Электрическое напряжение физический смысл обозначение единица измерения

Содержание
  1. Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения
  2. Как возникает напряжение?
  3. В чем измеряется
  4. От чего зависит напряжение?
  5. Виды напряжения
  6. Постоянное напряжение
  7. Переменное напряжение
  8. Что такое напряжение и электрический потенциал — простыми словами
  9. Единица измерения напряжения — обозначение, формулы и виды величины
  10. О сути явления
  11. Измерение напряжения
  12. Постоянный ток
  13. Переменный ток
  14. Факторы, влияющие на напряжение
  15. Джозефсонский эффект
  16. Электрическое напряжение
  17. Как возникает напряжение
  18. Напряжение в цепях постоянного тока
  19. Напряжение в цепях переменного тока
  20. Напряжение в цепях трёхфазного тока
  21. Характерные значения и стандарты
  22. В чем измеряется
  23. От чего зависит напряжение
  24. Факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов
  25. Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков
  26. Видео

Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения

Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

Как возникает напряжение?

Все вещества состоят из атомов, представляющих собой положительно заряженное ядро, вокруг которого с большой скоростью кружатся более мелкие отрицательные электроны. В общем случае атомы нейтральны, так как количество электронов совпадает с числом протонов в ядре.

Однако если некоторое количество электронов отнять из атомов, то они будут стремиться притянуть такое же их количество, формируя вокруг себя плюсовое поле. Если же добавить электронов, то возникнет их избыток, и отрицательное поле. Формируются потенциалы – положительный и отрицательный.

При их взаимодействии возникнет взаимное притяжение.

Если соединить потенциалы с различными зарядами проводников, то возникнет электрический ток – направленное движение носителей заряда, стремящееся устранить разницу потенциалов. Для перемещения по проводнику зарядов силы электрического поля совершают работу, которая и характеризуется понятием электрического напряжения.

В чем измеряется

Единицей напряжения называют вольт (В). Один Вольт выражается в разности потенциалов двух точек электрического поля, силы которого совершают работу в 1 Дж для перемещения заряда в 1 Кл из первой точки во вторую. Измеряют напряжение специальным прибором — вольтметром.

От чего зависит напряжение?

Напряжение участка цепи зависит от:

Виды напряжения

Постоянное напряжение

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический ток в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки. Применяют сети постоянного тока, когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический ток устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 герц означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.

Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что переменный ток возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Переменный ток применяют при необходимости передавать энергию на значительные расстояния. В этих случаях эффективно использование трехфазных сетей: потери электроэнергии в проводах минимальны, простая электрогенерация (благодаря трехфазным электродвигателям без коллектора), выгодно экономически.

Трехфазный ток получают в трехфазных электродвигателях.

В них имеются сразу три катушки проводов, расположенных равномерно по кругу – через 120 градусов. Поэтому и синусоиды трехфазного тока отстают друг от друга на этот угол. Геомертическое представление трехфазного напряжения и тока выглядит в виде векторной диаграммы.

Источник

Что такое напряжение и электрический потенциал — простыми словами

Чтобы легче было понять, что такое напряжение , сравним эту величину с разностью уровней в ручье, то есть с перепадом: где-то уровень воды выше, где-то ниже.

Для примера возьмём ручей, в котором разность уровней 1 м и второй ручей, где разность уровней в пять раз больше чем в первом случае.

В ручье, где разность уровней 1 м, высота небольшая. Снизу поставим какое-нибудь вращающееся колесо . Поток воды попадая на колесо приводит его в движение. Во втором случае, когда разность уровней 5 м, тогда мы сможем поставить 5 колёс друг за другом и в теории все они будут вращаться.

Подобное мы можем наблюдать и с напряжением . Если возьмем светодиод , рассчитанный, например, на 1 В. Для упрощения будем считать, что светодиод идеальный и для того, чтобы открылся его pn-переход, не нужно 0.7 В или около того. Если подключим светодиод к батарейке 1 В, то он засветится.

А теперь возьмем пять таких же светодиодов, подключенных последовательно. Одновольтовой батарейки тут уже будет недостаточно, понадобится 5 В.

В случае последовательного соединения , через все светодиоды будет протекать один и тот же ток и к каждому светодиоду будет приложено одинаковое напряжение, так как мы взяли 5 светодиодов абсолютно одинаковые по всем параметрам.

Сравним напряжение с ручьем. Имеется некоторое озеро и в него по ручью поступает вода. Ручей имеет некоторые перепады по высоте . Вместе слияния ручья и озера перепадов по высоте нет. А вот около первого дерева уровень русла ручья по отношению к уровню воды в озере равен 1 м, а около второго дерева уровень еще выше и составляет 2 м относительно уровня воды в озере и на 1 м выше относительно уровня воды около первого дерева, то есть разность уровней русла между первым и вторым деревьями составляет 1 м.

Такую разность уровней русла ручья измеряют, например, метрами или сантиметрами. В электронике и электротехнике вместо уровня ручья используется электрический потенциал . То есть уровню русла ручья, по отношению к нулевому уровню воды в озере, соответствует потенциал. В электрической цепи каждая точка имеет свой потенциал.

Электрический потенциал численно равен работе, совершаемой силами поля по переносу единичного положительного заряда в данную точку.

Ток всегда течет от большего потенциала к меньшему . Если потенциалы двух точек одинаковые и между ними есть какой-либо элемент, то ток между ними протекать не будет . Протекание электрического тока, то есть перенос заряда в цепи, связано с преобразованием или потреблением энергии.

Разность электрических потенциалов называется напряжением.

Напряжение — это количество энергии, затрачиваемое на перемещение единицы заряда из одной точки в другую:

Электрический потенциал и напряжение имеют одну и ту же единицу измерения — » Вольт «. Для измерения напряжения, пользуется измерительными приборами, называемые вольтметрами.

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.

Источник

Единица измерения напряжения — обозначение, формулы и виды величины

Для характеристики действия электрического поля используют понятие «напряжение». Электрическое напряжение является физической величиной, обозначающей величину работы, которую совершает электрическое поле для изменения координаты (из точки A в точку B) заряда напряжённостью в 1 кулон. Единицу измерения напряжения принято называть Вольтом, в честь известного физика итальянского происхождения Алессандро Вольта.

О сути явления

Природа этого явления достаточно проста. Атомы, участвующие в построении любого вещества, имеют положительно заряженное ядро, вокруг которого быстро вращаются электроны, несущие отрицательный заряд. В обычном состоянии, в тот момент, когда число электронов соизмеримо с числом протонов в ядре, отвечающих за положительную составляющую заряда, сам атом в целом является нейтрально заряженным, то есть не обладает зарядом.

Отсутствие отрицательно заряженных электронов приводит атом в состояние недостатка этих частиц, и он будет стремиться вернуться в исходное состояние, обладая вокруг себя положительным зарядом. Обратная ситуация — возникновение лишних электронов в атоме ведёт к появлению отрицательного заряда (потенциала) в целом. Стоит отметить, что протоны не могут подвергаться удалению в этом случае, так как это изменить всю конфигурацию атома, и он в этом случае превратиться в иной.

Положительный и отрицательный потенциалы испытывают по отношению друг к другу притяжение, причём чем разность этих потенциалов больше, тем сильней действует это явление. Электрический ток появляется в том случае, когда потенциалы проводников, имеющие противоположные заряды, соединяются. Возникает так называемое целенаправленное передвижение частиц, обладающих зарядом, которые пытаются ликвидировать разность потенциалов.

Измерение напряжения

Напряжение в физике — это электродвижущая сила (ЭДС), которая «передвигает» электроны от одного атом к другому в определённом направлении. Первые дни электричества были связаны именно с этим определением, поэтому в некоторых уравнениях, например, в законе Ома, напряжение обозначается буквой E. Во всех остальных случаях принято применять значок U.

В нынешней Международной системе единиц (СИ) обозначено в каких единицах измеряется напряжение: вольт является единицей измерения. В России вольт обозначается с помощью кириллицы — В, а международным обозначением является буква латинского алфавита — V.

Один вольт может определяться по-разному:

  • 1 В = 1 Дж/1 Кл — самое распространённое, где единица напряжения равна работе в 1 джоуль, совершаемой над зарядом в 1 кулон при изменении координаты этого заряда;
  • 1 В = 1 Вт/1 А — напряжение, вызывающее в цепи постоянный ток силой в 1 ампер и мощностью 1 ватт.

Размерность 1 В можно масштабировать приставками: 1 В = 1 000 мВ = 1 000 000 мкВ.

Измерить разность потенциалов можно посредством специального прибора — вольтметра. Этот инструмент служит для непосредственного подсчёта ЭДС или U в цепях электрического тока. Он подключается к контуру параллельно нагрузке, источнику электрической энергии.

Существуют разные типы напряжения — постоянное и переменное. Например, в розетках, находящихся в обычной квартире или частном доме, наблюдается переменное напряжение, а в обычных «пальчиковых» (AA) или «мизинчиковых» (AAA) батарейках — постоянное. Переменное можно повысить или понизить посредством трансформатора или выпрямить (сделать постоянным) другим специальным устройством. Для удачного измерения напряжения необходимо знать о некоторых особенностях различных его видов.

Постоянный ток

Измерение такого вида напряжения возможно при использовании магнитоэлектрических устройств. На сегодняшний день существует множество высокоточных устройств подобного типа, некоторые из которых оснащены даже цифровым дисплеем. Самым простым вариантом будет являться непосредственное подключение прибора к контуру цепи, но при этом следует соблюсти следующие правила:

  • Предельное значение на шкале устройства должно быть больше предполагаемого максимума.
  • Необходимо учитывать, какова полярность подсоединения, иначе шкала будет отклоняться в противоположную сторону.

    Переменный ток

    В этом случае магнитоэлектрические устройства будут непригодными для осуществления замеров, но существует огромный арсенал других приборов разнообразных видов, способных выполнить задачу измерения. Осуществляют работу с такими аппаратами с помощью подсоединения к выходу выпрямителя.

    Факторы, влияющие на напряжение

    Значение показателя, которое фиксируется на участке цепи, может зависеть от ряда факторов. Таких, как например:

    • подсоединённая нагрузка, то есть сопротивление цепи;
    • природа и физические характеристики вещества, из которого сделан материал проводника;
    • условия окружающей среды (температура и прочее);
    • другие факторы.

    Джозефсонский эффект

    Необходимо упомянуть и про эффект Джозефсона — феномен сверхпроводящего тока, который проходит сквозь слой диэлектрического вещества небольшой толщины, изолирующий два сверхпроводящих предмета. Учёный в своём научном труде высказал предположение о том, что это явление можно наблюдать только при использовании супертонкого слоя, который значительно должен быть меньше длине сверхпроводящей когерентности, но опыты, исполненные позже, показали возможность осуществления и при использовании гораздо более толстых прослоек.

    Знание об этом феномене позволило осуществлять высокоточное измерение как напряжения, так и магнитных полей. Замер магнитного поля делается возможным, так как существует сильная зависимость электрического тока, критичного для используемого в интерферометре соединения, от внешнего магнитного поля.

    Джозефсонский переход может также являться производителем электромагнитного волнового напряжения. Это происходит, когда в нём поддерживается постоянное напряжение. Также возможно соорудить установку с обратным эффектом. При этом как производство, так и поглощение проявляют способность работать в таком диапазоне частот, который недоступен другим инструментам.

    Таким образом, целенаправленным движением частиц, обладающих зарядом, называется электрический ток. Напряжение может выражаться разностью потенциалов или ЭДС, а обозначается оно знаками E или U. Измеряется оно вольтметром и другими приборами. Существует ряд факторов, которые могут повлиять на разность потенциалов в проводнике.

    Источник

    Электрическое напряжение

    Электрическое напряжение – одна из важнейших характеристик протекающего по проводникам и полупроводникам электрического тока. В науке и практической сфере имеются различные определения данной характеристики. Так, напряжение в физике – это отношение совершаемой электрическим полем работы по перемещению помещенного в него заряда на определенное расстояние. В электротехнике под данной характеристикой понимают разность потенциалов между двумя точками цепи.

    Величина этой характеристики для той или иной электрической сети имеет важное практическое значение, так как определяет возможность подключения к ней различных потребителей (электроприборов, инструментов, станков), а также длительность их работы.

    Как возникает напряжение

    Процесс возникновения напряжения в электрической цепи состоит из следующих этапов:

    1. Цепь, состоящую из проводников и потребителей, подключают к двум полюсам источника тока (батареи или генератора);
    2. На одном из полюсов источника (клемм батареи или контактных выводов генератора) содержится избыток электронов, на другом – недостаток. Тот полюс, на котором сконцентрировались носители заряда (электроны), принято называть положительным, в то время как второй – отрицательным.
    3. При подключении к цепи источника питания находящиеся на положительном полюсе и в проводнике свободные электроны под действием возникшего электро поля начнут притягиваться к отрицательно полюсу батареи, имеющему положительный заряд вследствие отсутствия электронов.
    4. Вследствие разности потенциалов между клеммами источника питания в проводниках и нагрузке возникнет упорядоченное движение электронов, и появится разность потенциалов определенной величины. При этом потенциал полюса с избытком электронов в случае с источниками постоянного тока постепенно уменьшается.

    На заметку. Наиболее доходчиво и просто объясняет, что такое напряжение, определение, гласящее, что это разность между количеством свободных подвижных электронов на разных концах электрической цепи (клеммах источника питания).

    Напряжение в цепях постоянного тока

    В таких цепях значение описываемой характеристики в течение длительного времени остается постоянным. Постепенное изменение значения данной характеристики при подключении потребителей (нагрузки) к батарее связано с ее разрядкой – уменьшением разности потенциалов между клеммами источника питания вследствие перемещения большего количества носителей зарядов с положительной клеммы на отрицательную.

    Ток и напряжение в данном случае связаны законом Ома, формула которого приведена ниже:

    где:

    • I – сила тока, А;
    • U – разность потенциалов, В;
    • R – сопротивление, Ом.

    Напряжение в цепях переменного тока

    В таких бытовых и производственных цепях значение разности потенциалов на их концах непостоянно и изменяется во времени. При этом в определенный момент на одном конце цепи наблюдается максимальное значение данной характеристики, а на другом – минимальное. Графически такое изменение имеет вид синусоиды с двумя вершинами, соответствующими максимальным и минимальным значениями.

    На заметку. Синусоидальную сущность разности потенциалов в данном случае можно наблюдать при помощи такого измерительного прибора, как осциллограф.

    Напряжение в цепях трёхфазного тока

    В таких, используемых чаще всего на производствах, цепях, состоящих из трех фазных проводов и общей нейтрали (нуля), различают два вида разности потенциалов:

    • Линейная – между всеми фазными проводами и нейтралью;
    • Фазная – между отдельным фазным проводом и нейтралью. Величина ее в 1,732 раза (квадратный корень из 3) меньше, чем линейного.

    Характерные значения и стандарты

    Согласно современным стандартам для различных электросетей значение напряжение равно:

    • Однофазная бытовая сеть – 220 В;
    • Трехфазная промышленная сеть – 380/220В (линейное/фазное).

    На заметку. Трёхфазные сети более универсальны, чем однофазные, так как обладают большей мощностью и позволяют подключать как специально предназначенное для них оборудование, так и простые бытовые электроприборы.

    В чем измеряется

    Основная единица измерения напряжения – это Вольт, которая, согласно всем стандартам и требованиям в области электротехники и эксплуатации электроустановок, должна обозначаться буквой «В».

    Важно! В зарубежных схемах и на электроприборах вместо привычного обозначения можно найти другое, в виде английской буквы «V».

    От чего зависит напряжение

    Величина описываемой в данной статье характеристики зависит от следующих факторов:

    • Материла проводников, которыми соединены потребители в той или иной сети;
    • Количества подключённых к сети потребителей: приборов, инструментов, станков;
    • Температуры окружающей среды.

    Также на величину разности потенциалов влияет качество монтажа той или иной электропроводки – при неаккуратной сборке и соединении проводов, использовании некачественных предохранителей она может существенно изменятся, создавая тем самым опасность для окружающих.

    Факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов

    Основные факторы, влияющие на значение электрического напряжение, это:

    • Тип электрической сети – постоянного или переменного тока;
    • Количество фаз – 1 или 3;
    • Мощность подключаемых к сети потребителей;
    • Классы влаго,- и водозащитные электрооборудования, для которого предназначена электрическая сеть.

    Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков

    Измерение напряжения электрического токаэто очень необходимая, но при этом опасная операция, требующая соблюдения следующих мер предосторожности:

    • Все работы должны производиться с использованием исправных вольтметров и мультиметров – приборы должны показывать точное в пределах допустимой для них погрешности значение измеряемых характеристик. Не допускается применение неисправных и не прошедших своевременную поверку измерительных приборов.
    • Независимо от того, будет измеряться данная характеристика для постоянного или переменного тока, вольтметр (мультиметр) подключается к участку цепи параллельно;
    • При измерении вольт-амперных характеристик высокочастотных электросетей необходим специальный наряд-допуск. Нужен он потому, что работа с таким высоким напряжения требует наличия специальных навыков и опыта. При отсутствии такого документа самовольное выполнение работ на электроустановках может привести к административной ответственности;
    • Для измерительных работ необходимо также использование средств защиты: специальных перчаток, диэлектрических бот, электро,- и ручных инструментов с прорезиненными ручками, резиновых ковриков.

    Важно! Специалисты советуют владельцам частных домов и коттеджей при отсутствии опыта в проведении подобных измерений обращаться к лицензированным в данной области организациям или к местной энергоснабжающей организации.

    Также при проведении измерения на сетях с разностью потенциалов более 1000 В (1кВ) необходим физический барьер (специальная ограждающая лента), с помощью которого создается зона радиусом 5 метров вокруг токоведущего провода, жилы, электроустановки.

    Таким образом, поняв, что такое напряжение как в физике, так и в быту, можно не только вникнуть в суть этой, простой на первый взгляд, характеристики электрического тока, но и, осознав ее опасность, более аккуратно и внимательно относится к выполнению электромонтажных работ.

    Более наглядно понять, что называется электрическим напряжением, и в чем его суть можно по следующему видео.

    Видео

    Источник

  • Поделиться с друзьями
    Моя стройка
    Adblock
    detector