Для появления электрического тока в проводнике нужно сделать электрическое поле. Задачку по созданию и поддержанию электрического поля делают источники тока.

После сотворения электрического поля, на свободные заряженные частички в проводнике начинают действовать электрические силы, которые и приводят их в движение.

Выходит, что у нас есть силы и частички, которые передвигаются под их действием. Означает, совершается какая-то работа. Тот же факт гласит нам о том, что электрическое поле обладает некоторой энергией.

В данном уроке мы более тщательно разглядим, что все-таки за работу совершает электрическое поле, от чего она зависит и придем к определению очередной принципиальной свойства в электричестве — электрическому напряжению.

Работа тока

Сходу введем новое определение.

Работа тока — это работа, которую совершают силы электрического поля, создающего электрический ток.

В процессе этой работы энергия электрического тока перебегает в другие разные виды энергии (механическую, внутреннюю и др.). Более тщательно мы гласили об этом, когда рассматривали деяния тока.

От чего зависит работа тока?

Разумно представить, что работа тока будет зависеть от того, какой заряд протекает по цепи за определенный промежуток времени. Другими словами, работа тока будет зависеть от силы тока.

Проверим это на ординарном опыте. Соберем цепь, состоящую из ключа, источника тока, амперметра и присоединенной к проводам натянутой никелевой проволоки (набросок 1).

Набросок 1. Увеличение температуры проволоки при увеличении силы тока в цепи

Используя один источник тока, в цепи была определенная сила тока. Проволока нагрелась.

Если же мы заменим источник тока, который даст нам огромную силу тока, чем предшествующий, то заметим определенные конфигурации. Наша проволока греется намного посильнее. Вот для вас приятное подтверждение того, что термическое действие (а означает, и работа тока) проявляется посильнее с повышением силы тока в цепи.

Но дело в том, что сила тока — не единственная черта, от которой зависит работа тока. Другая (и более принципиальная) величина именуется электрическим напряжением либо просто напряжением.

Электрическое напряжение

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле.

Обозначается электрическое напряжение буковкой $U$.

Давайте разглядим опыт, который наглядно нам покажет, как данная величина может обрисовать нам электрическое поле.

Соберем электрическую цепь, состоящую из ключа, источника тока, электрической лампы и амперметра. За источник тока возьмем маленькую батарейку (гальванический элемент), а электрическую лампу возьмем от карманного фонарика (набросок 2).

Набросок 2. Свечение лампы от карманного фонарика от батарейки

А сейчас соберем похожую цепь. Заменим лампочку от фонарика большой лампой для освещения помещений. Батарейку тоже заменим. Сейчас источником тока у нас является городская осветительная сеть (набросок 3).

Набросок 3. Свечение лампы для помещений от городской осветительной сети

Посмотрите на показания амперметров в этих 2-ух цепях. Они одинаковы!

Сила тока в цепях одинакова, но ведь большая лампа дает намного больше света и тепла, чем малая лампочка от фонарика. Вот тут и возникает наша новенькая величина — напряжение.

Связь работы тока и напряжения

Проведенные нами опыты объясняются следующим.

При одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного $1 \space Кл$, различна.

Выходит, что эта работа тока и определяет нашу новейшую физическую величину — электрическое напряжение.

Сейчас мы может разъяснить до конца наши опыты. Напряжение, которое создается батарейкой в первой цепи, меньше напряжение городской осветительной сети. Потому лампа, присоединенная к сети, дает больше света и тепла. При всем этом сила тока в обеих цепях одинакова. Вся причина различий — в создаваемом напряжении.

Напряжение указывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Формула для расчета напряжения

Если мы знаем работу тока $A$ на рассматриваемом участке цепи и весь электрический заряд $q$, который прошел по нему, то мы можем высчитать напряжение $U$. По физическому смыслу, мы определим работу тока при перемещении единичного электрического заряда.

Из этой формулы мы также будем применять два ее следствия:

Это любопытно: факты об электричестве и напряжении

Набросок 4. Алессандро Джузеппе Антонио Вольта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель гальванического элемента

Единица напряжения — это такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в $1 \space Кл$ по этому проводнику равна $1 \space Дж$:
$1 \space В = 1 \frac$.

Дольные и кратные единицы напряжения

Какие единицы напряжения, не считая вольта, используют на практике? Это дольные и кратные единицы вольта: милливольт ($мВ$) и киловольт ($кВ$).

$1 \space мВ = 0.001 \space В$,
$1 \space кВ = 1000 \space В$.

Значение напряжения для некоторых устройств и природных явлений

В таблице 1 представлены для ознакомления некоторые значения напряжения.

Таблица 1. Напряжение в некоторых технических устройствах и природе

Небезопасные и неопасные значения напряжения

Все знают, что огромное (высочайшее) напряжение небезопасно для жизни. Проведем ординарную аналогию для наилучшего осознания.

К примеру, напряжение между проводом высоковольтной полосы передачи и землей составляет $100 \space 000 \space В$. Соединим этот провод с землей. Выходит, что при прохождении по нему заряда всего в $1 \space Кл$ совершается работа в $100 \space 000 \space Дж$. Такая же работа будет совершена грузом массой $1000 \space кг$, если он свалится с высоты в $10 \space м$. Похожие разрушения, может вызывать высочайшее напряжение.

Обычно неопасным считают напряжение менее $42 \space В$. Такое напряжение делают, к примеру, гальванические элементы.

Наверняка, многие помнят, как в детстве предки воспрещали засовывать пальцы в розетку. Ну и разбирать без помощи других лучше не стоит. Доверять такие работу лучше спецам. Почему? Ток в таковой сети идет от генераторов, и напряжение обычно составляет $220 \space В$. Такое напряжение может нанести значимый вред здоровью.

Примеры задач

1. При обычном режиме работы тостера сила тока в его электрической цепи равна $6 \space А$. Напряжение в сети составляет $220 \space В$. Найдите работу электрического тока в цепи за $5 \space мин$.

Входные данные:
$t = 5 \space мин$
$I = 6 \space А$
$U = 220 \space В$

Полная цепь

В цепи, изображённой на рисунке, безупречный амперметр указывает 1 А. Найдите ЭДС источника, если его внутреннее сопротивление 1 Ом.

1 R 1 2 . . = 1 R 1 . . + 1 R 2 . .

R 12 = R 1 R 2 R 1 + R 2 . .

R = R 12 + R 3 = R 1 R 2 R 1 + R 2 . . + R 3

ε = I ( R + r ) = I ( R 1 R 2 R 1 + R 2 . . + R 3 + r )

I 12 = I 1 + I 2 = I

U 1 = U 2 = U 1 2

I 2 = U 2 R 2 . . = I 1 R 1 R 2 . .

I = I 12 = I 1 + I 1 R 1 R 2 . . = I 1 ( 1 + R 1 R 2 . . )

ε = I 1 ( 1 + R 1 R 2 . . ) ( R 1 R 2 R 1 + R 2 . . + R 3 + r )

ε = 1 ( 1 + 3 1 . . ) ( 3 · 1 3 + 1 . . + 5 + 1 ) = 6 , 75 · 4 = 27 ( В )

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Конденсатор ёмкостью С = 2 мкФ присоединён к батарее с ЭДС ε = 10 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом. В исходный момент времени ключ К был замкнут (см. набросок). Какой станет энергия конденсатора через долгое время (более 1 с) после размыкания ключа К, если сопротивление резистора R = 10 Ом? Ответ округлите до сотен.

W = 1 2 . . C ( ε R R + r . . ) 2

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Реостат R подключен к источнику тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r (см. набросок). Зависимость силы тока в цепи от сопротивления реостата представлена на графике. Найдите сопротивление реостата, при котором мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, равна 8 Вт.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Конденсатор подключён к источнику тока последовательно с резистором R=20 кОм (см. набросок). В момент времени t=0 ключ замыкают. В этот момент конденсатор вполне разряжен. Результаты измерений силы тока в цепи представлены в таблице.

Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов пренебречь. Изберите два верных утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.

а) Ток через резистор в процессе наблюдения возрастает.

б) Через 6 с после замыкания ключа конденсатор стопроцентно зарядился.

в) ЭДС источника тока составляет 6 В.

г) В момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В.

д) В момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

На рис. 1 изображена зависимость силы тока через светодиод D от приложенного к нему напряжения, а на рис. 2 – схема его включения. Напряжение на светодиоде фактически не находится в зависимости от силы тока через него в интервале значений 0,05 А<I<0,2 А. Этот светодиод соединён последовательно с резистором R и подключён к источнику с ЭДС E1=6 В. При всем этом сила тока в цепи равна 0,1 А. Какова сила тока, текущего через светодиод, при подмене источника на другой с ЭДС E2=4,5 В? Внутренним сопротивлением источников пренебречь.