Содержание
Электрическое напряжение. Единицы напряжения | 8 класс
Содержание
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.
От чего зависит работа тока?
Логично предположить, что работа тока будет зависеть от того, какой заряд протекает по цепи за определенное время. То есть, работа тока будет зависеть от силы тока.
Проверим это на простом опыте. Соберем цепь, состоящую из ключа, источника тока, амперметра и подключенной к проводам натянутой никелевой проволоки (рисунок 1).
Рисунок 1. Повышение температуры проволоки при увеличении силы тока в цепи
Используя один источник тока, в цепи была определенная сила тока. Проволока нагрелась.
Если же мы заменим источник тока, который даст нам большую силу тока, чем предыдущий, то заметим определенные изменения. Наша проволока нагревается намного сильнее. Вот вам наглядное доказательство того, что тепловое действие (а значит, и работа тока) проявляется сильнее с увеличением силы тока в цепи.
Но дело в том, что сила тока — не единственная характеристика, от которой зависит работа тока. Другая (и не менее важная) величина называется электрическим напряжением или просто напряжением.
{"questions":[{"content":"Работа электрического тока зависит от[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["только от силы тока","от силы тока и напряжения","только от напряжения"],"answer":[1]}}}]}
Электрическое напряжение
Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле.
Обозначается электрическое напряжение буквой $U$.
Давайте рассмотрим опыт, который наглядно нам покажет, как же эта величина может описать нам электрическое поле.
Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, источника тока, электрической лампы и амперметра. За источник тока возьмем небольшую батарейку (гальванический элемент), а электрическую лампу возьмем от карманного фонарика (рисунок 2).
Рисунок 2. Свечение лампы от карманного фонарика от батарейки
А теперь соберем похожую цепь. Заменим лампочку от фонарика большой лампой для освещения помещений. Батарейку тоже заменим. Теперь источником тока у нас является городская осветительная сеть (рисунок 3).
Рисунок 3. Свечение лампы для помещений от городской осветительной сети
Взгляните на показания амперметров в этих двух цепях. Они одинаковы!
Сила тока в цепях одинакова, но ведь большая лампа дает намного больше света и тепла, чем маленькая лампочка от фонарика. Вот здесь и появляется наша новая величина — напряжение.
{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение обозначается буквой[[choice-6]]","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":["$U$","$I$","$q$","$A$"],"explanations":["","Так обозначается сила тока.","Так обозначается электрический заряд.","Так обозначается работа."],"answer":[0]}}}]}
Связь работы тока и напряжения
Проведенные нами опыты объясняются следующим.
При одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного $1 \space Кл$, различна.
Получается, что эта работа тока и определяет нашу новую физическую величину — электрическое напряжение.
Теперь мы может объяснить до конца наши опыты. Напряжение, которое создается батарейкой в первой цепи, меньше напряжение городской осветительной сети. Поэтому лампа, подключенная к сети, дает больше света и тепла. При этом сила тока в обеих цепях одинакова. Вся причина различий — в создаваемом напряжении.
Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.
{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение определяется[[choice-13]]","widgets":{"choice-13":{"type":"choice","options":["работой тока по перемещению заряда","силой тока в цепи","Зарядом свободных частиц в проводнике"],"answer":[0]}}}]}
Формула для расчета напряжения
Если мы знаем работу тока $A$ на рассматриваемом участке цепи и весь электрический заряд $q$, который прошел по нему, то мы можем рассчитать напряжение $U$.
По физическому смыслу, мы определим работу тока при перемещении единичного электрического заряда.
$U = \frac{A}{q}$
Напряжение равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку.
Из этой формулы мы также будем использовать два ее следствия:
$A = Uq$,
$q = \frac{A}{U}$.
{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение рассчитывается по формуле[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["$U = \\frac{A}{q}$","$U = \\frac{q}{A}$","$U = \\frac{I}{q}$","$U = Aq$"],"answer":[0]}}}]}
Это интересно: факты об электричестве и напряжении
Единица измерения напряжения
Если единица силы тока была названа в честь ученого, то и с единицей измерения напряжения у нас такая же история.
Она названа вольтом в честь итальянского ученого Алессандро Вольта (рисунок 4).
Рисунок 4.
Алессандро Джузеппе Антонио Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель гальванического элемента
Единица напряжения — это такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в $1 \space Кл$ по этому проводнику равна $1 \space Дж$:
$1 \space В = 1 \frac{Дж}{Кл}$.
{"questions":[{"content":"Электрическое напряжение измеряется в [[choice-20]]","widgets":{"choice-20":{"type":"choice","options":["вольтах","амперах","кулонах","джоулях"],"explanations":["","Это единица измерения силы тока.","Это единица измерения электрического заряда.","Это единица измерения энергии."],"answer":[0]}}}]}
Дольные и кратные единицы напряжения
Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике? Это дольные и кратные единицы вольта: милливольт ($мВ$) и киловольт ($кВ$).
$1 \space мВ = 0.001 \space В$,
$1 \space кВ = 1000 \space В$.
{"questions":[{"content":"Переведите значение напряжения, выраженное в вольтах, в милливольты.<br />$35 \\space В =$[[choice-28]]","widgets":{"choice-28":{"type":"choice","options":["$35000 \\space мВ$","$0.035 \\space мВ$","$350 \\space мВ$"],"explanations":["$1 \\space В = 1000 \\space мВ$.","",""],"answer":[0]}}}]}
Значение напряжения для некоторых устройств и природных явлений
В таблице 1 представлены для ознакомления некоторые значения напряжения.
| Устройство | $U$, $В$ |
| Гальванический элемент | 1,25 |
| Городская электросеть | 220 |
| Электролампы | 20 — 250 |
| Телевизор | 100 — 600 |
| Холодильник | 150 — 600 |
| Компьютер | 400 — 750 |
| Утюг | 500 — 2000 |
| Электромоторы | 550 — 1700 |
| Обогреватель | 1000 — 2400 |
| Кондиционер | 1000 — 3000 |
| Циркулярная пила | 1800 — 2100 |
| Насос высокого давления | 2000 — 2900 |
| Линии высоковольтной электропередачи (ЛЭП) | 500 000 |
| Разряд молнии | До 1 000 000 |
Таблица 1.
Напряжение в некоторых технических устройствах и природе
Опасные и безопасные значения напряжения
Все знают, что большое (высокое) напряжение опасно для жизни. Проведем простую аналогию для лучшего понимания.
Например, напряжение между проводом высоковольтной линии передачи и землей составляет $100 \space 000 \space В$. Соединим этот провод с землей. Получается, что при прохождении по нему заряда всего в $1 \space Кл$ совершается работа в $100 \space 000 \space Дж$. Такая же работа будет совершена грузом массой $1000 \space кг$, если он упадет с высоты в $10 \space м$. Похожие разрушения, может вызывать высокое напряжение.
Обычно безопасным считают напряжение не более $42 \space В$. Такое напряжение создают, например, гальванические элементы.
Наверное, многие помнят, как в детстве родители запрещали засовывать пальцы в розетку. Да и разбирать самостоятельно лучше не стоит. Доверять такие работу лучше специалистам. Почему? Ток в такой сети идет от генераторов, и напряжение обычно составляет $220 \space В$.
Такое напряжение может нанести существенный вред здоровью.
{"questions":[{"content":"Высокое напряжение[[choice-33]]","widgets":{"choice-33":{"type":"choice","options":["опасно для жизни","полезно для здоровья","не оказывает влияния на человеческий организм"],"answer":[0]}}}]}
Примеры задач
Задача №1
При нормальном режиме работы тостера сила тока в его электрической цепи равна $6 \space А$. Напряжение в сети составляет $220 \space В$. Найдите работу электрического тока в цепи за $5 \space мин$.
Дано:
$t = 5 \space мин$
$I = 6 \space А$
$U = 220 \space В$
СИ:
$t = 300 \space с$
$A — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Запишем формулу для определения напряжения и выразим из нее работу:
$U = \frac{A}{q}$,
$A = Uq$.
Как найти электрический заряд? Запишем формулу для расчет силы тока и выразим заряд из нее:
$I = \frac{q}{t}$,
$q = It$.
Подставим это в формулу для расчета работы электрического тока:
$A = Uq = UIt$.
Рассчитаем эту величину:
$A = 220 \space В \cdot 6 \space А \cdot 300 \space с = 396 \space 000 \space Дж = 396 \space кДж$.
Ответ: $A = 396 \space кДж$.
Задача №2
На рисунке 5 представлены графики зависимости работы электрического поля (тока) $A$ от перемещаемого заряда $q$ по двум проводникам. Используя график, вычислите напряжение между концами каждого проводника.
Рисунок 5. Графики зависимости работы тока от перемещаемого заряда по двум проводникам
На графике выберем удобные для нас точки с точными значениями заряда и работы. Для графика $I$ выберем точку со значениями $q = 0.35 \space Кл$ и $A = 70 \space Дж$. Для графика $II$: $q = 0.35 \space Кл$ и $A = 40 \space Дж$. Запишем условие задачи и решим ее.
Дано:
$q_1 = q_2 = 0.35 \space Кл$
$A_1 = 70 \space Дж$
$A_2 = 40 \space Дж$
$U_1 — ?$
$U_2 — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Рассчитывать напряжения для данных проводников будем по формуле $U = \frac{A}{q}$.
$U_1 = \frac{A_1}{q_1} = \frac{70 \space Дж}{0.35 \space Кл} = 200 \space В$.
$U_2 = \frac{A_2}{q_2} = \frac{40 \space Дж}{0.35 \space Кл} \approx 114 \space В$.
Ответ: $U_1 = 200 \space В$, $U_2 \approx 114 \space В$.
Электрическое напряжение. Измерение напряжения
Урок 25. Физика 8 класс (ФГОС)
На этом занятии мы узнаем, что называют электрическим напряжением и какова его единица измерения в системе СИ. Выясним, что характеризует напряжение. А также познакомимся с прибором, с помощью которого измеряют напряжение на участке цепи.
Конспект урока «Электрическое напряжение. Измерение напряжения»
На
одном из прошлых уроков мы с вами говорили об электрическом поле. Давайте
вспомним, что эта особая форма материи, посредством которой взаимодействуют
заряженные тела. Реальность существования электрического поля подтверждается
его конкретным действием: оно действует на внесённый заряд с определённой
силой.
Примером
может служить электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных
частиц, которое создаётся электрическим полем. Следовательно, электрическое
поле способно совершить работу, которую называют работой тока.
Рассматривая
перемещение электрического заряда в поле другого заряда и совершаемую при этом
работу, очень полезно прибегнуть к сравнению с перемещением тел в поле
тяготения Земли. Действительно, при падении какого-либо тела, сила
тяжести будет разгонять его, увеличивая кинетическую энергию, и, тем самым,
совершая положительную работу. Подобно этому, электрическое поле, созданное,
например, отрицательно заряженным шаром, будет действовать на помещённый в любую
точку положительный заряд и также, совершая положительную работу, будет
увеличивать его кинетическую энергию. В обоих случаях величина работы будет
зависеть от положения начальной и конечной точек.
Для
удобства расчёта работы в электрическом поле вводят особую величину — электрическое
напряжение, или просто напряжение.
Напряжение
— это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Обозначается оно
латинской буквой U.
Каждый
из вас, конечно же, видел строгое предупреждение: «Внимание! Высокое
напряжение! Опасно для жизни!». Возникают закономерные вопросы. Во-первых, почему
используют слово «высокое»? А во-вторых (что самое главное), почему высокое
напряжение опасно для жизни?
Для
лучшего понимания этой величины познакомимся с международной единицей электрического
напряжения. Она называется вольтом (В), в честь итальянского учёного
А. Вольта, впервые создавшего источник электрического.
1
В — это напряжение между такими двумя точками электрического поля, при переносе
между которыми заряда в 1 Кл совершается работа 1 Дж.
В
практике используются также кратные и дольные ему единицы:
Таким
образом, напряжение — это характеристика работоспособности электрического
поля на рассматриваемом участке. С точки же зрения математики можно
говорить о прямой зависимости произведённой работы от напряжения.
А
если будет перемещаться не единичный заряд в 1 Кл, а заряд, в два, три, пять
раз больший? Во столько же раз будет больше и произведённая работа.
Значит,
работа сил электрического поля может быть найдена как произведение значений
перенесённого заряда и напряжения:
A
= qU.
Вернёмся
к аналогии поля тяготения и электрического поля. Напряжение в определённой мере
можно сравнить с изменением высоты, с которой падает тело. Мы знаем, что чем
выше находится тело, тем бо́льшую работу совершит сила тяжести. Поэтому неудивительно,
что часто вместо того, чтобы говорить «маленькое напряжение», говорят «низкое
напряжение», а вместо «большое напряжение» — «высокое напряжение».
Вы
уже знакомы с прибором для измерения силы тока — амперметром, показания
которого зависят от ежесекундно протекающего в цепи заряда. А для измерения
напряжения служит другой прибор, называемый вольтметром.
Но
каков принцип измерения напряжения, то есть что такое вольтметр? Ответ на этот
вопрос вас, безусловно, удивит: напряжение можно измерять прибором,
конструкция, а значит, и внешний вид которого абсолютно не отличается от
конструкции амперметра.
Разберёмся в этой непростой ситуации внимательно.
Пусть есть простейшая электрическая цепь из источника тока, нагрузки (лампочки)
и ключа.
Для
измерения силы тока мы должны разорвать цепь в какой-либо точке и включить туда
прибор, через который потечёт весь ток цепи. Такой прибор — это уже известный
нам амперметр. А теперь возьмём ещё один электроизмерительный прибор и
подключим его, не разрывая цепи, к выводам нагрузки. Такое подключение прибора
называют параллельным подключением.
А
покажет ли что-нибудь этот прибор? Конечно же, да. Ведь если мы на некотором
участке параллельно руслу реки пророем достаточной глубины канал, то часть воды
пойдёт и по прорытому каналу. Так и в нашей цепи ток пройдёт через подключённый
нами прибор. Этот прибор и называют вольтметром. На электрических схемах он
обозначается кружочком, в центре которого расположена буква V:
Так
же, как и у амперметра, у одного зажима вольтметра стоит знак «плюс», а у
другого — «минус».
Поэтому нужно обязательно следить за правильным включением
вольтметра в электрическую цепь.
Пример
решения задачи.
Задача. В
электроприборе при напряжении 220 В за 1 мин перемещается заряд 160 Кл. Каково
значение мощности электроприбора?
Предыдущий урок 24
Сила тока. Измерение силы тока
Следующий урок 26
Зависимость силы тока от напряжения. Сопротивление
Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций
Физика 8 класс (ФГОС)
Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт
Что такое напряжение? | Hioki
Что такое напряжение? Эта страница предлагает простое для понимания объяснение того, чем напряжение отличается от тока, единицы измерения, в которых оно измеряется, и другую информацию.
Обзор
Прежде чем приступить к работе с электронными устройствами, вам необходимо получить хорошее представление о силе тока, сопротивлении, напряжении и связанных с ними темах. Если вы похожи на большинство людей, вы знакомы со словами, но вам не хватает детального понимания лежащих в их основе понятий. На этой странице представлено простое для понимания введение, в котором рассказывается, как определяются напряжение и другие термины, чем отличаются ток и электрический потенциал и как можно измерить напряжение.
Что такое напряжение?
Напряжение описывает «давление», которое толкает электричество. Величина напряжения обозначается единицей измерения, известной как вольт (В), а более высокое напряжение приводит к тому, что к электронному устройству поступает больше электричества. Однако электронные устройства предназначены для работы при определенных напряжениях; чрезмерное напряжение может повредить их схемы.
Напротив, слишком низкое напряжение также может вызвать проблемы, препятствуя работе цепей и делая устройства, построенные вокруг них, бесполезными.
Понимание напряжения и того, как устранять связанные с этим проблемы, необходимо для надлежащего обращения с электронными устройствами и выявления основных проблем при их возникновении.
Разница между напряжением и током
Как было сказано выше, простым описанием напряжения будет «способность вызывать ток». Если вы похожи на большинство людей, вам трудно представить себе, что такое напряжение, поскольку вы не можете видеть его непосредственно глазами. Чтобы понять напряжение, вы должны сначала понять электричество.
Электричество течет как ток. Вы можете представить это как поток воды, как в реке. Вода в реках течет от гор вверх по течению к океану вниз по течению. Другими словами, вода течет из мест с большой высотой воды в места с низкой высотой воды. Точно так же действует электричество: концепция высоты воды аналогична электрическому потенциалу, и электричество течет из мест с высоким электрическим потенциалом в места с низким электрическим потенциалом.
Электричество похоже на поток воды.
Разность потенциалов между двумя точками может быть выражена как напряжение. Напряжение — это, так сказать, «давление», которое заставляет электричество течь. В физике напряжение можно рассчитать с помощью закона Ома, который говорит нам, что напряжение равно сопротивлению, умноженному на ток.
Сопротивление указывает на трудности, с которыми течет электричество. Представьте себе водопровод. По мере того, как труба становится меньше, сопротивление увеличивается, и воде становится труднее течь; при этом сила течения увеличивается. Напротив, по мере того, как труба становится больше, вода течет с большей готовностью, но сила потока уменьшается. Аналогичная ситуация и с током. Сопротивление и ток пропорциональны напряжению, а это означает, что по мере увеличения любого из них будет увеличиваться и напряжение.
Метод измерения напряжения
Мультиметры (мультитестеры) используются для измерения напряжения. В дополнение к напряжению мультиметры могут выполнять проверку непрерывности и измерять такие параметры, как ток, сопротивление, температура и емкость.
Мультиметры выпускаются как в аналоговом, так и в цифровом вариантах, но цифровые модели проще всего использовать без ошибочного считывания значений, поскольку они отображают значения напрямую.
Для измерения напряжения с помощью мультиметра необходимо подключить положительный и отрицательный измерительные провода и выбрать диапазон измерения напряжения. Затем вы размещаете провода в контакте с обоими концами цепи, которую хотите измерить. При использовании аналогового тестера вы начинаете с самого большого диапазона измерения напряжения.
Если прибор не отвечает, вы пытаетесь постепенно уменьшать диапазоны измерения, пока не достигнете диапазона, в котором можно измерить напряжение цепи. При использовании цифрового тестера многие модели упрощают процесс измерения, автоматически настраивая диапазон измерения.
Разница между постоянным и переменным током
Возможно, вы знаете, что существует два вида тока: постоянный, или постоянный, и переменный, или переменный.
Постоянный ток течет без каких-либо изменений в направлении или величине тока или в величине напряжения. Знакомым примером этого типа тока может быть батарея. Батареи производят напряжение и ток в одном направлении.
Если вы подключите миниатюрную лампочку к батарее, лампочка будет генерировать равномерное количество света, пока в батарее остается заряд, а это характеристика постоянного тока. Постоянный ток течет в виде плоской или пульсирующей волны.
Переменный ток, напротив, характеризуется напряжением и током, направление и величина которых периодически изменяются относительно нулевого положения. Типичным примером может служить ток, подаваемый от бытовых электрических розеток. Напряжение и ток изменяются с заданным ритмом в виде синусоидальной, треугольной или пульсовой волны.
Цепь постоянного тока должна быть правильно подключена к положительной и отрицательной клеммам аккумулятора. Некоторые схемы не будут работать должным образом, если батарея подключена наоборот.
Но с бытовой электрической розеткой электричество будет течь, даже если вы перепутаете левый и правый штыри вилки. Поскольку электричество в переменном токе течет в обоих направлениях, величина электричества меняется от момента к моменту. Эти значения называются мгновенными значениями и могут быть описаны такими значениями, как максимальное значение, минимальное значение, среднее значение, размах и среднеквадратичное значение.
Используйте мультиметр, если вам нужно измерить напряжение.
Напряжение — показатель способности перемещать электричество. Это понятие тесно связано с другими понятиями, такими как разность потенциалов, ток и сопротивление, поэтому важно получить общее представление о предмете. Для измерения напряжения вам понадобится мультиметр. Мультиметры просты в использовании, поэтому обязательно используйте их, когда вам нужно измерить напряжение.
Как использовать
Сопутствующие товары
- Цифровой мультиметровый DT4282
- Precision DC Voltmeter DM7276
- HITESTER 3246-60
- HELSESTER 3244-60
- COMPACT DIGLATE MULTIMETER DT4224
- ОБУЧЕНИЕ
-
Как пользоваться цифровым мультиметром Как пользоваться цифровым мультиметром. Обзор преимуществ и недостатков
- .
измерено? Напряжение легко измерить с помощью тестера.
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение
|
Напряжение – электрическая потенциальная энергия на единицу заряда, измеряемая в джоулях на кулон (= вольт). Его часто называют «электрическим потенциалом», который затем следует отличать от потенциальной электрической энергии, отмечая, что «потенциал» представляет собой величину «на единицу заряда». Подобно механической потенциальной энергии, ноль потенциала можно выбрать в любой точке, поэтому разность напряжений является величиной, имеющей физический смысл. Разница в напряжении, измеренная при перемещении из точки A в точку B, равна работе, которую необходимо совершить на единицу заряда против электрического поля, чтобы переместить заряд из A в B.
|
Индекс
Концепции напряжения |
||||||||||
|
Когда генерируется напряжение, оно иногда называют «электродвижущей силой» или ЭДС.
ЭДС представляет собой энергию на единицу заряда (напряжения), которая была предоставлена генераторным механизмом, и не является «силой». Термин ЭДС сохранен по историческим причинам. Полезно отличать напряжения, генерируемые от изменений напряжения, возникающих в цепи в результате рассеяния энергии, например, в резисторе. 
Добавить комментарий