» стр. 139-140 на 141 схема

Измерения, проводимые на протекторных установках, позволяют оценить эффективность их рабо­ты.

Работу протекторных установок контролируют при помощи электри­ческих измерений разности потенциалов «труба–земля» вдоль газопро­вода, силы тока в цепи «протекторная установка – газопровод», омиче­ского сопротивления цепи протекторных установок, разности потенциа­лов «протектор–земля» и сопротивления растеканию тока протектора.

Разность потенциалов «труба–земля» вдоль газопровода измеряют катод­ным вольтметром и медносульфатным электродом сравнения. Положи­тельную клемму вольтметра присоединяют к выводу контрольно-измери­тельной колонки (Рис. 67, а). При этом цепь «протектор–труба» остается замкнутой.

К отрицательной клемме прибора присоединяют измеритель­ный провод, длина которого равна 1 /2 расстояния между контрольно-измерительными колонками. Для удобства измерений провод наматывают на катушку. Другой конец провода присоединяют к медносульфатному электроду сравнения.

Последовательно, переставляя медносульфатный электрод вдоль газопровода, соблюдая шаг, кратный расстоянию между протекторами, получают значения потенциала «труба–земля» над каждым протектором и между ними. Чем меньше шаг измерений, тем точнее полу­ченная потенциальная кривая.

Шаг измерений должен быть таким, чтобы можно было зафиксировать значения потенциала в местах, наиболее удаленных от подключенных протекторов (середина расстояния между про­текторами). При шаге установки протекторов, равном 50, 100, 150, 200, 250 м, шаг измерений принимают равным 25 м. В случае обнаружения участков газопровода с разностью потенциалов, меньшей (по абсолютной величине) –0,87 В, выясняют причину смещения потенциала (нарушение контакта провода протектора с газопроводом, вымывание заполнителя, растворение протектора, ухудшение изоляции и т.п.) и принимают соот­ветствующее решение.

Ток и сопротивление цепи проверяют у тех протекторных установок, которые оборудованы контрольно-измерительными колонками.

В тех случаях, когда необходимо определить токоотдачу протекторов, не имею­щих контрольных выводов, на середине контролируемого участка отрыва­ют один протектор и в разрыв проводника, соединяющего протектор с газопроводом, включают амперметр.

Токоотдача контролируемого про­тектора с определенной степенью приближения, достаточной для практи­ки, характеризует токоотдачу остальных протекторов (при условии, что состояние изоляционного покрытия и удельное электрическое сопротивле­ние грунта на данном участке равнозначны).

При измерении тока в протекторной установке (Рис. 67, б)в контроль­но-измерительной колонке провода размыкают. Провод, идущий от газо­провода, подключают к положительной клемме измерительного прибора, от протекторной установки – к отрицательной клемме.

Измерения тока В протекторной установке, выполненные с помощью амперметра, имеют погрешность, связанную с относительно высоким сопротивлением прибо­ра и измерительных проводов. Погрешность уменьшится, если для изме­рений применить миллиамперметр с малым внутренним сопротивлением.

При низких сопротивлениях в цепи протекторной установки силу тока можно рассчитать по формуле

1. ,(67)
2. где I1, I2– ток соответственно протекторной установки и фиксируемый прибором; R1– внутреннее сопротивление прибора; R2– сопротивление цепи «протектор–газопровод».
3. Источник

Лр №2 — измерение разности потенциалов между трубопроводом и грунтом.

электроды сравнения. ЛР №2 — Измерение разности потенциалов между трубопроводом и гру. Цель работы Получить навыки измерения разности потенциалов между трубопроводом и землей для выявления участков трубопроводов, находящихся в зонах коррозийной опасности. Краткая теория

Текущее время: 15:38 . Часовой пояс GMT +3.

Название	Цель работы Получить навыки измерения разности потенциалов между трубопроводом и землей для выявления участков трубопроводов, находящихся в зонах коррозийной опасности. Краткая теория
Анкор	Лр №2 — измерение разности потенциалов между трубопроводом и грунтом. электроды сравнения.doc
Дата	21.12.2017
Размер	0.54 Mb.
Формат файла
Имя файла	ЛР №2 — Измерение разности потенциалов между трубопроводом и гру.doc
Тип	Документы#12392
Категория	Промышленность. Энергетика

способ измерения поляризационного потенциала металлических подземных сооружений

Изобретение относится к способам бесконтактной оценки с помощью электрохимического анализа эффективности катодной защиты подземных металлических сооружений.

Способ измерения поляризационного потенциала металлических подземных сооружений измерением разности потенциалов «труба-земля» заключается в следующем: измерительный прибор включается между катодным выводом и электродом сравнения, устанавливаемым на поверхности земли над осью (или около нее) трубопровода.

Измерение поляризационного потенциала проводят вслед за отключением защитного тока через небольшой промежуток времени, необходимый для исключения влияния переходных процессов.

Многопредельным милливольтметром с входным сопротивлением не менее 1,0 МОм измеряют разность потенциалов между катодом (трубой) и неполяризующимся электродом сравнения, установленным на первой станции измерения, после чего все последующие измерения разности потенциалов проводят между электродами сравнения, установленными на первой и второй станциях измерения, и далее между электродами сравнения каждой предыдущей и последующей станциями измерения по длине трубопровода. При измерениях один и тот же зажим вольтметра подключают к катоду и далее ко всем предыдущим электродам сравнения. Для получения значения поляризационного потенциала станции № N все показания милливольтметра, полученные от первого измерения до станции № N, суммируют с нарастающим итогом с учетом знака измеренных потенциалов и вычитают из суммы потенциал электрода сравнения. Для уменьшения влияния гетерогенности грунта, измерения ведут на участках с шагом до 100 м. Технический результат — оперативное измерение поляризационного потенциала металлических подземных сооружений.

Способ измерения поляризационного потенциала металлических подземных сооружений измерением разности потенциалов «труба-земля», при котором измерительный прибор включается между катодным выводом и электродом сравнения, устанавливаемым на поверхности земли над осью (или около нее) трубопровода, отличающийся тем, что измерение потенциала проводят вслед за отключением защитного тока через небольшой промежуток времени, необходимый для исключения влияния переходных процессов, при этом сначала многопредельным милливольтметром с входным сопротивлением не менее 1,0 МОм измеряют разность потенциалов между катодом (трубой) и неполяризующимся электродом сравнения, установленным на первой станции измерения, после чего все последующие измерения разности потенциалов производят между электродами сравнения, установленными на первой и второй станциях измерения, и далее между электродами сравнения каждой предыдущей и последующей станции измерения по длине трубопровода; при всех измерениях один и тот же зажим вольтметра подключают к катоду и далее ко всем предыдущим электродам сравнения, а для получения значения поляризационного потенциала станции № N все показания милливольтметра, полученные от первого измерения до станции № N, суммируют с нарастающим итогом с учетом знака измеренных потенциалов и вычитают из этой суммы потенциал электрода сравнения, а для уменьшения влияния гетерогенности грунта измерения ведут на коротких участках с шагом, не превышающим 100 м.

Изобретение относится к способам бесконтактной оценки с помощью электрохимического анализа эффективности катодной защиты поземных металлических сооружений.

Известен способ измерения электродных потенциалов подземных металлических сооружений, находящихся во внешнем поле электрических токов, путем исключения омической составляющей потенциала, для чего, с целью повышения точности, фиксируют потенциал вспомогательного электрода в момент его отключения от сооружения (а.с. СССР № 305423, G01R 27/20).

• Существенными недостатками способа являются:
• 1) необходимость предварительной установки стационарных подземных неполяризующихся электродов сравнения и вспомогательных электродов в предполагаемых точках проведения измерений:
• 2) сложность проведения периодического обслуживания подземного неполяризующегося электрода сравнения.
• Имеется способ определения электрических параметров металлического подземного сооружения путем его поляризации и измерения напряжения между металлическим подземным сооружением и электродом сравнения, для чего, с целью расширения функциональных возможностей, одновременно фиксируют ток в измерительном контуре, включающем металлическое подземное сооружение и электрод сравнения, затем изменяют направление поляризации и вновь производят замер между металлическим подземным сооружением, электродом сравнения и током в измерительном контуре, определяют омическое сопротивление измерительной цепи по формуле:
• R0=(U 1-U2)/(I1+I2),
• где I1, U1 — ток и напряжение в измерительном контуре при одном направлении поляризующего тока, когда он совпадает с направлением электродвижущей силы двойного слоя;
• I2, U2 — ток и напряжение в измерительном контуре при другом направлении поляризующего тока определяют величину потенциала сооружения по формуле
• E=(U 1I2-U2I1)/(I1 +I2),
• определяют величину поляризационного сопротивления RП по формуле

RП =0,5(U1/I1-U2/I2) (a. c. СССР № 1188663, G01R 19/00).

1. Существенными недостатками способа являются:
2. 1) необходимость применения при измерениях помимо милливольтметра с высоким входным сопротивлением моста постоянного тока и миллиамперметра, что резко снижает оперативность проведения измерений;
3. 2) усложнение определения поляризационного потенциала вследствие необходимости проведения дополнительных расчетов;
4. 3) снижение оперативности определения поляризационных потенциалов на больших расстояниях от контрольно-измерительных колонок из-за необходимости размотать провод от контрольно-измерительной колонки до точки измерения, а после окончания вручную смотать его на катушку, на что требуется значительное время.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится традиционный метод контроля электрохимической защиты — способ измерения разности потенциалов «труба-земля», при котором измерительный прибор (вольтметр или потенциометр) включается между катодным выводом и электродом сравнения, устанавливаемым на поверхности земли над осью (или около нее) трубопровода (Н. П.Глазов. Анализ современных методов измерения поляризационных потенциалов на магистральных трубопроводах. // Материалы совещаний, конференций, семинаров. Современное состояние и проблемы противокоррозионной защиты магистральных газопроводов и газопромысловых сооружений отрасли. М.: РАО Газпром 1995. С.28-42.).

• Среди недостатков способа следует перечислить следующие:
• 1) снижение оперативности определения поляризационных потенциалов на больших расстояниях от контрольно-измерительных колонок из-за необходимости растягивания провода от колонки до точки измерения, а после окончания — сматывания его на катушку, на что требуется значительное время.
• 2) наличие погрешностей в измерениях на больших расстояниях от контрольно-измерительной колонки из-за гетерогенности среды (грунта) по длине подземного сооружения.
• Задачей изобретения является оперативное измерение поляризационного потенциала металлических подземных сооружений.
• Поставленная задача достигается способом измерения поляризационного потенциала металлических подземных сооружений измерением разности потенциалов «труба-земля», при котором измерительный прибор включается между катодным выводом и электродом сравнения, устанавливаемым на поверхности земли над осью (или около нее) трубопровода, для чего измерение потенциала проводят вслед за отключением защитного тока через небольшой промежуток времени, необходимый для исключения влияния переходных процессов при этом сначала многопредельным милливольтметром с входным сопротивлением не менее 1,0 МОм измеряют разность потенциалов между катодом (трубой) и неполяризующимся электродом сравнения, установленным на первой станции измерения, после чего все последующие измерения разности потенциалов производят между электродами сравнения, установленными на первой и второй станциях измерения, и далее между электродами сравнения каждой предыдущей и последующей станциями измерения по длине трубопровода; при всех измерения один и тот же зажим вольтметра подключают к катоду и далее ко всем предыдущим электродам сравнения, а для получения значения поляризационного потенциала станции № N все показания милливольтметра, полученные от первого измерения до станции № N суммируют с нарастающим итогом с учетом знака измеренных потенциалов и вычитают из этой суммы потенциал электрода сравнения, а для уменьшения влияния гетерогенности грунта измерения ведут на коротких участках с шагом, не превышающим 100 м.
• Новые существенные признаки:
• 1) измерения проводят с шагом, не превышающим 100 м;
• 2) все измерения разности потенциалов, кроме первого, проводят между электродами сравнения двух соседних станций измерения;
• 3) при всех измерениях один и тот же зажим вольтметра подключают к катоду и далее к предыдущему электроду сравнения на каждой из станций измерения;
• 4) для получения значения поляризационного потенциала станции № N все показания милливольтметра, полученные от первого измерения до станции № N суммируют с нарастающим итогом с учетом знака измеренных потенциалов и вычитают из этой суммы потенциал электрода сравнения;
• 5) измерение потенциала проводят вслед за отключением защитного тока через небольшой промежуток времени, необходимый для исключения влияния переходных процессов.
• Перечисленные новые существенные признаки, в совокупности с известными, обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.

Получение технического результата изобретения достигается тем, что измерения проводят методом отключения, который основан на различии во времени спада поляризационного потенциала и омического падания напряжения.

При отключении защитного тока омическое падение напряжения исчезает практически мгновенно, а спад поляризационного потенциала подземного стального сооружения происходит значительно медленнее.

Измерение потенциала подземного металлического сооружения следует проводить через небольшой промежуток времени после отключения защитного тока, необходимый для исключения влияния переходных процессов.

При этом все измерения, кроме первого, проводят между неполяризующимися электродами сравнения, что повышает оперативность измерений, так как измерения проводят на коротких участках без растяжки и сматывания километрового провода параллельным переносом короткого провода длиной, не превышающей 100 м с участка на участок, что позволяет исключить влияние гетерогенности грунта при измерениях, проводимых на больших расстояниях от контрольно-измерительной колонки. При всех измерениях необходимо, чтобы один и тот же зажим вольтметра подключался сначала к катоду (к проводнику, соединенному с телом трубы, выведенному на контрольно-измерительную колонку) и далее к предыдущему электроду сравнения на каждой из станций измерения по длине подземного трубопровода. Величину поляризационного потенциала относительно нормального водородного электрода (н.в.э.) трубопровода на станции № N определяют из выражения:

1. где EПN — поляризационный потенциал трубы на станции измерения № N;
2. U1 — разность потенциалов труба — земля на первой станции измерения между выводом контрольно-измерительной колонки, соединенным с телом трубы и неполяризующимся электродом сравнения;
3. UЭС — потенциал неполяризующегося электрода сравнения;
4. Ui — разность потенциалов между электродами сравнения на каждой из станций измерения от станции номер i=2 до станции номер i=N.
5. Пример

Определить поляризационные потенциалы подземного трубопровода, после измерений на трех станциях измерения: у контрольно-измерительной колонки (станция № 1), в 10 м от контрольно-измерительной колонки (станция № 2) и в 25 м от первой станции измерения (станция № 3 в 15 м от станции № 2).

Измерения проводились с помощью стандартного медно-сульфатного электрода сравнения: UЭС=0,31 В н.в.э. Показания вольтметра на первой станции измерения (между телом трубы и электродом сравнения): U1=1,253 В, минус вольтметра подключен к проводу контрольно-измерительной колонки, который соединен с телом трубы. Показания милливольтметра на второй станции измерения (между электродами сравнения, установленными на первой и второй станциях измерения): U2=-0,051 В, минус вольтметра подключен к электроду сравнения, установленному на первой станции измерения по оси трубы — у контрольно-измерительной колонки. Показания милливольтметра на третьей станции измерения (между электродами сравнения, установленными на второй и третьей станциях измерения): U3=0,023 В, минус вольтметра подключен к электроду сравнения, установленному на второй станции измерения — в 10 метрах по оси трубы от контрольно-измерительной колонки. Потенциал трубы на первой станции измерения (у контрольно-измерительной колонки) составляет:

ЕП1= U1-UЭС=1,253-0,31=0,943 В н. в.э.

Потенциал трубы на второй станции измерения (на расстоянии 10 м от контрольно-измерительной колонки) составляет:

ЕП1= U1+ U2-UЭС=1,253-0,051-0,31=0,894 В н.в.э.

Потенциал трубы на третьей станции измерения (на расстоянии 25 м от контрольно-измерительной колонки) составляет:

ЕП1= U1+ U2+U3-UЭС=1,253-0,051+0,023-0,31=0,917 В н.в.э.

В каких единицах измеряется потенциал электрического поля

Что такое электрический заряд? Какие виды зарядов Вы знаете?

Электрический заряд — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях.

Электрический заряд– количество электричества, содержащееся в данном теле.

Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется предположением о существовании двух различных видов зарядов. Один вид электрического заряда называют положительным, а другой — отрицательным. Разноимённо заряженные тела притягиваются, а одноимённо заряженные — отталкиваются друг от друга.

Каково значение элементарного электрического заряда?

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных 1,6×10 −19 Кл в системе СИ или 4,8×10 −10 ед СГСЭ. е≈1,6021892*10 -19

Сформулируйте закон Кулона.

Сила взаимодействия двух точечных зарядов, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

В чем измеряется поток электрического смещения и его плотность?

Поток электрического смещения измеряется в кулонах и представляет поток количества электричества, коротко – электрический поток. Электрическая индукция (Кл / м2) – это плотность потока количества электричества, коротко – плотность электрического потока. Квант количества электричества – элементарный электрический заряд, таким образом, квант заряда – это просто квант количества электричества. Аналогично, магнитный поток измеряется в веберах, представляя поток количества магнетизма. Т.е. электрический заряд обладает количеством электричества в виде электрического потока, магнит обладает количеством магнетизма в виде магнитного потока.

Что такое «Напряженность электрического поля?»

Напряжённость электрического поля — силовая характеристика электрического поля; векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q: ; [В/м]

Какие единицы измерения напряженности электрического поля вы знаете?

В системе СИ — в Ньютонах на Кулон или в Вольтах на метр (В/м или V/m).

Что такое потенциал электрического поля, в чем он измеряется?

Потенциал электрического поля – энергетическая характеристика электрического поля; скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к величине этого заряда. В СИ потенциал электрического поля измеряется в вольтах( или Дж/ Кл)

В зависимости от количества зарядов и их величины изменяется энергия электрического поля, создаваемого этими зарядами. Очевидно, что величина энергии электрического поля, образованного одним ‘зарядом, будет отличаться от величины энергии поля, образованного двумя или тремя такими же зарядами.

В практике очень часто приходится сравнивать различные по величине поля. Это сравнение производится по действиям полей на единичный положительный заряд (так называемый пробный заряд). Поясним это.

Определение: Единичным называется заряд, величина которого равна одной единице заряда.

Пусть, например, поле образовано некоторым положительным зарядом. Чтобы внести в какую-то точку этого поля единичный положительный заряд, необходимо затратить определенную работу на преодоление силы отталкивания между основным и единичным зарядами. Величина потенциальной энергии поля при этом возрастает.

Попробуем теперь внести единичный заряд в другое поле, образованное в два раза большим электрическим зарядом. Очевидно, что при этом придется затратить большую работу, чем в первом случае. Следовательно, и потенциальная энергия поля возрастет больше, чем в первом случае.

В электротехнике для характеристики поля вводится специальное понятие — электрический потенциал.

Определение; Электрический потенциал некоторой точки поля численно равен работе, затрачиваемой при внесении единичного положительного заряда из-за пределов поля в данную точку.

Измеряется потенциал электрического поля в вольтах. Такое название единицы для измерения потенциала дано по имени итальянского физика Алессандро Вольта (1745—1827), открывшего закон взаимодействия электрических токов и предложившего первую гипотезу для объяснения магнитных свойств вещества.

Характеристика поля с помощью электрического потенциала очень удобна. Она позволяет сравнивать не только различные электрические поля, но и отдельные точки одного и того же поля. Вместо того, например, чтобы говорить «шар А наэлектризован более сильно, чем шар Б», можно сказать: «потенциал шара А выше потенциала шара Б». Потенциал точки поля обычно обозначается буквой φ.

Электрическое поле может создаваться не только положительным или отрицательным зарядом, но и их совокупностью. В таком поле отдельные точки могут иметь как отрицательные, так и положительные потенциалы. Чтобы в этом случае сравнивать потенциалы различных точек, ввели условное понятие о точке с нулевым потенциалом, т. е. стали считать, что одна из точек (или несколько точек) имеет потенциал, равный нулю. Потенциалы остальных точек поля определяются относительно точки нулевого потенциала. Этот метод аналогичен методу измерения температур. Там также определенная температура (температура тающего льда) принимается за нулевую точку и по отношению к ней определяется температура других тел.

В электротехнике условно считают, что нулевой потенциал имеет поверхность земли.

Если потенциал в данной точке выше потенциала земли, то мы говорим, что точка обладает положительным потенциалом. Если же, наоборот, потенциал точки ниже потенциала земли, то точка обладает отрицательным потенциалом.

Измеряя потенциалы различных точек электрического поля относительно земли, можно убедиться в том, что они неодинаковы. Значит, между отдельными точками может быть некоторая разность потенциалов.

Определение: Разность потенциалов между двумя точками электрического поля называется напряжением. Напряжение, так же как и потенциал, измеряется в вольтах.

Сказанное поясним примером.

На рис. 1 мы условно показали четыре точки: А—с потенциалом + 20 в, Б — с потенциалом +40 в, В — с нулевым потенциалом (земля) и Г — с потенциалом—15 в.

Рисунок 1. Разность потенциалов между различными точками электрического поля

Разность потенциалов между точками Б и А =40—20=20 в;

Разность потенциалов между точками А и В =20— 0=20 в;

Разность потенциалов между точками Б и В =40— 0=40 в;

Разность потенциалов между точками А и Г=20—(—15) =35 в.

Потенциал точки Б выше потенциалов точек А, В и Г. Потенциал точки А выше потенциалов точек В и Г, но ниже потенциала точки Б. Потенциал точки В ниже потенциалов точек А и Б, но выше потенциала точки Г.

Следует обратить внимание на то, что точки отрицательного потенциала имеют более низкий потенциал, чем тонки нулевого потенциала.

Можно и иначе определить напряжение между двумя точками. Для этого рассмотрим две точки А и Б электрического поля.

Допустим, что потенциал точки А равен φ_А потенциал точки Б равен φ_Б. Потенциал точки А (или Б) определяется той работой, которую необходимо затратить на перенос единичного положительного заряда из-за пределов поля в точку А (или Б). Если для переноса единичного положительного заряда из-за предела поля в точку А и в точку Б требуется затратить различную по величине работу, то φ_А не равно φ_Б и между точками А и Б существует некоторая разность потенциалов, или напряжение. Это напряжение определяется разностью φ_А – φ_Бт. е. работой, совершаемой силами поля при переносе единичного положительного заряда из точки А в точку Б.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.

Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду:

– энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.

Т.к. потенциальная энергия зависит от выбора системы координат, то и потенциал определяется с точностью до постоянной.

За точку отсчета потенциала выбирают в зависимости от задачи: а) потенциал Земли, б) потенциал бесконечно удаленной точки поля, в) потенциал отрицательной пластины конденсатора.

– следствие принци­па суперпозиции полей (потенциалы складываютсяалгебраически).

Потенциал численно равен работе поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность.

В СИ потенциал измеряется в вольтах:

Разность потенциалов

Напряжение — разность значений потенциала в начальной и конечнойточках траектории.

Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого поля.

Разность потенциалов (напряжение) не зависит от выбора

Единица разности потенциалов

Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.

Связь между напряженностью и напряжением.

Из доказанного выше: →

напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).

Из этого соотношения видно:

1. Вектор напряженности направлен в сторону уменьшения потенциала.
2. Электрическое поле существует, если существует разность потенциалов.
3. Единица напряженности: – Напряженность поля равна1 В/м, если между двумя точками поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга существует разность потенциалов 1 В.

Эквипотенциальные поверхности.

ЭПП – поверхности равного потенциала.

– работа при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности не совершается;

– вектор напряженности перпендикулярен к ЭПП в каждой ее точке.

Измерение электрического напряжения (разности потенциалов)

Между стержнем и корпусом — электрическое поле. Измерение потенциала кондуктора Измерение напряжения на гальваническом элементе Электрометр дает большую точность, чем вольтметр.

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов.

Потенциал поля точечного заряда

Потенциал заряженного шара

а) Внутри шара Е=0, следовательно, потенциалы во всех точках внутри заряженного металлического шара одинаковы (. ) и равны потенциалу на поверхности шара.

б) Снаружи поле шара убывает обратно пропорционально расстоянию от центра шара, как и в случае точечного заряда.

Перераспределение зарядов при контакте заряженных проводников.

Переход зарядов происходит до тех пор, пока потенциалы контактирующих тел не станут равными.

Потенциальная разница: уравнение и единица измерения

Вы когда-нибудь задумывались о том, почему вы можете держать маленькую батарейку между пальцами и ничего не чувствовать, но если вас ударит молния, вам повезет выжить? Ответом, среди прочих факторов, является напряжение (или разность потенциалов ) этих двух разных источников электричества. Типичная батарея может иметь разность потенциалов 1,5 вольта, а разряд молнии может достигать 150 миллионов вольт! В этой статье объясняется, какая разность потенциалов на самом деле — это , что поможет вам лучше понять, почему схемы ведут себя именно так, а не иначе, и почему их не поразит молния!

Разность потенциалов Определение

Разность потенциалов (также называемая напряжением ) может быть запутанным понятием, которое многим учащимся поначалу трудно понять. Но пусть это вас не разубедит — мы можем использовать гидравлическую аналогию , чтобы легче понять, что такое разность потенциалов и как она влияет на поведение электрической цепи.

Давайте рассмотрим систему насосов и резервуаров, подобную той, что показана на схеме ниже. Когда насос поднимает воду в приподнятый резервуар, он добавляет энергии в систему за счет увеличения гравитационной потенциальной энергии воды ( 1 ). Сила тяжести, действующая на поднятую воду, означает, что вода на дне резервуара находится под высоким давлением ( 2 ). Если мы откроем клапан, позволяющий воде спуститься по трубе и привести в действие турбину, скорость ее течения будет зависеть от давления воды и сопротивления турбины ( 3 ). Наконец, при вращении турбины потенциальная гравитационная энергия, запасенная в воде, преобразуется в кинетическую энергию, которая удаляется из системы ( 4 ). Вода в нижней части трубы больше не имеет накопленной энергии — до тех пор, пока мы не сможем использовать насос, чтобы добавить потенциальную энергию обратно в воду и вернуть ее в верхнюю часть системы ( 1 ).

Схема, показывающая гидравлическую аналогию электрической цепи. [Слева] — система насосов и резервуаров, которая накапливает энергию в виде гравитационного потенциала и высвобождает ее в виде кинетической энергии. [Справа] — электрическая цепь, запасающая энергию в виде разности потенциалов носителей заряда, которая высвобождается в виде работы при их прохождении через резистор. Изучайте умные оригиналы.

Эта система представляет собой полезную аналогию простой электрической цепи, состоящей из батареи и резистора, как показано на схеме. Батарея обеспечивает разность потенциалов для носителей заряда ( 1 ), что аналогично гравитационной потенциальной энергии, добавленной к каждой частице воды. После прохождения через батарею каждый электрон переносит электрическую энергию из-за разности потенциалов , обеспечиваемой батареей ( 2 ). Носители заряда обтекают цепь, которую можно измерить по току \(I\), зависящему от разности потенциалов \(V\) и сопротивления цепи \(R\) ( 3 ), как определено законом Ома:

$$V=IR$$

или прописью,

$$\mathrm{Потенциал}\;\mathrm{difference}\;=\;\mathrm{ ток}\;\times\;\mathrm{сопротивление}$$

Когда носители заряда проходят через резистор, их электрическая энергия преобразуется в работу, используя накопленную энергию ( 4 ). Поскольку носители заряда больше не хранят электрическую энергию, их разность потенциалов теперь равна нулю, поскольку они возвращаются к батарее. Когда они снова проходят через батарею, они приобретают разность потенциалов, и процесс повторяется ( 1 ).

Надеюсь, эта аналогия поможет вам понять, что разность потенциалов — это мера количества потенциальной электрической энергии, которую носитель заряда удерживает между двумя точками цепи. Разность потенциалов измеряется в системе СИ вольт \(\mathrm{V}\).

Разность потенциалов между двумя точками цепи равна разнице количества потенциальной энергии, которую носители заряда имеют на единицу заряда между этими двумя точками. Другими словами, энергия, передаваемая (в джоулях) носителями заряда на кулон заряда между двумя точками цепи, равна разности потенциалов (или напряжению) между точками.

Гидравлическая аналогия также может помочь понять, как ведут себя ток, напряжение и сопротивление в последовательных и параллельных цепях.

Вы знакомы с Дж уле \(\mathrm{Дж}\) как с основной единицей энергии, которую мы используем в физике. Однако в ядерной и атомной физике часто используется другая единица измерения — электрон-вольта \(\mathrm{eV}\)! Это количество энергии, которое получает один электрон, когда он проходит через 9{-19}\;\mathrm{J}\).

Формула разности потенциалов

Как мы только что установили, разность потенциалов является мерой разности потенциальной энергии, которую каждая единица заряда содержит между двумя точками в электрической цепи. Это означает, что если мы знаем количество энергии, переданной \(E\)между двумя точками в цепи, и количество заряда \(Q\), прошедшего для передачи энергии, мы можем вычислить разность потенциалов \(V\) между точками по формуле ниже:

$$V=\frac EQ\;$$

или прописью,

$$\mathrm{Потенциал}\;\mathrm{разность}\;=\;\frac{\mathrm{энергия}\; \mathrm{transferred}}{\mathrm{charge}\;\mathrm{flow}}$$

9007 9098 9007 9098 9007 9098

Quantity	Symbol	SI unit
Potential difference	В	В (В)
Передача энергии	E	j (Joule)
Заряд	Q	C (Coulomb)	C (Coulomb)	C (Coulomb)	. V=\frac EQ\), мы видим, что разность потенциалов \(1\;\mathrm{V}\) равна \(1\;\mathrm{J}\) энергии на \(1\ ;\mathrm{C}\) бесплатно. Единицей разности потенциалов в системе СИ является В olt \(\mathrm{V}\), эквивалентно одному J ул-на-кулон \((\mathrm{J}/\mathrm{C})\). Уравнение и символ разности потенциалов Другой набор уравнений, имеющих дело с разностью потенциалов, определяется законом Ома, который описывает, как ток \(I\), проходящий через омический электрический компонент, определяется потенциалом разность \(V\) на компоненте и электрическое сопротивление компонента \(R\). Мы ссылались на этот закон и его формулу ранее в статье. Связь разности потенциалов с электрической мощностью Вспоминая, что ток — это скорость, с которой заряд течет в цепи, измеряемая в кулонах в секунду , мы можем вывести уравнение для мощности ( энергии на второй ) электрической цепи. Если мы знаем, что определенное количество энергии \(Q\) было передано между двумя точками цепи определенным количеством заряда \(C\), мы можем вычислить разность потенциалов \(V\) заряда между этими точками: $$V=\frac EQ$$ Если мы также знаем, что передача энергии длилась \(t\) секунд, то мы можем определить ток \(I\): $$I= \frac Qt$$ Переставляя оба этих уравнения для \(Q\), мы получаем: $$\begin{array}{rcl}Q&=&\textstyle\frac EV\\Q&=&It\end{array }$$ Наконец, мы можем объединить эти уравнения, чтобы найти уравнение для степени \(P\) : $$\begin{array}{rcl}\textstyle\frac EV&=&It\\E& =&IVt\\\textstyle\frac Et&=&IV\\P&=&IV\end{массив}$$ или прописью, $$\mathrm{Power}\;=\;\mathrm{current}\;\times\;\mathrm{potential}\;\mathrm{difference}$$ Разность потенциалов в батарея Батарея добавляет электрический потенциал к носителям заряда, когда они проходят через нее. Батарею также можно рассматривать как источник тока в цепи. Поскольку положительная клемма батареи имеет более высокий электрический потенциал, чем отрицательная клемма, положительные заряды отталкиваются положительной клеммой батареи и притягиваются к отрицательной клемме, создавая ток, когда они текут по цепи. Это притяжение/отталкивание эквивалентно гравитации в гидравлическом примере. Аккумуляторы в цепи преобразуют накопленную химическую энергию в электроны, несущие заряд, увеличивая их разность потенциалов, когда они проходят через нее. Фликр. В реальной электрической цепи носителями заряда являются электроны, которые на самом деле заряжены отрицательно! Это означает, что носители заряда в цепи перемещаются от отрицательного полюса к положительному. Когда электричество было впервые открыто, об этом еще не знали, и условных тока определялись как переход от положительного к отрицательному. Это противоположность электронный ток , который течет от минуса к плюсу. Это различие важно учитывать при анализе цепей, но оно не входит в спецификацию экзаменов GCSE. Когда источник питания электрической цепи передает один джоуль энергии на каждый кулон заряда, мы говорим, что источник питания обеспечивает один вольт разности потенциалов. Для измерения разности потенциалов между двумя клеммами элемента, батареи или альтернативного источника питания мы используем вольтметр. Вольтметры можно использовать для измерения разности потенциалов на любом компоненте электрической цепи или между любыми двумя точками. Вольтметры можно использовать для измерения разности потенциалов между двумя точками цепи. Если между двумя точками, измеряемыми вольтметром, нет передачи энергии, показание разности потенциалов будет равно 0 вольт. Изучайте умные оригиналы. Примеры возможных различий Давайте рассмотрим несколько примеров задач, которые позволят нам применить наши новые знания к различным сценариям. Если батарея в цепи передает в общей сложности \(100\;\mathrm{J}\) энергии на \(25\;\mathrm{C}\) заряда, какой будет разность потенциалов (напряжение) измерял на клеммах аккумулятора? Определите, какую информацию мы получаем из вопроса. Мы знаем количество энергии \(E=100\;\mathrm{J}\). Мы также знаем, что сумма заряда \(Q=25\;\mathrm{C}\). Вопрос просит нас найти разность потенциалов \(\mathrm{V}\). Выберите правильное уравнение для использования. Поскольку вопрос касается величин \(E, Q, V\), мы можем использовать \(V=\frac EQ \). Подставьте значения, чтобы найти ответ: $$V=\;\frac{100\;\mathrm J}{25\;\mathrm C}=4\;\mathrm J/\mathrm C=\ mathbf4\boldsymbol\;\mathbf V$$ # Та же батарея, что и в предыдущем вопросе, за 20 секунд передает 240 Дж энергии. Какой ток несут носители заряда/электроны через батарею? Определите, какую информацию мы получаем из вопроса. Мы уже знаем, что разность потенциалов батареи равна \(V=4\;\mathrm{V}\). Количество переданной энергии \(E=240\;\mathrm{J}\) и затраченное время\(t=20\;\mathrm{s}\) . Первым шагом является определение количества заряда, прошедшего через аккумулятор. Мы можем преобразовать уравнение в \(V=E/Q\), чтобы найти это: \(Q=240\;\mathrm{J}/4\;\mathrm{V}=60\;\mathrm{C}\) . Теперь, когда мы знаем количество заряда, разделим его на время, необходимое для нахождения заряда в секунду, ток: $$I=Q/t=60\;\mathrm C/20\; \mathrm s=3\;\mathrm A$$ # A \(1000\;\mathrm{W}\) обогреватель потребляет \(4\;\mathrm{A}\) тока от сети источник питания. Определите, при какой разности потенциалов работает прибор. Установите, какая информация предоставляется. Вопрос говорит нам о мощности прибора \(P=1000\;\mathrm{W}\) и о том, что он потребляет ток \(I=4\;\mathrm{A}\). Это говорит нам о том, что мощность равна \(1000\;\mathrm{джоулей в секунду}\), а ток равен \(4\;\mathrm{кулонов в секунду}\) соответственно. Мы можем определить разность потенциалов из количества энергии, переданной на кулона заряда . За одну секунду \(4\;\mathrm{C}\) передает \(1000\;\mathrm{J}\) энергии, то есть \(1\;\mathrm{C}\) передает \(250\; \mathrm{J}\) . Разность потенциалов можно найти с помощью \(V=\frac EQ\): $$V\;=\;\frac EQ=\frac{1000\;\mathrm J}{4\;\mathrm C}=\mathbf{250}\boldsymbol\;\mathbf V$$ Разность потенциалов — основные выводы Разность потенциалов — это количество энергии, передаваемой на единицу заряда между двумя точками электрической цепи. Ток будет протекать через резистор, если на компоненте есть разность потенциалов или напряжение. Разность электрических потенциалов между любыми двумя точками можно рассчитать по следующей формуле: $$V=\frac EQ$$ Единицей разности потенциалов в системе СИ является В олт \(\mathrm {V}\). Связь между током, разностью потенциалов и сопротивлением в омическом электрическом элементе определяется законом Ома: \;\mathrm{текущий}\;\times\;\mathrm{потенциал}\;\mathrm{разница}$$ Измерение назальной разности потенциалов для оценки активности ионных каналов CFTR . 2011;741:69-86. doi: 10.1007/978-1-61779-117-8_6. Стивен М Роу 1 , Джон Пол Клэнси, Майкл Вильшански принадлежность 1 Медицинский факультет Университета Алабамы, Бирмингем, AL 35294-0006, США. [email protected] PMID: 21594779 PMCID: PMC3760477 DOI: 10. 1007/978-1-61779-117-8_6 Бесплатная статья ЧВК Стивен М. Роу и др. Методы Мол Биол. 2011. Бесплатная статья ЧВК . 2011;741:69-86. doi: 10.1007/978-1-61779-117-8_6. Авторы Стивен М Роу 1 , Джон Пол Клэнси, Майкл Вильшански принадлежность 1 Медицинский факультет Университета Алабамы, Бирмингем, AL 35294-0006, США. [email protected] PMID: 21594779 PMCID: PMC3760477 DOI: 10. 1007/978-1-61779-117-8_6 Абстрактный Измерение назальной разности потенциалов используется для измерения напряжения на носовом эпителии, которое является результатом трансэпителиального переноса ионов и частично отражает функцию CFTR. Электрофизиологические нарушения при муковисцидозе впервые были описаны 30 лет назад и коррелируют с особенностями фенотипа муковисцидоза. Измерение NPD является важным инструментом исследования и диагностики in vivo и используется для оценки эффективности новых методов лечения, таких как генная терапия и модуляторы ионного транспорта. В этой главе будут подробно описаны электрофизиологические принципы, лежащие в основе теста, необходимое оборудование, методы и анализ данных. Цифры Рис. 6.1 Репрезентативные назальные кривые разности потенциалов… Рис. 6.1 Репрезентативные кривые назальной разности потенциалов от нормального ( черный ) и… Рис. 6.1 Репрезентативные кривые назальной разности потенциалов от нормального ( черный ) и CF ( красный/серый ). Содержание и продолжительность каждого перфузируемого раствора указаны выше. Рис. 6.2 Схема носовая… Рис. 6.2 Схема назального аппарата разности потенциалов. Рис. 6.2 Принципиальная схема назального аппарата разности потенциалов. Рис. 6.3 Репрезентативная трассировка разности потенциалов от… Рис. 6.3 Репрезентативная кривая разности потенциалов у субъекта муковисцидоза, демонстрирующая методологию, используемую для расчета… Рис. 6.3 Репрезентативная кривая разности потенциалов у субъекта муковисцидоза, демонстрирующая методологию, используемую для расчета PD и количественной оценки стабильности трассировки. Незакрашенные прямоугольники представляют 10-секундный интервал подсчета очков, используемый для количественной оценки PD и стабильности трассировки. См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC Похожие статьи Базовый протокол для измерения трансэпителиальной назальной разности потенциалов. Шулер Д., Сермет-Годелюс И., Вильшански М., Баллманн М., Дешо М., Эдельман А., Хуг М., Леал Т., Лебак Дж., Лебек П. , Ленуар Г., Станке Ф., Валлемак П., Туммлер Б., Ноулз М.Р. Шулер Д. и соавт. J Кистозные волокна. 2004 авг.; 3 Приложение 2: 151-5. doi: 10.1016/j.jcf.2004.05.032. J Кистозные волокна. 2004. PMID: 15463949 Обзор. Измерение трансэпителиальной назальной разности потенциалов (NPD) при муковисцидозе (CF). Сэндс Д. Сэндс Д. Мед Веку Розвой. 2013 янв-март;17(1):13-7. Мед Веку Розвой. 2013. PMID: 23749691 Обзор. Разница носовых потенциалов in vivo: методы и протоколы оценки эффективности переноса генов при муковисцидозе. Knowles MR, Paradiso AM, Boucher RC. Ноулз М.Р. и соавт. Гул Джин Тер. 1995 апр; 6 (4): 445-55. дои: 10.1089/hum.1995.6.4-445. Гул Джин Тер. 1995. PMID: 7542031 Исследование CF-CIRC: совместное исследование во Франции для оценки точности диагностики муковисцидоза при неонатальном скрининге. Серме-Годелюс И., Руссель Д., Буи С., Деневиль Э., Юэ Ф., Рейкс П., Беллон Г., Ленуар Г., Эдельман А. Сермет-Гауделус I и др. БМС Педиатр. 2006 3 октября; 6:25. дои: 10.1186/1471-2431-6-25. БМС Педиатр. 2006. PMID: 17018149Бесплатная статья ЧВК. Апикальная экспрессия CFTR в носовом эпителии человека коррелирует с заболеванием легких при муковисцидозе. ван Миген М.А., Терхегген-Лагро С.В., Койманс К.Дж., ван дер Энт К.К., Бикман Дж.М. ван Миген М.А. и соавт. ПЛОС Один. 2013;8(3):e57617. doi: 10.1371/journal.pone.0057617. Epub 2013 6 марта. ПЛОС Один. 2013. PMID: 23483918 Бесплатная статья ЧВК. Посмотреть все похожие статьи Цитируется Анализы функции CFTR In Vitro, Ex Vivo и In Vivo. Рамальо А.С., Бун М., Проесманс М., Вермеулен Ф., Карлон М.С., Бек К. Рамальо А.С. и соавт. Int J Mol Sci. 2022 27 января; 23 (3): 1437. дои: 10.3390/ijms23031437. Int J Mol Sci. 2022. PMID: 35163362 Бесплатная статья ЧВК. Обзор. Оценка коррекции CFTR, опосредованной лентивирусным вектором, у мышей с использованием усовершенствованного протокола измерения разности назальных потенциалов Rapid in vivo . Cmielewski P, Delhove J, Donnelley M, Parsons D. Cmielewski P, et al. Фронт Фармакол. 2021 27 июл;12:714452. doi: 10.3389/fphar.2021.714452. Электронная коллекция 2021. Фронт Фармакол. 2021. PMID: 34385926 Бесплатная статья ЧВК. Однократная доза лентивирусной опосредованной генной терапии восстанавливает функцию CFTR у крыс с нокаутом муковисцидоза. Рейн Н., Кмелевски П., Маккаррон А., Делхов Дж., Парсонс Д., Доннелли М. Рейн Н. и соавт. Фронт Фармакол. 2021 18 мая; 12:682299. doi: 10.3389/fphar.2021.682299. Электронная коллекция 2021. Фронт Фармакол. 2021. PMID: 34084147 Бесплатная статья ЧВК. Персонализированные инструменты перевода пациента при муковисцидозе для преобразования данных со скамейки в прикроватную и обратно. Арора К., Ян Ф., Брюингтон Дж., Макфейл Дж., Кортес А.Р., Сундарам Н., Рамананда Й., Огден Х., Хелмрат М., Клэнси Дж.П., Нарен А.П. Арора К. и др. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 1 июня 2021 г.; 320(6):G1123-G1130. doi: 10.1152/jpgi.00095.2021. Epub 2021 5 мая. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2021. PMID: 33949881 Бесплатная статья ЧВК. Амфотерицин B индуцирует реакции эпителиального напряжения у людей с муковисцидозом. Chorghade RS, Kim BR, Launspach JL, Karp PH, Welsh MJ, Burke MD. Чоргаде Р.С. и др. J Кистозные волокна. 2021 май; 20(3):540-550. doi: 10.1016/j.jcf.2020.11.018. Epub 2020 8 декабря. J Кистозные волокна. 2021. PMID: 33309058 Бесплатная статья ЧВК. Просмотреть все статьи «Цитируется по» Типы публикаций термины MeSH вещества Грантовая поддержка P30 DK072482/DK/NIDDK NIH HHS/США 1K23DK075788-01/DK/NIDDK NIH HHS/США R03 DK084110/DK/NIDDK NIH HHS/США 1P30DK072482-01A1/DK/NIDDK NIH HHS/США K23 DK075788/DK/NIDDK NIH HHS/США 1R03DK084110-01/DK/NIDDK NIH HHS/США Напряжение или разность потенциалов – единица измерения, символ, формула » ElectroDuino ЭДС, Напряжение Привет друзья! Добро пожаловать в ElectroDuino. Этот блог основан на Что такое напряжение или разность потенциалов . Здесь мы обсудим, что такое напряжение или разность потенциалов, определение, единица измерения, символ,   Измерение и формула. Что такое напряжение или разность потенциалов? Напряжение — это сила или давление, которое отвечает за перемещение заряда или электронов в замкнутой электрической цепи. Этот поток электронов (заряд) называется электрическим током. Он также определяется как разница электрического потенциала на единицу заряда между двумя точками в электрическом поле. Чем больше напряжение, тем больший ток будет течь через эту точку. Проще говоря, мы можем сказать, что напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая заставляет или вынуждает электроны двигаться в определенном направлении в замкнутой цепи, что вызывает генерацию тока. Если мы подключим источник напряжения к проводнику. Тогда один конец проводника становится положительным потенциалом (более высокий потенциал), а другой конец становится отрицательным потенциалом (более низкий потенциал). Таким образом, между обоими концами проводника создается разность потенциалов. Тогда положительный потенциал или конец с более высоким потенциалом будет притягивать отрицательные заряды (электроны), потому что противоположные заряды притягиваются. В результате ток течет по проводнику. Чем больше притяжение и тем больше текущий поток. Напряжение можно выразить как работу, необходимую для перемещения на единицу заряда между двумя точками в статическом электрическом поле. Математически это можно выразить как Напряжение также известно как разность электрических потенциалов, электродвижущая сила (ЭДС), электрическое давление или электрическое напряжение. Единица напряжения или разности потенциалов        Единицей СИ для напряжения или разности потенциалов является вольт, который обозначается буквой В . В честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745-1827), изобретшего первую электрическую батарею вольтова столба, единица измерения вольт названа. Определение одного вольта (1 В): Если один джоуль работы совершается для перемещения одного кулона заряда из одной точки (более низкий потенциал) в другую (более высокий потенциал) в электрической цепи, разность потенциалов между этими двумя точками известен как один вольт (1В). Математически один вольт (1 В) может быть выражен как Определение одного вольта (1 В) и математическое выражение Таким образом, вольт можно выразить в основных единицах СИ как кг м 2 с -3 А -1 Размеры Формула 7 9 9 9 8 Типы напряжения В зависимости от направления потока заряда напряжение подразделяется на два типа – напряжение переменного тока и напряжение постоянного тока. Напряжение переменного тока : При этом типе напряжения поток электрического тока периодически меняет свое направление. По этой причине этот тип источника напряжения периодически меняет свою полярность. Он может генерироваться генератором. Этот тип напряжения широко используется в промышленных и бытовых приложениях. Источник переменного напряжения не имеет фиксированной полярности, символ источника переменного напряжения показан ниже Напряжение постоянного тока: В этом типе напряжения поток электрического тока только в одном направлении (однонаправленный). Имеет фиксированную полярность. В основном он вырабатывается батареями, солнечными батареями, топливными элементами. Большинство электронных устройств, таких как компьютеры, телевизоры, телефоны, спутники, работают от постоянного напряжения. Источник постоянного напряжения имеет две фиксированные полярности: положительную или анодную (+) и отрицательную или катодную (-). Символ источника постоянного напряжения показан ниже Формула напряжения и расчеты0004 Существуют три основные формулы, которые можно использовать для расчета напряжения в цепи. Ниже рисунка находится треугольник формулы напряжения, который показывает соотношение между напряжением (V), током (I), сопротивлением (R) и мощностью (P). Формула типа 1 (закон Ома) Закон Ома описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи. Согласно закону Ома, напряжение можно математически выразить как Напряжение = Ток x Сопротивление В = I*R Где, V = Напряжение, I = Ток и R= Сопротивление падение по цепи. Вопрос : Если в цепи (рисунок показан ниже) через сопротивление 20 Ом протекает ток силой 2 А. Рассчитайте падение напряжения в цепи. Решение: Данные: Ток (I) = 2 А, сопротивление (R) = 20 Ом Согласно закону Ома, В = I * R с помощью уравнения получаем падение напряжения на цепи 60 Вольт.   Формула типа 2 (мощность и ток) Эта формула выражает соотношение между напряжением, мощностью и током в электрической цепи. Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока, протекающего в цепи. Математически это можно выразить как P = V * I Таким образом, из приведенного выше уравнения мы получаем, что напряжение равно мощности, деленной на ток, математически, V=P/I давайте объясним, как рассчитать напряжение питания в цепи. Вопрос : Если в цепи через лампу мощностью 100 Вт протекает ток 2 А. Рассчитайте питающее напряжение цепи. Решение: Данные: ток (I) = 2 А, мощность (P) = 100 Вт Согласно формуле, В = P/I по формуле получаем, что напряжение питания в цепи равно 50 Вольт. Формула типа 3 (мощность и сопротивление) Эта формула выражает соотношение между напряжением, мощностью и сопротивлением в электрической цепи. Мы это знаем, Мощность = Напряжение * Ток P = V * I Согласно закону Ома, подставив теперь I=V/R в приведенное выше уравнение, мы получим P = V 2 /R 4 9004. Напряжение  — это квадратный корень из произведения мощности и сопротивления. Математически это можно выразить как В = √P * I Пример: Используя базовый пример, давайте объясним, как рассчитать необходимое напряжение для свечения лампы в цепи. Вопрос : Рассчитайте необходимое напряжение для свечения 5 Вт, 2 Ом лампы в цепи. Решение: Данные: сопротивление (R) = 2 Ом = 2 А, мощность (P) = 5 Вт Согласно формуле, Напряжение (В) = √P * I V = √ 5 * 2 = √ 10 = 3,16 Вольт Таким образом, по формуле получаем необходимое напряжение для свечения 5 Вт, 2 Ом лампы равно 3,16 Вольта. Как измерить напряжение Напряжение или Разность потенциалов измеряется вольтметром. Прибор, который может измерять напряжение между двумя точками в цепи, известен как Вольтметр . Для измерения напряжения в цепи вольтметр должен быть подключен параллельно компоненту. Например, цепь состоит из светодиода (светоизлучающего диода), резистора и источника постоянного напряжения (батареи). Если нам нужно измерить напряжение аккумулятора, то нам нужно подключить вольтметр параллельно аккумулятору, как показано на рисунке ниже Также напряжение можно измерить с помощью мультиметра . Мультиметр должен быть подключен параллельно компоненту, напряжение которого должно быть измерено. Как показано на рисунке ниже. Разность потенциалов – Физика Колледжа Дугласа 1104 Индивидуальный учебник – зима и лето 2020 Глава 14 Электрический потенциал и электрическое поле Резюме Дайте определение электрического потенциала и электрической потенциальной энергии. Опишите взаимосвязь между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией. Объясните электрон-вольт и его использование в субмикроскопическом процессе. Определить электрическую потенциальную энергию, зная разность потенциалов и количество заряда. Когда свободный положительный заряд [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] ускоряется электрическим полем, как показано на рисунке 1, ему придается кинетическая энергия. Этот процесс аналогичен ускорению объекта гравитационным полем. Это похоже на то, как будто заряд спускается с электрического холма, где его электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. Давайте исследуем работу, совершаемую электрическим полем над зарядом [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] в этом процессе, чтобы мы могли разработать определение электрической потенциальной энергии. Рис. 1. Заряд, ускоренный электрическим полем, аналогичен массе, спускающейся с холма. В обоих случаях потенциальная энергия переходит в другую форму. Работа совершается силой, но поскольку эта сила консервативна, мы можем написать Вт = –ΔPE . Электростатическая или кулоновская сила является консервативной, что означает, что работа, выполненная над [латексом]\boldsymbol{q}[/латекс], не зависит от пройденного пути. Это в точности аналогично гравитационной силе в отсутствие диссипативных сил, таких как трение. Когда сила консервативна, можно определить потенциальную энергию, связанную с силой, и обычно легче иметь дело с потенциальной энергией (поскольку она зависит только от положения), чем напрямую вычислять работу. Мы используем буквы PE для обозначения электрической потенциальной энергии, которая измеряется в джоулях (Дж). Изменение потенциальной энергии, [латекс]\boldsymbol{\Delta\textbf{PE}}[/латекс], имеет решающее значение, поскольку работа, выполняемая консервативной силой, является отрицательной величиной изменения потенциальной энергии; то есть [латекс]\boldsymbol{W = — \Delta \textbf{PE}}[/латекс]. Например, работа [латекс]\boldsymbol{W}[/латекс], совершаемая для ускорения положительного заряда из состояния покоя, положительна и является результатом потери PE, или отрицательная [латекс]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE} }[/латекс]. Перед [latex]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE}}[/latex] должен стоять знак минус, чтобы [latex]\boldsymbol{W}[/latex] был положительным. PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и рассчитав работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку. Потенциальная энергия [латекс]\boldsymbol{W =- \Delta \textbf{PE}}[/латекс]. Например, работа [латекс]\boldsymbol{W}[/латекс], совершаемая для ускорения положительного заряда из состояния покоя, положительна и является результатом потери PE, или отрицательная [латекс]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE} }[/латекс]. Перед [latex]\boldsymbol{\Delta \textbf{PE}}[/latex] должен стоять знак минус, чтобы [latex]\boldsymbol{W}[/latex] был положительным. PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и рассчитав работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку. Гравитационная потенциальная энергия и электрическая потенциальная энергия совершенно аналогичны. Потенциальная энергия учитывает работу, выполняемую консервативной силой, и дает дополнительное представление об энергии и преобразовании энергии без необходимости иметь дело с силой напрямую. Например, гораздо чаще используется понятие напряжения (связанное с потенциальной электрической энергией), чем непосредственное рассмотрение кулоновской силы. Прямой расчет работы, как правило, затруднен, поскольку [латекс]\boldsymbol{ W = Fd \;\textbf{cos} \theta }[/latex], а также направление и величина [латекс]\boldsymbol{F}[/latex] ] может быть сложным для нескольких зарядов, для объектов необычной формы и на произвольных путях. Но мы знаем, что, поскольку [latex]\boldsymbol{F = qE}[/latex], работа и, следовательно, [latex]\boldsymbol{\Delta \textbf{PE}}[/latex], пропорциональна тестовый заряд [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс]. Чтобы иметь физическую величину, независимую от пробного заряда, мы определяем электрический потенциал  [латекс]\boldsymbol{V}[/латекс] (или просто потенциал, поскольку понимается электричество) как потенциальная энергия на единицу заряда: [латекс]\boldsymbol{V =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\textbf{PE}}{q}} .[/латекс] Electric Potential Это электрическая потенциальная энергия на единицу заряда. [латекс]\boldsymbol{V =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\textbf{PE}}{q}}[/латекс] Поскольку PE пропорциональна [latex]\boldsymbol{q}[/latex] , зависимость от [latex]\boldsymbol{q}[/latex] отменяется. Таким образом, [latex]\boldsymbol{V}[/latex] не зависит от [latex]\boldsymbol{q}[/latex]. Изменение потенциальной энергии [латекс]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE}}[/latex] имеет решающее значение, поэтому нас интересует разность потенциалов или разность потенциалов [латекс]\boldsymbol{ \Delta V}[ /latex] между двумя точками, где [латекс]\boldsymbol{\Delta V = V _{\textbf{B}} — V _{\textbf{A}} =}[/latex] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \textbf{PE} {q}} .[/латекс] Таким образом, разность потенциалов между точками A и B, [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{B}} — V_{\textbf{A}}}[/latex], определяется как изменение потенциала энергия заряда [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс], перемещенного из А в В, деленная на заряд. Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта. [латекс]\boldsymbol{1 \textbf{V} = 1}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\textbf{J}}{\textbf{C}}}[/латекс] Разность потенциалов Разность потенциалов между точками A и B, [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{B}} — V_{\textbf{A}}}[/latex], определяется как изменение потенциальная энергия заряда [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс], перемещенного из А в В, деленная на заряд. Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта. [латекс]\boldsymbol{1 \textbf{V} = 1}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\textbf{J}}{\textbf{C}}}[/латекс] Знакомый термин напряжение является общим названием разности потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, подразумевается разность потенциалов между двумя точками. Например, у каждой батареи есть две клеммы, а ее напряжение — это разность потенциалов между ними. Более того, точка, которую вы выбираете как ноль вольт, является произвольной. Это аналогично тому факту, что гравитационная потенциальная энергия имеет произвольный нуль, например, уровень моря или, возможно, пол лекционного зала. Таким образом, связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется выражением . [латекс]\boldsymbol{\Delta V =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \textbf{PE}}{q}}[/латекс] [латекс]\текст{и} \ ;\boldsymbol{\Delta \textbf{PE} = \textbf{q} \Delta \textbf{V}} .[/latex] Разность потенциалов и потенциальная электрическая энергия Отношение между разностью потенциалов (или напряжением) и потенциальной электрической энергией определяется выражением [латекс]\boldsymbol{\Delta V =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \textbf{PE}}{q}}[/латекс] [латекс]\текст{и} \;\boldsymbol{\Delta \textbf{PE} = q \Delta V}.[/latex] Второе уравнение эквивалентно первому. Напряжение не совпадает с энергией. Напряжение – это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), однако один из них хранит гораздо больше энергии, чем другой, поскольку [латекс]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE} = q \Delta V}[/latex]. Автомобильный аккумулятор может передавать больше заряда, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба являются аккумуляторами на 12 В. Пример 1: Расчет энергии Предположим, у вас есть мотоциклетная батарея на 12,0 В, которая может заряжать 5000 Кл, и автомобильная батарея на 12,0 В, которая может заряжать 60 000 Кл. Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого заряда соответствует трем значащим цифрам.) Стратегия Если мы говорим, что у нас есть батарея на 12,0 В, это означает, что ее клеммы имеют разность потенциалов 12,0 В. Когда такая батарея перемещает заряд, она пропускает заряд через разность потенциалов 12,0 В, и заряду сообщается изменение потенциальной энергии, равное [латекс]\boldsymbol{\Delta \textbf{PE} = q \Delta V} . 4 \;\textbf{J}}. \end{массив}[/латекс] 95 \;\textbf{J}} \end{array}[/latex] Обсуждение Хотя напряжение и энергия связаны, это не одно и то же. Напряжения батарей идентичны, но энергия, выдаваемая каждой из них, совершенно разная. Обратите также внимание на то, что по мере разрядки аккумулятора часть его энергии расходуется внутри, и напряжение на его клеммах падает, например, когда фары тускнеют из-за низкого заряда автомобильного аккумулятора. Энергия, поставляемая батареей, по-прежнему рассчитывается, как в этом примере, но не вся энергия доступна для внешнего использования. Обратите внимание, что энергии, рассчитанные в предыдущем примере, являются абсолютными значениями. Изменение потенциальной энергии для батареи отрицательно, так как она теряет энергию. Эти батареи, как и многие электрические системы, на самом деле перемещают отрицательный заряд, в частности электроны. Батареи отталкивают электроны от своих отрицательных клемм (A) через любую задействованную схему и притягивают их к своим положительным клеммам (B), как показано на рисунке 2. Изменение потенциала составляет [латекс]\boldsymbol{\Delta V = V_{\ textbf{B}} — V_{\textbf{A}} = +12 \;\textbf{V}}[/latex] и заряд [latex]\boldsymbol{q}[/latex] отрицателен, так что [ латекс]\boldsymbol{\Delta \textbf{PE} = q \Delta V}[/latex] имеет отрицательное значение, что означает, что потенциальная энергия батареи уменьшилась, когда [latex]\boldsymbol{q}[/latex] переместился из от А до Б. Рисунок 2. Аккумулятор перемещает отрицательный заряд от отрицательной клеммы через фару к положительной клемме. Соответствующие комбинации химических веществ в батарее разделяют заряды так, что на отрицательной клемме появляется избыток отрицательного заряда, который отталкивается ею и притягивается к избыточному положительному заряду на другой клемме. С точки зрения потенциала, положительная клемма находится под более высоким напряжением, чем отрицательная. Внутри батареи движутся как положительные, так и отрицательные заряды. Пример 2. Сколько электронов проходит через фару каждую секунду? Когда автомобильный аккумулятор на 12,0 В питает одну фару мощностью 30,0 Вт, сколько электронов проходит через нее каждую секунду? Стратегия Чтобы найти количество электронов, мы должны сначала найти заряд, который переместился за 1,00 с. Перемещенный заряд связан с напряжением и энергией через уравнение [латекс]\жирныйсимвол{\Delta\textbf{PE} = q \Delta V}[/латекс]. Лампа мощностью 30,0 Вт потребляет 30,0 Дж в секунду. Поскольку батарея теряет энергию, мы имеем [латекс]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE} = -30,0 \;\textbf{J}}[/latex] и, поскольку электроны переходят от отрицательной клеммы к положительной , мы видим, что [латекс]\boldsymbol{\Delta V = +12,0 \; V}[/латекс]. Решение Чтобы найти перемещенный заряд [латекс]\boldsymbol{q}[/latex], решаем уравнение [латекс]\boldsymbol{\Delta \textbf{PE} = q \Delta V}[/ латекс]: [латекс]\boldsymbol{q =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta \textbf{PE}}{\Delta V}}.[/latex] Вход в значения для [latex]\boldsymbol{\Delta \textbf{PE}}[/latex] и [latex]\boldsymbol{\Delta \textbf{V}}[/latex], мы получаем [latex]\boldsymbol{ q =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{-30,0 \;\textbf{J}}{+12,0 \;\textbf{V}}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=} [/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{-30,0 \; \textbf{J}}{+12,0 \;\textbf{J} / \textbf{C}}}[/latex] [латекс]\boldsymbol{= -2,50 \; \textbf{C}} . [/латекс] 9{19} \;\textbf{электроны.}}[/latex] Обсуждение Это очень большое число. Неудивительно, что мы обычно не наблюдаем отдельных электронов, когда их так много в обычных системах. Фактически, электричество использовалось в течение многих десятилетий, прежде чем было установлено, что движущиеся заряды во многих случаях были отрицательными. Положительный заряд, движущийся в направлении, противоположном направлению отрицательного заряда, часто производит идентичные эффекты; это затрудняет определение того, что движется или движутся ли оба. Энергия, приходящаяся на электрон, очень мала в макроскопических ситуациях, как в предыдущем примере, — крошечная доля джоуля. Но в субмикроскопическом масштабе такая энергия, приходящаяся на одну частицу (электрон, протон или ион), может иметь большое значение. Например, даже крошечной доли джоуля может быть достаточно для того, чтобы эти частицы разрушили органические молекулы и нанесли вред живым тканям. Частица может нанести ущерб при прямом столкновении или создать вредное рентгеновское излучение, которое также может нанести ущерб. Полезно иметь единицу энергии, связанную с субмикроскопическими эффектами. На рис. 3 показана ситуация, связанная с определением такой единицы энергии. Электрон ускоряется между двумя заряженными металлическими пластинами, как в телевизионной трубке старой модели или в осциллографе. Электрон получает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в другую форму — например, в свет в телевизионной трубке. (Обратите внимание, что нисходящий для электрона восходящий для положительного заряда.) Поскольку энергия связана с напряжением соотношением [латекс]\boldsymbol{ \Delta \textbf{PE} = q \Delta V}[/latex], мы можем думать о джоуль как кулон-вольт. Рисунок 3. Типичная электронная пушка ускоряет электроны, используя разность потенциалов между двумя металлическими пластинами. Энергия электрона в электрон-вольтах численно равна напряжению между пластинами. Например, разность потенциалов 5000 В производит электроны с энергией 5000 эВ. В субмикроскопическом масштабе удобнее определить единицу энергии, называемую электрон-вольт (эВ), которая представляет собой энергию, переданную фундаментальному заряду, ускоренному разностью потенциалов в 1 В. В форме уравнения 9{-19} \;\textbf{J}.} \end{массив}[/latex] Электрон, ускоренный разностью потенциалов в 1 В, получает энергию 1 эВ. Отсюда следует, что электрон, ускоренный через 50 В, получает энергию 50 эВ. Разность потенциалов 100 000 В (100 кВ) даст электрону энергию 100 000 эВ (100 кэВ) и так далее. Точно так же ион с двойным положительным зарядом, ускоренный до 100 В, получит энергию 200 эВ. Эти простые соотношения между ускоряющим напряжением и зарядами частиц делают электрон-вольт простой и удобной единицей энергии в таких обстоятельствах. Соединения: единицы энергии Электрон-вольт (эВ) является наиболее распространенной единицей энергии для субмикроскопических процессов. Это будет особенно заметно в главах, посвященных современной физике. Энергия настолько важна для очень многих предметов, что существует тенденция определять специальную единицу измерения энергии для каждой основной темы. Есть, например, калории для пищевой энергии, киловатт-часы для электрической энергии и термы для энергии природного газа. Электрон-вольт обычно используется в субмикроскопических процессах — химические валентные энергии, молекулярные и ядерные энергии связи входят в число величин, часто выражаемых в электрон-вольтах. Например, для разрушения некоторых органических молекул требуется около 5 эВ энергии. Если протон ускоряется из состояния покоя через разность потенциалов 30 кВ, ему придается энергия 30 кэВ (30 000 эВ), и он может расщепить до 6000 этих молекул [латекса]\boldsymbol{(30 000 \;\ textbf{эВ} \div 5 \;\textbf{эВ на молекулу} = 6000 \;\textbf{молекул})}[/latex]. Энергия ядерного распада составляет порядка 1 МэВ (1 000 000 эВ) на событие и, таким образом, может привести к значительным биологическим повреждениям. Полная энергия системы сохраняется, если нет чистого прибавления (или вычитания) работы или теплопередачи. Для консервативных сил, таких как электростатическая сила, закон сохранения энергии утверждает, что механическая энергия является константой. Механическая энергия сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы; то есть [латекс]\жирныйсимвол{\textbf{KE} + \textbf{PE} = \textbf{константа}}[/латекс]. Потеря PE заряженной частицы становится увеличением ее KE. Здесь РЕ — электрическая потенциальная энергия. Сохранение энергии выражается в форме уравнения как [латекс]\boldsymbol{\textbf{KE} + \textbf{PE} = \textbf{константа}}[/latex] или [латекс]\boldsymbol{\textbf{KE}_{\textbf{i}} + \textbf{PE}_{\textbf{i}} = \textbf{KE}_{\textbf{f}} + \ textbf{PE}_{\textbf{f}},}[/латекс] , где i и f обозначают начальные и конечные условия. Как мы уже много раз убеждались, рассмотрение энергии может дать нам понимание и облегчить решение проблем. 2}[/latex], [латекс]\boldsymbol{\textbf{PE}_{\textbf{i}} = qV}[/ латекс] и [латекс]\boldsymbol{\textbf{PE}_{\textbf{f}} = 0}[/латекс]. 96 \;\textbf{m}/ \textbf{s}} \end{array} .[/latex] Обсуждение Обратите внимание, что и заряд, и начальное напряжение отрицательны, как на рис. 3. Из Из обсуждений в главе 18 «Электрический заряд и электрическое поле» мы знаем, что электростатические силы, действующие на малые частицы, обычно очень велики по сравнению с силой гравитации. Большая конечная скорость подтверждает, что гравитационной силой здесь действительно можно пренебречь. Большая скорость также указывает на то, насколько легко ускорять электроны при малых напряжениях из-за их очень малой массы. Напряжения, намного превышающие 100 В в этой задаче, обычно используются в электронных пушках. Эти более высокие напряжения создают настолько большие скорости электронов, что необходимо учитывать релятивистские эффекты. Вот почему в этом примере рассматривается (точно) низкое напряжение. Электрический потенциал – это потенциальная энергия на единицу заряда. Разность потенциалов между точками A и B, [латекс]\boldsymbol{V_{\textbf{B}} -V _{\textbf{A}}}[/latex], определяемая как изменение потенциальной энергии заряда [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс], перемещенный из А в В, равен изменению потенциальной энергии, деленному на заряд. Разность потенциалов обычно называют напряжением, обозначаемым символом [латекс]\жирныйсимвол{\ Дельта \textbf{V}}[/latex]. 9{-19} \;\textbf{J}.} \end{массив}[/latex] Механическая энергия представляет собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии системы, то есть [латекс]\boldsymbol{\textbf{KE} + \textbf{PE}}[/latex]. Эта сумма является константой. Задачи и упражнения 1: Найдите отношение скоростей электрона и отрицательного иона водорода (имеющего лишний электрон), ускоренных при одинаковом напряжении, при нерелятивистских конечных скоростях. 2 \;\textbf{N}}[/latex] для час. 9{-12} \;\textbf{m}}[/latex], найдя напряжение одного на этом расстоянии и умножив его на заряд другого. б) При какой температуре атомы газа будут иметь среднюю кинетическую энергию, равную этой необходимой электрической потенциальной энергии? 11: необоснованные результаты (a) Найдите напряжение вблизи металлического шара диаметром 10,0 см, на котором имеется 8,00 Кл избыточного положительного заряда. б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения ответственны? 12: Создайте свою собственную задачу Рассмотрим аккумулятор, используемый для питания сотового телефона. Составьте задачу, в которой вы определяете энергию, которая должна быть предоставлена ​​батареей, а затем вычисляете количество заряда, которое она должна быть в состоянии переместить, чтобы обеспечить эту энергию. Среди вещей, которые следует учитывать, — потребности в энергии и напряжение батареи. Возможно, вам придется заглянуть вперед, чтобы интерпретировать характеристики батареи производителя в ампер-часах как энергию в джоулях. электрический потенциал потенциальная энергия на единицу заряда разность потенциалов (или напряжение) изменение потенциальной энергии заряда, перемещенного из одной точки в другую, деленное на заряд; единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, известные как вольт. электрон-вольт энергия, переданная основному заряду, ускоренному разностью потенциалов в один вольт механическая энергия сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы; эта сумма является константой Измерение электродвижущей силы и разности потенциалов Лабораторное руководство по физике Решения NCERT Класс 12 Образцы документов по физике Электрический (электростатический) потенциал и разность электрических потенциалов Определение. Электрический потенциал в точке электрического поля заряда (полевого заряда) определяется (или измеряется) как работа, совершаемая при перемещении единичного положительного заряда (пробного заряда) из бесконечности (т. е. из-за пределов поля) в эту точку. (при условии, что введение пробного заряда не влияет на первоначальную конфигурацию поля.) Обозначается символом V. Его единицей СИ является вольт. Это скаляр (будучи работой). Разность электрических потенциалов между двумя точками электрического поля полевого заряда определяется как работа, совершаемая при перемещении пробного заряда из одной точки в другую. Электродвижущая сила и разность потенциалов клетки Электродвижущая сила: клетка. Он представлен символом E (или ε). Его единица — вольт. Это скалярная величина, потому что это разность потенциалов. Он равен разности потенциалов между двумя клеммами элемента, когда элемент находится в разомкнутой цепи, т. е. не дает тока. Э.М.Ф. не зависит от (i) Площадь пластин (электродов) (ii) Разделение пластин (iii) Количество электролита. Разность потенциалов: Это разность потенциалов между двумя выводами элемента, когда он находится в замкнутой цепи, т. е. дает ток. Он представлен символом V. Его единицей измерения является вольт. Внутреннее сопротивление элемента Сопротивление, оказываемое электролитом элемента потоку ионов через него, называется внутренним сопротивлением элемента. Обозначается символом r. Его единицей измерения является ом (Ом). Внутреннее сопротивление зависит от площади пластин (электродов) внутри электролита. Разделение пластин Природа и концентрация электролита. Температура Использование ячейки. (Течение времени) Связь между E.M.F., P.D. и внутреннее сопротивление ячейки В цепи показана ячейка с э.д.с. E и внутреннее сопротивление r, подключенное к внешнему сопротивлению R. Цепь имеет полное сопротивление (R + r) и ток I в цепи определяется как Потенциометр измерить внутреннее сопротивление ячейки, чтобы сравнить Э. Д.С. двух ячеек и разности потенциалов на резисторе. (b) Принцип: Он работает по принципу, согласно которому при протекании постоянного тока по проводу одинаковой толщины и материала разность потенциалов между двумя его точками прямо пропорциональна длине провода между двумя точками. Это устройство, используемое для измерения внутреннего сопротивления ячейки, для сравнения Э.Д.С. из двух первичных ячеек и т. д. V = IR0004 (c) Конструкция: Потенциометр состоит из длинного провода с одинаковой площадью поперечного сечения, обычно длиной от 4 до 10 м, из материала с высоким удельным сопротивлением и низким температурным коэффициентом, такого как константан или манганин. Эти провода натянуты параллельно друг другу на широкой деревянной доске сбоку в метровом масштабе. Провода соединены последовательно толстыми медными полосами. Батарея постоянной э.д.с. (выпрямитель батареи) подключается к концам P и Q провода, называемого приводной или вспомогательной ячейкой. Жокей J с чувствительным гальванометром G скользит по проволоке PQ. Примечание. Количество проводов можно увеличить, чтобы увеличить l и уменьшить k = V/l. Меньшее значение k делает потенциометр более чувствительным и точным. (d) Рабочий: Полностью заряженная вспомогательная батарея B (выпрямитель батареи), имеющая постоянную и высокую ЭДС. подключен между клеммами P и Q через амперметр A и реостат (как показано на принципиальной схеме, эксперимент 5: раздел A). Это обеспечивает регулируемый градиент потенциала вдоль провода потенциометра. Положительная клемма батареи подключается к клемме P. Положительные клеммы другого элемента или элементов также подключаются к той же клемме P. (e) Сравнение ЭДС двух ячеек: С помощью вольтметра мы можем измерить только конечную разность потенциалов ячейки, а с помощью потенциометра мы можем определить значение ЭДС. (электродвижущая сила) данной ячейки. Для этого мы завершаем принципиальную схему, как показано на  Э. Д.С. (Е) вспомогательной батареи В постоянна и больше, чем у данной ячейки. Вставьте ключ K. По проводу потенциометра PQ протекает постоянный ток I, и создается градиент потенциала k = Iσ  , где a — сопротивление на единицу длины провода потенциометра. Положительные выводы ячеек Е 1 и Е 2 подключаются к нулевому выводу Р потенциометра, тогда как отрицательные выводы подключаются через двусторонний ключ к гальванометру, ячейке сопротивлений и жокею. . Когда ячейка Ex находится в цепи, при плавном скольжении жокея по проводу потенциометра PQ достигается точка J, скажем, на расстоянии l 1 от нулевого конца, где гальванометр показывает нулевое отклонение. В таком случае – ve клемма ячейки E 1 и точка J на ​​проводе потенциометра имеют одинаковый потенциал. Нулевой конец провода потенциометра и плюсовая клемма ячейки E 1 также имеют одинаковый потенциал. Следовательно, падение потенциала на длине l 1 провода потенциометра равно Э. Д.С. ячейки E 1 , поскольку ток из ячейки не поступает. Так как падение потенциала на проводе одинаковой площади поперечного сечения пропорционально его длине. Для определения внутреннего сопротивления элемента с помощью потенциометра используемая схема показана на  E — это элемент, внутреннее сопротивление которого необходимо измерить. Регулировкой реостата и замыканием ключа К 1 , если l 1  является длиной провода потенциометра до точки, в которой достигается точка баланса в разомкнутой цепи, т. е. K 2 разомкнут, то (g) Важные меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при Эксперименты с потенциометром Вспомогательная батарея B, используемая для создания градиента потенциала вдоль провода потенциометра, должна быть полностью заряжена, чтобы иметь постоянную ЭДС. Его э.д.с. должна быть больше э.д.с. каждой сравниваемой ячейки. Положительные клеммы всех элементов должны быть подключены к клемме P, к которой подключена дополнительная батарея. Клемму P следует принять за ноль шкалы для измерения балансировочной длины. Для нахождения нулевой точки следует использовать чувствительный гальванометр. Его следует защитить коробкой сопротивлений (R.B.), последовательно включив при этом примерное положение нулевой точки. Сопротивление в боксе должно быть равно нулю, когда необходимо определить точное положение нулевой точки.  Примерное положение нулевой точки необходимо вывести на середину последнего провода, поставив там жгут J и отрегулировав ток провода реостатом. Ток по проводу следует пропускать только при проведении наблюдений, чтобы избежать лишнего нагрева провода, вызывающего изменение сопротивления, изменяющего градиент потенциала, (k = Iσ). В случае, если нулевая точка на проводе потенциометра не достигается, т. е. наблюдается одностороннее отклонение, когда жгут удерживается на двух концах используемых проводов, необходимо выполнить следующие проверки. (i) Соединения должны быть правильными, аккуратными, плотными и непрерывными (ни один соединительный провод не должен быть поврежден). Для правильного соединения положительная клемма батареи и элементы должны быть соединены в одной точке. (ii) Измерьте ЭДС. вспомогательной батареи. ЭДС должен быть полным и стабильным, чтобы аккумулятор был полностью заряжен. Батарея должна быть больше, чем ЭДС. любой используемой ячейки. (iii) Установите сопротивление реостата в цепи равным нулю, чтобы максимальный ток проходил через провода потенциометра. Если вышеуказанные проверки не помогают, замените потенциометр. (У него есть какой-то дефект, который вы не можете удалить).   Шкала ураганного ветра Saffir-Simpson Анализы и прогнозы Продукция для тропических циклонов Прогноз погоды в тропиках Морские продукты Аудио/Подкасты RSS-каналы Продукты ГИС Альтернативные форматы Тропический циклон Описание продукта Описание морской продукции ▾ Данные и инструменты Спутниковые снимки Радиолокационные изображения Самолет-разведчик Инструменты для тропического анализа Экспериментальные продукты Калькулятор широты/долготы Пустые карты отслеживания ▾ Образовательные ресурсы Будьте готовы! Ураган NWS Неделя подготовки NWS Защита от ураганов Информационная документация Штормовой нагон Контрольные/предупреждающие контрольные точки Климатология Названия тропических циклонов Шкала ветра Записи и факты Исторические сводки об ураганах Прогнозные модели Публикации NHC Глоссарий NHC Сокращения Частые вопросы ▾ Архивы Информационные бюллетени по тропическим циклонам Прогноз погоды в тропиках Отчеты о тропических циклонах Проверка прогноза тропических циклонов Сводка сезона атлантического течения E. Тихоокеанская сводка текущего сезона C. Сводка текущего сезона Pacific Архив новостей NHC Объявления о продуктах и ​​услугах Другие архивы: HURDAT, Track Maps, Морские продукты, и более ▾ О Национальный центр ураганов Центральная часть Тихого океана Центр ураганов Свяжитесь с нами ▾ Поиск Ищи NWS Все NOAA ▾ Климатология | Имена | Шкала ветра | Крайности | Модели | Точки останова Шкала ураганного ветра Саффира-Симпсона представляет собой оценку от 1 до 5, основанную только на максимальной устойчивой скорости ветра урагана. Эта шкала не учитывает другие потенциально смертельные опасности, такие как штормовые нагоны, ливневые наводнения и торнадо. Шкала ураганного ветра Саффира-Симпсона оценивает потенциальный материальный ущерб. В то время как все ураганы вызывают опасные для жизни ветры, ураганы категории 3 и выше известны как сильные ураганы*. Сильные ураганы могут причинить разрушительный или катастрофический ущерб ветру и привести к значительным человеческим жертвам просто из-за силы их ветра. Ураганы всех категорий могут вызывать смертоносные штормовые волны, вызванные дождями наводнения и торнадо. Эти опасности требуют от людей принятия защитных мер, включая эвакуацию из районов, уязвимых для штормовых нагонов. * В западной части северной части Тихого океана термин «супертайфун» используется для тропических циклонов с устойчивыми ветрами, превышающими 150 миль в час. Категория Постоянный ветер Типы повреждений из-за ураганных ветров 1 74-95 миль/ч 64-82 узла 119-153 км/ч Очень опасные ветры нанесут некоторые повреждения: в хорошо построенных каркасных домах могут быть повреждены крыша, черепица, виниловый сайдинг и водосточные желоба. Большие ветки деревьев ломаются, а деревья с неглубокими корнями могут быть повалены. Обширные повреждения линий электропередач и столбов, вероятно, приведут к перебоям в подаче электроэнергии, которые могут длиться от нескольких до нескольких дней. 2 96-110 миль/ч 83-95 узлов 154-177 км/ч Чрезвычайно опасные ветры нанесут значительный ущерб: Хорошо построенные каркасные дома могут выдержать серьезные повреждения крыши и сайдинга. Многие деревья с неглубокими корнями будут сломаны или вырваны с корнем, что заблокирует многочисленные дороги. Ожидается почти полная потеря электроэнергии с перебоями, которые могут длиться от нескольких дней до недель. 3 (основной) 111-129 миль/ч 96-112 узлов 178-208 км/ч Разрушительный урон будет нанесен: Хорошо построенные каркасные дома могут подвергнуться серьезному повреждению или удалению настила крыши и концов фронтонов. Многие деревья будут сломаны или вырваны с корнем, что заблокирует многочисленные дороги. Электричество и вода будут недоступны в течение нескольких дней или недель после окончания урагана. 4 (основной) 130-156 миль/ч 113-136 узлов 209-251 км/ч Катастрофический ущерб произойдет: Хорошо построенные каркасные дома могут получить серьезные повреждения с потерей большей части конструкции крыши и / или некоторых наружных стен. Большинство деревьев будет сломано или вырвано с корнем, а столбы электропередач повалены. Упавшие деревья и столбы электропередач изолируют жилые районы. Отключения электроэнергии продлятся от нескольких недель до, возможно, месяцев. Большая часть территории будет непригодна для проживания в течение нескольких недель или месяцев. 5 (основной) 157 миль/ч или выше 137 узлов или выше 252 км/ч или выше Произойдет катастрофический ущерб: Большой процент каркасных домов будет разрушен с полным обрушением крыши и обрушением стен. alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника