Как определить электрическое напряжение

Что такое Вольт

Как определить электрическое напряжение

  • Справочник
  • Электротехника
  • Единицы измерений
  • Что такое Вольт

Вольт (обозначение: В, V) — единица измерения электрического напряжения в системе СИ.

1 Вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.

Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника, необходимое для выделения в нём тепла мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J). Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м2 · кг · с−3 · A−1.

\[ \mbox{V} = \dfrac{\mbox{W}}{\mbox{A}} = \dfrac{\mbox{J}}{\mbox{C}} = \dfrac{\mbox{m}2 \cdot \mbox{kg}}{\mbox{s}{3} \cdot \mbox{A}} \]

Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта.

Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов.

1 В = 1/300 ед. потенциала СГСЭ.

Что такое Вольт. Определение

Вольт определён как разница потенциалов на концах проводника, рассеивающего мощность в один ватт при силе тока через этот проводник в один ампер.

Отсюда, базируясь на единицах СИ, получим м² · кг · с-3 · A-1, что эквивалентно джоулю энергии на кулон заряда, J/C.

Определение на основе эффекта Джозефсона

Напряжение электрического тока – это величина, характеризующая разность зарядов (потенциалов) между полюсами либо участками цепи, по которой идет ток.

С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором используется в качестве привязки к эталону константа Джозефсона, зафиксированная 18-ой Генеральной конференцией по весам и измерениям как:

K{J-90} = 0,4835979 ГГц/мкВ.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы вольт пишется со строчной буквы, а её обозначение — с прописной. Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных с использованием вольта. Например, обозначение единицы измерения напряжённости электрического поля «вольт на метр» записывается как В/м.

Шкала напряжений

  • Разность потенциалов на мембране нейрона — 70 мВ.
  • NiCd аккумулятор — 1.2 В.
  • Щелочной элемент — 1.5 В.
  • Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4) — 3.3 В.
  • Батарейка «Крона» — 9 В.
  • Автомобильный аккумулятор — 12 В (для тяжёлых грузовиков — 24 В).
  • Напряжение бытовой сети — 220 В (среднеквадратичное).
  • Напряжение в контактной сети трамвая, троллейбуса — 600 В.
  • Электрифицированные железные дороги — 3 кВ (постоянный ток), 25 кВ (переменный ток).
  • Магистральные ЛЭП — 110 кВ, 220 кВ.
  • Максимальное напряжение на ЛЭП (Экибастуз-Кокчетав) — 1.15 МВ.
  • Самое высокое постоянное напряжение, полученное в лаборатории на пеллетроне — 25 МВ.
  • Молния — от 100 МВ и выше.

ЭлектротехникаФормулы Физика Теория Электричество

Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!

  • Сколько в ампере ватт, как перевести амперы в ватты и киловаттыМощность – это скорость расходования энергии, выраженная в отношении энергии ко времени: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Один ватт равен отношению одного джоуля (единице измерения работы) к одной секунде.
  • 1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль.
  • Сименс — единица измерения электропроводности (проводимости) в системе СИ. Она эквивалентна ранее использовавшейся единице mho
  • 1 ом представляет собой электрическое сопротивление между двумя точками проводника, когда постоянная разность потенциалов 1 вольт, приложенная к этим точкам, создаёт в проводнике ток 1 ампер, а в проводнике не действует какая-либо электродвижущая сила.
  • 1 Ампер это сила тока, при которой через проводник проходит заряд 1 Кл за 1 сек.
  • Старинные русские меры длины, веса, объёмаСистема древнерусских мер длины включала в себя следующие основные меры: версту, сажень, аршин, локоть, пядь и вершок.
  • Конвертер текста в юникодКонвертер для перевода любого текста (не только кириллицы) в Юникод.
  • Вес — это физическая величина, а именно сила, воздействующая на горизонтальную поверхность или вертикальную подвеску.
  • Второй закон термодинамикиНевозможно создать круговой процесс, результатом которого станет исключительно превращение теплоты, которое получено от нагревателя, в работу.
  • Основные тригонометрические тождестваТригонометрические тождества — это равенства, которые устанавливают связь между синусом, косинусом, тангенсом и котангенсом одного угла, которая позволяет находить любую из данных функций при условии, что будет известна какая-либо другая.
  • Сколько в ампере ватт, как перевести амперы в ватты и киловаттыМощность – это скорость расходования энергии, выраженная в отношении энергии ко времени: 1 Вт = 1 Дж/1 с. Один ватт равен отношению одного джоуля (единице измерения работы) к одной секунде.
  • Закон всемирного тяготенияМежду любыми материальными точками существует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними, действующая по линии, соединяющей эти точки

Источник: https://calcsbox.com/post/cto-takoe-volt.html

Напряжение электрического тока и вольтметр

Как определить электрическое напряжение

Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Мы знаем, что сила тока одинакова во всех местах цепи.

Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов и нагрузки. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом месте электрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Давайте разберемся.

Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, однако не совершает при этом большой работы. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. То есть в данном случае ток совершает механическую работу, и довольно приличную работу. Ток тратит свою энергию. Электроны в том же количестве продолжают бежать дальше, но энергии у них уже поменьше.

Определение электрического напряжения

То есть электрическое поле должно было «протащить» электроны через нагрузку, и энергия, которая при этом израсходовалась, характеризуется величиной, называемой электрическим напряжением.

Эта же энергия потратилась на какое-то изменение состояния вещества нагрузки. Энергия, как мы знаем, не пропадает в никуда и не появляется из ниоткуда. Об этом гласит Закон сохранения энергии.

То есть, если ток потратил энергию на прохождение через нагрузку, эту энергию приобрела нагрузка и, например, нагрелась.

То есть, приходим к определению: напряжение электрического тока – это величина, показывающая, какую работу совершило поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение в разных участках цепи будет различным.

Напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо большим, и зависеть величина напряжения будет от величины работы, произведенной током. Измеряют напряжение в вольтах (1 В).

Для определения напряжения существует формула: 

U=A/q,

где U — напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.

Напряжение на полюсах источника тока

Что касается напряжения на участке цепи – все понятно. А что же тогда означает напряжение на полюсах источника тока? В данном случае это напряжение означает потенциальную величину энергии, которую может источник придать току. Это как давление воды в трубах. Эта величина энергии, которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Вольтметр

Для измерения напряжения существует прибор, называемый вольтметром. В отличие от амперметра, он подключается не произвольно в любом месте цепи, а параллельно нагрузке, до нее и после. В таком случае вольтметр показывает величину напряжения, приложенного к нагрузке. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Сила тока: природа, формула, измерение амперметром
Следующая тема:   Сопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/ehlnapryazhenie-voltmetr

Как определить электрическое напряжение

Как определить электрическое напряжение

g84jsm9tB4S

Напряжение- это физическая величина, характеризующая электрическое поле и показывающая, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Cила тока равна I= UR

Если имеется ввиду обозначение силы тока, то I (1 А, ампер), а нарпяжение U (1B, вольт)

Напряжение измеряется с помощью вольтметра, а сила тока с помощью амперметра))

В данной статье мы подробно разберем что такое напряжение, как просто его представить и измерить.

Определение

Напряжение — это электродвижущая сила, которая толкает свободные электроны от одного атома к другому в том же направлении.

В первые дни электричества напряжение было известно как электродвижущая сила (ЭДС). Именно поэтому в уравнениях, таких как закон Ома, напряжение представлено символом Е.

Алессандро Вольта

Единицей электрического потенциала является вольт, названный в честь Алессандро Вольта, итальянского физика, жившего между 1745 и 1827 годами.

Алессандро Вольта был одним из пионеров динамического электричества. Исследуя основные свойства электричества, он изобрел первую батарею и углубил понимание электричества.

Представление напряжения

Легче всего понять напряжении, представив давлении в трубе. При более высоком напряжении (давлении) будет течь более сильный ток. Хотя важно понимать, что напряжение (давление) может существовать без тока (потока), но ток не может существовать без напряжения (давления).

Напряжение часто называют разностью потенциалов, потому что между любыми двумя точками в цепи будет существовать разница в потенциальной энергии электронов. Когда электроны протекают через батарею, их потенциальная энергия увеличивается, но когда они протекают через лампочку, их потенциальная энергия будет уменьшаться, эта энергия покинет цепь в виде света и тепла.

Возьмите, например, обычную 1,5-вольтовую батарею AA, между двумя клеммами (+ и -) есть разность потенциалов 1,5 Вольт.

Напряжение или разность потенциалов — это просто измерение количества энергии (в джоулях) на единицу заряда (кулона). Например, в 1,5-вольтовой батарее AA каждый кулон (заряд) будет получать 1,5 вольт или джоулей энергии.

Напряжение = [Джоуль ÷ Кулон]

1 вольт = 1 джоуль на кулон

100 вольт = 100 джоулей на кулон

1 кулон = 6 200 000 000 000 000 000 электронов (6,2 × 10 18 )

В чем измеряется напряжение

Мы измеряем напряжение в единицах «Вольт», которые обычно обозначаются просто буквой «V» на чертежах и технической литературе. Часто необходимо количественно определить величину напряжения, это делается в соответствии с единицами СИ, наиболее распространенные величины напряжения, которые вы увидите:

  • мегавольт (мВ)
  • киловольт (кВ)
  • вольт (В)
  • милливольт (мВ)
  • микровольт (мкВ)

Источник: http://pechi-sibiri.ru/kak-opredelit-jelektricheskoe-naprjazhenie/

Что такое Электрическое напряжение — Определение, измерение

Большинство людей в быту могут оперировать таким понятием как электрическое напряжение. Практически все знают, что бытовая розетка находится под напряжением 220В, а пальчиковая батарейка выдает напряжение всего в 1.5В.

При этом далеко не каждый человек, окончивший среднюю школу или даже технический ВУЗ в состоянии ответить, что же все-таки означает термин электрическое напряжение.

В этом материале мы постараемся ответить на этот вопрос, по возможности не прибегая к сложной математике.

Измерение электрического напряжения

Электрическое напряжение измеряют с помощью вольтметров. Для измерения напряжения (разности потенциалов) на участке электрической цепи щупы вольтметра подключают к концам этого участка и по шкале считывают показания прибора.

Существует множество типов вольтметров. Мы остановимся на аналоговых вольтметрах с магнитоэлектрическими измерительными механизмами. Эти механизмы довольно часто применяют в щитовых вольтметрах и многофункциональных измерительных приборах – мультиметрах.

Магнитоэлектрический электрический механизм представляет собой проволочную катушку, размещенную между полюсами магнита. Катушка подвешивается на спиральных пружинах обеспечивающих высокую чувствительность прибора. С катушкой связана указательная стрелка, с помощью которой осуществляется отсчет показаний на шкале прибора.

Ниже на рисунке показано устройство магнитоэлектрического механизма.

Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют высокую чувствительность. С их помощью можно измерить напряжения составляющие сотые доли вольта. Для расширения пределов измерения последовательно с измерительным механизмом включают добавочные сопротивления. Схема простейшего вольтметра постоянного тока показана на рисунке.

Одним из важнейших параметром вольтметра является его внутреннее сопротивление. Чем больше значение внутреннего сопротивления вольтметра, тем меньшую погрешность можно получить в процессе измерения. Для аналоговых вольтметров внутреннее сопротивление обычно составляет 20кОм на вольт. Если необходимо получить большее значение сопротивления для измерений применяют электронные вольтметры, цифровые или аналоговые.

Для измерения переменного напряжения в конструкцию вольтметров включают выпрямители, которые преобразуют переменное напряжение в постоянное. Шкалы вольтметров для измерения переменного напряжения обычно градуируют в действующих (эффективных) значениях напряжения. Действующее значение переменного тока связано с максимальным следующим соотношением.

U=1/√2 U_m=0,707U_m (3)

Действующее значение удобно применять при вычислении мощности электрической цепи. Когда мы говорим, что в электрической розетке присутствует напряжение 220В, речь идет именно о действующем значении напряжения.

В коротком материале трудно рассказать обо всех нюансах связанных с электрическим напряжением и способах его измерения. Но мы надеемся, что текст окажется полезен читателю.

Источник: https://elektrika.ru/articles/elektroprovodka/elektricheskoe_napryazhenie/

Электрическое напряжение

Одна из наиболее часто употребляемых характеристик в электротехнике — это электрическое напряжение, или просто говорят — напряжение.

Очень часто даже у опытных в электротехнике специалистов вызывает затруднение объяснить, что есть это самое напряжение.

Такое явление вполне объяснимо тем, что для практических нужд обслуживания электрооборудования не требуется глубокого понимания сути напряжения, достаточно знаний напряжения в пределах понимания Закона Ома.

Тогда возникает вопрос. В каком случае и при каких обстоятельствах необходимо глубокое понимание того, в чем суть электрического напряжения? В первую очередь это необходимо для понимания природы (физики) электричества, а также для разработки новых электротехнических устройств и создания новых электротехнических материалов. С другой стороны, углубленное понимание напряжения способствует самопознанию.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое 1 вольт

Мысленный эксперимент с плоским конденсатором

Для того, чтобы перейти к объяснению сути электрического напряжения требуется понимать, что такое электрическое поле, силовые линии электрического поля и напряженность электрического поля.

Кроме силовых линий в описании поля присутствуют еще и эквипотенциальные линии, а значит есть еще одна характеристика такая как потенциал электрического поля. Представьте картину равномерно распределенных силовых линий электрического поля, которые пересекают эквипотенциальные линии, причем каждая такая линия будет иметь свое значение потенциала поля.

Для такого представления удобно использовать картину электрического поля плоского конденсатора, который имеет две обкладки и полностью заряжен до некоторого максимального значения. На таком конденсаторе будет индуцирован электрический заряд, а пространство между обкладками пусть будет наполнено газообразным диэлектриком, например, воздухом.

Каждая обкладка конденсатора имеет некоторое количество заряда Q. Так как обкладки конденсатора выполнены из металла в котором носителем зарядов являются отрицательного типа заряды — электроны, то на одной обкладке будет избыток электронов, а на другой недостаток.

Таким образом можно обозначить одну обкладку как +Q, а другую как -Q, и силовые линии электрического поля будут направлены согласно правилам от +Q к -Q. В итоге мы получим картину приведенную на рисунке ниже.

Давайте примем, что размер такого конденсатора больше человеческого роста в несколько раз, пусть обкладки будут представлять собой стены двух больших высоких зданий, которые обклеили металлическими листами сваренными вместе в единый лист. Вы можете свободно перемещаться внутри такого конденсатора от одной обкладки к другой в любом направлении.

Мысленно можно представить, что там где изображены силовые линии, кто-то закрепил балки из сухого дерева, а на местах эквипотенциальных линий установлены лестницы из того же материала. В итоге вы сможете свободно перемещаться в таком пространстве внутри конденсатора. Если у вас хватит силы воображения, вы сможете представить такую конструкцию без проблем.

Размер может быть любой, но при условии, что протяженность и высота обкладок во много раз больше чем расстояние между обкладками.

Электрическое поле полностью заряженного конденсатора в нашем случае будет статическим, то есть неизменным во времени, его характеристики не меняются с течением времени. Что мы имеем? У нас есть две обкладки обладающие некоторым количеством заряда равной величины, но противоположного знака.

Эти обкладки будут притягиваться к друг другу в соответствии с Законом Кулона, но эта электрическая сила скомпенсирована тем, что обкладки прочно закреплены на стенах воображаемых зданий. Картина электрического поля такого конденсатора представлена силовыми и эквипотенциальными линиями, которые обозначены материальными предметами такими как деревянные балки и лестницы.

Вы можете свободно путешествовать внутри такого конденсатора и выполнять необходимые измерения. Ни о каком электрическом токе, а тем более о силе тока речи здесь не идет, потому как нет свободных носителей заряда.

Опытный электрик может поинтересоваться, а какое напряжение будет на таком конденсаторе? Это закономерный и справедливый вопрос, но нам следует разобраться что такое это самое напряжение. Тут нам следует вспомнить о пробном заряде, который использовался для объяснения напряженности электрического поля.

Предположим, что такой заряд появился и он может свободно перемещаться в пространстве между обкладками конденсатора. Что же это может быть? Представьте, что вы являетесь тем самым пробным зарядом и испытываете на себе дальнодействие электрических сил.

Разумеется, в реальной жизни такое маловероятно, но в нашем мысленном эксперименте такое вполне допустимо.

Физическая работа пробного заряда в электрическом поле

Итак, вы превратились в пробный электрический зарядq во много раз меньший чем заряд Q на обкладках конденсатора и начали свое путешествие между обкладок конденсатора. При этом вы будете испытывать действие кулоновых сил.

Допустим, что вы являетесь отрицательно заряженной частицей подобно электрону, тогда вас будет притягивать в сторону обкладки +Q, и вас будет отталкивать от обкладки с зарядом -Q.

Чем ближе вы будете к одной из обкладок, тем сильнее вы будете испытывать ее силовое действие.

Предположим, что вы вошли в конденсатор со стороны обкладки -Q и вас тут же начало отталкивать от нее в сторону обкладки +Q. Вы не стали сопротивляться такому воздействию и решили не противится природе и двигаться в полном согласии с влечением.

Для этих целей как раз удобно расположены балки и лестницы, по которым вы можете свободно добраться до обкладки +Q любым маршрутом. Так как на вас действуют электрическая кулоновская сила, то вы начинаете свободно набирать скорость, словно вас несет ветром.

В итоге вы преодолели расстояние по балке от одной лестницы до другой в направлении от точки A к точке B (смотрите рисунок выше). Лестницы — это эквипотенциальные линии, и соответственно, вы преодолели расстояние от одного значения потенциала к другому.

В нашем случае вы двигались от того потенциала, который для вас больший по величине, к тому, что меньше. Если же вы были бы зарядом другого знака, то есть +q, тогда потенциалы поменяли бы свои знаки и больший стал бы меньшим, а меньший большим. Математически это означает умножение потенциалов на -1.

На вас действовала сила и вы переместились из точки A в точку B, другими словами вы двигались от потенциалаφa (большего) к потенциалуφb (меньшему). Это подобно тому, как если бы вы плыли по течению реки на плоту, когда вам не нужно грести веслами и не требуется мотора для движения. Можно сказать, что вами совершена механическая работа, которая является вычисляется как произведение силы на расстояние.

Совершив такое перемещение, вы потеряли часть потенциальной энергии, которая перешла в кинетическую (скорость вашего движения), а затем выделилась вероятно в виде тепла при торможении. Проделав обратный путь из точки B в точку A, вы будете двигаться как бы против течения, вам придется затратить энергию, грести веслами, использовать мотор и т. п.

Переместившись обратно вы увеличите свою потенциальную энергию, потому как переместитесь в точку с большим потенциалом и ваше энергетическое состояние увеличится.

Разность этих двух потенциалов φa и φb и будет являться электрическим напряжением. Это равнозначные понятия, но в практической электротехнике чаще всего употребляют выражение не разность потенциалов, а напряжение. При рассмотрении электрических цепей употребляют такое выражение как падение напряжения на участке цепи, а для источников электричество та же самая разность потенциалов определяется как электродвижущая сила (ЭДС).

Разность потенциалов Δφ=φ1-φ2 всегда показывает какую работу A может совершить носитель заряда q при перемещении этого заряда из точки с одним потенциалом φ1 в точку с другим потенциалом φ2. При вычислении надо иметь в виду, что потенциалы могут быть как со знаком плюс, так и со знаком минус.

Если заряду для такого перемещения требуется затратить энергию, а значит увеличить свой потенциал, то тогда работа А будет со знаком (-), а если носитель заряда перемещается из области высокого потенциала в область с низким потенциалом, тогда происходит выделение энергии и работа А будет со знаком (+).

Таким образом электрическое напряжение — это энергетическая характеристика электрического поля и представляет собой разность потенциалов Δφ. Это значит, что принципиально неверно утверждать, что напряжение — это потенциал. Электрическое напряжение — это всегда разность потенциалов и она возможна только между двумя точками электрического поля.

Если имеется одна точка в пространстве электрического поля, тогда уместно говорить только о потенциале этой точки, но никак ни о ее напряжении.

Необходимо совершенно ясно представлять в чем заключаются различия между такими понятиями как: напряженность электрического поля E, потенциал φ, и, конечно, разность потенциалов — электрическое напряжение. Поняв эти различия, будет совершенно легко разобраться с тем, что такое электрический ток.

Единицы измерения электрического напряжения

Точно также как и потенциал электрического поля, электрическое напряжение измеряется в Вольтах и часто обозначается либо символом U, либо символом V.

Чему равен 1 Вольт? Он равен работе в 1 Джоуль, которую совершает заряд в 1 Кулон.

Таким образом, если разность потенциалов равна скажем 12 Вольт, и эту разность (эквипотенциальные линии и поверхности) преодолел заряд, допустим в 2 Кулона, то следует говорить, что была совершена работа 24 Джоуля (12 Вольт умноженные на 2 Кулона).

Когда в электрических цепях существует электрический ток, то происходит движение носителей зарядов вдоль силовых линий электрического поля (направление зависит от знака), источником которого может быть электрогенератор или химический аккумулятор, то на участках цепи происходит падение напряжения (потенциала) и выделяется энергия. В источнике тока происходит обратное, там затрачивается энергия (или была затрачена) на создание ЭДС.

Дата: 01.05.2015

Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

Источник: http://electricity-automation.com/page/elektricheskoye-napryazheniye

Формула определения напряжения – «Как рассчитать напряжение в цепи?» – Яндекс.Знатоки

Тоесть электрическое поле должно было«протащить» электроны через нагрузку,и энергия, которая при этом израсходовалась,характеризуется величиной, называемойэлектрическим напряжением. Эта жеэнергия потратилась на какое-то изменениесостояния вещества нагрузки. Энергия,как мы знаем, не пропадает в никуда и непоявляется из ниоткуда. Об этомгласит Законсохранения энергии.То есть, если ток потратил энергию напрохождение через нагрузку, эту энергиюприобрела нагрузка и, например, нагрелась.

Тоесть, приходим к определению: напряжениеэлектрического тока –это величина, показывающая, какую работусовершило поле при перемещении зарядаот одной точки до другой. Напряжение вразных участках цепи будет различным.

Напряжение на участке пустого проводабудет совсем небольшим, а напряжениена участке с какой-либо нагрузкой будетгораздо большим, и зависеть величинанапряжения будет от величины работы,произведенной током. Измеряют напряжениев вольтах (1 В).

Для определения напряжениясуществует формула: 

U=A/q,

гдеU — напряжение,A – работа, совершеннаятоком по перемещению заряда q на некийучасток цепи.

2) Диэлектрики в электрическом поле

Вотличие от проводников, в диэлектрикахнет свободных зарядов. Все зарядыявляются

связанными: электроны принадлежат своим атомам,а ионы твёрдых диэлектриков колеблются

вблизиузлов кристаллической решётки.

Соответственно,при помещении диэлектрика в электрическоеполе не возникает направлен-ного движениязарядов

1

.Поэтому для диэлектриков не проходятнаши доказательства свойств

проводников— ведь все эти рассуждения опиралисьна возможность появления тока. Идей-ствительно, ни одно из четырёхсвойств проводников, сформулированныхв предыдущей статье,

нераспростаняется на диэлектрики.

1.Напряжённость электрического полявнутри диэлектрика может быть не равнанулю.

2.Объёмная плотность заряда в диэлектрикеможет быть отличной от нуля.

3.Линии напряжённости могут быть неперпендикулярны поверхности диэлектрика.

4.Различные точки диэлектрика могут иметьразный потенциал. Стало быть, говоритьо

«потенциаледиэлектрика» не приходится.

Поляризациядиэлектриков —явление, связанное с ограниченнымсмещением связанных зарядов в диэлектрике илиповоротом электрических диполей,обычно под воздействием внешнего электрическогополя,иногда под действием других внешнихсил или спонтанно.

Поляризациюдиэлектриков характеризует векторэлектрической поляризации.Физический смысл вектора электрическойполяризации — это дипольныймомент,отнесенный к единице объема диэлектрика.Иногда вектор поляризации коротконазывают просто поляризацией.

  • Векторполяризации применим для описаниямакроскопического состояния поляризациине только обычных диэлектриков, нои сегнетоэлектриков,и, в принципе, любых сред, обладающихсходными свойствами. Он применим нетолько для описания индуцированнойполяризации, но и спонтанной поляризации(у сегнетоэлектриков).

Поляризация —состояние диэлектрика, котороехарактеризуется наличием электрическогодипольного момента у любого (или почтилюбого) элемента его объема.

Различаютполяризацию, наведенную в диэлектрикепод действием внешнего электрическогополя, и спонтанную (самопроизвольную)поляризацию, которая возникаетв сегнетоэлектриках вотсутствие внешнего поля. В некоторыхслучаях поляризация диэлектрика(сегнетоэлектрика) происходит поддействием механических напряжений, силтрения или вследствие изменениятемпературы.

Поляризацияне изменяет суммарного заряда в любоммакроскопическом объеме внутриоднородного диэлектрика. Однако онасопровождается появлением на егоповерхности связанных электрическихзарядов с некоторой поверхностнойплотностью σ. Эти связанные зарядысоздают в диэлектрике дополнительноемакроскопическое поле c напряжённостью ,направленное против внешнего поля снапряжённостью .В результате напряжённость поля внутридиэлектрика будет выражаться равенством:

Взависимости от механизма поляризации,поляризацию диэлектриков можноподразделить на следующие типы:

  • Электронная —смещение электронныхоболочек атомовпод действием внешнего электрическогополя. Самая быстрая поляризация (до10−15 с).Не связана с потерями.
  • Ионная —смещение узлов кристаллической структурыпод действием внешнего электрическогополя, причем смещение на величину,меньшую, чем величина постояннойрешетки.Время протекания 10−13 с,без потерь.
  • Дипольная(Ориентационная) — протекает спотерями на преодоление сил связи ивнутреннего трения. Связана с ориентациейдиполей во внешнем электрическом поле.
  • Электронно-релаксационная —ориентация дефектных электронов вовнешнем электрическом поле.
  • Ионно-релаксационная —смещение ионов, слабо закрепленных вузлах кристаллической структуры, либонаходящихся в междуузлие.
  • Структурная —ориентация примесей и неоднородныхмакроскопических включений в диэлектрике.Самый медленный тип.
  • Самопроизвольная(спонтанная) — благодаря этому типуполяризации у диэлектриков, у которыхон наблюдается, поляризация проявляетсущественно нелинейные свойства дажепри малых значениях внешнего поля,наблюдается явление гистерезиса.Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики)отличаются очень высокимизначениями диэлектрическойпроницаемости (от900 до 7500 у некоторых видов конденсаторнойкерамики). Введение спонтаннойполяризации, как правило, увеличивает тангенсугла потерь материала(до 10−2)
  • Резонансная —ориентация частиц, собственные частотыкоторых совпадают с частотами внешнегоэлектрического поля.
  • Миграционнаяполяризация обусловлена наличием вматериале слоев с различной проводимостью,образованию объемных зарядов, особеннопри высоких градиентах напряжения,имеет большие потери и являетсяполяризацией замедленного действия.

Поляризациядиэлектриков (за исключением резонансной)максимальна в статических электрическихполях. В переменных полях, в связи сналичием инерции электронов, ионов иэлектрических диполей, вектор электрическойполяризации зависит от частоты.

Источник: https://i-flashdrive.ru/raznoe/formula-opredeleniya-napryazheniya-kak-rasschitat-napryazhenie-v-cepi-yandeks-znatoki.html

Электрическое напряжение. Краткая характеристика

Электрическое напряжение – это энергетическая характеристика электрического поля. Напряжение численно равно отношению работы по перемещению заряженной частицы q к величине заряда данной частицы.

Если для перемещения заряда величиной один кулон совершили работу величиной один джоуль, то величина электрического напряжения — один вольт. Вольт — единица измерения напряжения по международной системе СИ. Названа в честь Алессандро Вольта, который открыл первый в мире источник электрической энергии (гальванический элемент).

Об электрическом напряжении иногда говорят как о разности потенциалов. Допустим, что потенциал одной точки поля равен 5 кулон, а второй точки поля 10 кулон. Напряжение между двумя точками будет равно разности потенциалов двух точек 10 Кл — 5 Кл = 5 В.

Для записи значения напряжения часто используют киловольты (1 кВ=1000 В), милливольты (1 мВ=0,001 В). Реже встречается величина мегавольт (1 МВ=1000 кВ), гигавольт (1 ГВ=1000 МВ), а также микровольт (1 мкВ=0,001 мВ) и нановольт (1 н=0,001 мкВ).

Как правило, в электроустановках рабочим напряжением до 1000 В для обозначения параметра используют вольты, а в электроустановках свыше 1000 В — киловольты. Для определения значения напряжения используют специальные электроизмерительные приборы — вольтметры.

В зависимости от величины измеряемого напряжения помимо вольтметров применяют милливольтметры и киловольтметры.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как рассчитать резистивный делитель

Электрическое напряжение в трехфазной сети

Основа всей нашей энергосистемы — трехфазная сеть. В трехфазной сети различают два вида электрического напряжения: линейное и фазное. Линейное напряжение сети – это напряжение между двумя линейными проводами трехфазной сети.

Фазное напряжение сети – значение напряжения между началом и концом одной из трех фаз электрической сети, то есть напряжение между линейным проводом и нейтральным (нулевым) проводом. При соединении нагрузки потребителей по схеме «треугольник» линейное напряжение равно фазному напряжению сети.

При соединении потребителей электрической энергии по схеме «звезда» линейное напряжение в корень из трех больше фазного. Например, линейное напряжение 380 вольт, а фазное напряжение – 220 вольт.

Напряжение в трехфазной сети принято обозначать дробью, в которой числитель – фазное напряжение сети, а знаменатель – линейное напряжение сети. Например, 127/220 В, 220/380 В, 380/660 В.

Существует общепринятый ряд стандартных (номинальных) значений напряжений в трехфазной электрической сети:

— в электроустановках до 1000 В: 127, 220, 380, 660 В. — в электроустановках выше 1000 вольт: 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500 кВ. Значительное превышение определенного стандартами номинального значения напряжения именуется перенапряжением.

Номинальные значения электрического напряжения некоторых объектов

(объект, тип и величина напряжения):

  • электрокардиограмма: импульсное, 1-2 мВ;
  • пальчиковая батарейка: постоянное, 1,5 В;
  • антенна телевизионная: высокочастотное, 1-100 мВ;
  • батарея «крона»: постоянное, 9 В;
  • питание ноутбука: постоянное, 12 В;
  • телефонная линия: постоянное, 60 В;
  • разряд угря электрического: постоянное, 650 В;
  • разряд ската электрического: постоянное, 250 В;
  • контактная система трамвая: постоянное, 550 В;
  • электросеть России: переменное 220/380 В;
  • электросеть США: переменное 110/190 В;
  • электросеть Японии: переменное 100/172 В.
  • грозовое облако: постоянное, до 10 ГВ. (10 гигавольт = 10000000000 вольт!!!)

Источник: http://elektri4estwo.ru/osnovi-elektrotehniki/2-elektricheskoe-napryajenie.html

Что такое напряжение

Электрическое напряжение – это работа, которая необходима для подачи заряда электрическим полем от поставщика до потребляемого прибора по проводам или без них. Проще говоря, это величина силы, потраченной для доставки определенного заряда тока по проводнику от одного конца на другой. Без напряжения не будет перемещения заряженных частиц, а, следовательно, ток не будет поступать к потребителю, номинальная величина в цепи будет равна нулю.

Электрическим током заряжены все элементы и предметы, которые окружают человека, разница лишь в величине напряжения – у некоторых вещей данный показатель минимален и фактически не заметен, у других – наличие тока более выражено.

За долгие годы исследований ученые изобрели множество приборов, которые способны вырабатывать электрический ток различного напряжения и силы, начиная от малогабаритных и заканчивая крупными электростанциями, питающими целые города.

Электрическое напряжение напрямую связано с силой тока: чем выше напряжение, тем выше будет величина силы тока.

Для более точного понимания определения напряжения тока необходимо разобраться в физике образования электричества в целом. Откуда берется электрический ток?

Все предметы и вещества состоят из атомов с положительным зарядом, число которых равно числу вращающихся вокруг них отрицательно заряженных частиц. Проще говоря, количество электронов равно количеству нейтронов.

Чтобы возникло напряжение в сети, из ядра извлекаются некоторые электроны, возникает разряжение, и оставшиеся частицы пытаются восполнить пробел путем притяжения электронов снаружи, возникает положительный заряд.

Если же добавить электроны в атом, возникнет переизбыток, и образуется отрицательное энергетическое поле.

В результате такого взаимодействия возникают положительный и отрицательный потенциалы, и чем больше контакта у этих элементов, тем выше сила и напряжение электрического тока. При соединении указанных потенциалов образуется энергетическое поле, которое увеличивается при повышении количества заряженных атомов внутри себя.

Формула для вычисления напряжения тока выглядит следующим образом:

U=A/q, где:

  • U – это само напряжение,
  • A – работа, необходимая для перемещения заряда,
  • Q – отрезок расстояния, на которое перемещается заряженный атом.

Таким образом, можно сделать вывод, что сила тока на протяжении всей цепи будет одинаковой, а напряжение на каждом из участков будет разным, в зависимости от нагрузки на данный отрезок. Как известно, энергия не возникает из ниоткуда и не пропадает в неизвестном направлении, поэтому при повышении напряжения на определенном участке провода избыточный ток выражается в тепловой нагрузке, проще говоря, материал, из которого изготовлен проводник, начинает греться.

Влияние температуры проводника на сопротивление

От чего зависит напряжение

Электрическое сопротивление

Существует три основных фактора, влияющих на норматив напряжения электрических токов, среди которых:

  1. Материал, из которого выполнен проводник. Для решения определенных задач существуют различные типы проводов, чаще всего можно встретить медные или алюминиевые изделия различного сечения и наружной оболочки. Наружная обмотка таких проводов бывает также из множества материалов, защитных и декоративных, например, ПВХ пленка или резиновая защита. Такая обработка позволяет использовать проводку в любых условиях, в том числе для организации наружного освещения;
  2. Температуры использования проводника;
  3. Уровня сопротивления электрического тока на данном участке. Данная величина зависит от свойств проводимости кабеля или иного предмета, подключенного к сети, и способности к беспрепятственному пропуску атомов через себя. Существуют материалы с нулевым сопротивлением или полностью диэлектрические, то есть не способные проводить электрический ток любого напряжения.

Ток и его напряжение напрямую зависят друг от друга, поэтому и их обозначения одинаковы. Напряжение тока измеряется в Вольтах и обозначается буквой В.

Вольт выражается в разности положительного и отрицательного потенциалов на двух удаленных от друг друга точках поля, силы которого совершают усилия, равные одному Дж, при доставке заряда от одного отрезка к конечному.

Номинал единицы заряда равен одному Кл, таким образом, обозначение 220 Вольт включает в себя понятие, что данная сеть способна потратить энергию в 220 Дж для транспортировки зарядов от входной точки до потребителя, это и называется электрическим напряжением в сети.

Виды напряжения электрического тока

Синусоида постоянного и переменного тока

Что такое электрическое напряжение, описывается в учебниках по физике, там же приводится его классификация на основании временного промежутка подачи энергии. По данному признаку напряжение бывает:

  1. Постоянное – это когда на одном конце проводника ток и электрическое напряжение положительные, а на другом – отрицательные, и их значение направлено в одну сторону. Чаще всего такая система встречается в автономных батареях слабой и средней мощности;

Важно! Случайная или умышленная замена полярностей может привести к выходу из строя прибора, а также короткому замыканию при соединении нескольких элементов, осуществлять это нужно последовательно, стыкуя минусовый контакт к плюсовому. Синусоида при постоянном токе будет ровной без рывков и волн.

  1. Переменный ток и электрическое напряжение отличаются от постоянных тем, что у них может быть несколько направлений, например, при частой замене потенциалов полярностей или их перемещении возникает обратное движение заряда, частота данного действия и будет показателем переменного тока. Чаще всего данную систему используют для транспортировки электричества по проводнику на большие расстояния, так как потери тока минимальны, следовательно, и напряжение не уменьшается. Также переменный ток используется в трехфазных двигателях и при доставке постоянного тока на трансформатор для его последующего разделения. Синусоида переменного тока выглядит неровной, волнообразной, с множественными скачками. Существуют формула и механизмы, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный, это возможно при наличии конденсаторов и диодного моста.

Между фазами переменного тока также существуют свои показатели, в данном случае напряжение равно 380В, по количеству разности потенциалов в трехфазной сети. В сети напряженностью 220В всего два провода: один – с несущей фазой, второй – с нулем, также для безопасности добавляется кабель заземления. В трехфазной сети имеется четыре жилы, и один дополнительный заземляющий провод, в сумме напряжение всех трех фаз составляет 380В.

Меры предосторожности

Электрическое поле – это?

Ток и электрическое напряжение являются источником повышенной опасности, поэтому при работе и эксплуатации данного типа энергии необходимо соблюдать нормы и правила безопасности, не допускать аварийных ситуаций и обеспечить все приборы автоматической системой отключения питания.

Запрещается работать с проводкой, находящейся под напряжением, или без устройства для заземления. В случае возникновения короткого замыкания необходимо отключить все приборы от сети и предотвратить возгорание обмотки двигателя или кабеля.

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/ehlektricheskoe-napryazhenie.html

Напряжение электрического тока

При описании протекающих в электроцепи процессов в электротехнике задействованы такие понятия, как напряжение и электрический ток. Каждое из них имеет соответствующее назначение.

Определение напряжения в физике

Определение 1

Электрическим током в физике считают направленное перемещение заряженных частиц, создаваемое электрополем, совершающим при этом определенную работу.

Работа создающего ток электрического поля называется работой тока ($A$). Она может на разных участках цепи отличаться, однако при этом окажется пропорциональной проходящему через него заряду.

Физической величиной работы тока на конкретном участке при перемещении по нему заряда 1 Кл выступает электрическое напряжение ($U$). Напряжение электрического тока в различных участках цепи будет разным. Напряжение на участке пустого провода окажется совсем незначительным, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо больше, так как на величину напряжения влияет величина работы, произведенной током.

Для определения напряжения на отдельно взятом участке существует следующая формула:

  • Курсовая работа 460 руб.
  • Реферат 250 руб.
  • Контрольная работа 240 руб.

$U =\frac{A}{q}$, где:

  • $A$ — работа тока,
  • $q$ — прошедший по участку заряд.

Замечание 1

Для обеспечения движения частиц в проводнике, потребуется совершить определенную работу. Ее совершает источник. Работу источника будет характеризовать напряжение. Чем оно больше, тем большую работу совершает источник, тем ярче будет светить лампочка в цепи.

Напряжение на полюсах источника тока характеризует потенциальная величина энергии, которую источник придает току. Это аналогично давлению воды в трубах. Эта величина энергии, которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Для измерения напряжения между полюсами источника тока применяется прибор – вольтметр. Его подключают непосредственно к источнику тока. Можно измерять напряжение для каждого элемента цепи. Отличием от амперметра является подключение вольтметра не произвольным образом (в любом месте цепи), а параллельно нагрузке.

Вольтметр в таком случае будет показывать величину приложенного к нагрузке напряжения. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора. При включении в цепь вольтметра, важным условием является соблюдение полярности:

  • провод, идущий от источника тока (+), нужно подсоединить к клемме вольтметра (+);
  • провод, идущий от минусового полюса источника тока, присоединяется к клемме вольтметра (-).

Вольтметры существуют в виде приборов постоянного и переменного тока. В первом варианте на циферблате прибора изображается прямая линия, а во втором – волнистая.

Безопасным для человека напряжением считается показатель в 42 В (при нормальных условиях) и 12 В (в условиях повышенной опасности, то есть при высокой температуре, сырости и пр.).

Сила электрического тока

Электрический ток определяется проходящими сквозь проводник электронами. Эти электроны несут отрицательный заряд. Силу тока (количество электричества) характеризует именно объем этого заряда. Она будет одинаковой во всех участках цепи:

$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}$, где $q$ заряд.

Замечание 2

Электроны не способны просто исчезнуть. Это объясняет возможность их измеримости на любом участке электрической цепи. При прохождении по проводам ток нагревает их лишь слегка, при этом он не совершает большую работу.

При прохождении через спираль электрической лампы, ток не ограничивается ее простым нагреванием. Так, он раскаляет ее до такой степени, что она начинает светиться. В этом случае током совершается механическая работа и при этом достаточно трудоемкая, с затратами собственной энергии. Электроны продолжают двигаться дальше в том же количестве, при этом энергии у них становится меньше.

Свойства электрического тока

Частицами, переносимыми заряд, могут быть ионы, протоны и электроны Отсутствие замкнутой цепи делает электрический ток невозможным.

Частицы, обладающие способностью переноса электрических зарядов, могут существовать далеко не во всех веществах. Те, в которых они присутствуют, будут называться полупроводниками и проводниками. Вещества, где они отсутствуют, называют диэлектриками. Направление тока принято считать от плюса к минусу, а движение электронов осуществляется, напротив, от минуса к плюсу.

Единицей измерении для силы тока служит Ампер (А), а обозначением – буква $I$. Ток в один Ампер появляется в момент прохождения через точку электроцепи заряда в 1 Кулон, что осуществляется за одну секунду.

Если напряжение не изменяет свою полярность с плюсовой на минусовую, а ток продолжает течь в одном направлении, то мы имеем дело с постоянным током и, соответственно, — с постоянным напряжением.

$A=IUt=I2Rt=t\frac{U2}{R}$, где $A$ — работа тока

При условии, что источник напряжения изменит свою полярность, а ток будет периодически менять свое направление, ток считается переменным (как и напряжение).

Значения в свое максимуме и минимуме представляют пиковые (амплитудные) значения силы тока. Напряжение в домашних розетках изменяет свою полярность со скоростью 50 раз в секунду. Колебания тока при этом постоянно меняются в своем направлении, а их частота будет составлять 50 Гц.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/napryazhenie_elektricheskogo_toka/

Электрическое поле в эфире

Физики пока не в состоянии сказать, что такое электрическое поле. Собрали массу знаний, даже составили описательные формулы, выражения, но сути не представляют. Одновременно высмеивают понятие эфира, а значит, Алессандро Вольту, давшего имя, используемое теперь для обозначения единицы электрического напряжения. Итак, по нынешним меркам:

Электрическое поле – вид материи, посредством которой взаимодействуют электрические заряды.

Читатели уже догадались, что правило выписано из советского учебника (времён СССР), логично поинтересоваться мнением «идеалистов» на Западе (в противовес материалистам). Википедия на русском даёт уже более осторожное определение, трактуя электрическое поле как часть электромагнитного. Не углубляясь в суть.

Как следовало ожидать, на Западе говорят, что электрическое поле – нечто, неподвластное органам чувств, что определяется через единичный тестовый заряд путём опыта. Определение векторного поля тоже мало сообщает об истинной природе вещей. Приходится признать, что человечество пока не понимает поля и причину их взаимодействия указанным образом.

Решили один вид статических зарядов обозначить положительным, второй отрицательным. Существование двух видов признавал ещё Бенджамин Франклин в XVIII веке. Линии электрического поля начинаются и заканчиваются исключительно на зарядах. Это ключевой постулат, объясняющий работу конденсаторов, экранов и прочих приспособлений. Поле принято обозначать силовыми линиями, исходящими из положительных зарядов и входящими в отрицательные. Не все задумываются над причинами происходящего.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое реверсивный магнитный пускатель

Линии направлены по указанному, пробный (тестовый) заряд (см. определение выше) тоже положительный. Вектор направлен по ходу движения. Общеизвестно, что заряды одинакового знака отталкиваются, если пробный положительной полярности, он стремится удалиться. В ту сторону изображают и линии напряжённости электрического поля. Соответственно, пробный заряд притягивается отрицательным.

Сегодня направление тока перепутано с истинным движением электронов по той причине, что физики избрали пробным зарядом положительный. Бытует мнение, что Бенджамин Франклин ввёл в заблуждение целый Земной шар. Он считал, что стекло обладает избытком электрической жидкости (флюида), назвав заряд стеклянным. Соответственно, смоляное электричество – отрицательное (избыток электронов). Читатели уже догадались, что в момент выбора требовалось сделать наоборот.

Разница потенциалов электрического поля

Вследствие путаницы магнитные полюса Земли (истинные) перепутаны. Впрочем, об этом упоминается в теме, касающейся магнитного поля. Итак, линии напряжённости начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. В каждой точке характеризуются напряжённостью – силой, действующей на пробный заряд. Эта величина, разумеется, векторная, направленная согласно с силовыми линиями.

Как следует из определения, единицей измерения напряжённости считается Н/Кл, но на практике применяется производная величина – В/м, которая уже ближе стоит к напряжению и привычным обозначениям тока и разницы потенциалов.

Опытным путём, построением картины поля определено, что линии поля не пересекаются. Это траектории движения пробного (тестового) положительного (стеклянного) заряда.

Линии напряжённости поля не замыкаются на себя по очевидной причине: направление оказалось бы противоположным на концах, что невозможно.

Из этого вытекает малоизвестный публике факт: при любой удалённости электрических зарядов, силовые линии поля все равно найдут путь. Указанный закон проявляется на всех планах Вселенной. Отсюда происходят принципы действия многих устройств.

К примеру, поле внутри металла не существует, свободные электроны занимают такое положение близ поверхности, что их собственные линии напряжённости блокируют проникновение внутрь чужеродной материи (термин взят согласно вышеуказанному определению).

  Договорились, что условно изображая поле на чертеже силовыми линиями, физики через их плотность нанесения охарактеризуют размер напряжённости. Из рисунка станет понятен характер распределения силы.

Указанные утверждения приводят к потенциалу. Если силовые линии не пересекаются, начинаются и заканчиваются на зарядах, косвенно следует, что работа совершаемая вдоль каждой не зависит от формы траектории. Подобные поля в физике принято называть потенциальными:

Работа электрического поля по перемещению заряда зависит исключительно от разницы между потенциалами двух точек – начальной и конечной.

Налицо разница потенциалов. К полям рассматриваемого типа относится и гравитационное. Физики Жданов и Маранджян вполне однозначно трактуют понятие потенциала:

Потенциальной энергией точки в поле становится работа, затраченная полем, чтобы переместить пробный заряд на бесконечно далёкое расстояние.

Это не значит, что работа совершена, если заряд прочно удерживается на месте. При освобождении заряд понемногу отдалился бы в бесконечность. Понятна тесная связь магнитного, электрического и гравитационного полей. Из сказанного проистекает определение для потенциала:

Потенциалом называют потенциальную энергию в поле единичного пробного заряда.

Как правило, потенциал считается скалярной величиной, чтобы удобнее производить вычисления. Для определённости пробный заряд берётся положительным, хотя это неверно. Если работа совершается против сил поля при перемещении в бесконечную точку, потенциал окажется отрицательным. Единицей измерения потенциала применяется вольт.

Влияние напряжения

Под действием электрического напряжения в проводниках возникает ток, как и при прикосновении внешнего поля. Для поддержания процесса выполняются два условия:

  1. Замкнуть контур из проводников.
  2. Создать движущую силу для восполнения энергии поля.

Диэлектрики ведут себя иначе. До определённых пор энергия поля ориентирует по-новому мелкие диполи материала. Удерживающие силы обладают упругостью, разрешая «запасать» энергию в виде механической. Когда внешнее поле ослабевает, система возвращается в прежнее состояние, отдавая накопленное.

Если электрическое напряжение слишком высокое, наступает отрыв диполей либо расформирование. Что внешне выражается в разрушении материала диэлектрика. Тогда говорят о некотором предельном напряжении электрической изоляции, выше которого вещество неспособно выполнить функции. Для обычных, рядовых бытовых цепей проверка диэлектрика осуществляется электрическим напряжением 500 В.

Из истории

Сложно сказать, кто ввёл понятие напряжения, но в исходном виде термина voltage не отмечалось. Англоязычное слово указывает на Алессандро Вольту. Физики эпохи становления отрасли электромагнетизма чаще применяли термин electrical tension. Это нечто, связанное с напряжённостью из механики. Из категории, что и тензометрические датчики напольных весов.

К слову сказать, напряжённость на Западе называют интенсивностью (intensity). Предполагаемый основоположник Вольта потому, что в трудах всех без исключения учёных начала XIX века проскальзывает словцо – tension. В современном английском слова нет.

Ответ прост: это – сложившаяся дань традиции. К примеру, Алессандро Вольта делал доклады зарубежным академиям наук, но не вооружившись устоявшейся терминологией, на ходу придумывал подходящие обозначения.

Ввёл в обиход понятие конденсатора (condensor), которое прижилось гораздо лучше, нежели tension. Мы полагаем, что у слова латинские корни, а в Италии и Испании им до сего дня обозначают электрическое напряжение.

Следовательно, если ток берет исходное название от Луиджи Гальвани – так говорили все авторы начала XIX века – tension происходило из уст Вольты.

К сожалению, авторы не проводили углублённое изучение вопроса и не могут привести название работы, где впервые прозвучала речь об электрическом напряжении. Но совершенно точно, что Ампер, Араго, Ом оперировали термином tension.

В английском языке слово voltage едва ли появилось ранее 80-х годов XIX века, IEC ввели единицу вольт лишь в 1881 году. Он составлял 100 млн. единиц напряжения системы СГС. В дальнейшем, как эпредполагается, появилось слово voltage, заменив присутствующее раньше tension.

Источник: https://vashtehnik.ru/enciklopediya/elektricheskoe-napryazhenie.html

Что такое напряжение

Что такое напряжение в электронике и электротехнике? Как его можно трактовать? Обо всем этом мы как раз и поговорим в нашей статье.

Напряжение с точки зрения гидравлики

Все вы видели и представляете, как выглядит водонапорная башня или просто водобашня. Грубо говоря, это большой высокий “бокал”, заполненный водой.

водоносная башня

Так вот, представим себе, что башня доверху наполнена водой. Получается, в данный момент на дне башни ого-го какое давление!

водобашня, заполненная водой

А что, если слить из башни воду хотя бы наполовину? Давление на дно башни уменьшится вдвое. А давайте-ка нальем в пустую башню одно ведро воды! Давление на дно башни будет мизерное.

Представьте такую ситуацию. У нас есть водонос, а шланг мы закупорили пробкой.

Вода вроде бы готова бежать, но бежать то некуда! Пробка туго закупоривает шланг. Но на саму пробку сейчас оказывается давление, которое создает насосная станция. От чего зависит давление на пробку? Думаю понятно, что от мощности насоса.

Если мощность насоса будет большая, то пробка вылетит со скоростью пули, или давление порвет шланг, если пробка туго сидит в шланге. В данном случае давление создается с помощью насоса.

То есть можно сказать, что это модель башни с водой в горизонтальном положении.

Все то же самое можно сказать и про водобашню. Здесь давление на дно создается уже гравитационной силой. Как я уже говорил,  давление на дне башни зависит от того, сколько воды в башне в данный момент. Если башня наполнена водой под завязку, то и давление на дне башни будет большое, и наоборот.

А теперь представьте себе какое давление на дне океана, особенно в Марианской впадине! Что можно сказать про давление в этих двух случаях? Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте и никуда не двигаются. Запомните этот момент. Давление есть, а движухи – нет.

Электрическое напряжение

Это давление на дно и есть то самое напряжение (по аналогии с гидравликой). В данном случае, дно башни – это ноль, начальный уровень отсчёта. За начальный уровень отсчёта в электронике берут вывод батарейки или аккумулятора со знаком “минус”. Можно даже сказать, что уровень “воды в башне” у 12-вольтового автомобильного аккумулятора выше, чем уровень воды 1,5 Вольтовой пальчиковой батарейки.

Так вот, по аналогии с электроникой, это давление называется напряжением. Например, вы, наверное, не раз слышали такое выражение, типа “блок питания может выдать от 0 и до 30 Вольт”. Или говоря детским языком, создать “электрическое давление” на своих клеммах (отметил на фото) от 0 и до 30 Вольт. Нулевой уровень, откуда идет отсчет электрического давления, обозначается минусом.

источник питания постоянного тока

Электрическое напряжение  – это еще не значит, что в электрической цепи течет электрический ток. Для того, чтобы появился электрический ток, электроны должны двигаться в одном направлении, а они в данный момент тупо стоят на месте. А раз нет движения электронов, то и нет электрического тока.

С точки зрения электроники, на одном щупе блока питания есть давление, а на другом его нет. То есть это земля, на которой стоит башня, если провести аналогию с гидравликой. Поэтому, положительный  щуп блока питания да и вообще всех приборов стараются сделать красным, мол типа берегитесь, здесь высокое давление! А отрицательный щуп  – черным или синим.

В электронике, чтобы указать, на каком выводе больше ” электрическое давление”, а на каком меньше проставляют два знака: плюс и минус, соответственно положительный и отрицательный. На плюсе избыточное “давление”, а на минусе – ноль.

Поэтому, если замкнуть эти два вывода между собой, электрический ток устремится от плюса к минусу, но напрямую этого делать крайне не рекомендуется, так как это уже будет называться коротким замыканием.

Формула напряжения

В физике есть формула, хотя практического применения она не имеет. Официальная формула записывается так.

формула напряжения

где

A – это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули

q – заряд, Кулон

U – напряжение на участке электрической цепи, Вольты

На практике напряжение на участке цепи выводится через закон Ома.

напряжение из закона Ома

где

I – сила тока, Амперы

R – сопротивление, Омы

Напряжение тока – что это означает?

Этот термин очень часто можно услышать в разговорной речи. Ток, в данном случае, это электрический ток. Получается, напряжение тока – это напряжение электрического тока. Просто у нас так сокращают. Как я уже говорил выше, ток бывает переменным и постоянным. Постоянный ток и постоянное напряжение – это синонимы, как и переменный ток и переменное напряжение. Получается фраза “напряжение тока” говорит нам о том, какое напряжение между двумя точками или проводами в электрической цепи.

Например, на вопрос “какое напряжение тока в розетке” вы можете смело ответить: переменный ток 220 Вольт”, а на вопрос “какое напряжение тока тока у автомобильного аккумулятора”, вы можете ответить “12 Вольт постоянного тока”. Так что не стоит пугаться).

Постоянное и переменное напряжение

Напряжение бывает бывает постоянным и переменным. В разговорной речи часто можно услышать “постоянный ток” и “переменный ток. Постоянный ток и постоянное напряжение – это синонимы, то же что и переменный ток и переменное напряжение.

На примере выше мы с вами рассмотрели постоянное напряжение. То есть давление воды на дно башни в течение времени постоянно. Пока в башне есть вода, она оказывает давление на дно башни. Вроде бы все элементарно и просто. Но какое же напряжение называют переменным?

Все любят качаться на качелях:

Сначала вы летите в одном направлении, потом происходит торможение, а потом уже летите обратно спиной и весь процесс снова повторяется. Переменное напряжение ведёт себя точно так же. Сначала “электрическое давление” давит в одну сторону, потом происходит процесс торможения, потом оно давит в другую сторону, снова происходит торможение и весь процесс снова повторяется, как на качелях.

Тяжко для понимания? Тогда вот вам еще один пример из знаменитой книжки “Первые шаги в электронике” Шишкова. Берем замкнутую систему труб с водой и поршень. Поршень у нас находится в движении. Следовательно, молекулы воды у нас отклоняются то в одну сторону:

то в другую:

переменное напряжение

Так же ведут себя и электроны. В вашей домашней сети 220 В они колеблются 50 раз в секунду. Туда-сюда, туда-сюда. Столько-то колебаний в секунду называется Герцем. В литературе пишется просто “Гц”. Тогда получается, что колебание напряжения в наших розетках 50 Гц, а в Америке 60 Гц. Это связано со скоростью вращения генератора на электростанциях. В разговорной речи постоянное напряжение называют “постоянкой”, а переменное – “переменкой”.

Осциллограммы постоянного и переменного напряжения

Давайте рассмотрим, как выглядит переменное и постоянное напряжение на экране осциллографа. Как вы знаете, осциллограф показывает изменение напряжения во времени. Если на щуп осциллографа не подавать никакое напряжение, то на осциллограмме мы увидим простую прямую линию на нулевом уровне по оси Y. Ось Y – это значение напряжения, а ось Х – это время.

осциллограмма нулевого напряжения

Давайте подадим постоянное напряжение. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения  – это также прямая линия, параллельная оси времени. Это говорит нам о том, что с течением времени значение постоянного напряжение не меняется, о чем нам лишний раз доказывает осциллограмма.

осциллограмма постоянного напряжения

А вот так выглядит осциллограмма переменного напряжения. Как вы видите, напряжение со временем меняет свое значение. То оно больше нуля, то оно меньше нуля.

осциллограмма переменного напряжения

Про параметры переменного напряжения можете прочитать в этой статье.

Также отличное объяснение темы можно посмотреть в этом видео.

Источник: https://www.ruselectronic.com/naprjazhjenije/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
Что называется последовательным соединением резисторов

Закрыть