В чем измеряется напряжение

Электрическое напряжение

Электри́ческое напряже́ние между точками 1 и 2, скалярная физическая величина, численно равная суммарной работе электрических и сторонних сил при перемещении единичного положительного электрического заряда из точки 1 в точку 2 электрической цепи:
U 12 = ∫ 1 2 ⁣ ( E + E ∗ ) d l = ∫ 1 2 ⁣ E d l + ∫ 1 2 E ∗ d l , ( 1 ) _= \int_^\!(E+E^*)dl = \int_^\!E\:dl+\int_^E^*dl, \quad (1) U 12 ​ = ∫ 1 2 ​ ( E + E ∗ ) d l = ∫ 1 2 ​ E d l + ∫ 1 2 ​ E ∗ d l , ( 1 ) где E E E – напряжённость электростатического поля ; E ∗ E^* E ∗ – напряжённость поля сторонних сил, численно равная сторонней силе, действующей на единичный положительный заряд; d l dl d l – вектор, модуль которого равен длине d l dl d l линии, соединяющей точки 1 и 2, направленный вдоль неё от точки 1 к точке 2. К сторонним силам относят силы, отличные от сил электростатического поля. Сторонние силы могут иметь различную физическую природу: механическую, химическую, электромагнитную и др. Так, например, в гальванических элементах , батареях и аккумуляторах – это химические силы – силы молекулярного взаимодействия. К сторонним силам относятся и силы, действующие со стороны вихревого электрического поля (описывается уравнениями Максвелла ).

Так как электростатическое поле потенциально, то первый интеграл в формуле (1) не зависит от пути интегрирования, соединяющего точки 1 и 2; он равен разности потенциалов в точках 1 и 2: Второй интеграл в формуле (1) называют электродвижущей силой (эдс) ε 12 ε_ ε 12 ​ на участке 1–2: ε 12 = ∫ 1 2 E ∗ d l . \varepsilon_=\int_^E^*dl . ε 12 ​ = ∫ 1 2 ​ E ∗ d l . Значение эдс зависит от пути интегрирования между точками 1 и 2. Таким образом, электрическое напряжение равно:

U 12 = φ 1 − φ 2 + ε 12 ( 2 ) U_=\varphi_1-\varphi_2+\varepsilon_\quad (2) U 12 ​ = φ 1 ​ − φ 2 ​ + ε 12 ​ ( 2 ) и в общем случае также зависит от пути интегрирования между точками 1 и 2. Как видно из формулы (2), для участков электрической цепи, не содержащих эдс, электрическое напряжение равно разности потенциалов в точках 1 и 2. Если на участке электрической цепи от точки 1 к точке 2 протекает электрический ток силой I I I , то электрическое напряжение определяется по закону Ома : U 12 = I R U_=IR U 12 ​ = I R , где R R R – электрическое сопротивление участка электрической цепи между точками 1 и 2. Под электрическим напряжением на зажимах гальванического элемента, батареи или аккумулятора понимают не величину U 12 U_ U 12 ​ , определяемую формулами (1) или (2), а модуль разности потенциалов ∣ φ 1 − φ 2 ∣ |φ_1-φ_2| ∣ φ 1 ​ − φ 2 ​ ∣ (он равен эдс ε 12 ε_ ε 12 ​ в случае, когда сила тока равна нулю – цепь разомкнута).

Термин «электрическое напряжение» применяют при описании процессов в электрических цепях не только постоянного , но и переменного тока. В случае переменного тока электрическое напряжение характеризуется действующим (эффективным) значением

U эфф = U 12 2 ( t ) ‾ , U_ = \sqrt<\overline(t)>>, U эфф ​ = U 12 2 ​ ( t ) ​

​ , где черта сверху означает усреднение по периоду колебаний .

Электрическое напряжение измеряют с помощью вольтметров постоянного и переменного тока. Единица измерения электрического напряжения в Международной системе единиц СИ (SI) – вольт (В).

Опубликовано 13 июня 2023 г. в 16:45 (GMT+3). Последнее обновление 13 июня 2023 г. в 16:45 (GMT+3). Связаться с редакцией

Электрическое напряжение. Определение, объяснение простыми словами, единица измерения, формула

Одним из самых фундаментальных терминов в электротехнике является термин «электрическое напряжение». В этой статье мы объясним, что это такое и как его рассчитать.

Объяснение простыми словами

Электрическое напряжение U является той самой причиной, которая «заставляет» протекать электрический ток I. Электрическое напряжение всегда возникает, когда заряды разделены друг от друга, то есть все отрицательные заряды на одной стороне, а все положительные — на другой. Если соединить эти две стороны электропроводящим материалом, потечет электрический ток.

Общепринятое определение термина «электрическое напряжение».

Электрическое напряжение (или просто напряжение) — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Это движущая сила для электрического заряда.

Потенциал в электрическом поле — это энергия заряженного тела, не зависящая от его электрического заряда. Для пояснения вы можете посмотреть на сравнение с водяным контуром чуть ниже в статье.

Есть другое определение (из учебника по физике 8 класса):

Напряжение — это физическая велuчuна, характеризующая электрическое поле. Электрическое напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, совершенной при переносе между ними заряда 1 Кл силами электрического поля.

Сравнение с использованием модели протекания воды.

Хорошей аналогией, которая поможет вам представить себе электрическое напряжение и потенциал, является водяной контур. В этой схеме у вас есть два бассейна на разной высоте, которые соединены трубой. В этой трубе вода может перетекать из верхнего бассейна в нижний. Затем вода перекачивается обратно в верхний бассейн с помощью насоса, как показано на рисунке ниже.

В своих размышлениях вы теперь легко можете сравнить насос с источником электрического напряжения. Кроме того, поток воды можно сравнить с электрическим током. Насос транспортирует воду из нижнего бассейна в верхний. Оттуда она самостоятельно течет обратно в нижний бассейн. В данном примере насос является приводом для потока. Чем больше разница в высоте, тем сильнее поток. Решающим фактором является потенциальная энергия верхнего бассейна. Вы можете сравнить разность энергий двух бассейнов с разностью электрических потенциалов. Проще говоря, большая разница в высоте соответствует большему электрическому напряжению.

Формула

Формула для электрического напряжения U, согласно закона Ома для участка цепи, имеет вид

Как видно из этой формулы, если электрическое напряжение остается неизменным, то чем больше электрическое сопротивление (R), тем меньше сила тока (I).

Другая формула для расчета электрического напряжения такова:

То есть электрическое напряжение U равно мощности деленной на силу тока I.

Единица измерения электрического напряжения

Единицей измерения электрического напряжения в СИ является Вольт, сокращенно В (в честь итальянского учёного А. Вольта).

1 вольт (1 В) — это напряжение между двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда 1 Кл совершается работа 1 Дж.

[U] = 1 В

Теперь вы можете объяснить смысл надписи 4,5 В или 9 В на круглой или плоской батарейке. Смысл в том, что при переносе с одного полюса источника на другой (через спираль лампочки или другой проводник) заряда 1 Кл силами электрического поля может быть совершена работа соответственно 4,5 Дж или 9 Дж.

В электротехнике напряжение может варьироваться от микровольт (1 мкВ = 1 * 10 -6 В) и миливольт (1 мВ = 10 -3 В), до киловольт (1 кВ = 1 * 10 3 В) и мегавольт (1 МВ = 10 6 В)

Вы можете преобразовать отдельные единицы измерения следующим образом:

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

Электрическое напряжение в цепи

Для источников напряжения в схемах обычно используется один из следующих символов.

Источник напряжения всегда имеет два соединения/полюса. Полюс «плюс» и полюс «минус». Само напряжение обозначено стрелкой напряжения (U_Q). Для источников оно всегда отображается от плюса к минусу.

Электрическое напряжение, падающее на резисторе, также можно обозначить стрелкой напряжения (на схеме обозначена как красная стрелка U_R ). Это указывает на техническое направление электрического тока.

Также часто можно услышать термин «напряжение холостого хода» или «напряжение источника». Это выходное напряжение ненагруженного источника, т.е. источника, к которому ничего не подключено. Если цепь замкнута с нагрузкой, то можно измерить только напряжение на полюсах источника.

Электрические напряжения при последовательном и параллельном соединении

У нас уже есть статья о последовательном и параллельном соединении проводников, в котором мы обсуждаем эту тему более подробно. Поэтому здесь мы рассмотрим лишь некоторые основы.

При последовательном соединении компоненты подключаются в ряд.

Здесь электрическое напряжение источника делится на резисторы. Этот момент также описывается вторым правилом Кирхгофа. Здесь применимо следующее:

то есть напряжение источника равно сумме электрических напряжений на отдельных резисторах. Напряжение источника по-разному распределяется по разным резисторам.

В электрической цепи с параллельным соединением компоненты расположены, соответственно, параллельно друг относительно друга. Это можно увидеть на следующей схеме.

Здесь гораздо проще определить электрические напряжения на резисторах, так как при параллельном соединении:

Поэтому электрическое напряжение на резисторах такое же высокое, как и электрическое напряжение источника.

Измерение электрического напряжения

Приборы для измерения напряжения, также называемые вольтметрами, всегда подключаются параллельно потребителю, на котором необходимо измерить электрическое напряжение.

Одним из наиболее часто используемых вольтметров является цифровой мультиметр (DMM), поэтому мы покажем вам процедуру измерения напряжения с помощью DMM. Сначала необходимо установить тип электрического напряжения (DC — постоянный ток или AC — переменный ток).

Для постоянного тока необходимо обратить внимание на правильную полярность, т.е. подключить плюс к положительному полюсу. На следующем этапе необходимо выбрать правильный диапазон измерения. Если вы не можете оценить, насколько велика измеряемая величина, установите наибольший возможный диапазон и двигайтесь от него вниз, пока не найдете нужный. Наконец, вам нужно только «считать» электрическое напряжение прибором.

Примеры типовых значений электрического напряжения

Для некоторых применений соответствующее электрическое напряжение можно найти в таблице ниже.

Светодиод	1,2 — 1,5 В
Зарядное устройство USB	5 В
Напряжение автомобильного аккумулятора	12, 4 — 12,8 В
Напряжение в розетке (среднеквадратичное или действующее значение)	230 В
Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП)	60 кВ — 1 МВ

Вы можете видеть, что на высоковольтных линиях присутствует напряжение до мегавольт. Такие большие электрические напряжения используются для того, чтобы уменьшить потери в длинных линиях.

Решающим фактором для потребителя является мощность P, которую можно рассчитать для постоянного напряжения с помощью формулы:

P = U * I

Это означает, что электрический ток I так же важен для потребителя, как и электрическое напряжение. Согласно закону Ома, зависимость между током и напряжением имеет вид:

U = R * I .

Если напряжение остается неизменным, сопротивление определяет величину тока. Чтобы проиллюстрировать это, представьте следующее. У вас есть три разных бассейна, которые заполнены одинаковым количеством воды. Каждый бассейн имеет слив, который различается по сечению, т.е. в одном бассейне сливная труба очень маленькая, а в другом — очень большая.

Постоянное электрическое напряжение можно определить по тому, что все емкости заполнены на одинаковую высоту. Если слив узкий в нижней части, он представляет собой большое сопротивление. Ток здесь может течь только медленно. Если сечение сливной трубы больше, то сопротивление меньше и, соответственно, может протекать больший ток.

Как измерять напряжение

Напряжение — известная величина, используемая во всех световых и аккумуляторных источниках. Что оно собой представляет, какие разновидности существуют, чем измеряют напряжение, в каких единицах измеряется электрическое напряжение и многое другое далее.

Суть явления

Напряжением называется электрическая движущая сила, которая призвана толкать свободные виды электронов от одного атома к другому в определенном направлении. Обязательное требование для протекания зарядов это наличие цепи с замкнутым контуром, который создает условия, для того чтобы их передвигать. Если имеется обрыв электроцепи, то процесс направленного перемещения частиц прекращается.

Обратите внимание! Стоит отметить, что единица напряжения электрической цепи зависит от того, какой проводник имеет материал, как подключена нагрузка, какая есть температура.

Разновидности

Бывает двух видов: постоянным и переменным. Первое есть в электростатических видах цепей и тех, которые имеют постоянный ток. Переменный встречается там, где есть синусоидальная энергия. Важно, что синусоидальная энергия делится на действующее, мгновенное со средневыпрямленным. Единица измерения напряжения электрического тока вольт.

Стоит также отметить, что величина энергии между фазами называется линейной фазой, а показатель тока земли и фаз — фазным. Подобное правило используется во всех воздушных линиях. На территории Российской Федерации в электрической бытовой сети стандартное — 380 вольт, а фазное — 220 вольт.

Постоянное напряжение

Постоянным называется разность между электрическими потенциалами, при которой остается такой же величина с перепадами полярности на протяжении конкретного периода. Главным преимуществом постоянной энергии является тот факт, что отсутствует реактивная мощность. Это означает, что вся мощность, которая вырабатывается при помощи генератора, потребляется нагрузкой за исключением проводных потерь. Течет по всему проводниковому сечению.

Что касается недостатков, есть сложность повышения со снижением энергии, то есть в моменте преобразования ее из-за конструкции преобразователей и отсутствия мощных полупроводниковых ключей. К тому же сложно развязывается высокая и низкая энергия.

Обратите внимание! Используется постоянная энергия в электронных схемах, гальванических элементах, аккумуляторах, электролизных установках, сварочных инструментах, инверторных преобразователях и многих других приборах.

Вам это будет интересно Универсальный тестер-пробник для замеров тока и напряжения

Переменное напряжение

Переменным называется ток, изменяющийся по величине и направлению периодически, но при этом сохраняющий свое направление в электроцепи неизменно. Нередко его называют синусоидальным. Одно направление, в котором движется энергия, называется положительным, а другое — отрицательным. Поэтому получающаяся величина называется положительной и отрицательной. Такой показатель является алгебраической величиной. В ответ на вопрос, как называется единица измерения напряжения, необходимо отметить, что это вольт. Значение его определяется по направлению. Максимальное значение — амплитуда. Бывает он:

• двухфазным;

• трехфазным;

• многофазным.

Используется активно в промышленности, на электрической станции, на трансформаторной подстанции и передается в каждый дом при помощи линий электрических передач. Больше всего используется три фазы для подключения. Подобная электрификация распространена на многих железных дорогах.

Обратите внимание! Стоит отметить, что имеются также некоторые виды двухсистемных электровозов, которые работают во многих случаях на переменном показателе.

Единицы измерения

Измеряется напряженье в вольтах. Обозначается В или Вольт. Одно значение выражено в разности нескольких точек на электрическом поле. Значение 220 вольт говорит о том, что электрическое поле призвано тратить энергию, чтобы протаскивать заряды через всю электрическую цепь с нагрузкой.

Измерительные приборы

Чтобы измерить силу, используется стрелочный или аналоговый, цифровой или электронный вольтметр. Благодаря этим приборам можно измерять и контролировать характеристики сигналов. Также сделать измерения можно осциллографами. Они работают благодаря тому, что энергия отклоняется электронным лучом и поступает на прибор, выдающий показатель переменной величины.

Напряжение это физическая величина, показывающая размер тока в цепи и оборудовании в вольтах. Ток бывает постоянным и переменным. Отличие в том, что первое понятие обозначает, что ток постоянно меняет свою полярность и протекает в сети переменно. Во втором же случае ток проходит по электроцепи без перерывов. Измеряется вольтметром.

Помогла статья? Оцените

Что такое электрическое напряжение простыми словами

На уроках по физике затрагивается большое количество тем, но одни из самых трудных выпадают на 8–9 класс. Старшеклассникам зачастую тяжело понять их, а разобраться нужно, так как без этого невозможно дальше изучать предмет. Поэтому сегодня мы разберем, что называют напряжением, чем оно измеряется, как обозначается и как вычисляется.

Основатель учения об электротоке

Что называют напряжением

На схемах и в формулах напряжение обозначается буквой U. Измеряется оно вольтами. Сокращенное обозначение этой единицы — В. Единица измерения напряжения получила свое название в честь Алессандро Вольта. Именно этот ученый смог создать первый в мире источник постоянного тока.

Напряжение электрического тока — это физическая величина, равная отношению работы электрического поля, затраченной на перемещение заряда, к величине этого заряда. Поскольку в отправной точке траектории движущегося электрона и в конечной присутствуют разные потенциалы энергии, то работа по перемещению зарядов совпадает с разностью этих потенциалов. Поэтому термины напряжение и разность потенциалов могут быть взаимозаменяемыми.

Это утверждение справедливо, если на участке электроцепи отсутствуют сторонние силы. В общем случае напряжение отличается от разницы потенциалов на величину, соответствующую работе сторонних сил, которую они совершили при перемещении единичного заряда. Такая работа называется электродвижущей силой (ЭДС). Она обозначается буквой Е и измеряется так же, как и электрическое напряжение, то есть, единица измерения ЭДС — это вольт.

Что такое напряжение

Объясняя, что такое напряжение простыми словами для чайников можно сказать, что оно характеризует ту причину, по которой возникает ток. Напряжение появляется, когда все положительные заряды оказываются на одной стороне, а отрицательные — на другой. Ток начинает течь, когда эти две стороны соединяют проводником.

Как появляется

Чтобы показать, каким образом появляется напряжение, школьникам на уроках физики принято демонстрировать эксперимент с электрофорной машинкой (второе ее название — динамо-машина). Она состоит из двух колес, которые вращаются в разные стороны, создавая электрический заряд.

Когда диск крутится, можно заметить искру. Это и есть электрический ток, который появляется из-за разного количества ионов на шариках. В итоге образуется разность потенциалов. Отрицательные заряды пытаются переместиться туда, где их мало. При этом они ударяются о соседние заряженные частицы. Возникает эффект домино, а импульс передается дальше по цепочке. В результате появляется электрический ток.

Электрофорная машина

Следовательно, чтобы в электроцепи появилось напряжение, необходимо к ней подключить устройство, способное генерировать электрическую энергию из других видов энергии. Это могут быть:

• Генераторы. Они способны вырабатывать электричество за счет сжигания топлива разного вида, а также за счет энергии воды и ветра.
• Аккумуляторы. В них электрическая энергия появляется в результате химических реакций.
• Солнечные батареи.

Виды напряжения

Существует 2 вида напряжения. Первое — постоянное. Оно возникает в цепях постоянного тока. Второе — переменное. Появляется в цепях, в которых протекает синусоидальный либо переменный ток. В этом случае выделяют линейное и фазное напряжение. Линейное — это то, которое проходит между фазными проводами, а фазное — между фазным проводом и землей либо нейтралью. В РФ нормальная величина первого 380 В, а второго — 210–230 В.

Виды напряжения

Как определить

Есть официальная формула напряжения, которая выглядит так:

Формула напряжения

Но следует сказать, что в электротехнике она применения не имеет. Чтобы на практике рассчитать напряжение на участке цепи, используют формулу, выведенную через закон Ома:

Определение напряжения из закона Ома

Напряжение можно выразить еще и через мощность:

Вычисление через мощность

Величина напряжения зависит от способа соединения элементов электроцепи. Они могут соединяться друг с другом последовательно или параллельно. При последовательном соединении все элементы ставят в ряд.

Последовательное соединение

В этом случае напряжение можно найти по такой формуле:

Вычисление при последовательном соединении

При параллельном соединении все компоненты ставятся напротив друг друга.

Параллельное соединение

Тогда напряжение вычисляем следующим образом:

Формула для параллельного соединения

Из этого следует, что напряжение в резисторах и в источнике одинаково.

Как измеряется

Для измерения напряжения используется вольтметр. Его принцип работы заключается в том, что ток, который появляется при подключении к источнику питания, вертит стрелку прибора. То, насколько сильно стрелка будет перемещаться, зависит от величины напряжения. Если она не двигается, значит, оно отсутствует.

Обозначение на схемах

Источники напряжения обозначаются на схемах одним из знаков, изображенных на рисунке ниже.

Обозначение источников на схемах

Источник всегда обладает двумя полюсами, которые обозначаются плюсом и минусом. Направление напряжения показывает стрелка, возле которой размещаются буквы U_Q. Оно идет от положительного полюса к отрицательному.

Комбинацией букв U_R указывается напряжение на резисторе (элементе эл. цепи). Направление стрелки возле резистора указывает на техническое направление тока, то есть, на движение положительно заряженных частиц. Напряжение холостого тока получают на выходе источника, к которому не подключен ни один прибор.