Как обозначается напряжение тока: Электрическое напряжение — урок. Физика, 8 класс.

Содержание

Ток и напряжение. Виды и правила. Работа и характеристики

Ток и напряжение являются количественными параметрами, применяемыми в электрических схемах. Чаще всего эти величины меняются с течением времени, иначе не было бы смысла в действии электрической схемы.

Условно напряжение обозначается буквой

«U». Работа, затраченная на перемещение единицы заряда из точки, имеющей малый потенциал в точку с большим потенциалом, является напряжением между этими двумя точками. Другими словами, это энергия, освобождаемая после перехода единицы заряда от высокого потенциала к малому.

Напряжение еще могут называть разностью потенциалов, а также электродвижущей силой. Этот параметр измеряется в вольтах. Чтобы переместить 1 кулон заряда между двумя точками, которые имеют напряжение 1 вольт, нужно выполнить работу в 1 джоуль. Кулонами измеряются электрические заряды. 1 кулон равен заряду 6х1018 электронов.

Напряжение разделяется на несколько видов, в зависимости от видов тока:
  • Постоянное напряжение. Оно присутствует в электростатических цепях и цепях постоянного тока.
  • Переменное напряжение. Этот вид напряжения имеется в цепях с синусоидальными и переменными токами. В случае синусоидального тока рассматриваются такие характеристики напряжения, как:
    амплитуда колебаний напряжения – это максимальное его отклонение от оси абсцисс;
    — мгновенное напряжение, которое выражается в определенный момент времени;
    — действующее напряжение, определяется по выполняемой активной работе 1-го полупериода;
    — средневыпрямленное напряжение, определяемое по модулю величины выпрямленного напряжения за один гармонический период.

При передаче электроэнергии по воздушным линиям устройство опор и их размеры зависят от величины применяемого напряжения. Величина напряжения между фазами называется линейным напряжением, а напряжение между землей и каждой из фаз – фазным напряжением. Такое правило применимо для всех типов воздушных линий. В России в электрических бытовых сетях, стандартным является трехфазное напряжение с линейным напряжением 380 вольт, и фазным значением напряжения 220 вольт.

Электрический ток

Ток в электрической цепи является скоростью движения электронов в определенной точке, измеряется в амперах, и обозначается на схемах буквой «I». Также используются и производные единицы ампера с соответствующими приставками милли-, микро-, нано и т.д. Ток размером в 1 ампер образуется передвижением единицы заряда в 1 кулон за 1 секунду.

Условно считается, что ток в электрической цепи течет по направлению от положительного потенциала к отрицательному. Однако, из курса физики известно, что электрон движется в противоположном направлении.

Необходимо знать, что напряжение измеряется между 2-мя точками на схеме, а ток течет через одну конкретную точку схемы, либо через ее элемент. Поэтому, если кто-то употребляет выражение «напряжение в сопротивлении», то это неверно и неграмотно. Но часто идет речь о напряжении в определенной точке схемы. При этом имеется ввиду напряжение между землей и этой точкой.

Напряжение образуется от воздействия на электрические заряды в генераторах, батареях, солнечных элементах и других устройствах. Ток возникает путем приложения напряжения к двум точкам на схеме.

Чтобы понять, что такое ток и напряжение, правильнее будет воспользоваться осциллографом. На нем можно увидеть ток и напряжение, которые меняют свои значения во времени. На практике элементы электрической цепи соединены проводниками. В определенных точках элементы цепи имеют свое значение напряжения.

Ток и напряжение подчиняются правилам:
  • Сумма токов, входящих в точку, равняется сумме токов, выходящих из точки (правило сохранения заряда). Такое правило является законом Кирхгофа для тока. Точка входа и выхода тока в этом случае называется узлом. Следствием из этого закона является следующее утверждение: в последовательной электрической цепи группы элементов величина тока для всех точек одинакова.
  • В параллельной схеме элементов напряжение на всех элементах одинаково. Иначе говоря, сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна нулю. Этот закон Кирхгофа применяется для напряжений.
  • Работа, выполненная в единицу времени схемой (мощность), выражается следующим образом: Р = U*I. Мощность измеряется в ваттах. Работа величиной 1 джоуль, выполненная за 1 секунду, равна 1 ватту. Мощность распространяется в виде теплоты, расходуется на совершение механической работы (в электродвигателях), преобразуется в излучение различного вида, накапливается в емкостях или батареях. При проектировании сложных электрических систем, одной из проблем является тепловая нагрузка системы.

Характеристика электрического тока

Обязательным условием существования тока в электрической цепи является замкнутый контур. Если контур цепи разрывается, то ток прекращается.

По такому принципу действуют все защиты и выключатели в электротехнике. Они разрывают электрическую цепь подвижными механическими контактами, и этим прекращают течение тока, выключая устройство.

В энергетической промышленности электрический ток возникает внутри проводников тока, которые выполнены в виде шин, кабелей, проводов и других частей, проводящих ток.

Также существуют другие способы создания внутреннего тока в:
  • Жидкостях и газах за счет передвижения заряженных ионов.
  • Вакууме, газе и воздухе с помощью термоэлектронной эмиссии.
  • Полупроводниках, вследствие движения носителей заряда.
Условия возникновения электрического тока:
  • Нагревание проводников (не сверхпроводников).
  • Приложение к носителям заряда разности потенциалов.
  • Химическая реакция с выделением новых веществ.
  • Воздействие магнитного поля на проводник.
Формы сигнала тока:
  • Прямая линия.
  • Переменная синусоида гармоники.
  • Меандром, похожий на синусоиду, но имеющий острые углы (иногда углы могут сглаживаться).
  • Пульсирующая форма одного направления, с амплитудой, колеблющейся от нуля до наибольшей величины по определенному закону.
Виды работы электрического тока:
  • Световое излучение, создающееся приборами освещения.
  • Создание тепла с помощью нагревательных элементов.
  • Механическая работа (вращение электродвигателей, действие других электрических устройств).
  • Создание электромагнитного излучения.
Отрицательные явления, вызываемые электрическим током:
  • Перегрев контактов и токоведущих частей.
  • Возникновение вихревых токов в сердечниках электрических устройств.
  • Электромагнитные излучения во внешнюю среду.

Создатели электрических устройств и различных схем при проектировании должны учитывать вышеперечисленные свойства электрического тока в своих разработках. Например, вредное влияние вихревых токов в электродвигателях, трансформаторах и генераторах снижается путем шихтовки сердечников, применяемых для пропускания магнитных потоков. Шихтовка сердечника – это его изготовление не из цельного куска металла, а из набора отдельных тонких пластин специальной электротехнической стали.

Но, с другой стороны, вихревые токи используют для работы микроволновых печей, духовок, действующих по принципу магнитной индукции. Поэтому, можно сказать, что вихревые токи оказывают не только вред, но и пользу.

Переменный ток с сигналом в форме синусоиды может различаться частотой колебаний за единицу времени. В нашей стране промышленная частота тока электрических устройств стандартная, и равна 50 герцам. В некоторых странах используется частота тока 60 герц.

Для различных целей в электротехнике и радиотехнике используют другие значения частоты:
  • Низкочастотные сигналы с меньшей величиной частоты тока.
  • Высокочастотные сигналы, которые намного выше частоты тока промышленного использования.

Считается, что электрический ток возникает при движении электронов внутри проводника, поэтому он называется током проводимости. Но существует и другой вид электрического тока, который получил название конвекционного. Он возникает при движении заряженных макротел, например, капель дождя.

Электрический ток в металлах

Движение электронов при воздействии на них постоянной силы сравнивают с парашютистом, который снижается на землю. В этих двух случаях происходит равномерное движение. На парашютиста действует сила тяжести, а противостоит ей сила сопротивления воздуха. На движение электронов действует сила электрического поля, а сопротивляются этому движению ионы решеток кристаллов. Средняя скорость электронов достигает постоянного значения, так же как и скорость парашютиста.

В металлическом проводнике скорость движения одного электрона равна 0,1 мм в секунду, а скорость электрического тока около 300 тысяч км в секунду. Это объясняется тем, что электрический ток течет только там, где к заряженным частицам приложено напряжение. Поэтому достигается большая скорость протекания тока.

При перемещении электронов в кристаллической решетке существует следующая закономерность. Электроны сталкиваются не со всеми встречными ионами, а только с каждым десятым из них. Это объясняется законами квантовой механики, которые можно упрощенно объяснить следующим образом.

Движению электронов мешают большие ионы, которые оказывают сопротивление. Это особенно заметно при нагревании металлов, когда тяжелые ионы «качаются», увеличиваются в размерах и уменьшают электропроводность решеток кристаллов проводника. Поэтому при нагревании металлов всегда увеличивается их сопротивление. При снижении температуры повышается электрическая проводимость. При снижении температуры металла до абсолютного нуля можно добиться эффекта сверхпроводимости.

Похожие темы:
  • Фаза и ноль. Работа и измерения. Особенности
  • Закон Ома. Для цепей и тока. Формулы и применение
  • Ток короткого замыкания. Виды и работа. Применение и особенности
  • Мощность электрического тока. Виды и работа. Особенности
  • Пусковой ток. Типы и работа. Применение и особенности
  • Качество электроэнергии. Показатели и характеристики. Факторы

Ток, напряжение, сопротивление

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Электрический ток ( I ) — это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики — движение электронов. Безусловно.

Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах.

Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.

Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира.

Условиями возникновения и существования электрического тока являются:

  • Наличие свободных носителей заряда
  • Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.

Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно.

Электрическое поле — это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы «одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются» можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.

Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика — напряженность электрического поля.

Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву:
E=Δφ.

Здесь:

  • E — напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
  • Δφ=φ1-φ2 — разность потенциалов (рисунок 1).

Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.

Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них — хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε.

Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.

Напряжение ( U ).

Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε.

Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно.

Сопротивление ( R ) — название говорит само за себя — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома. Этот закон рассматривется на отдельной странице этого раздела.

Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника. Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.

Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять
R=ρ*L/S.

Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление.

Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:

Ток — Ампер (А)

Напряжение — Вольт (В)

Сопротивление — Ом (Ом).

Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.

© 2012-2023 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Напряжение и ток | Клуб электроники

Напряжение и ток | Клуб электроники

Следующая страница: Счетчики

См. также: Мультиметры | Закон Ома

Напряжение и ток жизненно важны для понимания электроники, но их довольно трудно понять, потому что мы не можем видеть их напрямую.


Напряжение — причина, ток — следствие

Напряжение пытается создать ток, и ток будет течь, если цепь замкнута.
Напряжение иногда называют «толчком» или «силой» электричества.
на самом деле это не сила, но это может помочь вам представить, что происходит.
Можно иметь напряжение без тока, но ток не может течь без напряжения.

Напряжение и ток

Переключатель замкнут, что делает
полной цепью, поэтому
ток может течь.

Напряжение, но нет тока

Переключатель разомкнут, поэтому
цепь разорвана и
ток не течет.

Нет напряжения и тока

Без ячейки
нет источника напряжения, поэтому
ток не может течь.


Напряжение, В

  • Напряжение является мерой энергии, переносимой зарядом .

    Строго: напряжение — это «энергия на единицу заряда».
  • Правильное название напряжения разность потенциалов или p. d. короче,
    но этот термин редко используется в электронике.
  • Напряжение обеспечивается аккумулятором (или блоком питания).
  • Напряжение используется в компонентах , но не в проводах.
  • Мы говорим напряжение на компоненте.
  • Напряжение измеряется в вольт , В .
  • Напряжение измеряется вольтметром , включенным в параллельно .
  • Символ В используется для обозначения напряжения в уравнениях.

Параллельное подключение вольтметра


Напряжение в точке и 0В (ноль вольт)

Напряжение — это разница между двумя точками , но в электронике мы часто ссылаемся на
напряжение в точке означает разницу напряжений между этой точкой и контрольной точкой 0 В (ноль вольт).

Нулевое напряжение может быть в любой точке цепи, но, чтобы быть последовательным, это обычно
минусовая клемма аккумулятора или блока питания . Вы часто будете видеть принципиальные схемы
помечен 0V в качестве напоминания.

Возможно, вам будет полезно думать о напряжении как о высоте в географии. Контрольная точка
нулевой высоты является средним (средним) уровнем моря, и все высоты отсчитываются от этой точки.
Нуль вольт в электронной цепи подобен среднему уровню моря в географии.

Нулевое напряжение для цепей с двойным питанием

Для некоторых цепей требуется двойное питание с тремя соединениями питания , как показано на
диаграмма. Для этих цепей эталонной точкой нулевого напряжения является средняя клемма между
две части поставки.

На сложных принципиальных схемах с двойным источником питания символ заземления часто используется для обозначения
подключение к 0В, это помогает уменьшить количество проводов на схеме.

Диаграмма показывает ±9Двойное питание V, средняя клемма 0 В.



Ток, I

  • Ток скорость потока заряда .
  • Текущий не используется , то, что втекает в компонент, должно вытекать.
  • Мы говорим, что ток через компонент.
  • Ток измеряется в амперах (амперах) , А .
  • Ток измеряется амперметром , включенным в ряд ​​.

    Для последовательного соединения необходимо разорвать цепь и поставить амперметр
    через зазор, как показано на схеме.
  • Символ I используется для тока в уравнениях.

    Почему буква I используется для текущего? … см. FAQ.

1А (1 ампер) — довольно большой ток для электроники, поэтому часто используется мА (миллиампер).
м (милли) означает «тысячная»:

1 мА = 0,001 А или 1000 мА = 1 А


для использования на паяных цепях. Большинство испытаний в электронике выполняется с помощью вольтметров, которые могут
быть легко подключены без нарушения цепей.

Последовательное подключение амперметра


Напряжение и ток для компонентов серии

  • Напряжения составляют для компонентов, соединенных последовательно.
  • Токи одинаковые для всех компонентов, соединенных последовательно.

В этой схеме 4 В на резисторе и 2 В на светодиоде складываются.
к напряжению батареи: 2В + 4В = 6В.

Ток через все части (аккумулятор, резистор и светодиод) составляет 20 мА.


Напряжение и ток для компонентов, включенных параллельно

  • Напряжения одинаковы для всех компонентов, соединенных параллельно.
  • Токи в сумме составляют для компонентов, соединенных параллельно.

В этой схеме батарея, резистор и лампа имеют напряжение 6 В.

Ток 30 мА через резистор и ток 60 мА через лампу складываются
к току 90 мА через батарею.


Следующая страница: метров | Исследование


Напряжение — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Трехконтактная розетка с маркировкой. [1] 120 В поддерживается между нулевой линией и горячей линией.

Напряжение часто используется как сокращение для разность потенциалов , что является другим названием разности потенциалов . Напряжение измеряет энергию, которую получит заряд, перемещаясь между двумя точками в пространстве. Единицей измерения напряжения является вольт (В), а 1 вольт = 1 Дж/Кл. [2]

Розетки и батареи имеют связанные с ними напряжения. Фактически, всякий раз, когда электричество доставляется на любое расстояние, существует напряжение (также известное как разность потенциалов) между начальной и конечной точками. Когда приложено напряжение, энергетически предпочтительно, чтобы электрический заряд двигался к точке наименьшего напряжения в проводе; это причудливый способ сказать, что положительный электрический заряд получает энергию при переходе из точки с высоким напряжением в точку с низким напряжением. Отрицательный электрический заряд будет получать энергию, идя в другом направлении.

Чем выше напряжение, тем больше энергии получает перемещение между двумя точками. Кроме того, чем больше заряд, который проходит через напряжение, тем больше кинетическая энергия, полученная зарядом. Уравнение, которое моделирует это:

[математика]E=Q\DeltaV[/математика]

  • [math]E[/math] — энергия, измеряемая в джоулях
  • [math]\Delta V[/math] — напряжение, измеренное в вольтах
  • [math]Q[/math] — заряд, измеренный в кулонах

В одной точке нет напряжения, поскольку напряжение определяется как разность энергий между двумя точками. Напряжение всегда зависит от некоторой контрольной точки, которая определена как 0 В. Для удобства Земля почти всегда определяется как 0 В (на уроках физики 0 В часто принимается за потенциал в бесконечно удаленной точке, но это в электронике бесполезно). Напряжение генерирует поток электронов (электрический ток) через цепь. Конкретное название источника энергии, создающего напряжение для протекания тока, называется электродвижущей силой. Эта зависимость между напряжением и током определяется законом Ома.

Часто бывает полезна аналогия:

Гравитационная потенциальная энергия — это энергия, которую запасает мяч, сидя на столе. Высота, умноженная на ускорение свободного падения (90 270 g 90 271), дает общую энергию, которая преобразуется в кинетическую энергию, если мяч падает с этой высоты. Электродвижущая сила — это то, что удерживает мяч и возвращает его на стол (это то, что приводит в движение поток шаров, падающих со стола).

Электрическая энергия – это энергия, высвобождаемая при «падении» заряда через разность потенциалов (напряжение). Напряжение существует вне зависимости от того, есть заряд или нет.

Для бытового применения

Электрическая розетка в доме имеет напряжение 120 В (в Канаде и США) через два отверстия. Это напряжение всегда присутствует, и когда электрическая нагрузка становится частью цепи (например, при подключении прибора), это напряжение заставляет ток течь по цепи.

Электрические генераторы перемещают магниты рядом с катушками проводов для создания напряжения в электрической сети.

Генерация постоянного тока создает напряжения, используя энергию света в фотогальванических элементах или энергию химических реакций, обычно внутри батарей, и даже разницу температур с помощью термопар. Чтобы узнать больше о физике напряжения, см. гиперфизику.

Батарея 9В имеет напряжение 9В. Двойные батареи A, AAA, C и D имеют напряжение (разность потенциалов) 1,5 В.

Phet Simulation

Чем больше напряжение, тем больше ток будет течь по цепи. Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet. Используя приведенную ниже симуляцию, исследуйте, как увеличение напряжения увеличивает ток в цепи:

Для дополнительной информации

Для получения дополнительной информации см.


Опубликовано

в

от

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *