Одиниця виміру напруги електричного струму

Напругою називають рушійну силу, яка допомагає в певному напрямку штовхати вільні електрони від одного атома до іншого. Щоб забезпечити проходження зарядів, потрібно мати ланцюг із замкнутим контуром, який допоможе створити оптимальні умови. Процес спрямованого переміщення частинок буде припинений в тому випадку, якщо є обрив електроланцюга. Для вирішення завдань з фізики потрібно знати одиницю виміру напруги.

Короткий опис

Щоб розбиратися в основних поняттях, які стосуються розмірності напруги, потрібно зрозуміти природу цього явища. Будь-яка речовина складається з атомів, які містять ядро, що несе позитивний заряд. Додатково присутні електрони з негативним значенням. Оскільки кількість стрімко обертаються частинок прямо пропорційно числу протонів ядра, в стандартній ситуації атом не володіє зарядом.

У разі ліквідації одного або відразу декількох електронів атом робить спроби заповнити відсутні елементи. В результаті цього формується позитивне поле. Потенціал з негативним значенням може виникнути тільки в разі появи додаткових електронів.

Двостороннє напруга виникає в тих ситуаціях, коли стикаються ядра з позитивними і негативними зарядами. Чим більше буде відрізнятися їх потенціал, тим швидше електрони зі знаком «мінус» перейдуть на протилежну сторону. На тлі цього зросте напруга електричного поля.

В електричних ланцюгах визначення напруги можна виконати відповідно до трикутника Ома. Для вирішення подібних завдань потрібно використовувати наступну формулу:

Струм з’являється, коли з’єднуються потенціали протилежно заряджених провідникових елементів. Саме так в конспекті позначається цілеспрямоване переміщення дрібних частинок, які намагаються усунути наявну потенційну різницю. Електричне поле виконує роботу, яка задана напругою, за рахунок чого заряди можуть рухатися по провіднику.

Значення напруги

Показники електричного потенціалу між двома точками електромережі можуть визначатися завдяки роботі, яка була виконана за конкретний проміжок часу. Також можна врахувати кількість виділеної теплоти.

Якщо мова йде про змінну напругу, тоді діяти потрібно по-іншому. Інтенсивність коливань має вигляд синусоїдальної кривої. Тільки на піку амплітуди показник зможе досягти максимального значення. Для вирішення завдань з фізики прийнято використовувати усереднений показник, який ще називають чинним. Отримане значення можна прирівняти до аналогічного показника постійної напруги.

Чинне значення трохи менше максимального параметра (приблизно в 1,4 рази). Якщо мережа має мінімальну напругу 220 В, тоді максимум буде дорівнює 311 в.

Ці цифри особливо важливі в тому випадку, коли потрібно правильно підібрати конденсатори, діодні елементи або інші пристосування для успішного монтажу електричної мережі.

Постійна скалярна фізична величина

Виміряти напругу можна за допомогою спеціального магнітоелектричного пристрою. У продажу представлені високоточні професійні пристрої, які оснащені цифровим дисплеєм. Для отримання достовірної інформації прилад необхідно підключити до ділянки мережі, на якому належить виконати необхідні вимірювання напруженості. Ця процедура повинна бути здійснена відповідно до наступних правил:

• Встановлене граничне значення має перевищувати можливий максимум. Бувають ситуації, коли потрібно виконати вимірювальні роботи, але необхідні параметри невідомі. Фахівці рекомендують спочатку встановити максимальне значення, щоб поступово його знижувати.
• Повинна бути врахована полярність приєднання. Якщо це правило не враховано, тоді стрілка приладу нахилиться в протилежну сторону. На екрані цифрового пристрою висвітиться негативне число.

Для вимірювання напруги можна використовувати різні прилади, крім магнітоелектричних пристосувань. З такими пристроями можна працювати тільки за допомогою підключення до виходу випрямляча.

Змінні показники

Якщо в рамках експерименту спробувати міняти полярність потенціалів або просто переміщати їх в просторі, то в результаті електричний струм буде текти в зворотному напрямку. Такі зміни покликані показати основну характеристику, яка у фізиці називається частотою. Наприклад, стандартні 60 герц означають, що в рамках електричної мережі полярність змінюється 60 разів на секунду.

Амплітудою змінного струму LM прийнято називати максимальне абсолютне значення за один півперіод коливань. Це правило вчать на уроках фізики в 8 класі. До розряду тимчасових функцій відноситься напруга в електричних мережах змінного струму. Найчастіше для вирішення завдань використовується закон синусоїдальних коливань.

У котушках асинхронних двигунів змінний струм утворюється за рахунок обертання електромагніту. Якщо спробувати розгорнути такі обороти за часом, то вийде синусоїд. У разі необхідності передати енергію на велику відстань використовується змінний струм. Великий попит отримало застосування трифазних мереж. Завдяки цьому втрати електроенергії в проводах знижені до мінімуму, що дуже вигідно з фінансового боку.

Завдяки спеціальним електродвигунам отримують трифазний струм. У таких агрегатах встановлені відразу 3 котушки проводів, які розташовані через кожні 120°. За рахунок цього присутні в трифазному струмі синусоїди відстають один від одного. У геометричному плані така система має вигляд векторної діаграми.

Трифазна електрична мережа складається з одного нульового і трьох фазних проводів. Між ними присутня напруга 220 В.фазні дроти теж можна задіяти для вирішення різних завдань. Між ними прокладена лінійна напруга, яка становить 380 В.

Правила вимірювання

Щоб зрозуміти, в яких одиницях вимірюється напруга, можна задіяти наукову літературу і графічні схеми. У технічній документації електричний струм може виражатися тільки за допомогою вольт (В). Таке значення було встановлено на честь відомого італійського фізика а.Вольта. Потенційну різницю двох точок поля допомагає описати 1 В.У цьому випадку для переміщення однокулонного заряду повинна бути здійснена робота в 1 Дж.

Для складання схем використовується умовне позначення напруги. Буква V вказує на одиницю струму, яка укладена в коло. У деяких документах може бути присутнім схематичне зображення вимірювального приладу. Особливого значка в цьому випадку не передбачено. Щоб розбиратися в основних поняттях, які стосуються електричної напруги, потрібно врахувати наступні нюанси:

• Лампочки та інші види навантаження знижують підсумкову потенційну енергію електронів.
• Для вимірювання напруги потрібно використовувати вольтметр.
• Акумуляторні батареї збільшують потенційну енергію електронів.
• Напруга являє собою силу, яка дозволяє переміщати електрони від одного атома до іншого.

Якщо в мережі присутня напруга 220 В, то це вказує на те, що наявне електричне поле може витратити до 220 Дж для переміщення заряджених частинок через ланцюг і лінію навантаження. Для всіх електроприладів Номінальна напруга повинна вказуватися виробником в паспорті. Також цей параметр може значитися в складі маркування на передній панелі корпусу.

Фактори, що впливають на результат

Підсумковий показник напруги на аналізованому ділянці електричного кола залежить від багатьох нюансів, наприклад, від приєднаної навантаження. Не менше значення має характеристика матеріалу, з якого виготовлена провідникова деталь. Додатково потрібно враховувати температуру повітря і самих елементів мережі.

На уроках фізики можна дізнатися, який реальний ефект Джозефсона. Йдеться про надпровідному струмі, який проходить крізь наявний шар діелектричного матеріалу невеликої товщини. В результаті вдається ізолювати один надпровідний предмет від іншого. У науковій роботі талановитого Фізика Джозефсона було зазначено, що домогтися такого результату можна тільки в тому випадку, якщо задіяти максимально тонкий шар діелектрика. Численні досліди змогли довести, що надпровідний струм ефективний навіть при використанні більш товстих шарів.

Наукове відкриття Джозефсона дозволило проводити високоточні виміри магнітних полів і напруги. У першому випадку весь процес побудований на великій залежності електроструму від зовнішнього магнітного поля. Якщо підтримувати константну напругу в створеному переході, то такий винахід буде виступати в ролі генератора електромагнітного хвильового випромінювання. Якщо є необхідні інструменти, тоді можна спробувати відтворити установку з поглинаючим, тобто протилежним ефектом. Прийом і генерація напруги зможуть працювати в діапазоні, який недоступний іншим установкам.

У науковому середовищі продовжують проводити дослідження з приводу того, як ефект Джозефсона може допомогти в перенесенні магнітного поля для подальшої передачі і накопичення інформації (наприклад, квантові комп’ютери).

Вперше експериментальний процесор такого типу був створений японськими інженерами.

Електрична напруга — види, формули і суть

Електрострум характеризується декількома фізичними величинами:

При цьому вони всі пов’язані між собою.

Перш ніж дізнатися формулу електричної напруги і одиницю її вимірювання, необхідно розібратися з природою цієї величини і її роллю в утворенні електричного струму. В іншому випадку подальше вивчення предмета утрудниться.

Суть явища електричної напруги

Будь-яка речовина складається з атомів. Вони мають ядра з позитивним зарядом, а навколо них обертаються негативно заряджені електрони. Під впливом електрополя ці частинки починають рухатися. Чим більше зарядів було переміщено, тим більшу роботу виконує електричне поле.

На цей параметр впливають дві величини:

Фізичний сенс напруги полягає в тому, що робота електроструму (А) на будь-якій ділянці ланцюга співвідноситься з зарядом (q), що проходить по цій ділянці. В результаті виконання роботи заряд зі знаком “плюс” переміщається з точки з меншим потенціалом в точку з великим.

Говорячи простіше, напруга дорівнює відношенню роботи по переміщенню заряду до його показника і позначається літерою «U».

Таким чином, формула для визначення різниці потенціалів виглядає наступним чином:

Напруга визначається різницею потенціалів або електрорушійною силою. При цьому робота є енергією і вимірюється в джоулях (Дж). Для визначення електрозаряда в міжнародній системі СІ одиниць використовується кулон (Кл).

Зараз можна з’ясувати, в чому вимірюється напруга. Для цього достатньо підставити всі відомі величини в формулу — U = Дж/Кл. Ця одиниця називається вольт (В). Для більш наочного пояснення фізичного сенсу величини слід представити шланг з водою.

У наведеному прикладі роль сили струму виконує об’єм рідини, а її тиск відповідає напрузі. При русі води вона вільно у великій кількості переміщається в шлангу, створюючи при цьому певний тиск. Якщо кінець шланга стиснути, то при одночасному збільшенні тиску рідини зменшиться її об’єм. При цьому струмінь буде переміщатися на більшу відстань.

З електрикою ситуація аналогічна. Показник сили струму залежить від кількості електронів, що рухаються по провіднику. Різницю потенціалів можна вважати силою, з якою проштовхуються електрони.

З цього випливає, що при однаковому показнику заряду джерела струму для проведення більшого струму необхідно збільшити поперечний переріз провідника.

Крім цього, напруга залежить від наступних факторів:

Основні види напруги

Існує два типи напруги – постійна і змінна. Перша присутня в колах з постійним струмом.

Змінна напруга зустрічається в мережах з синусоїдальною енергією. Про кожен з двох видів напруги слід розповісти докладніше.

Постійна напруга

Напруга в мережі буде постійною, якщо заряд потенціалів, прикладених до неї, не змінюється. Головною перевагою постійної електричної енергії є відсутність реактивної потужності. Говорячи простіше, вся потужність, створювана генератором, повністю споживається підключеним навантаженням, не рахуючи втрат в провідниках.

При приєднанні споживача до ланцюга постійного струму вкрай важливо строго дотримуватися полярності. В іншому випадку пристрій може відразу після подачі струму вийти з ладу.

Як приклад джерела струму з постійним показником різниці потенціалів можна привести звичайну батарейку.

Мережі постійного струму використовуються в ситуаціях, коли електроенергію не потрібно передавати на великі відстані.

Змінна напруга

Якщо полярність потенціалів періодично змінюється або вони переміщаються в просторі, то електрострум почне текти у зворотному напрямку. Кількість цих змін напряму за одиницю часу характеризує величина частота. Наприклад, в Україні в мережах змінного струму використовується частота в 50 Гц. Це говорить про те, що протягом секунди полярність змінюється 50 разів.

Слід пам’ятати, що змінна напруга є тимчасовою функцією. При цьому вона узгоджена з законом синусоїдальних коливань. Цей факт пов’язаний з тим, що змінний струм з’являється в котушках асинхронних електродвигунів завдяки обертанню навколо неї електричного магніту. Якщо це обертання розгорнути за часом, то в результаті вийде синусоїда.

Змінний струм застосовується в тих випадках, коли електроенергію необхідно передати на велику відстань.

Для успішного вивчення електротехніки спочатку необхідно розібратися з поняттями основних величин, використовуваних у фізиці. Однією з них і є напруга.