Ток — это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов) по проводнику. Его основная характеристика, сила тока, определяется как количество электричества, проходящее по цепи за единицу времени. Единица измерения заряда, кулон, в 2019 году был приравнен к величине, соответствующей 6,241509074460762e+18 зарядам одного электрона. Сила тока, измеряемая в амперах (A), рассчитывается по формуле I=q/t, где t — это время в секундах, а q — заряд в кулонах.
Различают два вида тока: постоянный и переменный. Первый движется по цепи в одном направлении. В этом случае электроны поступательно перемещаются от катода (-) к аноду (+), а направления тока принято считать противоположным. Во втором случае направление движения частиц и напряжение в сети меняется на противоположное с определенной частотой. В России и СНГ принят стандарт 220 В и 50 Гц. Это означает, что 50 раз в секунду напряжение плавно изменяется от -220 В до +220 В. Из-за вида графика такой ток называют синусоидальным.
Электрическое напряжение
Для того, чтобы электроны в проводнике пришли в упорядоченное движение, требуется воздействие сторонней силы — это и есть напряжение. Его возникновение обусловлено разностью потенциалов между двумя точками в цепи, создаваемой источником питания (батарея, генератор). Если рассматривать связь, то оно является причиной, а ток — следствием.
Напряжение помогает электронам преодолевать при движении сопротивление проводника, следовательно оно связано с током прямо пропорциональной зависимостью. Сила, создающая напряжение, называется электродвижущей (ЭДС). Как и любая другая, она совершает работу, которая измеряется в джоулях.
Если напряжение в данном контексте является позитивным фактором, то сопротивление проводника и расстояние между точками с разностью потенциалов оказывают негативное влияние. Соответственно, чем эти величины больше, тем более высокое напряжение требуется для возникновения тока заданной силы.
Напряжение тоже может быть постоянным и переменным. Для создания первого используются батареи и аккумуляторы, второе вырабатывается генераторами. Прибор, рассчитанный на работу с постоянным током может быть запитан от сети переменного через выпрямитель. Стоит учитывать, что напряжение в сети может совершать скачки, что губительно сказывается на подключенном к ней оборудовании. Решить эту проблему помогут стабилизаторы Энерготех.
Формула
Формула для электрического напряжения U, согласно закона Ома для участка цепи, имеет вид
Как видно из этой формулы, если электрическое напряжение остается неизменным, то чем больше электрическое сопротивление (R), тем меньше сила тока (I).
Другая формула для расчета электрического напряжения такова:
То есть электрическое напряжение U равно мощности деленной на силу тока I.
Единица измерения электрического напряжения
Единицей измерения электрического напряжения в СИ является Вольт, сокращенно В (в честь итальянского учёного А. Вольта).
Cуть электричества. Урок №1
1 вольт (1 В) — это напряжение между двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда 1 Кл совершается работа 1 Дж.
[U] = 1 В
Теперь вы можете объяснить смысл надписи 4,5 В или 9 В на круглой или плоской батарейке. Смысл в том, что при переносе с одного полюса источника на другой (через спираль лампочки или другой проводник) заряда 1 Кл силами электрического поля может быть совершена работа соответственно 4,5 Дж или 9 Дж.
В электротехнике напряжение может варьироваться от микровольт (1 мкВ = 1 * 10 -6 В) и миливольт (1 мВ = 10 -3 В), до киловольт (1 кВ = 1 * 10 3 В) и мегавольт (1 МВ = 10 6 В)
Вы можете преобразовать отдельные единицы измерения следующим образом:
1 В = 1000 мВ, 1 мВ = 1000 мкВ, 1 МВ = 1000 кВ, 1 кВ = 1000 В.
Формула напряжения
В физике есть формула, хотя практического применения она не имеет. Официальная формула записывается так.
A — это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули
U — напряжение на участке электрической цепи, Вольты
На практике напряжение на участке цепи выводится через закон Ома.
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).
Методы расчета
На практике редко приходилось именно вычислять величину напряжения цепи – чаще всего она просто замеряется вольтметров или универсальным измерительным прибором. Но иногда все же приходится делать некоторые расчеты. Тогда применяется известная формула Ома.
Например, представим ситуацию:
- В цепи есть светильник сопротивлением 10 Ом.
- Известно, что сила тока в сети составляет 3 А.
- Требуется рассчитать потенциал батареи, от которой питается лампа.
- Подставив значения в формулу, получим = 10 × 3 = 30 В.
Аналогичным образом можно определить любой из 3-х параметров, зная 2 других.
Способы измерения
С практической точки зрения важно знать не только что такое напряжение, но и чем оно измеряется. В большинстве случаев величина разности потенциалов определяется с помощью вольтметра с соответствующим пределом измерений.
Для определения напряжения в цепи применяется вольтметр
Источник iarduino.ru
При этом в зависимости от типа электрического тока есть следующие нюансы процедуры замера:
Применяется вольтметр или мультиметр с соблюдением таких правил:
- Перед началом работы переключатель чувствительности прибора устанавливается на нужный предел в разделе для постоянного тока – DC.
- Если значение разности потенциала не известно даже приблизительно, прибор настраивается на максимальную величину, а затем по мере замера переключается на нижние границы.
- Контакты измерителя подключаются к электроцепи в соответствии с полярностью. В противном случае, на аналоговой модели стрелка отклонится в обратную сторону, а на цифровой – измеряемой значение будет со знаком «-».
Современные цифровые приборы с дисплеем удобнее, лучше, понятнее и быстрее в управлении. Кроме того, они более точны, чем аналоговые модели, но при этом и дороже их.
В принципе правила и порядок действий при измерении в сети переменного тока такой же, за несколькими исключениями:
- Прибор переводится в режим измерения переменного электричества – АС.
- Щупы подключаются к контактам в произвольной последовательности.
Замерить напряжение в электроцепи можно с помощью универсального измерительного устройства – мультиметра
Источник 220-volt.ru
Переменный ток отличается от постоянного сменой полярности или направления движения. В стандартной бытовой сети это происходит 50 раз в секунду – отсюда и его частота 50 Гц.
Мультиметр без проблем определяет разность потенциалов в заданном диапазоне значений. Конечно, далеко не всегда он может оказаться под рукой. Поэтому если у вас есть простой вольтметр, сделать замер разности потенциалов все же можно с применением следующих ухищрений:
- В сети постоянного тока для измерений в определенном диапазоне величин потребуется подключить к схеме дополнительное наружное или внутреннее сопротивление.
- Если предстоит серия замеров в цепях с разными границами величины потенциала, лучше заранее изготовить соответствующий набор сопротивлений.
Перед началом эксплуатации мультиметр следует правильно настроить и выбрать соответствующий предел измерения
Источник lifehacker.ru
- В сети переменного электротока также применяется добавочное сопротивление. Как вариант, возможно подключение через трансформатор.
Переменный ток применяется повсеместно для оснащения различных объектов на большом расстоянии – от промышленности до частных домов. Постоянный используется для питания оборудования, когда путь передачи от источника до потребителя минимален. Более того, в быту большая часть электрооборудования подключается от сети через выпрямитель.
Видео-урок о том, что такое напряжение и в чем оно измеряется:
Электрическое напряжение
Электрический ток протекает в проводниках электричества. Например, в металлах электрический ток создают свободные электроны, в жидкостях — положительные и отрицательные ионы.
Чтобы мог образоваться электрический ток, необходимо наличие в веществе электрически заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться.
Свободные электроны и ионы сами по себе не могут перемещаться, необходима сила, воздействующая на них. Эту силу создаёт источник тока, который характеризуется электрическим напряжением.
Что такое электрическое напряжение, поможет выяснить его сравнение с течением реки. Течение — это тоже поток. Оно образуется только потому, что вода течёт с высокого места в низкое. Существует разница высот между истоком и устьем. Эта разница обеспечивает течение реки по всей её длине. Можно сказать, разница высот между истоком и устьем реки — своего рода напряжение.
Подобно действуют источники электрического тока, например, батарейка. У батарейки есть два полюса: плюс (+) и минус (-). В отрицательном полюсе накапливаются свободные электроны, а в положительном полюсе электронов меньше. Поэтому существует разница в концентрации зарядов. Эта разница между обоими полюсами батарейки создаёт электрическое напряжение.
В каждом источнике тока совершается работа, чтобы отделить положительные и отрицательные заряды, которые накапливаются в полюсах источника тока.
Например, в батарейках и аккумуляторах эта работа совершается в результате химических реакций, в фотоэлементах она совершается за счёт энергии света.
Электрическое напряжение характеризует возможность электрического поля совершать работу.
Однако электроны могут перемещаться только тогда, когда образована замкнутая электрическая цепь.
В электрической цепи протекает ток, если в ней имеется источник тока. Чем выше электрическое напряжение источника тока, тем большую работу может совершить поток электронов.
Электрическое напряжение обозначается буквой U, единицей напряжения является вольт (В). Напряжение измеряется вольтметром .
| Источник тока | Напряжение |
| Батарейка | 1,5 В — 4,5 В |
| Аккумулятор автомашины | 12 В — 24 В |
| Электрическая сеть | 220 В / 380 В |
| Электролиния высокого напряжения | 20 000 В — 330 000 В |
| Между грозовыми тучами | до 100 000 000 В |
Электрическое напряжение
Электри́ческое напряже́ние между точками 1 и 2, скалярная физическая величина, численно равная суммарной работе электрических и сторонних сил при перемещении единичного положительного электрического заряда из точки 1 в точку 2 электрической цепи:
U 12 = ∫ 1 2 ( E + E ∗ ) d l = ∫ 1 2 E d l + ∫ 1 2 E ∗ d l , ( 1 ) _= int_^!(E+E^*)dl = int_^!E:dl+int_^E^*dl, quad (1) U 12 = ∫ 1 2 ( E + E ∗ ) d l = ∫ 1 2 E d l + ∫ 1 2 E ∗ d l , ( 1 ) где E E E – напряжённость электростатического поля ; E ∗ E^* E ∗ – напряжённость поля сторонних сил, численно равная сторонней силе, действующей на единичный положительный заряд; d l dl d l – вектор, модуль которого равен длине d l dl d l линии, соединяющей точки 1 и 2, направленный вдоль неё от точки 1 к точке 2. К сторонним силам относят силы, отличные от сил электростатического поля. Сторонние силы могут иметь различную физическую природу: механическую, химическую, электромагнитную и др. Так, например, в гальванических элементах , батареях и аккумуляторах – это химические силы – силы молекулярного взаимодействия. К сторонним силам относятся и силы, действующие со стороны вихревого электрического поля (описывается уравнениями Максвелла ).
Так как электростатическое поле потенциально, то первый интеграл в формуле (1) не зависит от пути интегрирования, соединяющего точки 1 и 2; он равен разности потенциалов в точках 1 и 2: Второй интеграл в формуле (1) называют электродвижущей силой (эдс) ε 12 ε_ ε 12 на участке 1–2: ε 12 = ∫ 1 2 E ∗ d l . varepsilon_=int_^E^*dl . ε 12 = ∫ 1 2 E ∗ d l . Значение эдс зависит от пути интегрирования между точками 1 и 2. Таким образом, электрическое напряжение равно:
U 12 = φ 1 − φ 2 + ε 12 ( 2 ) U_=varphi_1-varphi_2+varepsilon_quad (2) U 12 = φ 1 − φ 2 + ε 12 ( 2 ) и в общем случае также зависит от пути интегрирования между точками 1 и 2. Как видно из формулы (2), для участков электрической цепи, не содержащих эдс, электрическое напряжение равно разности потенциалов в точках 1 и 2. Если на участке электрической цепи от точки 1 к точке 2 протекает электрический ток силой I I I , то электрическое напряжение определяется по закону Ома : U 12 = I R U_=IR U 12 = I R , где R R R – электрическое сопротивление участка электрической цепи между точками 1 и 2. Под электрическим напряжением на зажимах гальванического элемента, батареи или аккумулятора понимают не величину U 12 U_ U 12 , определяемую формулами (1) или (2), а модуль разности потенциалов ∣ φ 1 − φ 2 ∣ |φ_1-φ_2| ∣ φ 1 − φ 2 ∣ (он равен эдс ε 12 ε_ ε 12 в случае, когда сила тока равна нулю – цепь разомкнута).
Термин «электрическое напряжение» применяют при описании процессов в электрических цепях не только постоянного , но и переменного тока. В случае переменного тока электрическое напряжение характеризуется действующим (эффективным) значением
U эфф = U 12 2 ( t ) ‾ , U_ = sqrt<overline(t)>>, U эфф = U 12 2 ( t )
, где черта сверху означает усреднение по периоду колебаний .
Электрическое напряжение измеряют с помощью вольтметров постоянного и переменного тока. Единица измерения электрического напряжения в Международной системе единиц СИ (SI) – вольт (В).
Опубликовано 13 июня 2023 г. в 16:45 (GMT+3). Последнее обновление 13 июня 2023 г. в 16:45 (GMT+3). Связаться с редакцией
Напряжение – что это такое, единица измерения, от чего зависит
С точки зрения научной терминологии, напряжением называется работа электрического поля по заданному перемещению заряженных частиц на определенном участке электропроводящего материала. Если явление представить с физической стороны, то получится следующее:
- В обычном состоянии атомы вещества находится в нейтральном состоянии – так как количество протонов равно числу электронов.
- Если некоторую часть электронов оторвать, возникнет положительно заряженная область в одной точке, и отрицательный заряд из электронов – в другом.
- Таким образом, между участками образуется разность «+» и «-» – потенциал.
- При соединении областей проводников возникнет ток – электроны потекут туда, где их не хватает, от места, где их избыточно.
Сила, действующая между разноименными зарядами, называется электродвижущей – она же разность потенциалов, или напряжение.
Движение свободных электронов создает электрический ток в проводнике
Источник bazliter.ru
Чтобы было более понятно, представим водонапорную башню до верха заполненную водой. Давление, создаваемое между верхней и нижней точкой, это и есть разность потенциалов. Пока вентиль закрыт, течения нет, но потенциал есть – а как только его открыть, сразу же появится напор.
Аналогичным образом создается ток в электропроводнике. Ток возникает, когда замыкаются разнозаряженные участки. При этом направленность всегда одна – от плюсового контакта к минусовому.
Единица измерения, зависимость от других параметров
Измеряется напряжение электрического тока в вольтах (В), а также его больших или меньших производных – 1000 вольт или 1 киловольт (кВ), 0,001 В или 1 милливольт (мВ) и т. д. Официально обозначается символом – U. При этом согласно научному определению, величина 1 В задается как работа в 1 Дж, затрачиваемая на перемещение заряда в 1 кулон.
Помимо напряжения, в электротехнике часто используются следующие зависимые друг от друга величины:
Связаны эти параметры закономерностью Ома:
I – сила электротока, в амперах,
R – сопротивление, в омах.
Зависимость напряжения, силы тока и сопротивления друг от друга выражается законом Ома
Источник kpcdn.net
Мощность потребления (Р) определяется как произведение электронапряжения и силы тока:
Измеряется ее величина в ваттах.
На заметку!
Как напряжение, так и сопротивление – величины, обозначающие физические явления между двумя точками цепи или на конкретном участке. Поэтому и обозначаются они соответствующим образом.
Что такое напряжение.
Перемещение заряженных частиц в телах и веществах происходит благодаря разности потенциалов или электрическому напряжению. Напряжение (напряжение тока) — это физическая величина равная отношению работы электрического поля затраченной на перенос электрического заряда из одной точки в другую (между полюсами) к этому заряду. Напряжение измеряется в Вольтах (В) и обозначается буквой V. Для того чтобы переместить между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль), необходимо напряжение тока равное 1 В.
Для лучшего понимания взаимосвязей между разностью потенциалов, электрическим зарядом и током воспользуемся следующим наглядным примером. Представим емкость с трубой внизу, наполненную до определенного уровня водой. Условимся, что количество воды соответствует величине заряда, высота воды в емкости (давление столба жидкости) – это напряжение, а интенсивность выхода потока воды из трубы – это электрический ток.
Чем больше воды в резервуаре, тем больше высота столба воды и выше давление. Аналогично в электрических явлениях: чем больше величина заряда, тем выше напряжение необходимое для его переноса. Начнем выпускать воду: давление в резервуаре будет уменьшаться. Т. е. с уменьшением величины заряда – снижается напряжение тока. Также наглядно это видно при работе фонарика с начавшими разряжаться батарейками: по мере того как разряжаются батарейки яркость лампочки становится все меньше и меньше.
Электрический ток.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Носителями заряда, при этом, могут быть электроны, ионы, протоны и дырки. Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие электрического поля. В зависимости от наличия или отсутствия заряженных частиц в веществах, они могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Условно направлением движения тока считается направление от положительно заряженного полюса к отрицательному. На практике направление движения зараженных частиц зависит от знака их заряда: отрицательно заряженные электроны движутся от минуса к плюсу, положительно заряженные ионы – от плюса к минусу.
Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. Сила тока обозначается буквой I и измеряется в Амперах (А). Сила тока в 1 А возникает при прохождении через поперечное сечение проводника заряда в 1 К за 1 сек.
Вернемся к примеру, с водой в емкости. Возьмем два резервуара с одинаковым уровнем воды, но разными диаметрами труб на выходе.
Сравним характер вытекания воды из обоих резервуаров: уровень воды в левом баке уменьшается быстрее, чем в правом. Т. е. интенсивность истечения воды зависит от диаметра трубы. Попробуем уравнять два потока: добавим в правый бак воду, таким образом увеличив высоту столба жидкости. Это повысит давление в правом баке и, соответственно, увеличит интенсивность истечения воды. Аналогично и в электрических цепях: с увеличением напряжения тока, увеличивается и его сила. Аналогом диаметра трубы в цепи является электрическое сопротивление проводника.
Приведенные примеры с водой наглядно демонстрируют связь между электрическим током, напряжением тока и сопротивлением.
Различают постоянный и переменный электрические токи. Если заряженные частицы постоянно движутся в одном направлении, то в цепи – постоянный ток и, соответственно, постоянное напряжение тока. Если направление движения частиц периодически меняется (они перемещаются то в одном, то в другом направлении), то это – переменный ток и возникает он, соответственно, при наличии переменного напряжения (т. е. когда разность потенциалов меняет свою полярность). Для переменного тока характерно периодическое изменение величины силы тока: она принимает то максимальное, то минимальное значения. Эти значения силы тока являются амплитудными, или пиковыми. Частота изменения полярности напряжения может быть разной. Например, в нашей стране эта частота равна 50 Герц (т. е. напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду), а в США частота переменного тока – 60 Гц (Герц).
