Большая часть людей в быту могут оперировать таким понятием как электрическое напряжение. Фактически все знают, что штепсельная розетка находится под напряжением 220В, а пальчиковая батарейка выдает напряжение всего в 1.5В. При всем этом далековато не каждый человек, окончивший среднюю школу либо даже технический Университет в состоянии ответить, что все-таки все-же значит термин электрическое напряжение. В этом материале мы попытаемся ответить на этот вопрос, по способности не прибегая к сложной арифметике.
Определение электрического напряжения
В учебниках по физике и электротехнике можно повстречать различные определения электрического напряжения. Одно из них звучит следующим образом: электрическое напряжение между 2-мя точками места равно разности потенциалов электрического поля в этих точках. Математически это записывается так:
Где U – электрическое напряжение, а φ_a и φ_b потенциалы электрического поля в точках A и B соответственно.
Если мы не знаем что такое потенциал электрического поля в точке, то приведенное выше определение не достаточно проясняет вопрос, что все-таки такое электрическое напряжение. Под потенциалом электрического поля в точке понимают работу, по перемещению единичного заряда совершаемую электрическим полем из данной точки в точку с нулевым потенциалом. На 1-ый взор определение электрического потенциала кажется достаточно сложным. К примеру, не совершенно понятно, где находится точка с нулевым потенциалом.
Для начала необходимо уяснить, что электрический потенциал это работа по переносу единичного заряда. Если обратиться к формуле (1) то станет ясно, что электрическое напряжение не что другое, как разность 2-ух работ. Другими словами электрическое напряжение, тоже есть работа. Отсюда мы приходим ко второму определению. Электрическое напряжение численно равно работе по переносу единичного электрического заряда из точки А в точку В. При всем этом φ_a и φ_b это возможная энергия которой обладает единичный заряд в точках А и В соответственно.
Для наилучшего осознания изложенного выше можно привести следующую аналогию. Хоть какое тело, находящееся на некотором расстоянии от Земли обладает возможной энергией. Для того дабы поднять тело выше придется выполнить некоторую работу. Величина этой работы будет равна разности возможных энергий, которыми обладает тело на разной высоте. Похожую картину мы смотрим, когда мы имеем дело с электрическим полем.
Что касается точки места, в какой электрический заряд обладает нулевым электрическим потенциалом, то в теории электричества эту точку можно избрать произвольно. Связанно это с тем, что электрическое поле «потенциально». Дабы прояснить этот термин придется прибегнуть к высшей арифметике, а мы приняли решение этого избежать. На практике спецы в области электротехники в качестве точек с нулевым потенциалом нередко выбирают поверхность Земли. И многие измерения делают относительно нее.
Электрические поля могут быть неизменными (постоянными во времени) и переменными. Переменные электрические поля могут изменяться по разным математическим законам. В технике в большинстве случаев применяются переменные электрические поля, которые меняются по закону синуса. В случае переменного электрического поля секундное значение разности потенциалов между 2-мя точками можно вычислить по следующей формуле:
Тут u – секундное значение напряжения; Um – наибольшее значение напряжения; ω – частота, t – время.
Измерение электрического напряжения
Электрическое напряжение определяют при помощи вольтметров. Для измерения напряжения (разности потенциалов) на участке электрической цепи щупы вольтметра подключают к концам этого участка и по шкале считывают показания устройства.
Существует огромное количество типов вольтметров. Мы остановимся на аналоговых вольтметрах с магнитоэлектрическими измерительными механизмами. Эти механизмы достаточно нередко используют в щитовых вольтметрах и функциональных измерительных устройствах – мультиметрах. Магнитоэлектрический электрический механизм представляет собой проволочную катушку, размещенную между полюсами магнита. Катушка подвешивается на спиральных пружинах обеспечивающих высшую чувствительность устройства. С катушкой связана указательная стрелка, при помощи которой осуществляется отсчет показаний на шкале устройства. Ниже на рисунке показано устройство магнитоэлектрического механизма.
Магнитоэлектрические измерительные механизмы имеют высшую чувствительность. С помощью их можно измерить напряжения составляющие сотые толики вольта. Для расширения пределов измерения последовательно с измерительным механизмом включают дополнительные сопротивления. Схема простого вольтметра неизменного тока показана на рисунке.
Одним из важных параметром вольтметра является его внутреннее сопротивление. Чем больше значение внутреннего сопротивления вольтметра, тем наименьшую погрешность можно получить в процессе измерения. Для аналоговых вольтметров внутреннее сопротивление обычно составляет 20кОм на вольт. Если нужно получить большее значение сопротивления для измерений используют электронные вольтметры, цифровые либо аналоговые.
Для измерения переменного напряжения в конструкцию вольтметров включают выпрямители, которые конвертируют переменное напряжение в неизменное. Шкалы вольтметров для измерения переменного напряжения обычно градуируют в действующих (действенных) значениях напряжения. Действующее значение переменного тока связано с наибольшим следующим соотношением.
Действующее значение комфортно использовать при вычислении мощности электрической цепи. Когда мы говорим, что в электрической розетке находится напряжение 220В, идет речь конкретно о действующем значении напряжения.
В маленьком материале тяжело поведать обо всех аспектах связанных с электрическим напряжением и методах его измерения. Но мы возлагаем надежды, что текст окажется полезен читателю.
Электрическое напряжение
В современном быту, строительстве и других сферах жизни человека гигантскую роль играет энергия, которая нужна для приведения в движение разных устройств, производственных станков и инструментов. Электрическое напряжение, либо как его принято именовать в народе ток, занимает 1-ое место посреди ресурсов снабжения, потому человек почти во всем находится в зависимости от бесперебойной подачи электричества правильного номинала. В данной статье рассмотрено определение электрического напряжения, его формула, также, от чего зависит и на что оказывает влияние данный показатель.
Что такое напряжение
Электрическое напряжение – это работа, которая нужна для подачи заряда электрическим полем от поставщика до потребляемого устройства по проводам либо без них. Проще говоря, это величина силы, потраченной для доставки определенного заряда тока по проводнику от 1-го конца на другой. Без напряжения не будет перемещения заряженных частиц, а, поэтому, ток не будет поступать к потребителю, номинальная величина в цепи будет равна нулю.
Электрическим током заряжены все элементы и предметы, которые окружают человека, разница только в величине напряжения – у некоторых вещей данный показатель мал и практически не приметен, у других – наличие тока более выражено. За долгие и длительные годы исследовательских работ Исследователи изобрели огромное количество устройств, которые в состоянии производить электрический ток различного напряжения и силы, начиная от компактных и заканчивая большими электрическими станциями, питающими целые городка. Электрическое напряжение впрямую связано с силой тока: чем выше напряжение, тем выше будет величина силы тока.
Для более четкого осознания определения напряжения тока нужно разобраться в физике образования электричества в целом. Откуда берется электрический ток?
Все предметы и вещества состоят из атомов с положительным зарядом, число которых равно числу крутящихся вокруг них негативно заряженных частиц. Проще говоря, количество электронов равно количеству нейтронов. Дабы появилось напряжение в сети, из ядра извлекаются некоторые электроны, появляется разряжение, и оставшиеся частички пробуют восполнить пробел методом притяжения электронов снаружи, появляется положительный заряд. Если же добавить электроны в атом, возникнет переизбыток, и появляется отрицательное энергетическое поле.
В итоге такового взаимодействия появляются положительный и отрицательный потенциалы, и чем больше контакта у этих частей, тем выше сила и напряжение электрического тока. При соединении обозначенных потенциалов появляется энергетическое поле, которое возрастает при повышении количества заряженных атомов в себе.
Формула для вычисления напряжения тока смотрится следующим образом:
- U – это само напряжение,
- A – работа, нужная для перемещения заряда,
- Q – отрезок расстояния, на которое перемещается заряженный атом.
Таким макаром, можно прийти к выводу, что сила тока в протяжении всей цепи будет одинаковой, а напряжение на каждом из участков будет различным, зависимо от нагрузки на данный отрезок. Как понятно, энергия не появляется из ниоткуда и не теряется в неведомом направлении, потому при повышении напряжения на определенном участке провода лишний ток выражается в термический нагрузке, проще говоря, материал, из которого сделан проводник, начинает нагреваться.
Воздействие температуры проводника на сопротивление
От чего зависит напряжение
Существует три главных фактора, влияющих на норматив напряжения электрических токов, посреди которых:
- Материал, из которого выполнен проводник. Для решения определенных задач есть разные типы проводов, в большинстве случаев можно повстречать медные либо дюралевые изделия различного сечения и внешней оболочки. Внешняя обмотка таких проводов бывает также из огромного количества материалов, защитных и декоративных, к примеру, ПВХ пленка либо резиновая защита. Такая обработка позволяет применять проводку в всех критериях, в том числе для организации внешнего освещения;
- Температуры применения проводника;
- Уровня сопротивления электрического тока на данном участке. Эта величина находится в зависимости от параметров проводимости кабеля либо другого предмета, присоединенного к сети, и возможности к беспрепятственному пропуску атомов через себя. Есть материалы с нулевым сопротивлением либо на сто процентов диэлектрические, другими словами не способные проводить электрический ток любого напряжения.
Ток и его напряжение впрямую зависят друг от друга, потому и их обозначения одинаковы. Напряжение тока измеряется в Вольтах и обозначается буковкой В. Вольт выражается в разности положительного и отрицательного потенциалов на 2-ух удаленных от друг дружку точках поля, силы которого совершают усилия, равные одному Дж, при доставке заряда от 1-го отрезка к конечному. Номинал единицы заряда равен одному Кл, таким макаром, обозначение 220 Вольт содержит в себе понятие, что данная сеть способна издержать энергию в 220 Дж для транспортировки зарядов от входной точки до потребителя, это и именуется электрическим напряжением в сети.
Виды напряжения электрического тока
Синусоида неизменного и переменного тока
Что такое электрическое напряжение, описывается в учебниках по физике, там же приводится его систематизация на основании временного промежутка подачи энергии. По данному признаку напряжение бывает:
- Неизменное – это когда на одном конце проводника ток и электрическое напряжение положительные, а на другом – отрицательные, и их значение ориентировано в одну сторону. В большинстве случаев такая система встречается в автономных батареях слабенькой и средней мощности;
Принципиально! Случайная либо предумышленная замена полярностей может привести к выходу из строя устройства, также недлинному замыканию при соединении нескольких частей, производить это необходимо последовательно, стыкуя минусовый контакт к плюсовому. Синусоида при неизменном токе будет ровненькой без рывков и волн.
- Переменный ток и электрическое напряжение отличаются от неизменных тем, что у них может быть несколько направлений, к примеру, при нередкой подмене потенциалов полярностей либо их перемещении появляется оборотное движение заряда, частота данного деяния и будет показателем переменного тока. В большинстве случаев данную систему применяют для транспортировки электричества по проводнику на огромные расстояния, так как утраты тока малы, поэтому, и напряжение не миниатюризируется. Также переменный ток применяется в трехфазных движках и при доставке неизменного тока на трансформатор для его последующего разделения. Синусоида переменного тока смотрится неровной, волнообразной, с множественными скачками. Есть формула и механизмы, которые применяются для преобразования переменного тока в неизменный, это может быть при наличии конденсаторов и диодного моста.
Между фазами переменного тока также есть свои характеристики, в этом случае напряжение равно 380В, по количеству разности потенциалов в трехфазной сети. В сети напряженностью 220В всего два провода: один – с несущей фазой, 2-ой – с нулем, также для безопасности добавляется кабель заземления. В трехфазной сети имеется четыре жилы, и один дополнительный заземляющий провод, в сумме напряжение всех 3-х фаз составляет 380В.
Меры предосторожности
Ток и электрическое напряжение являются источником завышенной угрозы, потому при работе и эксплуатации данного типа энергии нужно соблюдать нормы и правила безопасности, не допускать аварийных ситуаций и обеспечить все приборы автоматической системой отключения питания.
Воспрещается работать с проводкой, находящейся под напряжением, либо без устройства для заземления. В случае появления недлинного замыкания нужно отключить все приборы от сети и предупредить возгорание обмотки мотора либо кабеля.
