Електрична напруга. Визначення, пояснення простими словами, одиниця виміру, формула

• Пояснення простими словами
• Формула
• Одиниця виміру електричної напруги
• Електрична напруга в ланцюзі
• Електрична напруга при послідовному та паралельному з'єднанні
• Вимір електричної напруги
• Приклади типових значень електричної напруги

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Однією з найбільш фундаментальних термінів у електротехніці є термін «електрична напруга». У цій статті ми пояснимо, що це таке і як його розрахувати.

Пояснення простими словами

Електрична напруга U є тією самою причиною, яка змушує протікати електричний струм I. Електрична напруга завжди виникає, коли заряди розділені один від одного, тобто всі негативні заряди на одній стороні, а всі позитивні - на іншій. Якщо з'єднати ці дві сторони електропровідним матеріалом, потече електричний струм.

Загальноприйняте визначення терміна «електрична напруга».

Електрична напруга (або просто напруга) - це різниця потенціалів між двома точками в електричному полі. Це рушійна сила для електричного заряду.

Потенціал в електричному полі - це енергія зарядженого тіла, яка залежить від його електричного заряду. Для пояснення ви можете подивитися на порівняння з водяним контуром трохи нижче у статті.

Є інше визначення (з підручника з фізики 8 класу):

Напруга - це фізична велучuна, що характеризує електричне поле. Електрична напруга між двома точками електричного поля чисельно дорівнює роботі, виконаній при перенесенні між ними заряду 1 Кл силами електричного поля.

Порівняння з використанням моделі протікання води.

Хорошою аналогією, яка допоможе вам уявити електричну напругу і потенціал, є водяний контур. У цій схемі у вас є два басейни на різній висоті, які з'єднані трубою.У цій трубі вода може перетікати з верхнього басейну до нижнього. Потім вода перекачується назад у верхній басейн за допомогою насоса, як показано на малюнку нижче.

Електрична напруга – порівняння з використанням моделі протікання води

У своїх роздумах ви легко можете порівняти насос з джерелом електричної напруги. Крім того, потік води можна порівняти з електричним струмом. Насос транспортує воду з нижнього басейну у верхній. Звідти вона самостійно тече назад у нижній басейн. У цьому прикладі насос є приводом потоку. Чим більша різниця у висоті, тим сильніший потік. Вирішальним чинником є можлива енергія верхнього басейну. Ви можете порівняти різницю енергій двох басейнів із різницею електричних потенціалів. Простіше кажучи, велика різниця у висоті відповідає більшій електричній напрузі.

Формула

Формула для електричної напруги U згідно закону Ома для ділянки ланцюга має вигляд

U=RI .

Як видно з цієї формули, якщо електрична напруга залишається незмінною, то чим більше електричний опір (R), тим менша сила струму (I).

Інша формула для розрахунку електричної напруги така:

U=P / I .

Тобто електрична напруга U дорівнює потужності діленої на силу струму I.

Одиниця виміру електричної напруги

Одиницею вимірювання електричної напруги в СІ є Вольт, скорочено В (на честь італійського вченого А. Вольта).

1 вольт (1 В) - це напруга між двома точками електричного поля, при перенесенні між якими заряду 1 Кл здійснюється робота 1 Дж.

[U]=1 В

Тепер ви можете пояснити зміст напису 4,5 або 9 на круглій або плоскій батарейці. Сенс у тому, що при перенесенні з одного полюса джерела на інший (через спіраль лампочки або інший провідник) заряду 1 Кл силами електричного поля може бути виконана робота відповідно 4,5 Дж або 9 Дж.

В електротехніці напруга може змінюватись від мікровольт (1 мкВ=110^-6В) і мілівольт (1 мВ=10^-3В), до кіловольт (1 кВ=110³В) та мегавольт (1 МВ=10^{6 В)}

Ви можете перетворити окремі одиниці виміру таким чином:

1 В=1000 мВ, 1 мВ=1000 мкВ, 1 МВ=1000 кВ, 1 кВ=1000 МВ.

Електрична напруга в ланцюзі

Для джерел напруги в схемах зазвичай використовується один із наступних символів.

Джерела напруги та електричний ланцюг

Джерело напруги завжди має два з'єднання/полюси. Полюс "плюс" та полюс "мінус" . Сама напруга позначена стрілкою напруги (U_{Q). Для джерел воно завжди відображається від плюса до мінуса.}

Електрична напруга, що падає на резисторі, також можна позначити стрілкою напруги (на схемі позначена як червона стрілка U_{R ). Це вказує на технічний напрямок електричного струму.}

Також часто можна почути термін "напруга холостого ходу" або "напруга джерела" . Це вихідне напруження ненавантаженого джерела, тобто. джерела, якого нічого не підключено. Якщо ланцюг замкнутий із навантаженням, то можна виміряти тільки напругу на полюсах джерела.

Електрична напруга при послідовному та паралельному з'єднанні

У нас вже є стаття про послідовне та паралельне з'єднання провідників, в якому ми обговорюємо цю тему більш докладно. Тому тут ми розглянемо лише деякі основи.

При послідовному з'єднанні компоненти підключаються до ряду.

Електрична напруга при послідовному з'єднанні

Тут електрична напруга джерела поділяється на резистори. Цей момент також описується другим правилом Кірхгофа. Тут можна застосувати наступне:

U_Q=U₁+ U₂+ U₃

тобто напруга джерела дорівнює сумі електричних напруг на окремих резисторах. Напруга джерела по-різному розподіляється по різних резисторах.

В електричному ланцюзі з паралельним з'єднанням компоненти розташовані, відповідно, паралельно один щодо одного. Це можна побачити на наступній схемі.

Електрична напруга в паралельному ланцюзі

Тут набагато простіше визначити електричну напругу на резисторах, так як при паралельному з'єднанні:

U_Q=U₁=U₂=U₃

Тому електрична напруга на резисторах така ж висока, як і електрична напруга джерела.

Вимір електричної напруги

Прилади для вимірювання напруги, також звані вольтметрами, завжди підключаються паралельно споживачеві, на якому необхідно виміряти електричну напругу.

Однією з найчастіше використовуваних вольтметрів є цифровий мультиметр (DMM), тому ми покажемо вам процедуру вимірювання напруги за допомогою DMM. Спочатку необхідно встановити тип електричної напруги (DC - постійний струм або AC - змінний струм).

Для постійного струму необхідно звернути увагу до правильну полярність, тобто. підключити плюс до позитивного полюса. На наступному етапі потрібно вибрати правильний діапазон вимірювання. Якщо ви не можете оцінити, наскільки велика величина, що вимірюється, встановіть найбільший можливий діапазон і рухайтеся від нього вниз, поки не знайдете потрібний. Нарешті, вам потрібно лише «рахувати» електричну напругу приладом.

Приклади типових значень електричної напруги

Для деяких застосувань відповідну електричну напругу можна знайти в таблиці нижче.

Світлодіод	1,2 - 1,5 В
Зарядний пристрій USB	5 В
Напруга автомобільного акумулятора	12, 4 - 12,8 В
Напруга в розетці (середньоквадратичне або діюче значення)	230 В
Високовольтні лінії електропередач (ЛЕП)	60 кВ - 1 МВ

Ви можете бачити, що на високовольтних лініях є напруга до мегавольт. Така велика електрична напруга використовується для того, щоб зменшити втрати в довгих лініях.

Вирішальним фактором для споживача є потужність P, яку можна розрахувати для постійної напруги за допомогою формули:

P=UI

Це означає, що електричний струм I так само важливий для споживача, як і електрична напруга. Відповідно до закону Ома, залежність між струмом і напругою має вигляд:

U=RI .

Якщо напруга залишається незмінною, опір визначає величину струму. Щоб проілюструвати це, уявіть таке. У вас є три різні басейни, які заповнені однаковою кількістю води. Кожен басейн має злив, який відрізняється за перетином, тобто. в одному басейні зливна труба дуже маленька, а в іншому - дуже велика.

Постійну електричну напругу можна визначити по тому, що всі ємності заповнені на однакову висоту. Якщо слив вузький у нижній частині, він є великим опором. Струм тут може текти лише повільно. Якщо перетин зливної труби більший, то опір менший і, відповідно, може протікати більший струм.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!