Мерната единица за напрежение е. Електричество, ток, напрежение, съпротивление и мощност

Ерата на научно-техническия прогрес изисква измерване на всичко. Електрическите мрежи не са изключение. За да направите тези измервания, е важно да знаете в какви единици се измерва напрежението. В най-разпространената система SI мерната единица за напрежение е обозначена като 1 волт или съкратено като 1V. Може също да бъде обозначен като 1V. Това обозначение е избрано в чест на италианския физик Алесандро Волта.

Какво е електрическо напрежение

Тя не може да съществува сама по себе си, както теглото. Има два случая, които изискват измерването му:

• Между различни възли на електрическа верига или краища на проводник. 1 волт е потенциалът, при който ток от 1 ампер произвежда 1 ват мощност;
• Силата на електростатичното поле се измерва между две точки на полето. Единицата за напрежение, 1 волт, е потенциалът, при който заряд от 1 кулон извършва 1 джаул работа.

Ефект на Джоузефсън

От 1990 г. има друга дефиниция на електрическото напрежение. Стойността му е свързана с честотния стандарт и цезиевия часовник. В този случай се използва нестационарният ефект на Джоузефсън; когато специална матрица се облъчва с радиация с честота 10-80 GHz, върху нея се появява потенциал, чиято стойност не зависи от експерименталните условия.

RMS напрежение

Големината на електрическия потенциал между секциите на мрежата се определя от количеството топлина или работа, извършена за определено време. Но това важи само за постоянен ток. Променливото напрежение има синусоидална форма. При максималната амплитуда тя е максимална, а при прехода от положителна полувълна към отрицателна е нула.

Следователно за изчисленията се използва средната стойност, която се нарича „ефективна стойност“, която при изчисленията се приравнява на константа със същата стойност.

Различава се от максимума с 1,4 пъти или √2. За 220V мрежа максималната стойност е 311V. Това е важно при избора на кондензатори, диоди и други елементи на електронни схеми.

Определяне на напрежението

Как се измерва напрежението? Това става със специален уред – волтметър. Той може да има различен дизайн, да бъде цифров или показалец, но съпротивлението му трябва да е възможно най-високо и токът трябва да е минимален. Това е необходимо, за да се сведе до минимум влиянието на устройството върху мрежата и загубите в проводниците, преминаващи от източника на захранване към волтметъра.

DC мрежа

Тези измервания се правят с магнитоелектрически инструменти. Напоследък широко се използват устройства с цифрови дисплеи.

Най-лесният начин е да свържете устройството директно към мястото на измерване. Това е възможно при редица условия:

• Границата на измерване е по-голяма от очаквания максимум. Ако не е известно преди началото на измерванията, тогава трябва да се избере най-голямата граница и последователно да се намали;
• Спазвайте полярността на връзката. Ако връзката е неправилна, стрелката ще се отклони в обратната посока и цифровият дисплей ще покаже отрицателна стойност.

Ако границата на измерване е недостатъчна, тя може да бъде разширена с помощта на допълнително съпротивление. Тя може да бъде външна или вътрешна. Можете да използвате множество съпротивления и да ги превключвате, за да промените границата на устройството. Ето как работи мултицет.

AC захранване

Напрежението се измерва в мрежа с променлив ток с инструменти от всички видове, с изключение на магнитоелектрическите. Тези устройства могат да се използват само като се свържат към изхода на токоизправителя.

Има няколко начина за увеличаване на границата на измерване. За да направите това, допълнително едно от устройствата е свързано към устройството:

• допълнителна устойчивост;
• при постоянна честота на мрежата се използват кондензатори вместо съпротивление;
• Най-често срещаният вариант е използването на трансформатор на напрежение.

Изискванията към измервателните уреди и допълнителните аксесоари са същите като при уредите за постоянен ток.

Урокът е посветен на понятието електрическо напрежение, неговото обозначение и мерни единици. Втората част на урока е посветена предимно на демонстриране на устройства за измерване на напрежение в участък от верига и техните характеристики.

Ако дадем стандартен пример за значението на добре познатия надпис на всеки домакински уред „220 V“, тогава това означава, че 220 J работа се извършва на участък от веригата, за да се премести заряд от 1 C.

Формула за изчисляване на напрежението:

Работа на електрическо поле при пренос на заряд, J;

Заряд, Кл.

Следователно единицата за напрежение може да бъде представена, както следва:

Има връзка между формулите за изчисляване на напрежението и тока, на която трябва да обърнете внимание: и. И двете формули съдържат стойността на електрическия заряд, което може да бъде полезно при решаването на някои проблеми.

За измерване на напрежението, устройство, наречено волтметър(фиг. 2).

Ориз. 2. Волтметър ()

Съществуват различни волтметри според особеностите на тяхното приложение, но принципът на тяхното действие се основава на електромагнитния ефект на тока. Всички волтметри са обозначени с латинска буква, която се прилага върху циферблата на инструмента и се използва в схематичното представяне на устройството.

В училищните условия например се използват волтметри, показани на фигура 3. Те се използват за измерване на напрежението в електрически вериги по време на лабораторна работа.

()	()	()

Ориз. 3. Волтметри

Основните елементи на демонстрационния волтметър са корпус, скала, стрелка и клеми. Клемите обикновено са обозначени с плюс или минус и са маркирани в различни цветове за яснота: червено - плюс, черно (синьо) - минус. Това беше направено, за да се гарантира, че клемите на устройството са очевидно правилно свързани към съответните проводници, свързани към източника. За разлика от амперметъра, който е свързан към отворената верига последователно, волтметърът е свързан към веригата паралелно.

Разбира се, всяко електрическо измервателно устройство трябва да има минимално влияние върху изследваната верига, поради което волтметърът има такива конструктивни характеристики, че през него протича минимален ток. Този ефект се осигурява от подбора на специални материали, които допринасят за минимален поток на заряд през устройството.

Схематично представяне на волтметър (фиг. 4):

Ориз. 4.

Нека начертаем например електрическа верига (фиг. 5), в която е включен волтметър.

Ориз. 5.

Веригата съдържа почти минимален набор от елементи: източник на ток, лампа с нажежаема жичка, превключвател, амперметър, свързан последователно, и волтметър, свързан паралелно на електрическата крушка.

Коментирайте. По-добре е да започнете да сглобявате електрическа верига с всички елементи, с изключение на волтметъра, и да я свържете в края.

Има много различни видове волтметри с различни скали. Следователно въпросът за изчисляване на цената на устройството в този случай е много уместен. Много разпространени са микроволтметри, миливолтметри, просто волтметри и т. н. От наименованията им става ясно с каква честота се правят измерванията.

Освен това волтметрите се разделят на устройства с постоянен ток и променлив ток. Въпреки че в градската мрежа има променлив ток, на този етап от изучаването на физиката имаме работа с постоянен ток, който се захранва от всички галванични елементи, така че ще се интересуваме от съответните волтметри. Фактът, че устройството е предназначено за вериги с променлив ток, обикновено се изобразява на циферблата като вълнообразна линия (фиг. 6).

Ориз. 6. AC волтметър ()

Коментирайте. Ако говорим за стойности на напрежението, тогава, например, напрежение от 1 V е малка стойност. Промишлеността използва много по-високи напрежения, измерени в стотици волта, киловолта и дори мегаволта. В ежедневието се използва напрежение от 220 V или по-малко.

В следващия урок ще научим какво е електрическото съпротивление на проводника.

Библиография

1. Генденщайн Л. Е., Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Изд. Орлова В. А., Роизена И. И. - М.: Мнемозина.
2. Перишкин А. В. Физика 8. - М .: Bustard, 2010.
3. Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. - М.: Образование.

Допълнителна стрпрепоръчани връзки към интернет ресурси

1. Готина физика ().
2. YouTube().
3. YouTube().

Домашна работа

Електрическият ток (I) е насоченото движение на електрическите заряди (йони в електролитите, електрони на проводимостта в металите).
Необходимо условие за протичане на електрически ток е затворената верига.

Електрическият ток се измерва в ампери (A).

Производните единици за ток са:
1 килоампер (kA) = 1000 A;
1 милиампер (mA) 0,001 A;
1 микроампер (µA) = 0,000001 A.

Човек започва да усеща през тялото си ток от 0,005 А. Ток със сила над 0,05 А е опасен за човешкия живот.

Електрическо напрежение (U)се нарича потенциална разлика между две точки в електрическото поле.

Мерна единица електрическа потенциална разликае волт (V).
1 V = (1 W) : (1 A).

Изведените единици за напрежение са:

1 киловолт (kV) = 1000 V;
1 миливолт (mV) = 0,001 V;
1 микроволт (µV) = 0,00000 1 V.

Съпротивление на участък от електрическа веригае величина, която зависи от материала на проводника, неговата дължина и напречно сечение.

Електрическото съпротивление се измерва в ома (ома).
1 Ohm = (1 V) : (1 A).

Производните единици на съпротивление са:

1 kiloOhm (kOhm) = 1000 Ohm;
1 мегаом (MΩ) = 1 000 000 ома;
1 милиом (mOhm) = 0,001 ома;
1 микроом (µом) = 0,00000 1 ом.

Електрическото съпротивление на човешкото тяло, в зависимост от редица условия, варира от 2000 до 10 000 ома.

Електрическо съпротивление (ρ)се нарича съпротивлението на проводник с дължина 1 m и напречно сечение 1 mm2 при температура 20 ° C.

Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича електрическа проводимост (γ).

Мощност (P)е количество, което характеризира скоростта, с която се преобразува енергията, или скоростта, с която се извършва работа.
Мощността на генератора е величина, която характеризира скоростта, с която механичната или друга енергия се преобразува в електрическа енергия в генератора.
Потребителската мощност е количество, което характеризира скоростта, с която електрическата енергия се преобразува в отделни участъци на веригата в други полезни видове енергия.

Единицата за мощност в системата SI е ват (W). Тя е равна на мощността, при която 1 джаул работа се извършва за 1 секунда:

1W = 1J/1сек

Производни единици за измерване на електрическа мощност са:

1 киловат (kW) = 1000 W;
1 мегават (MW) = 1000 kW = 1 000 000 W;
1 миливат (mW) = 0,001 W; o1i
1 конска сила (hp) = 736 W = 0,736 kW.

Мерни единици за електрическа енергияса:

1 ват-секунда (W sec) = 1 J = (1 N) (1 m);
1 киловатчас (kWh) = 3,6 106 W сек.

Пример. Токът, консумиран от електродвигател, свързан към мрежа 220 V, е 10 A за 15 минути. Определете енергията, консумирана от двигателя.
W*sec, или разделяйки тази стойност на 1000 и 3600, получаваме енергия в киловатчаса:

W = 1980000/(1000*3600) = 0,55 kWh

Маса 1. Електрически величини и единици

Без някои основни познания за електричеството е трудно да си представим как работят електрическите уреди, защо изобщо работят, защо трябва да включите телевизора, за да работи, и защо фенерчето се нуждае само от малка батерия, за да свети в тъмното .

И така ще разберем всичко по ред.

Електричество

Електричествое природно явление, което потвърждава съществуването, взаимодействието и движението на електрическите заряди. Електричеството е открито за първи път през 7 век пр.н.е. Гръцкият философ Талес. Талес забеляза, че ако парче кехлибар се потърка върху вълна, то започва да привлича леки предмети. Кехлибарът на древногръцки е електрон.

Ето как си представям Талес седнал, търкайки парче кехлибар върху своя химатион (това е вълнената връхна дреха на древните гърци), а след това с озадачен поглед наблюдава как се привличат косми, парчета конци, пера и парчета хартия към кехлибара.

Това явление се нарича статично електричество. Можете да повторите това преживяване. За да направите това, разтрийте старателно обикновена пластмасова линийка с вълнена кърпа и я донесете до малките парчета хартия.

Трябва да се отбележи, че това явление не е изследвано дълго време. И едва през 1600 г., в своето есе „За магнита, магнитните тела и големия магнит - Земята“, английският натуралист Уилям Гилбърт въвежда термина електричество. В работата си той описва своите експерименти с електрифицирани обекти и също така установява, че други вещества могат да се електрифицират.

След това в продължение на три века най-напредналите учени в света изследват електричеството, пишат трактати, формулират закони, изобретяват електрически машини и едва през 1897 г. Джоузеф Томсън открива първия материален носител на електричество - електрона, частица, която извършва електрически процеси в възможни вещества.

Електрон– това е елементарна частица, има отрицателен заряд приблизително равен на -1,602·10 -19 Cl (Висулка). Определен дили д –.

Волтаж

За да накарате заредените частици да се движат от един полюс към друг, е необходимо да се създаде между полюсите потенциална разликаили - Волтаж. Единица за напрежение – волт (INили V). Във формули и изчисления напрежението се обозначава с буквата V . За да получите напрежение от 1 V, трябва да прехвърлите заряд от 1 C между полюсите, докато извършвате 1 J (джаул) работа.

За по-голяма яснота си представете резервоар за вода, разположен на определена височина. От резервоара излиза тръба. Водата под естествено налягане напуска резервоара през тръба. Нека се съгласим, че водата е електрически заряд, височината на водния стълб (налягане) е волтаж, а скоростта на водния поток е електричество.

Следователно, колкото повече вода има в резервоара, толкова по-високо е налягането. По същия начин от електрическа гледна точка, колкото по-голям е зарядът, толкова по-високо е напрежението.

Нека започнем да източваме водата, налягането ще намалее. Тези. Нивото на зареждане пада - напрежението намалява. Това явление може да се наблюдава на фенерче; електрическата крушка става по-слаба, когато батериите се разреждат. Моля, обърнете внимание, че колкото по-ниско е налягането на водата (напрежението), толкова по-нисък е водният поток (ток).

Електричество

Електричествое физически процес на насочено движение на заредени частици под въздействието на електромагнитно поле от единия полюс на затворена електрическа верига към другия. Частиците, носещи заряд, могат да включват електрони, протони, йони и дупки. Без затворена верига не е възможен ток. Частиците, способни да носят електрически заряди, не съществуват във всички вещества; тези, в които съществуват, се наричат проводнициИ полупроводници. И вещества, в които няма такива частици - диелектрици.

Текуща единица – Ампер (А). Във формули и изчисления силата на тока се обозначава с буквата аз . Ток от 1 ампер се генерира, когато заряд от 1 кулон (6,241·10 18 електрона) премине през точка в електрическа верига за 1 секунда.

Нека да погледнем отново нашата аналогия вода-електричество. Само сега нека вземем два резервоара и ги напълним с равно количество вода. Разликата между резервоарите е диаметърът на изходната тръба.

Нека отворим крановете и се уверим, че потокът вода от левия резервоар е по-голям (диаметърът на тръбата е по-голям), отколкото от десния. Този опит е ясно доказателство за зависимостта на скоростта на потока от диаметъра на тръбата. Сега нека се опитаме да изравним двата потока. За да направите това, добавете вода (зареждане) в десния резервоар. Това ще даде повече налягане (напрежение) и ще увеличи скоростта на потока (ток). В електрическата верига се играе диаметърът на тръбата съпротива.

Проведените експерименти ясно показват връзката между волтаж, токов ударИ съпротива. Ще говорим повече за съпротивлението малко по-късно, но сега още няколко думи за свойствата на електрическия ток.

Ако напрежението не променя полярността си, плюс към минус, и токът тече в една посока, тогава това е D.C.и съответно постоянно налягане. Ако източникът на напрежение промени полярността си и токът тече първо в едната посока, след това в другата, това вече е променлив токИ AC напрежение. Максимални и минимални стойности (посочени на графиката като Йо ) - Това амплитудаили пикови стойности на тока. В домашните контакти напрежението сменя полярността си 50 пъти в секунда, т.е. токът осцилира тук и там, оказва се, че честотата на тези трептения е 50 херца или накратко 50 херца. В някои страни, например в САЩ, честотата е 60 Hz.

Съпротива

Електрическо съпротивление– физическа величина, която определя свойството на проводника да възпрепятства (съпротивлява) преминаването на тока. Съпротивителна единица – Ом(означено Омили гръцката буква омега Ω ). Във формули и изчисления съпротивлението се обозначава с буквата Р . Проводник има съпротивление от 1 ом, към полюсите на който е приложено напрежение от 1 V и протича ток от 1 A.

Проводниците провеждат ток по различен начин. Техен проводимостзависи преди всичко от материала на проводника, както и от напречното сечение и дължина. Колкото по-голямо е напречното сечение, толкова по-висока е проводимостта, но колкото по-голяма е дължината, толкова по-ниска е проводимостта. Съпротивлението е обратното понятие на проводимостта.

Използвайки водопроводния модел като пример, съпротивлението може да бъде представено като диаметър на тръбата. Колкото по-малко е, толкова по-лоша е проводимостта и по-високо съпротивление.

Съпротивлението на проводника се проявява например в нагряването на проводника, когато през него протича ток. Освен това, колкото по-голям е токът и колкото по-малко е напречното сечение на проводника, толкова по-силно е нагряването.

Мощност

Електрическа енергияе физическа величина, която определя скоростта на преобразуване на електричеството. Например, вие сте чували повече от веднъж: „една електрическа крушка е толкова много вата“. Това е мощността, консумирана от електрическата крушка за единица време по време на работа, т.е. преобразуване на един вид енергия в друг с определена скорост.

Източниците на електроенергия, като генераторите, също се характеризират с мощност, но вече генерирана за единица време.

Захранващ блок – ват(означено Уили У). Във формули и изчисления мощността се обозначава с буквата П . За вериги с променлив ток се използва терминът Пълна мощност, мерна единица - Волт-ампери (Вирджинияили V·A), означени с буквата С .

И накрая за Електрическа верига. Тази верига е определен набор от електрически компоненти, способни да провеждат електрически ток и съответно свързани помежду си.

Това, което виждаме на това изображение, е основно електрическо устройство (фенерче). Под напрежение U(B) източник на електричество (батерии) чрез проводници и други компоненти с различно съпротивление 4.61 (244 гласа)

Заредените частици, влизащи в електрическо поле, започват да се движат по подреден начин в определена посока. Частиците придобиват определена енергия, тоест извършва се работа. Да се ​​определи количеството работа за преместване на електрически заряди в електрическо поле със сила дналожи въвеждането на друга физическа величина - електрическо напрежение U.

Каква е работата, извършена от електрическото поле?

Работно отношение Аизвършвано от всяко електрическо поле при преместване на положителен заряд от една точка на полето в друга, до количеството заряд рнаречено електрическо напрежение Uмежду тези точки:

$$ U = ( A \over q ) $$

Можем да кажем, че електрическото напрежение е равно на работата, извършена за преместване на заряд от 1 кулон от една точка на електрическото поле в друга.

Тогава, за да определим количеството работа, извършена от полето, можем да получим следния израз:

$$ A = ( q * U ) $$

Ориз. 1. Електрони в електрично поле.

Единици

В Международната система от единици (SI) единицата за напрежение (V) е кръстена на италианския изследовател Алесандро Волта (1745-1827), който има огромен принос за разбирането на природата на електричеството. Тъй като работата се измерва в джаули (J), а зарядът в кулони (K), тогава:

$$ =( \над ) $$

Напрежението може да варира в широк диапазон, така че несистемни единици като:

• 1 микроволт (µV) = 0,0000001 V;
• 1 миливолт (mV) = 0,001 V;
• 1 киловолт (kV) = 1000 V;
• 1 MV (мегаволт) = 1 000 000 V.

DC и AC напрежение

Има два вида напрежения - постоянни и променливи. Пример за източник на постоянно напрежение са обикновените батерии, използвани в домакински уреди: дистанционни управления, телефони и др. Символите „−“ и „+“ винаги присъстват на повърхността на батериите.

Това означава, че посоката на електрическото поле, създадено от батерията, ще бъде постоянна през цялото време. Източниците на променливо напрежение бяха изобретени по-късно и станаха много разпространени поради факта, че променливият ток е по-лесен за трансформиране (усилване, отслабване) и предаване на дълги разстояния.

Ориз. 2. Графики на постоянни и променливи напрежения.

Графиките показват, че постоянното напрежение не зависи от времето,

$$U(t) = const $$

Променливото напрежение се променя, преминавайки през нулева стойност, променяйки знака "+" на "−". За формулата за електрическо напрежение U(t), тригонометричните функции на синус или косинус са подходящи:

$$ U(t) = U_А * sin(ω*t) $$

където U A — амплитуда на променливото напрежение, т.е. максималната стойност на напрежението;

ω - честота на променливо напрежение, показваща колко пъти за една секунда се променя знакът на напрежението, т.е. "плюс" се променя на "минус". Стойността на честотата показва с каква скорост (колко често) се променя полярността на напрежението. Например в електрическите контакти на нашите апартаменти напрежението се променя 50 пъти в секунда (с честота 50 Hertz).

Въздействието на електрическото напрежение, започвайки от определени стойности, става опасно за хората. В сухи помещения се счита за безопасно напрежение до 36 V. За помещения с повишена влажност тази стойност е още по-ниска - 12 V. Следователно винаги трябва да спазвате предпазните мерки при работа и работа с електрически уреди.

Как и с какво напрежение се измерва

Напрежението се измерва с помощта на инструмент, наречен волтметър. Волтметър е свързан паралелно към елемента от електрическата верига, където трябва да се измери спадът на напрежението. Волтметърът е обозначен на диаграмите като кръг с буквата V, разположена вътре в него.

Ориз. 3. Различни волтметри и техните обозначения на диаграмите.

Преди това всички волтметри бяха волтметри с циферблат и стойността на напрежението беше показана със стрелка на скалата на инструмента с цифрови стойности, отпечатани върху нея. Сега повечето от тези устройства се произвеждат с електронен дисплей (LED или течен кристал). Самият волтметър не трябва да влияе на резултата от измерването, така че собственото му съпротивление е направено много голямо, така че практически да не преминават заряди (електрически ток) през него.

Какво научихме?

И така, научихме, че електрическото напрежение е физическа величина, която характеризира работата на силата на електрическото поле за преместване на електрически заряди. Напрежението може да бъде постоянно или променливо. Волтметрите се използват за измерване на напрежението.

Тест по темата

Оценка на доклада

Среден рейтинг: 4.8. Общо получени оценки: 44.