Что такое электрическое напряжение

Что такое Электрическое напряжение — Определение, измерение

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

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

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

Определение электрического напряжения

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

U=φ_a-φ_b (1).

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

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

 Для начала нужно запомнить, что электрический потенциал это работа по переносу единичного заряда. Если обратиться к формуле (1) то станет ясно, что электрическое напряжение не что иное, как разность двух работ. То есть электрическое напряжение, тоже есть работа.

Отсюда мы приходим ко второму определению. Электрическое напряжение численно равно работе по переносу единичного электрического заряда из точки А в точку В. При этом φ_a и φ_b это потенциальная энергия которой обладает единичный заряд в точках А и В соответственно.

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

Что касается точки пространства, в которой электрический заряд обладает нулевым электрическим потенциалом, то в теории электричества эту точку можно выбрать произвольно. Связанно это с тем, что электрическое поле «потенциально».

Чтобы прояснить этот термин придется прибегнуть к высшей математике, а мы решили этого избежать. На практике специалисты в области электротехники в качестве точек с нулевым потенциалом часто выбирают поверхность Земли.

И многие измерения выполняют относительно нее.

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

u(t)=U_m  sin⁡〖(ωt)〗 (2).

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

Измерение электрического напряжения

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

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

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

Ниже на рисунке показано устройство магнитоэлектрического механизма.

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

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

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

U=1/√2 U_m=0,707U_m (3)

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

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

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

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/

Электрическое напряжение цепи

При описании протекающих в электроцепи процессов в электротехнике применяют такие понятия, как сопротивление, напряжение и ток. Каждому из этих понятий свойственны свои специфические характеристики, и они имеют соответствующее назначение.

Обязательным для протекания зарядов требованием считается наличие цепи (замкнутого контура, обеспечивающего все необходимые условия для их передвижения). При формировании разрыва внутри движущихся частиц их направленное перемещение резко прекращается.

По такому принципу работают все типы выключателей и используемые в электрике защиты. Они осуществляют разделение между собой за счет подвижных контактов токопроводящих частей. Это действие и способствует прерыванию процесса протекания электрического тока после отключения электроприбора.

Понятие электрического напряжения в физике

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

Определение 1

Работа создающего ток электрополя называется работой тока ($A$). Такая работа может на разных участках цепи отличаться, однако при этом она будет пропорциональной проходящему через него заряду.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Физической величиной работы тока на конкретном участке при перемещении по нему заряда 1 Кл считается электрическое напряжение ($U$).

Для определения напряжения на отдельно взятом участке существует следующая формула:

$U =\frac{A}{q}$, где:

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

Возникновение тока в электрической цепи

Замечание 1

Электрическую цепь характеризует комплекс устройств, обеспечивающих путь для протекающего электрического тока и соединенных определенным образом. В качестве элементов электроцепи служат: нагрузка, проводники и источник тока. В составе электрической цепи могут быть и другие элементы, как, например, устройства защиты и коммутации.

Необходимым условием возникновения тока будет соединение двух точек, у одной из которых очень много электронов в отличие от другой. Иными словами, потребуется образование разности потенциалов между указанными точками. С этой целью в цепи используется источник тока. Таким источником могут служить устройства в виде генераторов, батарей, химических элементов и др.

В качестве нагрузки в электроцепи выступает абсолютно любой потребитель электроэнергии. Нагрузка способна оказывать сопротивление электрическому току. От величины такого сопротивления будет зависеть величина тока. Ток течет по проводникам от источника тока к нагрузке. Проводниками, в свою очередь, служат материалы, имеющие наименьшее сопротивление, такие, как золото, серебро, медь.

Типы соединения элементов в электрической цепи

В электротехнике, в зависимости от типа соединения элементов электроцепи, существуют такие виды электрических цепей:

• последовательная;
• параллельная электрическая цепь;
• последовательно-параллельная.

В электрической цепи последовательного типа соединении все элементы соединены друг с другом последовательно. Это означает, что конец первого элемента соединяется с началом второго и т.д.

Для тока такое соединение элементов дает только один путь протекания от источника к нагрузке. Общий ток цепи при этом будет равен току, который проходит через каждый элемент цепи:

$I_{общ} = I_1=I_2=I_3$

При падающем напряжении вдоль всей цепи оно будет равняться приложенному к рассматриваемому участку (AB) напряжению $E$ и сумме падений напряжений на всех участках электроцепи (резисторах). Это выражает следующая формула:

$E=U(A-B)=U_1+U_2+U_3$

Элементы в параллельной электрической цепи соединены так, что начало каждого из них соединяется в одну общую точку, а концы при этом — в другую.

Для тока в этом случае существует несколько путей протекания к нагрузкам от источника. При этом общий ток цепи $I_{общ}$ получен посредством формулы:

$I_{общ}=I_1+I_2+I_3$

Падение напряжения на всех резисторах выражает следующая формула: $E=U_1=U_2=U_3$

Последовательно-параллельная электроцепь представляет комбинацию цепи последовательного и параллельного типа соединения. Другими словами, ее элементы могут включаться, как последовательным, так и параллельным образом.

Электрическое напряжение в цепях постоянного, переменного и трехфазного тока

Определение 2

Напряжением в цепи постоянного тока на участке между точками A и B считается совершаемая электрическим полем работа в момент переноса пробного положительного заряда из первой точки во вторую.

При описании цепей переменного тока используют такие виды напряжений: мгновенное, амплитудное, среднее, среднеквадратичное.

Мгновенное напряжение представляет разность потенциалов двух точек, которая была измерена в конкретный момент времени. Данный вид напряжения будет зависеть от времени.

Амплитудным считается максимальное по модулю значение мгновенного напряжения, взятое за весь период колебаний:

$U_M=\max(u(t))$

В цепях трехфазного тока существует напряжение фазного и линейного типа. Под фазным понимается среднеквадратичное значение напряжения на каждой отдельной фазе нагрузки. Линейным считается напряжение между подводящими фазными проводами. Если нагрузка соединяется в треугольник, фазное и линейное напряжение будут равны.

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

Напряжение: формулы, единицы измерения, природа явления

Электричество воспринимается нами как данность и вряд ли кто задумывается над тем, что такое электрическое напряжение и какова его физическая сущность, когда включает свет, компьютер или стиральную машину. На самом же деле оно заслуживает гораздо большего внимания, и не только потому, что может быть смертельно опасным, но и из-за того, что Человечество, овладев этим видом энергии, совершило качественный цивилизационный скачок.

Природа электрического напряжения

Вспомним один из наиболее интересных моментов на школьном уроке физики, когда преподаватель вращал диск электрической машины, а между металлическими шариками проскакивала искра. Это и есть видимое отражение природного феномена под названием электрический ток. Он возникает из-за того, что на одном шарике отрицательно заряженных ионов больше, а на другом меньше, из-за чего возникает разность потенциалов, то есть факт, нарушающий основной закон Природы – сохранения энергии.

Отрицательно заряженные частицы стремятся переместиться туда, где их меньше, тем самым обнулив разницу. Конечно же, электроны не проходят весь путь между заряженными шариками, называемых полюсами.

Их пробег ограничивает кристаллическая решетка, узлов которой они не могут покинуть. Зато способны удариться о соседние частицы и передать импульс по цепочке дальше, создавая эффект домино.

Каждое такое соударение порождает выплеск энергии, из-за чего система переходит из состояния покоя в возбужденное, которое и принято называть электрическим напряжением.

Сила, движущая заряженные частицы

Чтобы поставить себе на службу электрическое напряжение и ток, человеку надо было найти силу, которая могла возобновлять разницу потенциалов между полюсами, порождая непрерывное соударение частиц кристаллической решетки. Их оказалось целых три:

1. Электромагнитная индукция – возникновение тока в результате взаимозависимого перемещения металлов в магнитном поле. Используется в генераторах постоянного и переменного тока.
2. Электрохимическое взаимодействие, порождаемая разностью потенциалов кристаллических решеток веществ. Используется в аккумуляторах, батареях питания постоянного тока.
3. Термохимическая реакция, повышающая активность электронов в результате нагрева.

Сила, порождающее движение заряженных частиц, получила наименование «электродвижущая» (аббревиатура ЭДС) и обозначается на схемах буквой «Е», обычно сопутствующей мнемосимволам разъемов, к которым подключается источник питания.

Вольты и амперы

ЭДС и напряжение измеряются в вольтах – условной единице, названной в честь итальянца Алессандро Вольты, официально признанного изобретателя гальванической батареи – источника постоянного тока. Это количество работы, которая совершается при перемещении единицы заряда (кулона), если при этом был потрачен 1 джоуль условной энергии.

Однако существует и вторая единица измерения электрического тока – ампер, названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера. Традиционно ее называют силой тока, хотя правильнее применять термин «магнитодвижущая сила», что наиболее полно отражает двуединую физическую сущность заряженной частицы.

Магнитное и электрическое поля электрона стремятся к взаимной компенсации, а их зависимость определяется законом Ома, описываемого формулой I = U / R.

Если сопротивление среды резко падает (например, при коротком замыкании), то сила тока растет по экспоненте. Это вызывает ответное падение напряжения, в результате чего система приходит в равновесное состояние.

Подобный эффект можно заметить во время работы сварочного трансформатора, когда при возникновении дуги лампы накаливания почти гаснут.

Существует и другой эффект: при большом сопротивлении среды заряд одного знака копится на какой-либо поверхности до тех пор, пока напряжение не достигнет критического уровня, после чего происходит пробой (возникновение тока) в направлении поверхности с наибольшей разницей потенциала. Статическое напряжение чрезвычайно опасно, поскольку в момент разряда оно может порождать токи силой в сотни ампер. Поэтому металлические конструкции, длительное время находящиеся в магнитном поле, обязательно заземляются.

Постоянный или переменный?

Напряжение – это статическая составляющая электричества, а сила тока – динамическая, ведь его направление меняется вместе с полярностью на концах проводника. И это свойство оказалось очень полезным для распространения электричества по Миру.

Дело в том, что любой ток затухает из-за внутреннего сопротивления среды, согласно всё тому же закону сохранения энергии.

Но оказалось, что двигающийся в одну сторону поток электронов усилить очень сложно, а циклически изменяющий направление – просто, для этого применяется трансформатор с двумя обмотками на одном сердечнике.

Чтобы получить переменный ток, надо вывернуть наизнанку принцип, открытый Фарадеем, который в своем прообразе электрического генератора вращал медный диск в поле действия постоянного магнита.

Никола Тесла сделал наоборот – поместил вращающийся электромагнит внутрь неподвижной обмотки, получив неожиданный эффект: в момент прохождения полюсов через нейтраль магнитного поля амплитуда напряжения падает до нуля, а потом снова растет, но уже с другим знаком.

За один оборот направление движения электронов в проводнике меняется два раза, составляя рабочую фазу. Поэтому переменный ток называют еще и фазным. А порождающее его напряжение – синусоидальным.

Никола Тесла создал генератор с двумя обмотками, расположенными под углом в 900 друг к другу, а русский инженер М.О. Доливо-Добровольский усовершенствовал его, расположив на статоре три, что увеличило стабильность работы электрической машины. В результате этого промышленный переменный ток стал трехфазным.

Почему 220 вольт 50 Гц?

В нашей стране бытовая однофазная сеть имеет номиналы 220 вольт и 50 герц. Причина появления именно этих цифр весьма интересна.

Пальма первенства в бытовом освоении электричества принадлежит Томасу Эдисону. Он использовал исключительно постоянный ток, поскольку гениального изобретения Николой Тесла переменного еще не произошло.

Первым электрическим прибором оказалась лампа накаливания с угольной нитью. Опытным путем было установлено, что лучше всего она работает при напряжении в 45 вольт и включенном в цепь балластном сопротивлении, обеспечивающим рассеивание еще двадцати. Приемлемая длительность работы обеспечивалась последовательным включением двух ламп. Итого в бытовой сети, по мнению Эдисона, должно было быть 110 вольт.

Однако передача постоянного тока от электростанций к потребителям сопровождалась большими трудностями: через одну-две мили он затухал полностью. По Закон Джоуля — Ленца количество тепла, рассеиваемое проводником при прохождении тока, вычисляется по следующей формуле: Q = R . I2. Чтобы снизить потери вчетверо, напряжение увеличили до 220 вольт, а силовую линию построили из трех проводников – с двумя «плюсами» и одним «минусом». Потребитель получал все те же 110 вольт.

Противостояние Николы Теслы и Томаса Эдисона, названное «Войной токов», решилось в пользу переменного, поскольку его можно было передавать на большие расстояния с минимальными потерями. Тем не менее напряжение между силовыми проводниками осталось 220, а линейное, поступающее к потребителю – 127 вольт, поскольку из-за сдвига фаз на 120 градусов амплитуды напряжения не складываются арифметически, а умножаются на 1,73 – корень квадратный из трех.

В СССР сетевым номиналом 127 вольт в одной фазе пользовались до начала 60-х годов. В ходе усовершенствования электрических линий, проводимого с целью увеличения передаваемой мощности, конструкторы пошли по тому же пути, что и Эдисон – повысили напряжение.

За точку отсчета приняли 220 вольт, которые измерялись между фазами. Оно стало бытовым. А промышленное межфазное напряжение 380 вольт получилось умножением 220 на 1,73. Частота 50 Гц – это 3 тыс. колебаний в минуту, то есть, оптимальное количество оборотов коленвала дизеля или другого двигателя внутреннего сгорания, который приводит в действие машину переменного тока.

Теперь вы знаете, что такое напряжение и электрический ток, в каких единицах они измеряются и как зависят друг от друга, а также почему в вашей розетке именно 220 вольт. Приведенные факты не носят академического характера и не претендуют на истину в последней инстанции. Более подробно ознакомиться с природой этого феномена вы можете в учебниках по электротехнике.

Источник: https://electriktop.ru/baza-znaniy/napryazhenie-formuly-edinitsy-izmereniya-priroda-yavleniya.html

Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения

Единицей напряжения называют вольт (В). Один Вольт выражается в разности потенциалов двух точек электрического поля, силы которого совершают работу в 1 Дж для перемещения заряда в 1 Кл из первой точки во вторую. Измеряют напряжение специальным прибором — вольтметром.

Таким образом, значение 220 В подразумевает, что электрическое поле данной сети способно совершить работу (потратить энергию) в 220 Дж для «протаскивания» зарядов через цепь и нагрузку.

От чего зависит напряжение?

Напряжение участка цепи зависит от:

• Материала проводника;

• Подключенной нагрузки (сопротивления);

• Температуры;

Постоянное напряжение

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический ток в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки.

Применяют сети постоянного тока, когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический ток устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 герц означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.

Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что переменный ток возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Переменный ток применяют при необходимости передавать энергию на значительные расстояния. В этих случаях эффективно использование трехфазных сетей: потери электроэнергии в проводах минимальны, простая электрогенерация (благодаря трехфазным электродвигателям без коллектора), выгодно экономически.

Трехфазный ток получают в трехфазных электродвигателях

. В них имеются сразу три катушки проводов, расположенных равномерно по кругу – через 120 градусов. Поэтому и синусоиды трехфазного тока отстают друг от друга на этот угол. Геомертическое представление трехфазного напряжения и тока выглядит в виде векторной диаграммы.

Трехфазная электросеть состоит из четырех проводов – трех фазных и одного нулевого. напряжение между проводами нулевым и фазным равно 220 В и называется фазным. Между фазными напряжение также существует, называется линейным и равно 380 В (разность потенциалов между двумя фазными проводами). В зависимости от вида подключения в трехфазной сети можно получить или фазное напряжение, или линейное.

Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/816-elektricheskoe-napryazhenie-opredelenie-vidy-edinitsy-izmereniya.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.

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

Электрическое напряжение

> Теория > Электрическое напряжение

В современном быту, строительстве и других сферах жизни человека огромную роль играет энергия, которая необходима для приведения в движение различных механизмов, производственных станков и инструментов.

Электрическое напряжение, или как его принято называть в народе ток, занимает первое место среди ресурсов снабжения, поэтому человек во многом зависит от бесперебойной подачи электричества правильного номинала.

В данной статье рассмотрено определение электрического напряжения, его формула, а также, от чего зависит и на что влияет данный показатель.

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, амплитуда сигнала. Понятие. Единицы измерения

Понятие напряжения и разности электрических потенциалов. Амплитуда. Единицы измерения. (10+)

Напряжение, амплитуда сигнала. Понятие. Единицы измерения

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Материал является пояснением и дополнением к статье:
Единицы измерения физических величин в радиоэлектронике
Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехника.

Напряжение электрического поля определяет, какая энергия запасена в этом поле. Напряжение равно энергии, необходимой для переноса заряда из одной точке в другую, деленной на величину этого заряда. В случае наличия электрического поля энергия необходима, так как на заряд по закону Кулона действует сила, пропорциональная величине этого заряда. Таким образом:

U = E / q, где E — энергия (Дж), q — заряд (Кулон).

Напряжение измеряется в Дж / К. Еще эту единицу измерения напряжения называют Вольт (В), Volt (V).

Вашему вниманию подборка материалов:Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Напряжение и сила тока

Если между двумя точками есть напряжение, и в среде существуют свободные заряженные частицы, то они приходят в движение, и возникает электрический ток.

Многие ошибочно полагают, что при возникновении напряжения электрический ток распространяется по проводнику постепенно, со скоростью полета электронов. На самом деле электрическое поле распространяется со скоростью света, а движение электронов возникает везде, где есть поле.

Электронам совсем незачем ждать, когда их собраться прилетят и толкнут их. Они начинают двигаться все вместе по команде, которая распространяется со скоростью света.

Ошибочно полагать, что в вакууме электрический ток невозможен при любом напряжении электрического поля. На первый взгляд в вакууме нет заряженных частиц, откуда там будет ток. Но имеет место такой феномен, как энергетический (потенциальный) разрыв (пробой) вакуума. Если напряженность поля очень высока, то в вакууме начинается самопроизвольное зарождение пар заряженных частиц и античастиц. Они и создают электрический ток. Это, конечно, происходит при очень большом напряжении.

Разные материалы под действием напряжения ведут себя по-разному. В некоторых сразу возникает электрический ток, некоторые до определенного предела ток не проводят. Когда напряжение превышает этот предел, то происходит пробой, сила тока резко возрастает. Напряжение пробоя зависит от среды.

Есть среды, в которых пробой возникает при сосем небольшом напряжении (мВ), это, в частности, некоторые специально созданные человеком полупроводниковые p-n переходы. Пробой некоторых сред, например, атмосферного воздуха, происходит при тысячах или миллионах вольт.

Напряжение пробоя атмосферного воздуха зависит от расстояния между электродами, влажности, давления, наличия ионизирующих факторов, но условно считается, что пробой 1 мм воздуха происходит при 1000 В.

Основные соотношения между электрическим напряжением и другими физическими величинами

Для некоторых сред верен закон Ома. Про такие среды говорят, что они обладают омическим сопротивлением.

[Сила электрического тока, А] = [Напряжение электрического поля, В] / [Сопротивление среды, В]

Далеко не для всех сред верен закон Ома. Например, графит обладает омическим сопротивлением, а инертный газ — нет. Для инертного газа можно говорить только о динамическом (дифференциальном) сопротивлении

[Выделяемая тепловая мощность, Вт] = [Напряжение, В] * [Сила тока, А]

[Выделяемая тепловая мощность, Вт] = [Напряжение, В] 2 / [Сопротивление проводника, Ом]

Амплитуда, амплитудное значение напряжения

Для переменного сигнала напряжение зависит от времени и постоянно меняется. Чтобы измерять сигналы переменного тока, введены понятия амплитудного и действующего (эффективного) напряжения.

Амплитудное значение напряжения — это просто максимально возможное напряжение сигнала. Напряжение периодического сигнала регулярно достигает своего амплитудного значения. Иногда оперируют амплитудным значением за определенное время. Это полезно, например, для затухающих или амплитудно-модулированный сигналов. Амплитуда за определенное время — максимальное напряжение за это время.

Единицы измерения, кратные Вольту (Volt)

Мегавольт	МВ	MV	1E6 В	1000000 В
Киловольт	кВ	kV	1E3 В	1000 В
милливольт	мВ	mV	1E-3 В	0.001 В

(читать дальше) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Источник: https://gyrator.ru/units-voltage

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.

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

Напряжение электрического тока и вольтметр

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.

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

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