Для возникновения электрического тока в проводнике необходимо создать электрическое поле. Задачу по созданию и поддержанию электрического поля выполняют источники тока.
После создания электрического поля, на свободные заряженные частицы в проводнике начинают действовать электрические силы, которые и приводят их в движение.
Получается, что у нас есть силы и частицы, которые перемещаются под их действием. Значит, совершается какая-то работа. Этот же факт говорит нам о том, что электрическое поле обладает некоторой энергией.
На данном уроке мы более подробно рассмотрим, что же за работу совершает электрическое поле, от чего она зависит и придем к определению еще одной важной характеристики в электричестве — электрическому напряжению.
Работа тока
Сразу введем новое определение.
Работа тока — это работа, которую совершают силы электрического поля, создающего электрический ток.
В процессе этой работы энергия электрического тока переходит в другие различные виды энергии (механическую, внутреннюю и др.). Более подробно мы говорили об этом, когда рассматривали действия тока.
Добро пожаловать на лекцию по сопротивлению материалов! Сегодня мы будем говорить о важном понятии – напряжении. Напряжение является одним из основных параметров, которые мы изучаем в этом курсе. Оно играет ключевую роль в понимании поведения материалов и структур под воздействием нагрузок.
В этой лекции мы рассмотрим определение напряжения, его единицы измерения и свойства. Мы также обсудим, как напряжение связано с законом Ома и как оно применяется в технике. Пристегните ремни безопасности и готовьтесь к увлекательному погружению в мир напряжения!
Нужна помощь в написании работы?
Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.
Определение напряжения
Напряжение – это физическая величина, которая характеризует разность потенциалов между двумя точками в электрической цепи. Оно показывает, насколько сильно электрический заряд смещается или стремится переместиться от одной точки к другой.
Напряжение обозначается символом U и измеряется в вольтах (В). Вольт – это единица измерения напряжения в системе Международной системы единиц (СИ).
Напряжение может быть постоянным (постоянное напряжение) или переменным (переменное напряжение). Постоянное напряжение имеет постоянную величину и направление, в то время как переменное напряжение меняется со временем и имеет различные значения и направления.
Напряжение играет важную роль в электрических цепях, так как оно создает электрическое поле, которое позволяет электрическому заряду перемещаться по проводникам и приводит к потоку электрического тока.
Электрическое напряжение, единицы напряжения Измерение напряжения Физика 8 класс
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.
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
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
Ваш браузер не поддерживается
Интернет-сервис Студворк построен на передовых, современных технологиях и не может гарантировать полную поддержку текущего браузера.
Установить новый браузер
- Google Chrome
Скачать
Яндекс Браузер
Скачать
Opera
Скачать
Firefox
Скачать
Microsoft Edge
Нажимая на эту кнопку, вы соглашаетесь с тем, что сайт в вашем браузере может отображаться некорректно. Связаться с техподдержкой
Работаем по будням с 8.00 до 18.00 по МСК
Измерение электрического напряжения
Приборы для измерения напряжения, также называемые вольтметрами, всегда подключаются параллельно потребителю, на котором необходимо измерить электрическое напряжение.
Одним из наиболее часто используемых вольтметров является цифровой мультиметр (DMM), поэтому мы покажем вам процедуру измерения напряжения с помощью DMM. Сначала необходимо установить тип электрического напряжения (DC — постоянный ток или AC — переменный ток).
Для постоянного тока необходимо обратить внимание на правильную полярность, т.е. подключить плюс к положительному полюсу. На следующем этапе необходимо выбрать правильный диапазон измерения. Если вы не можете оценить, насколько велика измеряемая величина, установите наибольший возможный диапазон и двигайтесь от него вниз, пока не найдете нужный. Наконец, вам нужно только «считать» электрическое напряжение прибором.
Примеры типовых значений электрического напряжения
Для некоторых применений соответствующее электрическое напряжение можно найти в таблице ниже.
| Светодиод | 1,2 — 1,5 В |
| Зарядное устройство USB | 5 В |
| Напряжение автомобильного аккумулятора | 12, 4 — 12,8 В |
| Напряжение в розетке (среднеквадратичное или действующее значение) | 230 В |
| Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП) | 60 кВ — 1 МВ |
Вы можете видеть, что на высоковольтных линиях присутствует напряжение до мегавольт. Такие большие электрические напряжения используются для того, чтобы уменьшить потери в длинных линиях.
Решающим фактором для потребителя является мощность P, которую можно рассчитать для постоянного напряжения с помощью формулы:
P = U * I
Это означает, что электрический ток I так же важен для потребителя, как и электрическое напряжение. Согласно закону Ома, зависимость между током и напряжением имеет вид:
U = R * I .
Если напряжение остается неизменным, сопротивление определяет величину тока. Чтобы проиллюстрировать это, представьте следующее. У вас есть три разных бассейна, которые заполнены одинаковым количеством воды. Каждый бассейн имеет слив, который различается по сечению, т.е. в одном бассейне сливная труба очень маленькая, а в другом — очень большая.
Постоянное электрическое напряжение можно определить по тому, что все емкости заполнены на одинаковую высоту. Если слив узкий в нижней части, он представляет собой большое сопротивление. Ток здесь может течь только медленно. Если сечение сливной трубы больше, то сопротивление меньше и, соответственно, может протекать больший ток.
Применение напряжения в технике
Напряжение играет важную роль в различных областях техники и электротехники. Вот некоторые примеры применения напряжения:
Электроэнергетика
В электроэнергетике напряжение используется для передачи электрической энергии от генераторов к потребителям. Высокое напряжение используется для передачи энергии на большие расстояния с минимальными потерями. Затем напряжение снижается до низкого уровня для использования в домашних и коммерческих электрических системах.
Электроника
В электронике напряжение используется для питания различных электронных устройств, таких как компьютеры, мобильные телефоны, телевизоры и другие электронные приборы. Напряжение обычно постоянное и стабильное, чтобы обеспечить надлежащую работу электронных компонентов.
Телекоммуникации
В телекоммуникациях напряжение используется для передачи сигналов и данных по проводным и беспроводным сетям. Напряжение используется для питания коммуникационного оборудования и передачи сигналов между устройствами.
Автомобильная техника
В автомобильной технике напряжение используется для питания различных систем и устройств в автомобиле, таких как система зажигания, система освещения, система зарядки аккумулятора и другие электрические системы.
Промышленность
В промышленности напряжение используется для питания различных электрических машин и оборудования, таких как электродвигатели, насосы, компрессоры и другие электрические устройства. Напряжение может быть высоким или низким в зависимости от требований конкретного оборудования.
Это лишь некоторые примеры применения напряжения в технике. Напряжение является неотъемлемой частью электрических систем и играет важную роль в обеспечении энергии и функционирования различных устройств и систем.
Сравнительная таблица напряжения
| Постоянное напряжение | Напряжение, которое не меняется со временем | Вольты (В) | Прямо пропорционально силе тока и сопротивлению | Стабильность, низкий уровень шума | Используется в электронике, батареях, источниках питания |
| Переменное напряжение | Напряжение, которое меняется со временем | Вольты (В) | Зависит от частоты и амплитуды сигнала | Может иметь различные формы (синусоидальное, прямоугольное и т.д.) | Используется в электрической сети, электродвигателях, электронике |
Напряжение – это физическая величина, которая характеризует разность потенциалов между двумя точками в электрической цепи. Оно измеряется в вольтах (В) и является основным параметром в электротехнике.
Напряжение играет важную роль в законе Ома, который устанавливает пропорциональную зависимость между напряжением, силой тока и сопротивлением в цепи.
Напряжение имеет несколько свойств, включая положительность, направление и полярность. Оно может быть постоянным или переменным, в зависимости от типа источника электрической энергии.
Напряжение широко применяется в технике, включая электрические сети, электронику, электротранспорт и другие области. Понимание и управление напряжением является важным навыком для инженеров и технических специалистов.
Все, что нужно знать о напряжении: основы, применение и решение проблем обновлено: 8 сентября, 2023 автором: Научные Статьи.Ру
