V čem se měří napětí? Jednotka elektrického napětí

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-15 17:22

Je možné si představit svůj život bez elektřiny? Moderní člověk se pevně obklopil domácími spotřebiči, které pomáhají v životě. Už si nedokážeme představit sebe a své životy bez chytrých domácích asistentů.

Technologie stále více přechází k využívání elektřiny. I doprava postupně přechází na elektromotory, které mohou snížit značné škody na přírodě.

Dnes se pokusíme odpovědět na následující otázky:

Co je elektrický proud?
Co je elektrické napětí?
Jak určit napětí?
V čem se měří napětí?

Co je aktuální?

Na úsvitu studia elektřiny se získávala třením jednoho těla o druhé. Větší zásobu náboje bylo možné získat při bouřce pomocí přirozeného výboje – blesku. Je známo, že tato metoda stála život studenta M. V. Lomonosova - Richtera.

Používání samotného náboje je obtížné a iracionální. Je nutné získat jeho usměrněný pohyb - elektrický proud. Aktuální vlastnosti:

zahřívání vodiče;
chemické působení;
mechanická akce;
magnetická akce.

Používají se v každodenním životě a technologii. Nezbytnou podmínkou pro existenci proudu je přítomnost zdroje proudu, volných elektrických nábojů a uzavřeného vodiče.

Pozadí

V roce 1792 se slavný italský fyzik, fyziolog a vynálezce Alessandro Volta začal zajímat o závěry jeho krajana Luigiho Galvaniho o povaze proudových impulsů v orgánech zvířat. Dlouhodobé pozorování chování žabích stehýnek, upevněných na kovových hácích, mu umožnilo dojít k závěru, že zdrojem elektřiny není živý organismus, ale kontakt nepodobných kovů. Právě tato okolnost přispívá k toku elektřiny a reakce nervových zakončení je pouze fyziologickým účinkem proudu.

Unikátní objev vedl k vytvoření prvního zdroje stejnosměrného proudu na světě, zvaného Voltaický pilíř. Nepodobné kovy (Volta tvrdil, že by měly být od sebe odstraněny řadou chemických prvků) jsou položeny papírem napuštěným tekutým „vodičem druhého druhu“.

Toto zařízení bylo prvním zdrojem konstantního napětí. Jednotka elektrického napětí zvěčnila jméno Alessandro Volta.

DC napájení

Hlavním prvkem elektrického obvodu je zdroj proudu. Jeho účelem je vytvořit elektrické pole, pod jehož vlivem se volné nabité částice (elektrony, ionty) dostávají do usměrněného pohybu. Nashromážděno dnejednotlivé prvky zdrojových nábojů (nazývají se póly) mají různá znaménka. Samotný náboj se uvnitř zdroje přerozděluje působením sil neelektrické povahy (mechanických, chemických, magnetických, tepelných atd.). Elektrické pole vytvořené póly mimo zdroj proudu vykonává práci při pohybu náboje v uzavřeném vodiči. Alessandro Volta hovořil o potřebě uzavřeného okruhu pro vytvoření stejnosměrného proudu.

Protože se náboj pohybuje ve zdrojích působením neelektrických sil, lze tvrdit, že tyto síly fungují. Říkejme jim outsideři. Poměr práce vnějších sil k přenosu náboje uvnitř zdroje proudu k velikosti náboje se nazývá elektromotorická síla.

Matematický zápis tohoto poměru:

Ε=A_{st: q,}

kde E je elektromotorická síla (EMF), A_{stje práce vnějších sil, q je náboj nesený vnějšími silami ve zdroji.}

EMF charakterizuje schopnost zdroje vytvářet proud, ale za hlavní charakteristiku zdroje je někdy považováno elektrické napětí (potenciální rozdíl).

Napětí

Poměr práce pole k přesunutí náboje ve vodiči k velikosti náboje se nazývá elektrické napětí.

Abyste to určili, musíte vydělit hodnotu práce v terénu hodnotou poplatku. Nechť A je práce, kterou vykoná elektrické pole zdroje proudu pro přesun náboje q. U - elektrické napětí. Matematický zápis odpovídajícího vzorce:

U=A: q

Jako každá fyzická veličina má i napětí měrnou jednotku. Jak se měří napětí? Podle jména vynálezce prvního zdroje stejnosměrného proudu na světě, Alessandra Volty, dostala tato hodnota vlastní měrnou jednotku. V mezinárodním systému se napětí měří ve voltech (V).

Napětí 1 V je napětí elektrického pole, které vykoná práci 1 J pro přesun náboje o 1 C.

V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).

V základních jednotkách SI jednotka elektrického napětí:

kg•m/(A•s3).

Požadovaná hodnota

Proč nestačí charakterizovat proud, představit pojem proudová síla? Udělejme myšlenkový experiment. Vezměme si dvě různé lampy: běžnou domácí lampu a lampu z baterky. Při jejich připojení k různým zdrojům proudu (městská síť a baterie) můžete získat přesně stejnou hodnotu proudu. Lampa pro domácnost zároveň dává více světla, to znamená, že práce proudu v ní je mnohem větší.

Různé zdroje proudu mají různá napětí. Proto je tato hodnota zásadní.

Užitečná analogie

Porozumění fyzikálnímu významu elektrického napětí vychází ze zajímavé analogie. V komunikujících nádobách proudí tekutina z trubice do trubice, pokud je v nich tlakový rozdíl. V případě rovnosti se průtok tekutiny zastavítlak.

Pokud je proud kapaliny porovnáván s tokem elektrického náboje, pak tlakový rozdíl sloupců kapaliny hraje stejnou roli jako potenciální rozdíl ve zdroji proudu.

Dokud procesy doprovázející přerozdělení náboje na pólech probíhají uvnitř zdroje proudu, je schopen vytvořit proud ve vodiči. Napětí elektrického proudu se měří ve voltech, tlakový rozdíl má jednotku měření - pascal.

Střídavý proud

Elektrický proud, který periodicky mění svůj směr, se nazývá proměnný. Je vytvářen zdrojem střídavého napětí. Nejčastěji se jedná o generátor. Pokusme se vysvětlit: co je měření střídavého napětí?

Samotný princip současné generace je založen na fenoménu elektromagnetické indukce. Rotace uzavřeného obvodu v magnetickém poli vede ke vzniku rozdílu potenciálu ve vodiči. Napětí se měří ve voltech a v případě proměnlivého proudu.

Lze tvrdit, že se napětí nemění? Je zřejmé, že v důsledku změny úhlu mezi rovinou obrysu a normálou k ní se generované napětí v průběhu času mění. Jeho hodnota roste z nuly na nějakou maximální hodnotu, pak opět klesá na nulu. O určité hodnotě není třeba mluvit. Zadejte tzv. efektivní hodnotu napětí:

U_{d=U: √2.}

Jaký přístroj měří napětí?

Přístroj pro měření elektrického napětí - voltmetr. Princip jeho činnosti je založen na interakci obvodu s proudem a magnetickým polemstálý magnet. Je známo, že obvod s proudem rotuje v magnetickém poli. V závislosti na velikosti proudu v obvodu se mění úhel natočení.

Pokud k obvodu připojíte šipku, odchyluje se od nuly, když obvodem protéká proud (obvykle cívkou). V závislosti na tom, v čem je napětí měřeno, je stupnice zařízení odstupňována. Je možné použít dílčí násobky a násobky.

V případě nízkých hodnot se elektrické napětí měří v milivoltech nebo mikrovoltech. Naopak ve vysokonapěťových sítích se používá více jednotek.

Jakýkoli voltmetr je připojen paralelně k té části obvodu, kde se měří napětí. Hlavní vlastnost obvodu zařízení lze nazvat vysokým ohmickým odporem. Voltmetr, bez ohledu na to, v čem se měří napětí, by neměl ovlivnit sílu proudu v obvodu. Prochází jím malý proud, který významně neovlivňuje hlavní hodnotu.

Tabulka napětí

Fyzické zařízení	Napětí na jeho kontaktech, V
Voltpól	1, 1
Baterie baterky	1, 5
Alkalická baterie	1, 25
Kyselinová baterie	2
Městská síť	220
Vysoké napětíelektrické vedení	500 000
Mezi mraky v bouřce	Až 100 000 000

Praktická aplikace voltmetru

Abyste mohli voltmetr používat efektivně, měli byste se naučit, jak jej používat. Zvědavému experimentátorovi lze poradit, aby kontaktoval učitele školy.

Školní učebny fyziky jsou vybaveny laboratorními a demonstračními přístroji pro měření napětí.

Používejte jakýkoli voltmetr opatrně a dodržujte jednoduchá pravidla:

Voltmetr má maximální limit měření. To je nejvyšší hodnota na jeho stupnici. Nepřipojujte jej k obvodu obsahujícímu prvek s vyšším napětím.
Pokud není k dispozici žádný jiný zdroj nebo voltmetr, můžete použít systém dodatečného odporu. V tomto případě je také nutné změnit stupnici voltmetru.
Elektrické spotřebiče se připojují ke stejnosměrnému obvodu v závislosti na označení nabití na jeho svorkách. Kladná svorka zdroje proudu musí být připojena ke kladné svorce voltmetru, záporná svorka k záporné svorce. Při záměně se mohou šipky zařízení ohnout, což je vysoce nežádoucí.
Všechna připojení jsou provedena výhradně k obvodu bez napětí.