В каких единицах измеряют напряжение

Напряжением ($U$) на участке цепи называют величину, равную отношению суммарной работы ($A$), при перемещении заряда, к величине этого заряда ($q$):

В Международной системе единиц (СИ) вольт — единица измерения напряжения. Обозначается буквой В. Эта единица измерения была названа в честь итальянского ученого А. Вольты (Он изобрел известный вольтов столб — это была первая электрическая батарея). Один вольт — единица измерения напряжения, равная работе в один джоуль над зарядом в 1 кулон при перемещении заряда из одной точки в другую:

Иногда используют другое определение вольта, при этом говорят, что один вольт — это электрическое напряжение, которое взывает в цепи постоянный ток, имеющий силу в 1 ампер при мощности один ватт:

Вольт является производной единицей измерения в системе СИ. Через основные единицы вольт можно выразить, используя его определение, например:

С вольтом используют любые стандартные приставки системы СИ, применяемые для формирования кратных и дольных единиц. Например:

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) единицы потенциала — единица измерения напряжения. Между вольтами и единицами измерения потенциала имеется следующее соотношение:

Вольт — единица измерения напряжения и эффект Джозефсона

В 1990 году была проведена стандартизация вольта в измерениях, при этом использовался нестационарный эффект Джозефсона. При пропускании через контакт Джозефсона тока больше критического, падение напряжения на контакте и сила тока через него помимо постоянной составляющей будет обладать переменной компонентой (говорят, что контакт излучает электромагнитные волны). Частота ($nu $) этой составляющей определяется из фундаментального выражения:

[hnu =2q_eU left(2right),]

где $h$ — постоянная Планка; $q_e$ — элементарный заряд. Данный эффект можно наблюдать и измерять при размещении контакта во внешнем электромагнитном поле высокой частоты. Если частота внешнего поля совпадает (или кратна) с частотой электромагнитного излучения, то появляется резонанс. Вольт — амперная характеристика для средних величин тока и напряжения является ступенчатой кривой. Ширина «ступенек» (ступеньки Шапиро) в направлении оси напряжений составляет величину $frac$. Данные ступеньки позволяют измерять частоту внешнего поля вместо слабого электромагнитного излучения. Так, измерив напряжение, которое соответствует ступени и частоту излучения, находят отношение $frac$. Так как радиочастоту измеряют с высокой точностью (подобная точность в измерении напряжения не достигнута), то точность измерения величины $frac$ достаточно велика, в связи с этим эффект Джозефсона использовали для стандартизации вольта, как единицы напряжения.

Электрическое напряжение

Идеи, Концепции, учения, методы исследования

Физика 8 класс (Урок№16 — 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

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.

Формула закон Ома

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.

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.

Электрическое напряжение в цепи

Для источников напряжения в схемах обычно используется один из следующих символов.

Электрическое напряжение источник напряжения

Источник напряжения всегда имеет два соединения/полюса. Полюс «плюс» и полюс «минус». Само напряжение обозначено стрелкой напряжения (UQ). Для источников оно всегда отображается от плюса к минусу.

Электрическое напряжение, падающее на резисторе, также можно обозначить стрелкой напряжения (на схеме обозначена как красная стрелка UR ). Это указывает на техническое направление электрического тока.

Также часто можно услышать термин «напряжение холостого хода» или «напряжение источника». Это выходное напряжение ненагруженного источника, т.е. источника, к которому ничего не подключено. Если цепь замкнута с нагрузкой, то можно измерить только напряжение на полюсах источника.

Электрические напряжения при последовательном и параллельном соединении

У нас уже есть статья о последовательном и параллельном соединении проводников, в котором мы обсуждаем эту тему более подробно. Поэтому здесь мы рассмотрим лишь некоторые основы.

При последовательном соединении компоненты подключаются в ряд.

Электрическое напряжение в цепях с последовательным соединением

Здесь электрическое напряжение источника делится на резисторы. Этот момент также описывается вторым правилом Кирхгофа. Здесь применимо следующее:

то есть напряжение источника равно сумме электрических напряжений на отдельных резисторах. Напряжение источника по-разному распределяется по разным резисторам.

В электрической цепи с параллельным соединением компоненты расположены, соответственно, параллельно друг относительно друга. Это можно увидеть на следующей схеме.

Электрическое напряжение параллельное подключение

Здесь гораздо проще определить электрические напряжения на резисторах, так как при параллельном соединении:

Поэтому электрическое напряжение на резисторах такое же высокое, как и электрическое напряжение источника.

Закон Ома и напряжение

Закон Ома – это основной закон электрической цепи, который связывает напряжение, силу тока и сопротивление. Он устанавливает, что напряжение в электрической цепи прямо пропорционально силе тока и обратно пропорционально сопротивлению.

Формула закона Ома

Математически закон Ома выражается следующей формулой:

  • V – напряжение в электрической цепи, измеряемое в вольтах (В)
  • I – сила тока, протекающего через цепь, измеряемая в амперах (А)
  • R – сопротивление цепи, измеряемое в омах (Ω)

Интерпретация закона Ома

Закон Ома можно интерпретировать следующим образом:

  • Чем больше сила тока, протекающего через цепь, тем больше напряжение в цепи.
  • Чем больше сопротивление цепи, тем больше напряжение в цепи.

Таким образом, закон Ома позволяет нам понять, как величина напряжения зависит от силы тока и сопротивления в электрической цепи.

Пример применения закона Ома

Давайте рассмотрим пример, чтобы лучше понять, как применяется закон Ома:

У нас есть электрическая цепь с напряжением 12 вольт (В) и сопротивлением 4 ома (Ω). Мы хотим найти силу тока, протекающего через цепь.

Используя формулу закона Ома, мы можем вычислить силу тока:

Таким образом, сила тока в этой цепи составляет 3 ампера (А).

Этот пример демонстрирует, как мы можем использовать закон Ома для вычисления силы тока в электрической цепи, если известны напряжение и сопротивление.

Закон Ома является фундаментальным понятием в электрической технике и позволяет нам понять и контролировать поведение электрических цепей.

Свойства напряжения

Напряжение в электрической цепи обладает несколькими важными свойствами, которые помогают нам понять его роль и применение в технике. Рассмотрим некоторые из этих свойств:

Напряжение создает электрическое поле

Когда в электрической цепи есть напряжение, оно создает электрическое поле вокруг проводников. Электрическое поле является областью, где действуют электрические силы на заряды. Это свойство напряжения позволяет нам управлять движением зарядов в цепи и использовать его для передачи энергии и информации.

Напряжение вызывает ток

Напряжение в электрической цепи вызывает ток – движение зарядов. Когда в цепи есть разность потенциалов (напряжение), заряды начинают двигаться от области с более высоким потенциалом к области с более низким потенциалом. Это свойство напряжения позволяет нам использовать электрическую энергию для работы устройств и систем.

Напряжение может быть постоянным или переменным

Напряжение может быть постоянным (DC) или переменным (AC). Постоянное напряжение имеет постоянную величину и направление, в то время как переменное напряжение меняется со временем и имеет периодическую форму. Это свойство напряжения определяет его применение в различных устройствах и системах.

Напряжение можно измерить в вольтах

Единицей измерения напряжения является вольт (В). Вольт – это единица измерения электрического потенциала или разности потенциалов. Измерение напряжения позволяет нам определить, сколько энергии может быть передано или использовано в электрической цепи.

Напряжение может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформаторов

Трансформаторы – это устройства, которые позволяют увеличивать или уменьшать напряжение в электрической цепи. Они работают на основе принципа электромагнитной индукции и позволяют нам адаптировать напряжение к требуемым значениям в различных устройствах и системах.

Эти свойства напряжения являются основой для понимания его роли и применения в электрической технике. Понимание этих свойств помогает нам эффективно использовать напряжение для работы устройств, передачи энергии и выполнения различных задач в технических системах.

На что похоже электрическое напряжение

Для наглядности можно сравнить электрический ток в проводнике с потоком воды в трубе за счет разности высот. Поток воды будет тем больше, чем больше перепад высоты, который создает напор (аналог напряжения) в трубе. Работа, совершенная водой, будет зависеть от ее массы и высоты, с которой произошло ее падение. Объем воды, прошедший через сечение трубы за определенное время, можно сравнить с величиной заряда, который прошел через проводник. Аналогично, работа тока будет пропорциональна величине протекшего заряда и напряжению электрического поля на участке цепи.

Итак, если в цепи нет напряжения, то не будет и электрического тока, так же, как и в замкнутом озере, где вода расположена на одном уровне, не будет никаких течений.

Примеры приборов, в которых работу совершает электрический ток

Определение электрического напряжения

Работа A, совершенная электрическим полем по перемещению электрического заряда q, равна:

где величина U называется электрическим напряжением. Если электрический заряд равняется 1 Кл (кулону), то согласно формулы (1) напряжение будет в точности равно работе по перемещению единичного заряда.

Единицы измерения напряжения

Вольт (В) является основной единицей измерения напряжения в системе Международной системы единиц (СИ) и широко используется во всех областях науки и техники. Киловольт (кВ), мегавольт (МВ) и гигавольт (ГВ) обычно применяются для измерения высоких напряжений, таких как напряжение в электроэнергетике или в электротранспорте. Микровольт (мкВ) используется для измерения очень низких уровней напряжения, например, в микроэлектронике или в биомедицинских исследованиях.

  • Вольт (В) – это единица измерения электрического напряжения. Она указывает на потенциал разности зарядов между двумя точками в электрической цепи. Вольт широко используется в электротехнике, электронике и силовой инженерии.
  • Киловольт (кВ) – это тысяча вольт. Она используется для измерения высоких уровней напряжения, таких как напряжение в электрических подстанциях и передаче электроэнергии на большие расстояния.
  • Мегавольт (МВ) – это миллион вольт. Эта единица измерения применяется для измерения очень высоких уровней напряжения, например, в системах электроснабжения промышленных предприятий, электрических линиях передачи энергии и других крупномасштабных электрических системах.
  • Гигавольт (ГВ) – это миллиард вольт. Она используется для измерения экстремально высоких уровней напряжения, включая напряжение в мощных электростанциях, ускорителях частиц и других специализированных электрических системах.
  • Микровольт (мкВ) – это миллионная часть вольта. Эта единица измерения используется для измерения очень малых уровней напряжения, например, в сенсорах, биомедицинских приборах и других приложениях, где требуется высокая чувствительность к измерениям.
Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий