Домой Регистрация
Приветствуем вас, Гость



Форма входа

Население


Вступайте в нашу группу Вконтакте! :)




ПОИСК


Опросник
Используете ли вы афоризмы и цитаты в своей речи?
Проголосовало 514 человек


Напряжение что это такое определение


Электрическое напряжение: определение, формулы и как измеряется

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:

Напряжение всегда измеряется в двух точках с помощью устройства, называемого вольтметром. Вольтметры являются либо цифровыми, либо аналоговыми, причем последний является наиболее точным. Вольтметры обычно встроены в портативные цифровые мультиметровые устройства, как показано ниже, они являются распространенным и часто важным инструментом для любого электрика или инженера-электрика. Обычно вы найдете аналоговые вольтметры на старых электрических панелях, таких как распределительные щиты и генераторы, но почти все новое оборудование будет поставляться с цифровыми счетчиками в качестве стандарта.

Портативный цифровой мультиметр с функцией вольтметра

На электрических схемах вы увидите устройства вольтметра, обозначенные буквой V внутри круга, как показано ниже:

Расчет напряжения

В электрических цепях напряжение может быть рассчитано в соответствии с треугольником Ома. Чтобы найти напряжение (V), просто умножьте ток (I) на сопротивление (R).

Напряжение (V) = ток (I) * сопротивление (R)

V = I *R

Пример

Ток в цепи (I) = 10 АСопротивление цепи (R) = 2 Ом

Напряжение (V) = 10 А * 2 Ом

Ответ: V = 20В

Резюме

meanders.ru

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.

2) Диэлектрики в электрическом поле

В отличие от проводников, в диэлектриках нет свободных зарядов. Все заряды являются

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

вблизи узлов кристаллической решётки.

Соответственно, при помещении диэлектрика в электрическое поле не возникает направлен-ного движения зарядов

1

. Поэтому для диэлектриков не проходят наши доказательства свойств

проводников — ведь все эти рассуждения опирались на возможность появления тока. И дей-ствительно, ни одно из четырёх свойств проводников, сформулированных в предыдущей статье,

не распростаняется на диэлектрики.

1. Напряжённость электрического поля внутри диэлектрика может быть не равна нулю.

2. Объёмная плотность заряда в диэлектрике может быть отличной от нуля.

3. Линии напряжённости могут быть не перпендикулярны поверхности диэлектрика.

4. Различные точки диэлектрика могут иметь разный потенциал. Стало быть, говорить о

«потенциале диэлектрика» не приходится.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.

Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на его поверхности связанных электрических зарядов с некоторой поверхностной плотностью σ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле c напряжённостью , направленное против внешнего поля с напряжённостью . В результате напряжённость поля внутри диэлектрика будет выражаться равенством:

В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:

Поляризация диэлектриков (за исключением резонансной) максимальна в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты.

studfiles.net

Электричество, ток, напряжение, сопротивление и мощность

Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.

И так будем разбираться во всем по порядку.

Электричество

Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.

Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.

Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.

Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.

Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.

Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10-19 Кл (Кулон). Обозначается е или е–.

Напряжение

Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).

Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.

Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.

Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).

Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.

Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!

Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·1018 электронов) за 1 секунду.

Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.

Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.

Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.

Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.

Сопротивление

Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.

Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.

На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.

Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.

Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.

Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.

Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.

И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.

Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.

Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.

imolodec.com

Электрическое напряжение. Видеоурок. Физика 8 Класс

Урок посвящен рассмотрению понятия электрического напряжения, его обозначению и единицам измерения. Вторая часть урока отведена преимущественно для демонстрации приборов измерения напряжения на участке цепи и их особенностям.

На прошлых уроках мы узнали о том, что такое сила тока, и о том, что эта величина характеризует действие электрического тока. Мы уже рассмотрели несколько факторов, от которых она зависит, теперь рассмотрим другие параметры, которые на нее влияют. Для этого достаточно провести простой эксперимент: подключить к электрической цепи сначала один источник тока, потом последовательно два одинаковых, а затем и три одинаковых источника, при этом каждый раз измеряя силу тока в цепи. В результате измерений будет видна простая зависимость: сила тока растет пропорционально количеству подключаемых источников. Почему же так получается? Функция источника тока – создавать электрическое поле в цепи, соответственно, чем больше включено последовательно в цепь источников, тем более сильное электрическое поле они создают. Из этого можно сделать вывод, что электрическое поле влияет на силу тока в цепи. При этом при перемещении зарядов по проводнику совершается работа электрического тока, что говорит о том, что работа электрического поля определяет силу тока в цепи.

С другой стороны, можно вспомнить аналогию между протеканием электрического тока в проводнике и воды в трубе. Когда речь идее о массе воды, протекающей через сечение трубы, то это можно сравнивать с величиной заряда, который прошел через проводник. А перепад высоты в трубе, который и формирует напор и течение воды, можно сравнить с таким понятием, как электрическое напряжение.

Для характеристики работы электрического поля по перемещению заряда введена такая величина, как электрическое напряжение.

Определение. Электрическое напряжение – физическая величина, которая равна работе электрического поля по перемещению единичного заряда из одной точки в другую.

Обозначение.  напряжение.

Единица измерения.  вольт.

Названа единица измерения напряжения в честь итальянского ученого Алессанро Вольта (1745–1827) (рис. 1).

Рис. 1. Алессанро Вольта (Источник)

Если привести стандартный пример о смысле всем известной надписи на любых домашних бытовых приборах «220 В», то она означает, что на участке цепи совершается работа 220 Дж по перемещению заряда 1 Кл.

Формула для расчета напряжения:

Где:

 работа электрического поля по перенесению заряда, Дж;

 заряд, Кл.

Следовательно, единицу измерения напряжения можно представить так:

Между формулами для вычисления напряжения и силы тока существует взаимосвязь, на которую следует обратить внимание:  и . В обеих формулах присутствует величина электрического заряда , что может оказаться полезным при решении некоторых задач.

Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр (рис. 2).

Рис. 2. Вольтметр (Источник)

Существуют различные вольтметры по особенностям их применения, но в основе принципа их работы лежит электромагнитное действие тока. Обозначаются все вольтметры латинской буквой , которая наносится на циферблат приборов и используется в схематическом изображении прибора.

В школьных условиях используются, например, вольтметры, изображенные на рисунке 3. С их помощью проводятся измерения напряжения в электрических цепях при проведении лабораторных работ.

(Источник) (Источник) (Источник)

Рис. 3. Вольтметры

Основными элементами демонстрационного вольтметра являются корпус, шкала, стрелка и клеммы. Клеммы обычно подписаны плюсом или минусом и для наглядности выделены разными цветами: красный – плюс, черный (синий) – минус. Сделано это с целью того, чтобы заведомо правильно подключать клеммы прибора к соответствующим проводам, подключенным к источнику. В отличие от амперметра, который включается в разрыв цепи последовательно, вольтметр включается в цепь параллельно.

Безусловно, любой электрический измерительный прибор должен минимально влиять на исследуемую цепь, поэтому вольтметр имеет такие конструктивные особенности, что его через него идет минимальный ток. Обеспечивается такой эффект подбором специальных материалов, которые способствуют минимальному протеканию заряда через прибор.

Схематическое изображение вольтметра (рис. 4):

Рис. 4.

Изобразим для примера электрическую схему (рис. 5), в которой подключен вольтметр.

Рис. 5.

В цепи почти минимальный набор элементов: источник тока, лампа накаливания, ключ, амперметр, подключенный последовательно, и вольтметр, подключенный параллельно к лампочке.

Замечание. Лучше начинать сборку электрической цепи со всех элементов, кроме вольтметра, а его уже подключать в конце.

Существует множество различных видов вольтметров с различающимися шкалами. Поэтому вопрос о вычислении цены прибора в данном случае очень актуален. Очень распространены микровольтметры, милливольтметры, просто вольтметры и т. д. По их названиям понятно, с какой кратностью производятся измерения.

Кроме того, вольтметры делят на приборы постоянного тока и переменного тока. Хотя в городской сети и переменный ток, но на данном этапе изучения физики мы занимаемся постоянным током, который подают все гальванические элементы, поэтому нас и будут интересовать соответствующие вольтметры. То, что прибор предназначен для цепей переменного тока, принято изображать на циферблате в виде волнистой линии (рис. 6).

Рис. 6. Вольтметр переменного тока (Источник)

Замечание. Если говорить о значениях напряжений, то, например, напряжение 1 В является небольшой величиной. В промышленности используются гораздо большие значения напряжений, измеряемые сотнями вольт, киловольтами и даже мегавольтами. В быту же используется напряжение 220 В и меньшее.

На следующем занятии мы узнаем, что такое электрическое сопротивление проводника.

Список литературы

  1. Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Классная физика (Источник).
  2. YouTube (Источник).
  3. YouTube (Источник).

Домашнее задание

  1. Стр. 92: вопросы № 1, 2; стр. 93: вопросы № 1–4; стр. 95: вопросы № 1–4, упражнение № 16. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Вычислите, какой заряд прошел через проводник, если при напряжении 36 В электрическое поле выполнило работу 72 Дж.
  3. Определите цену деления прибора:(Источник)
  4. Подготовьте доклад об устройстве вольтметра и видах этого прибора.
Page 2

Электрический кабель – это средство доставки энергии. На электростанции что-то сжигается (движется, происходит ядерная реакция) – полученная энергия превращается в электрическую, которая по проводам доставляется к нам. Благодаря ей работает утюг, электрический чайник и заряжается мобильный телефон.

Но как спроектировать электрическую сеть, какими характеристиками должны обладать различные приборы и как их правильно подключать к сети? Наш опыт подсказывает, что если лампочку от фонарика включить в розетку, то лампочка перегорит. А если обычную лампочку из люстры подключить к батарейке, то она не засветится. Кроме того, перепады в сети могут вызвать мигание света или даже привести к его отключению (например, срабатывает предохранитель). Значит, сеть может быть перегружена. Как это рассчитать? У нас уже есть характеристика – сила тока, но ее недостаточно. По двум неподключенным лампочкам (от фонарика и с люстры) ток вообще не течет, но при подключении в одну и ту же сеть они будут вести себя по-разному.

Воспользуемся уже известным нам инструментом – энергией. Электроприборы преобразуют электрическую энергию в тепловую, световую, механическую и т. д. для получения энергии – тепловой, световой, механической. Попробуем описать электрическое взаимодействие с помощью энергии и получить новые характеристики электрического тока.

 

Основные понятия

Существуют такие силы, работа которых не зависит от траектории движения тела, а определяется только его начальным и конечным положением. Такие силы называются потенциальными. Например, это сила тяжести и сила упругости. Для них мы вводили понятие потенциальной энергии (W), которая является характеристикой тела в данной точке пространства. Вспомним на примере силы тяжести. О потенциальной энергии есть смысл говорить относительно какого-то уровня, который мы принимаем нулевым. Тело массой m, находящееся на высоте h2 относительно нулевого уровня, обладает потенциальной энергией mgh2. Это значит, что если бы тело переместилось с высоты h2на нулевой уровень, то сила тяжести выполнила бы работу mgh2.

При перемещении тела на высотуh3 его энергия станет равна mgh3 – относительно того же нулевого уровня. А что нас интересует больше всего – это разность энергий, потому что при перемещении тела с уровняh2 на уровеньh3 работа силы тяжести А равна разности потенциальных энергий W1 – W2.

Электрическое взаимодействие является потенциальным, его работа по перемещению заряда не зависит от траектории, поэтому к нему можно применить понятие потенциальной энергии.

Есть два заряженных тела, они взаимодействуют друг с другом. Эту ситуацию можно описать с помощью электрического поля. Один заряд создает электрическое поле, и мы этот заряд больше не рассматриваем. Мы рассматриваем второй заряд, который находится в электрическом поле, чем бы оно ни было создано: одним или несколькими зарядами, батарейкой, другим источником питания. И мы рассматриваем потенциальную энергию, которой обладает заряд в электрическом поле. Эта энергия разная в разных точках поля (ближе или дальше от источника поля – заряда, контакта источника питания).

Чтобы переместить заряд из одной точки электрического поля в другую, нужно выполнить работу, которая как раз и будет равна разности потенциальных энергий поля в этих точках. Вспомните аналогию с механической потенциальной энергией: работа по подъему тела из точки А в точку В равна разности потенциальной энергии тела на высоте В и на высоте А. Энергия характеризует взаимодействие заряда с полем. Если поместить в данную точку поля поочередно разные заряды, то у них будет разная энергия.

Удобно ввести другую характеристику – потенциальную энергию разделим на заряд. Назовем эту величину потенциалом и обозначим буквой :

Это потенциальная энергия, которой обладает единица заряда в данной точке. Потенциал – это характеристика поля, она показывает, насколько оно «сильное»: какой бы мы заряд ни поместили в данную точку, каждый кулон заряда будет обладать такой энергией. Единицу измерения электрического потенциала, джоуль на кулон, обозначили вольт:

Разность энергий  равна работе  по перемещению заряда из точки в точку, а разность потенциалов  равна работе по перемещению каждого кулона заряда:

Разность потенциалов между двумя точками мы будем часто использовать, для нее придумали отдельное название: напряжение между этими точками, и обозначают его буквой U:

Естественно, как разность потенциалов, напряжение измеряется в вольтах:

Итак, разность потенциалов – это характеристика электрического поля, равная работе по перенесению единицы заряда из одной точки в другую. Понятно, что чем «сильнее» поле, тем большая работа совершается.

Электрический ток характеризуется силой тока – скоростью переноса заряда:

Заряд будет переноситься тем быстрее, чем сильнее электрическое поле, т. е. больше его напряжение. В итоге чем больше напряжение, тем больше сила тока:

В механике так же: в любой среде чем сильнее пнешь мяч, тем быстрее он полетит, т. е. есть пропорциональность, но в воздухе полетит быстрее, чем в воде, т. е. коэффициент пропорциональности для разных сред отличается – есть некое сопротивление среды (см. рис. 1).

Рис. 1. График зависимости скорости полета мяча от силы удара

Если подать на разные проводники одинаковое напряжение, сила тока может оказаться разной, а если подать это напряжение на кусок пластика – то вообще нулевой. То есть сила тока зависит еще и от свойств проводника. Вопрос в коэффициенте, который зависит от свойств проводника. Этот коэффициент для удобства обозначили как , а величину R назвали сопротивлением проводника. Получаем, что  или просто:

В таких обозначениях чем больше сопротивление, тем меньше сила тока – все логично. Данное выражение носит название закон Ома, в честь ученого Георга Ома, который открыл этот закон. Сопротивление проводника  измеряется в омах:

Если выразить из закона Ома сопротивление, то можно сформулировать физический смысл данной величины:

1 Ом – это сопротивление такого проводника, в котором возникает ток силой 1 А при подаче на его концы напряжения 1 В.

Коэффициент пропорциональности в законе Ома

Вспомним из курса алгебры, что такое прямая пропорциональность – это когда чем больше одна величина (x), тем больше другая (y), тогда мы говорим, что величина y прямо пропорциональна величине x. Математически это обозначается так: y=kx, где k – это коэффициент пропорциональности. Закон Ома утверждает, что сила тока I пропорциональна напряжению U. Аналогичным образом мы можем записать, что , где  – это коэффициент пропорциональности, который называется проводимостью проводника. Он так называется, поскольку, чем больше , тем больше будет ток . То есть, тем лучше проводник проводит ток.

Формула  является математической записью закона Ома, но чаще коэффициент  заменяют на . И закон Ома приобретает вид . Здесь мы видим, что чем больше сопротивление проводника , тем меньше будет сила тока. То есть проводник как бы сопротивляется протеканию тока. Есть удачная шуточная иллюстрация того, как напряжение и сопротивление влияют на протекание тока (см. рис. 2).

Рис. 2. Шуточная иллюстрация закона Ома

Теперь мы можем рассчитать, как соединить разные элементы в приборах, как подключить источник питания, как соединить приборы между собой в домашней сети и т. д. – для всего этого на практике применяется закон Ома. Совокупность устройств, элементов, которые соединены между собой для протекания электрического тока, называют электрической цепью. Любой прибор в электрической цепи является проводником и имеет собственное сопротивление. На схеме приборы обозначаются прямоугольниками, а провода, соединяющие приборы между собой и с источником тока, обозначаются линиями (см. рис. 3).

Рис. 3. Условное обозначение проводника на схеме электрической цепи

При этом считают, что соединительные провода не имеют сопротивления, а все сопротивление сосредоточено в этих самых прямоугольниках. Поэтому их еще называют резисторами (от англ. Resistance – сопротивление).

Любой ли прибор – проводник?

Мы сказали, что любой прибор в электрической цепи является проводником, имеет собственное сопротивление и на схеме обозначается прямоугольником. Это отчасти правда, давайте уточним. На схеме прямоугольником обозначается элемент, в котором нас интересует только его сопротивление. Лампочка, нагревательный элемент и амперметр на схеме обозначаются по-разному. Но если нам важно только рассчитать силу тока через элемент и мы его рассматриваем как «нечто, неважно что, с сопротивлением 1000 Ом», то можем обозначить его прямоугольником. Резистор – это элемент, который в цепи только для того и нужен, чтобы создавать сопротивление, поэтому для резистора прямоугольник – стандартное обозначение.

Стоит отметить, что формулу  называют законом Ома для участка цепи, поскольку рассматривается проводник, на который подано напряжение, и при этом не рассматривается, как и чем было создано это напряжение.

Количество свободных носителей заряда

Электрический ток – это движение заряженных частиц. Поэтому то, как проводник сопротивляется протеканию тока, может зависеть от количества этих самых движущихся частиц. Ведь логично, что чем больше движется заряженных частиц, тем больше переносится заряда.

В проводниках свободных заряженных частиц, т. е. носителей тока, очень много – приблизительно по одному на каждый атом. Считаем, что их в любом случае больше, чем может свободно проникнуть через кристаллическую решетку вещества. Поэтому для проводников количество свободных носителей не влияет на сопротивление – считаем, что их в любом случае достаточно. А вот в полупроводниках носителей тока меньше, поэтому их сопротивление будет зависеть от количества свободных заряженных частиц.

Электрический ток – это движение заряженных частиц. В процессе движения носители тока испытывают соударения. Например, в металлических проводниках свободные электроны сталкиваются с кристаллической решеткой металла. Это движение можно себе представить как движение потока воды через трубу с решетками. Движение воды соответствует протеканию тока, а решетки, которые мешают этому течению, являются аналогом кристаллической решетки проводника, которая препятствует протеканию тока (см. рис. 4).

Рис. 4. Протекание тока в проводнике

Естественно, что от того, какие решетки в трубе: узкие или широкие, будет зависеть то, как она задерживает движение воды. Аналогично и сопротивление проводника будет зависеть от того, какая кристаллическая решетка. А это определяется материалом, из которого сделан проводник. Кроме того, сопротивление будет зависеть от геометрических размеров проводника. Если взять более длинную трубу, то в ней будет больше решеток, то есть такая труба будет сильнее сопротивляться протеканию воды (см. рис. 5).

Рис. 5. Зависимость сопротивления протекания воды от длины трубы

Аналогично и сопротивление проводника будет тем больше, чем больше его длина:

Если взять более широкую трубу, то через нее сможет пройти больше воды, то есть такая труба будет меньше сопротивляться течению (см. рис. 6).

Рис. 6. Зависимость сопротивления протекания воды от площади поперечного сечения

Так и в проводнике: чем больше его площадь сечения, тем меньше его сопротивление:

С помощью аналогии с трубой мы посмотрели, от чего зависит сопротивление проводника. Если же провести эксперименты, то окажется что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади сечения:

Также мы отметили, что сопротивление зависит от материала проводника. Эта зависимость заключена в коэффициенте пропорциональности – удельном сопротивлении ρ. В итоге получаем формулу для сопротивления проводника:

 

Удельное сопротивление

Удельное сопротивление – это физическая величина, которая характеризует способность материала проводить электрический ток. Ее значение для различных материалов можно найти в таблицах. Стоит отметить, что удельное сопротивление зависит от температуры вещества, поэтому в таблице обычно указывается еще и температура, при которой измерено удельное сопротивление. Выразив удельное сопротивление из формулы, получим:

То есть в СИ единицы измерения этой величины:

Но учитывая, что площадь сечения металлических проводников в электрических цепях обычно незначительна, порядка , то часто в таблицах указывают значение в .

Также отметим, что удельное сопротивление принято обозначать такой же буквой (), как и плотность:

В этом нет ничего страшного, ведь физических величин очень много, а алфавит все же ограничен. Поэтому, если в одной задаче вам встретилась и плотность материала, и его удельное сопротивление, то можно уточнить обозначения индексами. Например, возле удельного сопротивления можно поставить индекс R (), а возле плотности индекс m ().

Кроме обозначений, отметим еще одну схожесть этих величин. Они обе являются характеристиками материала, так называемыми удельными величинами. Почему удобно ввести величину «плотность»? Нам бывает важно знать характеристику не предмета, а материала. Может быть большой и маленький шар из пенопласта. У них разные объемы и массы, но мы знаем, что это один и тот же пенопласт, каждый кубический сантиметр которого весит 0,015 грамма. Тогда мы можем вычислить и массу тела, зная его объем: . Аналогично и с удельным сопротивлением – это характеристика проводящего материала, по которой мы можем их сравнивать, что лучше проводит ток, а что хуже. И так же мы можем знать лишь материал проводника, а затем измерить его размеры и вычислить сопротивление:

Часто для работы электрических цепей необходимы определенные, заданные значения напряжения и силы тока в цепи. Исходя из закона Ома, , мы теперь знаем, что, регулируя сопротивление R, мы можем увеличивать или уменьшать силу тока I при заданном напряжении U. Было бы удобно иметь прибор, который позволяет это делать. Такой прибор с переменным сопротивлением называется реостат.

Как же сделать реостат? Можно просто взять прибор, в котором есть несколько резисторов с разными сопротивлениями. Мы можем переключаться между ними, пропуская ток через резистор с нужным нам сопротивлением (см. рис. 7).

Рис. 7. Как мог бы быть устроен реостат

Но есть и другой вариант, позволяющий плавно менять сопротивление. Сопротивление .  менять не так просто – для этого надо менять материал проводника. Остается длина проводника  или площадь сечения . Очевидно, легче менять длину проводника, через которую пропускается ток, тогда мы получим переменное сопротивление. Отрезать проводник не будем (иначе реостат получится одноразовым), сделаем по-другому. Если включить проводник в цепь – вот так (см. рис. 8).

Рис. 8. Включение реостата в цепь

Через выделенную оранжевым часть реостата ток протекать не будет, и эту часть проводника, включенную в цепь, можно менять (см. рис. 9).

Рис. 9. Изменение активной части реостата

Реостаты, работающие по этому принципу, называются ползунковыми (см. рис. 10).

Рис. 10. Ползунковый реостат. Условное обозначение

Рассмотрим принцип работы такого реостата. Пусть ползунок реостата расположен посередине. Ток течет через указанную часть проводника. Если мы передвинем ползунок в крайнее левое положение, то ток будет течь через весь проводник. Длина проводника, через которую течет ток, увеличится в 2 раза. Тогда, соответственно формуле , сопротивление реостата также увеличится в 2 раза. А сила тока через реостат при постоянном напряжении уменьшится в 2 раза, согласно закону Ома:

Обычно в электрических цепях присутствует не один, а несколько приборов. Между собой два прибора можно соединить лишь двумя способами.

1. Последовательно друг за другом. То есть так, чтобы ток сначала проходил через один, а затем через второй резистор. Такое соединение называется последовательным (см. рис. 11).

Рис. 11. Последовательное соединение резисторов

2. Соединить их так, чтобы ток разветвлялся и протекал параллельно и по одному, и по второму резистору. Такое соединение называется параллельным (см. рис. 12).

Рис. 12. Параллельное соединение резисторов

Как же применять закон Ома и рассчитывать ток, напряжение и сопротивление в этих случаях? Для ответа на вопрос обратимся к примеру с реостатом. Обозначим сопротивление реостата, когда ползунок был посередине, буквой R. Как мы уже выяснили, если передвинуть ползунок в крайнее левое положение, то сопротивление реостата увеличится в 2 раза, то есть станет 2R.

А теперь посмотрим на это с другой стороны. У нас есть левая и правая часть реостата. Каждая из них имеет сопротивление R. Эти части соединены между собой последовательно, ведь ток течет сначала по одной, затем по другой части.

Итак, мы можем считать, что реостат – это один проводник с сопротивлением 2R, а можем – что это два последовательно соединенных проводника каждый с сопротивлением R. Естественно, физические процессы никак не изменятся от того, как мы решили рассматривать этот реостат. Так и в любой цепи: у нас есть проводник, к которому приложено напряжение (см. рис. 12).

Рис. 12. R – сопротивление реостата

А дальше это уже наше дело: считать его одним целым или выделять из него отдельные проводники, как-то соединенные между собой. Например, мы можем рассматривать проводку в квартире как единый проводник. Можем разбить его по комнатам: проводки в гостиной, на кухне, в ванной комнате, которые соединены между собой. А можем рассмотреть это как отдельные соединенные электрические приборы.

А как связаны сопротивления отдельных частей проводника с его общим сопротивлением? Вернемся к реостату. Резистор с сопротивлением 2R эквивалентен двум последовательно соединенным резисторам с сопротивлением R каждый. Значение 2R мы можем получить, сложив их сопротивления:

R+ R= 2R

Мы рассмотрели частный случай, но и для любых двух проводников, соединенных последовательно, их общее сопротивление равно сумме их сопротивлений. Докажем это, а также получим аналогичную формулу для параллельного соединения проводников.

Сначала рассмотрим последовательное соединение (см. рис. 13). По закону сохранения заряда, заряд не может взяться из ниоткуда и исчезнуть в никуда.

Рис. 13. Последовательное соединение резисторов

Поэтому какой заряд вошел в данный участок цепи, такой заряд пройдет и через первый, и через второй проводники, ведь ответвлений нет:

Разделив на время, получим:

Сила тока через первый проводник равна силе тока через второй и равна общей силе тока на участке цепи. По аналогии с водой в трубах, в любом сечении через трубу протекает одинаковое количество литров в минуту – ей больше некуда деться.

Напряжение на всем участке цепи – это разность потенциалов между точками A и C (см. рис. 14):

Рис. 14. Напряжение в цепи при последовательном соединении резисторов

Аналогично напряжение на первом резисторе , на втором . Тогда общее напряжение последовательно соединенных резисторов равно сумме напряжений на каждом из них:

ведь:

Итак, для последовательных соединений выполняются соотношения:

Разделим обе части второго выражения на :

С учетом первого выражения:

Из закона Ома следует, что отношение  – это сопротивление проводника. То есть в левой части стоит сопротивление участка цепи как единого проводника, так называемое общее или эквивалентное сопротивление. А в правой части стоит сумма сопротивлений отдельных резисторов:

Итак, мы подтвердили формулу общего сопротивление последовательно соединенных проводников, полученную ранее для частного случая. Теперь рассмотрим параллельное соединение (см. рис. 15).

Рис. 15. Параллельное соединение резисторов

По закону сохранения заряда, заряд, пришедший в точку в разветвления (A) разделится: часть пойдет через первый, часть – через второй резистор. То есть:

Разделив на время, получим:

Сумма сил токов через первый проводник и через второй равна общей силе тока на участке цепи. По аналогии с водой в трубе, если труба разветвляется и до разветвления через нее протекает, к примеру, 5 л воды в минуту, то этот поток разделится между ветвями, например 2 и 3 л воды в минуту.

Напряжение на данном участке цепи – это разность потенциалов между точками А и В (см. рис. 16).

Рис. 16. Напряжение в цепи при параллельном соединении резисторов

Поэтому не имеет значения, будем ли мы считать это одним единым проводником или же двумя, соединенными параллельно – все равно это будет все то же напряжение. То есть:

Разделим выражение для сил токов на  и учтем равенство напряжений:

Из закона Ома:

Получаем следующее соотношение между общим сопротивлением параллельно соединенных резисторов и их сопротивлениями:

Итак, мы получили соотношения для характеристик тока при последовательном:

и параллельном соединениях:

Все они необходимы для расчета электрических цепей. Обычно сопротивления всех элементов цепи известны, поскольку их можно вычислить, зная геометрические параметры и материал проводника. Силу тока можно измерить с помощью амперметра. Его нужно подключить последовательно к тому проводнику, через который мы хотим измерить ток.

Для измерения напряжения используется вольтметр. На электрических схемах он обозначается буквой V. Для измерения напряжения вольтметр следует подключить параллельно резистору (см. рис. 17).

Рис. 17. Подключение амперметра и вольтметра в электрическую цепь

 

Особенности измерительных приборов. Амперметр и вольтметр

Рассмотрим важные особенности любых измерительных приборов. Во-первых, любым прибором можно измерить только его собственные характеристики. Например, термометр показывает свою собственную температуру. А чтобы измерить температуру чего-либо, нужно сделать одинаковыми температуры термометра и этого предмета. Именно за этим медицинский термометр нужно некоторое время держать подмышкой: чтобы температура термометра стала равной температуре нашего тела. Термометр покажет собственную температуру, а значит, и температуру тела.

Электрические измерительные приборы не являются исключением. Амперметр измеряет силу тока, который через него протекает. Поэтому его нужно подключать последовательно, чтобы сила тока через амперметр была равна силе тока через резистор. Аналогично и с вольтметром. Он измеряет напряжение на своих клеммах, поэтому его нужно подключать параллельно. Ведь только в этом случае напряжение на резисторе будет равно напряжению на вольтметре.

Во-вторых, измерительный прибор не должен вносить существенные изменения в саму систему. Например, нельзя с помощью термометра измерить температуру капли воды. Ведь в процессе выравнивания температуры происходит теплообмен между телом и термометром. Если тело большое, то его температура практически не изменится. А вот температура капли изменится существенно. Соответственно, такие измерения потеряют смысл. Это же касается вольтметра и амперметра. При включении их в цепь мы не должны существенно изменять параметры этой цепи. Для этого амперметры делают с очень маленьким сопротивлением , поскольку тогда напряжением  на амперметре можно будет пренебречь:

То есть при включении амперметра напряжение на резисторе практически не изменится, а на силу тока такое подключение вообще не окажет влияния. А вот вольтметры имеют очень большое сопротивление . Тогда током через вольтметр  можно пренебречь:

В таком случае при параллельном подключении вольтметра сила тока через резистор практически не изменится, а напряжение не изменится вовсе.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  2. Интернет портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  3. Интернет портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  4. Интернет портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
  5. Интернет портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

Домашнее задание

  1. Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100 м, площадью поперечного сечения 0,5 мм2, если к концам провода приложено напряжение 6,8 B.
  2. Чему равна сила тока в электрической лампе карманного фонаря, если сопротивление нити накала 16,6 Ом и лампа подключена к батарейке напряжением 2,5 В?
  3. При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В?

interneturok.ru

Электрический ток, напряжение — поймет даже ребенок!

Всем привет, на связи с вами снова Владимир Васильев.  Новогодние празднования подходят к концу, а значить надо готовиться к рабочим будням, с чем вас дорогие друзья и поздравляю! Хех,  только не надо расстраиваться и впадать в депрессию, нужно мыслить позитивно.

Так вот в эти новогодние праздники я как-то размышлял о аудитории моего блога: «Кто он? Кто тот посетитель моего блога, что каждый день заходит почитать мои посты?».  Может быть это прошаренный  спец зашел из любопытства почитать что я тут накалякал?  А может это какой -нибудь доктор радиотехнических наук зашел посмотреть как спаять схему мультивибратора? 🙂

Содержание статьи

Знаете все это маловероятно, потому как для  прошаренного   специалиста все это уже пройденный этап и  скорее всего все уже не так интересно и они сами с усами. Им может быть интересно лишь из праздного любопытства, мне конечно очень приятно и я жду каждого с распростертыми объятьями.

Так что я пришел к выводу, что основной контингент моего блога да и большинства радиолюбительских сайтов это новички и любители рыскающие по интернету в поисках полезной информации.   Так какого лешего, у меня ее так мало? Будет в скором временя поболее так что [urlspan]не пропустите![/urlspan]

Я вспоминаю себя, когда я искал в интернете какую-нибудь простенькую схемку чтобы с чего-нибудь начать, но постоянно что-то не подходило, что-то казалось заумным. Мне не хватало азов, таких, чтобы можно было по принципу от простого к сложному начать разбираться в интересующей меня теме.

Кстати первая книга которая мне действительно помогла, от прочтения которой действительно начало приходить понимание — это была книга «Искусство схемотехники»  П. Хоровица, У. Хилла. Я писал про нее в этой статье, там и книжку можно скачать. Так вот, если вы новичок то  обязательно ее скачайте и пусть она станет вашей настольной книгой.

Что такое напряжение и ток?

Кстати действительно что же такое электрический ток и напряжение? Я думаю, что никто на самом деле и не знает, ведь чтобы это знать это надо хотябы видеть. Кто может видеть ток, бегущий по проводам?

Да никто, человечество еще не достигло таких технологий, чтобы воочию наблюдать движения электрических зарядов.  Все что мы видим в учебниках и научных трудах это некая абстракция созданная в результате многочисленных наблюдений.

Ну ладно об этом можно много рассуждать… Так давайте попробуем разобраться, что такое электрический ток и  напряжение. Я не буду писать  определения, определения   не дают самого понимания сути.  Если интересно, возьмите любой учебник по физике.

Так как мы его не видим электрического тока и всех процессов протекающих в проводнике, тогда попробуем создать аналогию.

И традиционно электрический ток текущий в проводнике сравнивают с водой бегущей по трубам. В нашей аналогии  вода это электрический ток. Вода бежит  по трубам с определенной  скоростью, скорость это сила тока, измеряемая в амперах. Ну трубы это само собой проводник.

Хорошо, электрический ток мы себе представили, но а что такое напряжение? Сейчас помозгуем.

Вода  в трубе, в отсутствии каких-либо сил (сила тяжести, давления) теч не будет, она будет покоиться как и любая другая жижа вылитая на пол. Так вот эта сила или точнее  сказать энергия в нашей водопроводной аналогии и будет тем самым напряжением.

Но что происходит с водой бегущей из резервуара расположенного высоко над землей? Вода устремляется бурным потоком из резервуара к поверхности земли, гонимая силами тяготения. И чем выше от земли расположен резервуар тем с большей скоростью вытекает вода из шланга. Понимаете о чем я говорю?

Чем выше резервуар, тем больше сила (читай напряжение) воздействующая на воду. И тем больше скорость водного потока (читай сила тока). Теперь становится понятно и в голове начинает создаваться красочная картинка.

Понятие потенциала, разности потенциалов

С понятием напряжения электрического тока тесно связано понятие «потенциал» , или «разность потенциалов». Хорошо, обратимся снова к нашей водопроводной аналогии.

Наш резервуар находится на возвышенности что позволяет воде беспрепятственно стекать по трубе вниз. Так как бак с водой на высоте, то и потенциал этой точки будет более высоким или более положительным чем тот что находится на уровне земли. Видите что получается?

У нас появилось две точки имеющие разные потенциалы, точнее разную величину потенциала.

Получается, для того чтобы электрический ток мог бежать по проводу, потенциалы не должны быть равны.  Ток бежит от точки с большим потенциалом к точки с меньшим потенциалом.

Помните такое выражение, что ток бежит от плюса к минусу. Так вот это все тоже самое. Плюс это более положительный потенциал а минус более отрицательный.

Кстати а хотите вопрос на засыпку? Что произойдет с током, если величины потенциалов будет периодически меняться местами?

Тогда мы будем наблюдать то как электрический ток меняет свое направление на противоположное каждый раз как потенциалы поменяются. Это получится уже переменный ток. Но его мы пока рассматривать не будем, дабы в голове сформировалось ясное понимание процессов.

Измерение напряжения

Для замера напряжение используется прибор вольтметр, хотя сейчас наиболее популярны мультиметры.  Мультиметр это такой комбинированный прибор имеющий в себе много чего. О нем я писал в статье и рассказывал как им пользоваться.

Вольтметр это как раз тот прибор который измеряет разность потенциалов между двумя точками. Напряжение (разность потенциалов) в любой точке схемы обычно измеряется относительно НОЛЯ или ЗЕМЛИ или МАССЫ или МИНУСА батарейки. Не важно главное это должна быть точка имеющая наименьший потенциал во всей схеме.

Итак чтобы измерить напряжение постоянного тока между двумя точками, делаем следующее. Черный (минусовой ) щуп вольтметра втыкается в ту точку, где предположительно мы можем наблюдать точку с меньшим потенциалом (НОЛЬ).  Красный щуп (плюсовой) втыкаем в точку, потенциал которой нам интересен.

И результатом измерения будет  числовое значение разности потенциалов, или другими словами напряжение.

Измерение тока

В отличие от напряжения, которое замеряется в двух точках, величина тока замеряется в одной точке. Так как сила тока (или говорят просто ток) по нашей аналогии есть скорость течения воды, то эту скорость нужно замерять только в одной точке.

Нам нужно распилить водопровод и вставить в разрыв некий счетчик, который будет подсчитывать литры и  минуты. Както так.

Аналогично если вернемся в реальный мир нашей электрической модели, то получим тоже самое. Чтобы замерить величину электрического тока, нам нужно подключить в разрыв электрической цепи нехитрый прибор — амперметр. Амперметр также входит в состав мультиметра. Вы также можете почитать в моей статье.

Щупы мультиметра нужно переставить в режим измерения тока. Затем перекусываем наш проводник, и подключаем обрывки провода к мультиметру и вуаля — на экране мультиметра будет показана величина тока.

Закон Ома

Ну что дорогие друзья, я думаю  что мы не теряли время даром. Ознакомившись с нашими водопроводными моделями в голове  начал складываться пазл,  начало формироваться понимание.

Ну чтож попробуем проверить его на законе Ома.

Где:

Ом нам говорил, что Электрический ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Про сопротивление я сегодня не говорил, но я думаю что вы поняли. Сопротивление электрическому току оказывается материалом проводника. В нашей водопроводной системе сопротивление току воды оказывают ржавые трубы, забитые ржавчиной и прочей какой. 🙂

Таким образом закон Ома работает во всей своей красе что для водопроводной системы, что для электрической. Может быть мне податься в сантехники, уж очень много схожего. 🙂

Чем выше задран резервуар с водой, тем быстрее по трубам будет теч вода. Но если трубы загажены то скорость будет меньше. Чем больше сопротивление воде тем медленнее она будет теч. Если засор, то вода вообще может встать.

Ну и для электричества. Величина  тока  зависит прямо пропорционально от величины напряжения (разности потенциалов), и обратно пропорционально зависит от сопротивления.

Чем выше  напряжение тем больше величина тока, но чем больше сопротивление тем меньше величина тока. Напряжение может быть очень большим, но ток может не теч из-за обрыва. А обрыв это все равно, что если вместо металлического проводника мы подключили проводник из воздуха, а воздух обладает просто гигантским сопротивлением. Вот ток  и остановится.

Чтоже дорогие друзья, вот и подходит время закругляться, вроде все что хотел сказать в этой статье я сказал. Если остаются какие-либо вопросы спрашивайте в комментариях. Дальше будет больше, планирую написать череду обучающих материалов, так что [urlspan]не пропустите… [/urlspan]

Желаю вам удачи, успехов и  до новых встреч!

С н/п Владимир Васильев.

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Конструктор ЗНАТОК 320-Znat «320 схем»

Конструктор ЗНАТОК 320-Znat «320 схем» — это инструмент, который позволит получить знания в области электроники и электротехники а также достичь понимания процессов происходящих в проводниках.

Конструктор представляет собой набор полноценных радиодеталей имеющих спец. конструктив,  позволяющий их монтаж без помощи паяльника. Радиокомпоненты монтируются на специальную плату — основание, что позволяет в конечном итоге получить вполне функциональные радиоконструкции.

Используя этот конструктор можно собрать до 320 различных схем,  для построения которых есть развернутое и красочное руководство.  А если подключить фантазию в этот творческий процесс то можно получить бесчисленное количество различных радиоконструкций и   научиться анализировать их работу. Этот опыт я считаю очень важен и для многих он может оказаться бесценным.

Вот несколько примеров того, что Вы можете сделать благодаря этому конструктору:

Летающий пропеллер; Лампа,включаемая хлопком в ладоши или струей воздуха; Управляемые звуки звездных войн, пожарной машины или скорой помощи; Музыкальный вентилятор; Электрическое световое ружье; Изучение азбуки Морзе; Детектор лжи; Автоматический уличный фонарь; Мегафон; Радиостанция; Электронный метроном; Радиоприемники, в том числе FM диапазона; Устройство, напоминающее о наступлении темноты или рассвета; Сигнализация о том, что ребенок мокрый; Защитная сигнализация; Музыкальный дверной замок; Лампы при параллельном и последовательном соединении; Резистор как ограничитель тока; Заряд и разряд конденсатора; Тестер электропроводимости; Усилительный эффект транзистора;

Схема Дарлингтона.

P.S. У нас тут есть своеобразный жлобометр — жадный не заметит соцкнопки, а  щедрый делится с друзьями. 🙂

popayaem.ru

Электрическое напряжение - это... Что такое Электрическое напряжение?

Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда.

При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда). В потенциальном электрическом поле эта работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд. В этом случае электрическое напряжение между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.

Альтернативное определение —

— интеграл от проекции поля эффективной напряжённости поля (включающего сторонние поля) на расстояние между точками A и B вдоль заданной траектории, идущей из точки A в точку B. В электростатическом поле значение этого интеграла не зависит от пути интегрирования и совпадает с разностью потенциалов.

Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется так же, как и в электростатике.

Напряжение в цепях переменного тока

Для описания цепей переменного тока применяются следующие понятия:

Мгновенное напряжение

Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Оно является функцией времени:

Амплитудное значение напряжения

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

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

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

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения

Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) определяется за весь период колебаний, как:

Для чистой синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.

Среднеквадратичное значение напряжения

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

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

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

Средневыпрямленное значение напряжения

Средневыпрямленное значение есть среднее значение модуля напряжения:

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

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

Напряжение в цепях трёхфазного тока

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

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

Стандарты

Объект Тип напряжения Значение (на вводе потребителя) Значение (на выходе источника)
Электрокардиограмма Импульсное 1-2 мВ -
Телевизионная антенна Переменное высокочастотное 1-100 мВ -
Батарейка AA («пальчиковая») Постоянное 1,5 В -
Литиевая батарейка Постоянное 3 В - 1,8 В (в исполнении пальчиковой батарейки , на примере Varta Professional Lithium, AA) -
Управляющие сигналы компьютерных компонентов Импульсное 3,5 В, 5 В -
Батарейка типа 6F22 («Крона») Постоянное 9 В -
Силовое питание компьютерных компонентов Постоянное 12 В -
Электрооборудование автомобиля Постоянное 12/24 В -
Блок питания ноутбука и жидкокристаллических мониторов Постоянное 19 В -
Сеть «безопасного» пониженного напряжения для работы в опасных условиях Переменное 36-42 В -
Напряжение наиболее стабильного горения свечи Яблочкова Постоянное 55 В -
Напряжение в телефонной линии (при опущенной трубке) Постоянное 60 В -
Напряжение в электросети Японии Переменное трёхфазное 100/172 В -
Напряжение в домашних электросетях США Переменное трёхфазное 120 В / 240 В (сплит-фаза) -
Напряжение в электросети России Переменное трёхфазное 220/380 В 230/400 В
Разряд электрического ската Постоянное до 200—250 В -
Контактная сеть трамвая и троллейбуса Постоянное 550 В 600 В
Разряд электрического угря Постоянное до 650 В -
Контактная сеть метрополитена Постоянное 750 В 825 В
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, постоянный ток) Постоянное 3 кВ 3,3 кВ
Распределительная воздушная линия электропередачи небольшой мощности Переменное трёхфазное 6-20 кВ 6,6-22 кВ
Генераторы электростанций, мощные электродвигатели Переменное трёхфазное 10-35 кВ -
Анод кинескопа Постоянное 7-30 кВ -
Статическое электричество Постоянное 1-100 кВ -
Свеча зажигания автомобиля Импульсное 10-25 кВ -
Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, переменный ток) Переменное 25 кВ 27,5 кВ
Пробой воздуха на расстоянии 1 см 10-20 кВ -
Катушка Румкорфа Импульсное до 50 кВ -
Пробой трансформаторного масла на расстоянии 1 см 100-200 кВ -
Воздушная линия электропередачи большой мощности Переменное трёхфазное 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ 38 кВ, 120 кВ, 240 кВ, 360 кВ
Электрофорная машина Постоянное 50-500 кВ -
Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения (межсистемные) Переменное трёхфазное 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ 545 кВ, 800 кВ, 1250 кВ
Трансформатор Тесла Импульсное высокочастотное до нескольких МВ -
Генератор Ван де Граафа Постоянное до 7 МВ -
Грозовое облако Постоянное От 2 до 10 ГВ -

См. также

Ссылки

dic.academic.ru


Смотрите также




© 2012 - 2020 "Познавательный портал yznai-ka.ru!". Содержание, карта сайта.