Меню

Какая единица является единицей измерения напряжения



Единица измерения напряжения

Напряжением в электрике называется работа, которую проделывает электрополе, чтобы элементарный заряд переместился по проводнику из одного места в другое. Каждый физик и электротехник должны знать, в каких единицах измеряется напряжение, как принято его обозначать и измерять.

Как возникает напряжение

Прежде, чем рассматривать единицы измерения электрического напряжения, необходимо выяснить природу этого явления. В составе атомов любого вещества имеются ядро, несущее «плюсовой» заряд, и быстро обращающиеся вокруг электроны с «минусовым». Поскольку число быстрых частиц идентично количеству протонов ядра, в обычном состоянии атом зарядом не обладает. Но при ликвидации одного или нескольких электронов атом начнет пытаться притянуть недостающие, образуя возле себя положительное поле. Отрицательный полевой потенциал возникает при появлении добавочных электронов.

Когда плюсовой и минусовой потенциалы сталкиваются, между ними возникает двустороннее притяжение. Чем более различаются потенциалы, тем активнее содержащиеся в отрицательно заряженном материале электроны переходят к имеющему обратный знак заряду, и тем, соответственно, больше напряжение электрического поля.

Когда соединяются потенциалы противоположно заряженных проводниковых элементов, появляется электрический ток. Так называется целенаправленное перемещение заряженных частиц, пытающееся ликвидировать потенциальную разность. Чтобы заряды двигались по проводнику, электрополе выполняет работу, характеризуемую напряжением.

В чем измеряется

Как обозначается напряжение в технической документации и на графических схемах? Единица измерения напряжения именуется вольт (В) по фамилии итальянского физика А. Вольта. Один вольт можно описать как потенциальную разницу двух точек поля, в котором с целью перемещения однокулонного заряда совершается работа в 1 джоуль.

Условное обозначение напряжения на схемах имеет вид заглавной латинской буквы V – символа единицы напряжения, заключенной в круг. Иногда вместо круга используется схематичное изображение измерительного прибора – вольтметра, идентифицируемое по литере V.

Важно! Если в некоторой сети имеется напряжение 220 В, это значит, что ее электрополе может затратить 220 джоулей с целью перемещения заряженных частиц через нагрузку и цепь. Для электрических приборов номинальное напряжение полагается обозначить в паспорте. Иногда оно указывается и в составе маркировки на передней панели корпуса (например, у счетчиков электроэнергии).

От чего зависит напряжение

Фиксируемый на участке электрической цепи показатель напряжения зависит от ряда факторов, например, от подсоединенной нагрузки (сопротивления). Также оказывают влияние характеристики вещества, из которого сделан проводниковый элемент, температура окружающего воздуха и самих компонентов сети.

Эффект Джозефсона

Так называется феномен сверхпроводящего тока, проходящего через слой диэлектрического материала малой толщины, изолирующий один сверхпроводящий предмет от другого. В научной работе деятеля, чьим именем назван эффект, было высказано предположение о том, что данное явление наблюдается только при использовании супертонкого слоя (значительно уступающего длине сверхпроводящей когерентности). Более поздние опыты продемонстрировали, что оно проявляет себя и при использовании куда более толстых слоев.

Применение данного феномена позволит производить высокоточные замеры напряжения, а также магнитных полей. Последнее делается возможным в силу огромной зависимости электротока, критичного для используемого в интерферометре соединения, от внешнего магнитного поля. Когда в джозефсонском переходе поддерживается константное напряжение, он может выступать в качестве генератора электромагнитного волнового излучения. Можно организовать и установку с противоположным, поглощающим эффектом. При этом как генерация, так и прием способны функционировать в частотном диапазоне, недоступном иным средствам.

Также ведутся исследования рассматриваемого эффекта и основанных на нем явлений переноса магнитного поля для передачи и накопления данных (квантовые компьютеры). Первый экспериментальный процессор такого типа был спроектирован японскими инженерами. В 2014 году работники физфака МГУ спроектировали микросхему для компьютера с использованием свойств сверхпроводников и данного эффекта.

Действующее значение напряжения

Значение электрического потенциала, имеющегося между двумя точками электросети, может быть определено по тому, какая работа была выполнена за некоторый временной отрезок, либо по выделенному количеству теплоты. В случае переменного напряжения поступают по-другому. Поскольку его характер колебаний имеет форму синусоидальной кривой, и максимальное значение показатель принимает на пике амплитуды (а при перемещении из плюсовой зоны кривой в минусовую напряжение нулевое), для вычислений применяют усредненный показатель. Именно его называют действующим, и он может быть приравнен к такому же значению постоянного напряжения.

Он меньше максимального допустимого показателя на величину, равную корню из двух от последнего (то есть примерно в 1,4 раза). У сети, имеющей номинальное напряжение 220 В, максимум, таким образом, будет равен 311 В. Эти показатели нужно учитывать, подбирая конденсаторы, диодные компоненты и другие подобные элементы для монтажа в ту или иную систему.

Читайте также:  Технические измерения проводят с использованием

Определение величины напряжения

Выполняя электромонтажные работы, специалист сталкивается с разными типами напряжения. Например, розетки в квартирах и частных домах являются источниками переменного напряжения. Оно может быть понижено или повышено трансформатором, выпрямлено специальным устройством. Измерение напряжения трения производят в лабораторных условиях электрохимическим методом. Мастеру нужно знать об особенностях измерения разных видов напряжения.

Постоянное напряжение

Его можно измерить, используя магнитоэлектрические устройства. Сейчас в продаже можно найти высокоточные приборы, оснащенные цифровым дисплеем. Проще всего непосредственно подключить устройство к участку, на котором нужно провести измерения. При этом необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Предельное значение должно превышать предполагаемый максимум. В случае, когда измерительные работы выполняются без знания этого параметра, полагается установить максимальный предел и постепенно снижать его.
  2. Учитывать полярность подсоединения. В противном случае у стрелочного прибора указатель наклонится в противоположную сторону, у цифрового – на экране высветится отрицательное число.

Переменное напряжение

В этом случае в ход идут измерительные приборы разных видов, за исключением магнитоэлектрических. Работают с такими аппаратами только посредством подключения к выходу выпрямителя.

Требования к измерительным приборам

Разобравшись, чем обычно измеряется напряжение, нужно понять, как решать проблему несоответствия прибора основополагающему требованию: достаточно высокому пределу измерения. Способы выхода из ситуации также зависят от тока, с которым работает мастер:

  1. При работе с постоянным током можно подключить внутреннее или внешнее дополнительное сопротивление. Еще один вариант – применять несколько сопротивлений для разных значений предела. Именно на этом принципе основано действие мультиметра.
  2. В случае переменного тока также можно подключить подходящее дополнительное сопротивление. Широко используют и трансформаторы напряжения.

Важно! Вольтметр, которым проводят измерения, должен иметь как можно более высокое сопротивление и низкий ток. Это нужно для минимизации влияния устройства на электросеть и потерь в кабелях, направляющихся к нему от источника питания.

Замеры разности потенциалов играют важную роль для отладки электросхем и электросетей. От правильно проведенных измерений зависит надежность функционирования техники, для их выполнения нужно знать о единицах измерения напряжения.

Видео

Источник

Единица измерения напряжения

В каких единицах измеряют напряжение

Отношение работы, совершаемой произвольным электрическим полем при перемещении положительного заряда из одной точки поля в другую, к величине заряда называется напряжением между этими точками:

Значит работа электрического поля при перемещении заряда равняется произведению напряжения U между точками на заряд q:

Рис. 1. Работа электрического поля по перемещению зарядов.

При величине заряда равной 1 Кл будет выполняться равенство $ U = A $.

Единица измерения напряжения называется вольт. В кратком написании пишется с заглавной буквы В. Свое название единица получила в честь итальянского ученого Алессандро Вольта (1745-1827г.г.), внесшего значительный вклад в понимание природы электрических явлений.

Из соображений размерности величин и формулы (1) следует, что:

Таким образом, единица напряжения (1 Вольт) — это такое напряжение на участке цепи или на концах проводника, при котором совершается работа по передвижению электрического заряда величиной 1 Кл (1 кулон) равная 1 Дж (1 Джоулю).

Кратные единицы измерения напряжения

Реальные значения измеряемых напряжений могут быть в десятки тысяч раз как больше, так и меньше одного вольта. Поэтому для удобства записи (фиксации) дополнительно были введены следующие кратные и дольные единицы:

  • 1 нановольт — 1 нВ=10 -9 В;
  • 1 микровольт — 1 мкВ=10 -6 В;
  • 1 милливольт — 1 мВ=10 -3 В;
  • 1 киловольт — 1 кВ=10 3 В;
  • 1 мегавольт — 1 МВ=10 6 В.

Необходимо помнить, что высокое напряжение представляет большую опасность для здоровья человека. Безопасным значением для человеческого организма считается напряжение 42 В в нормальных условиях и 12 В в условиях с повышенной опасностью (влажность, металлические полы, большая температура).

Как измеряют напряжение

Напряжение измеряется с помощью прибора называемого вольтметром. Различные модели вольтметров могут внешне отличаться друг от друга, но общим для них является принцип работы, основанный на электромагнитном действии тока. Латинская буква V используется для обозначения прибора на электрических схемах и на измерительных шкалах вольтметров.

Читайте также:  Измерение информации содержательный подход тест ответы

Рис. 2. Обозначение вольтметра и схема включения вольтметра для измерения напряжения.

При проведении измерений необходимо учитывать следующие моменты:

    Вольтметры для измерения постоянного напряжения отличаются от вольтметров, предназначенных для измерений переменного напряжения. У вольтметров для измерения постоянных напряжений на измерительной шкале должен присутствовать знак “—”, а для переменного напряжения знак “

”. В последнее время часто используется обозначение с помощью аббревиатур из букв английского алфавита AC/DC (Alternative Current — переменный ток, Direct Current — постоянный ток);

  • Клеммы вольтметров для постоянного напряжение помечены знаками “+” и “—” или выделены цветом (плюс — красный, минус — синий). При измерениях полярность следует соблюдать, иначе индикаторная стрелка отклонится в другую сторону;
  • Вольтметр всегда подключается параллельно к участку цепи, где производятся измерения;
  • Рекомендуется вначале провести монтаж всех элементов электрической цепи, а вольтметр подключать в самом конце.
  • Рис. 3. Примеры различных вольтметров

    Все измерительные приборы не должны влиять на результат измерения, то есть должны иметь минимальную измерительную погрешность. Чтобы соответствовать этому требованию, вольтметры имеют очень большое входное сопротивление, поэтому ток, текущий через них, намного меньше тока на измеряемом участке цепи. Тогда падение напряжения на вольтметре становится не существенным.

    Что мы узнали?

    Итак, мы узнали что напряжение — это физическая величина, равная работе по перемещению заряда 1 Кл в электрическом поле. Напряжение измеряется в единицах, которые называются вольтами. Для измерения напряжения используются вольтметры.

    Источник

    В чем измеряется напряжение

    Электрический ток характеризуется такими величинами, как сила тока, напряжение и сопротивление, связанными между собой. Прежде чем рассматривать вопрос, в чем измеряется напряжение необходимо точно выяснить, что это за величина, и какова ее роль в образовании тока.

    Как действует напряжение

    Общее понятие электрического тока заключается в направленном движении заряженных частиц. Эти частицы представляют собой электроны, перемещение которых происходит под действием электрического поля. Чем больше зарядов нужно переместить, тем большая работа совершается полем. На эту работу влияет не только сила тока, но и напряжение.

    Физический смысл этой величины заключается в том, что работа тока на каком-либо участке цепи соотносится с величиной заряда, который проходит по данному участку. В процессе этой работы положительный заряд перемещается из точки, где имеется небольшой потенциал, в точку с большим значением потенциала. Таким образом, напряжение определяется в виде разности потенциалов или электродвижущей силы, а сама работа является энергией.

    Работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж), а величиной электрического заряда является кулон (Кл). В результате, напряжение представляет собой отношение 1 Дж/Кл. Полученная единица напряжения называется вольтом.

    Чтобы наглядно объяснить физический смысл напряжения, нужно обратиться к примеру шланга, наполненного водой. В данном случае, объем воды будет играть роль силы тока, а ее давление будет эквивалентно напряжению. При движении воды без наконечника, она свободно и в большом количестве перемещается по шлангу, создавая невысокое давление. Если же конец шланга прижать пальцем, то произойдет уменьшение объема при одновременном повышении давления воды. Сама струя будет перемещаться на значительно большее расстояние.

    В электричестве получается то же самое. Сила тока определяется количеством или объемом электронов, перемещающихся по проводнику. Значение напряжения, по сути, является силой, с которой происходит проталкивание этих электронов. Отсюда следует, что при условии одинакового напряжения, проводник, проводящий большее количество тока, должен обладать и большим диаметром.

    Единица измерения напряжения

    Напряжение может быть постоянным или переменным, в зависимости от тока. Эта величина может обозначаться в виде буквы В (русское обозначение) или V, соответствующее международному обозначению. Для обозначения переменного напряжения применяется значок «

    », который ставится перед буквой. Для постоянного напряжения существует знак «-», однако на практике он почти не применяется.

    Рассматривая вопрос, в чем измеряется напряжение, следует помнить, что для этого существуют не только вольты. Большие величины измеряются в киловольтах (кВ) и мегавольтах (мВ), что означает соответственно 1 тысячу и 1 миллион вольт.

    Читайте также:  Правила алфавитного измерения информации

    Как измерить напряжение и ток

    В чем измеряется работа тока

    Что такое сила тока

    Что такое напряжение тока

    В чем измеряется мощность электрического тока

    Источник

    Единица измерения напряжения

    Определение и единица измерения напряжения

    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:

    \[h\nu =2q_eU\ \left(2\right),\]

    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 $\frac<2q_e>$. 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.

    Примеры задач с решением

    Задание. Выразите вольт через основные единицы измерения системы СИ, используя его определение через мощность и силу тока.

    Решение. Используем определение вольта: 1 вольт — это электрическое напряжение, которое взывает в цепи постоянный ток, имеющий силу в 1 ампер при мощности один ватт:

    Ватт, как и вольт является производной единицей в системе СИ, его выразим как:

    Ампер — основная единица измерения в СИ, следовательно, получим:

    Задание. В плоском конденсаторе поток электронов движется между пластинами. Кинетическая энергия этих электронов равна $E_k=12,8\cdot <10>^<-16>$Дж. Длина пластин конденсатора равна $x=0,05$м, расстояние, между пластинами составляет $d=0,02$ м. Каково напряжение меду пластинами, если смещение пучка электронов на выходе из конденсатора равно $y=0,008$ м? Ответ выразите в кВ.

    Решение. Сделаем рисунок.

    Кинетическая энергия электронов равна:

    где $m_e$ — масса электрона. Из формулы (2.1) выразим начальную скорость движения электронов:

    Электроны по оси X движутся с постоянной скоростью, по оси Yод воздействием электрического поля движутся с ускорением, направленным вдоль оси Y. Из кинематических уравнений движения электрона имеем:

    Из уравнения (2.3) получим время движения электрона:

    В соответствии со вторым законом Ньютона, если считать, что масса электрона мала, имеем:

    где $E$ — напряженность электрического поля между пластинами конденсатора; $q_em_e$ — заряд электрона. Из (2.6) ускорение равно:

    Подставим правую часть (2.7) вместо ускорения в (2.4), вместо времени правую часть (2.5) выразим напряжение:

    Вычислим напряжение, учитывая, что$q_e=$ $1,6\cdot <10>^<-19>Кл$:

    Источник