Как определяется единица напряжения: Единица измерения напряжения, теория и онлайн калькуляторы

Электрическое напряжение

Цели:

• образовательная: учащиеся знакомятся с
  физической величиной, называемой электрическим
  напряжением. Узнают обозначение напряжения,
  единицу измерения, формулу для расчета.
• развивающая: учащиеся устанавливают, что
  напряжение на двух последовательно соединенных
  резисторах равно сумме напряжений на каждом
  резисторе, что электрическое поле совершает
  различную работу по перемещению единичного
  заряда в лампах, горящих по разному.
• воспитательная: учащиеся убеждаются в
  необходимости знаний о напряжении.

Учебная задача: Узнать обозначение
напряжения, формулу для его вычисления, единицы
измерения, способ измерения. Выяснить,
одинаковую ли работу совершает электрическое
поле по перемещению единичного заряда в наших
лампах.

Оборудование: мультимедийная
приставка, компьютер, две лампы, 13 источников
тока, 13 ключей, 13 вольтметров (лабораторных), 1
лабораторный амперметр, соединительные провода,
2-4 демонстрационных и технических вольтметров и
амперметров, 24 резистора (сопротивлением 1 Ом, 2
Ом,), раздаточный материал.

Тип урока: Комбинированный
(технология развивающего обучения)

Ход урока

I  Мотивационно-ориентировочный этап (9 мин)

1. Вхождение в контакт.

2. Создание ситуации успеха (Проверка домашнего
задания) (7 мин)

а) Анализ выполнения лабораторной работы №3
“Сборка электрической цепи и измерение силы
тока в ее различных участках

б) Выполнение индивидуального задания

Ученик № 5 выполняет самостоятельную работу по
карточке №1 на демонстрационном столе учителя.

Соберите электрическую цепь, состоящую из
источника тока, амперметра, ключа, двух ламп,

Дополнительное задание: определите цену
деления амперметра и измерьте силу тока в цепи.

в) Проверка домашнего задания (беседа)

П: Что вы знаете о силе тока?

У: Сила тока определяется
электрическим зарядом, проходящим через
поперечное сечение проводника за единицу
времени. Для вычисления силы тока необходимо
заряд, проходящий через поперечное сечение
проводника за промежуток времени t, поделить на
этот промежуток времени. I = q/t

За единицу силы тока принимают силу тока, при
которой отрезки параллельных проводников длиной
1м на расстоянии 1м в вакууме взаимодействуют с
силой 2*10^-7 Н. Эту единицу называют ампером, в
честь французского физика и математика Андре
Мари Ампера. Обозначение: 1А.

Для измерения силы тока используют прибор,
который называют амперметром, Чтобы его отличить
от других приборов, на шкале ставят букву А.
Амперметр включают последовательно с тем
прибором, силу тока в котором измеряют. Клемма
«+» амперметра соединяют с проводником,
идущим от положительного полюса источника тока.

Устно проверяется выполнение заданий упр.15(1,2)

При включении в цепь амперметра так, как
показано на рисунке 62, а, сила тока была 0,5 А.
Каковы будут показания амперметра при включении
его в ту же цепь так, как изображено на рисунке 62,
б?

Как можно проверить правильность показаний
амперметра с помощью другого амперметра,
точность показаний которого проверена?

Проверка выполнения задания карточки №1.

3. Постановка учебной задачи (2 мин.)

П: Вспомните, какой исследовательский
путь мы проделали с вами?

У: Подключив две лампы
последовательно к источнику тока, убедились, что
лампы загораются, но одна лампа горит ярче
другой. Мы выдвинули гипотезу: разный ток течет
через лампы. Однако, измерив силу тока в
различных участках цепи, убедились, что сила тока
во всех последовательно соединенных участках
одинакова. Мы так и не выяснили почему лампы
горели по-разному.

П: Что такое электрический ток?

У: Электрическим током называется
упорядоченное движение заряженных частиц.

П: Что заставляет заряженные частицы
двигаться упорядоченно?

У: Свободные электрические заряды в
проводнике могут перемещаться под действием
электрического поля.

П: Т.е. электрическое поле совершает
работу по перемещению заряженных частиц.

Работу сил электрического поля, создающего
электрический ток, называют работой тока. В
процессе работы электрическая энергия
превращается в другой вид энергии –
механическую, внутреннюю и др. Физическая
величина напряжение показывает, какую работу
совершает электрическое поле по перемещению
заряда в 1 Кл.

П: Что же предстоит нам узнать?

У: Должны узнать

• как обозначается напряжения;
• как можно вычислить напряжение;
• единицы измерения напряжения;
• как можно измерить напряжение;
• выяснить, одинаковую ли работу совершает
  электрическое поле по перемещению единичного
  заряда в наших лампах.

Учебная задача: Узнать обозначение
напряжения, формулу для его вычисления, единицы
измерения, способ измерения. Выяснить,
одинаковую ли работу совершает электрическое
поле по перемещению единичного заряда в наших
лампах.

П: Какова же тема нашего урока?

У: Электрическое напряжение,
измерение напряжения.

II Исполнительский этап (27 мин)

1. Групповая самостоятельная работа (3 мин)

Учащиеся выбирают задание, делятся на группы.
(Учащиеся работают с текстом учебника
А.В.Перышкин “Физика” 8 кл. п.39, 40, 41)

I группа выясняет, как обозначается напряжение,
находит формулу для его вычисления.

II группа выясняет, что принято за единицу
измерения напряжения.

III группа выясняет как измеряют напряжение.

2. Взаимообучение (7 мин)

От группы выступает 1 ученик.

Первая группа: Напряжение
обозначается – U. Зная работу тока на данном
участке цепи и весь электрический заряд,
прошедший по этому участку, можно определить
напряжение, т.е. работу тока при перемещении
единичного электрического заряда: U = A/q.

Вторая группа: Единица измерения
напряжения названа вольтом (В) в честь
итальянского ученого Алессандро Вольта,
создавшего первый гальванический элемент. За
единицу напряжения принимают такое
электрическое напряжение на концах проводника,
при котором работа по перемещению
электрического заряда в 1 Кл по этому проводнику
равна 1 Дж. 1В = 1Дж/Кл

Кроме вольта применяют дольные и кратные ему
единицы: милливольт (мВ) и киловольт (кВ).

1мВ = 0,001В;

1кВ = 1000В.

Третья группа: Для измерения
напряжения на полюсах источника тока или на
каком-нибудь участке цепи применяют прибор,
называемый вольтметром. На приборе ставят букву
V. На схемах вольтметр изображают кружком с
буквой V внутри. Зажимы вольтметра присоединяют к
тем точкам цепи, между которыми надо измерить
напряжение. Такое включение называют
параллельным, кроме того необходимо соблюдать
полярность.

П: Выберите из всех приборов
вольтметры.

Учащиеся выбирают демонстрационные,
лабораторные вольтметры.

П: Почему так важно знать какое
напряжение в сети, либо на данном участке?

У: Высокое напряжение опасно для
жизни.

П: Осторожность нужно соблюдать и в
работе с небольшими напряжениями. В зависимости
от условий напряжение даже в несколько десятков
вольт может оказаться опасным. Для работы в сыром
помещении безопасным считают напряжение до 12 В, в
сухом помещении – до 36 В.

Учащимся представляется таблица с
напряжениями, встречающимися на практике
(используется мультимедийная приставка).

П: Что же необходимо научиться делать?

У: Необходимо научиться измерять
напряжение на различных участках цепи.

Учитель проводит инструктаж по технике
безопасности.

3. Выполнение лабораторной работы (14 мин)

Учащиеся выполняют лабораторную работу №4
“Измерение напряжения на различных участках
электрической цепи” по описанию учебника.

П: К какому выводу вы пришли?

У: Мы научились измерять
электрическое напряжение на различных участках
цепи. Напряжение на двух последовательно
соединенных резисторах равно сумме напряжений
на каждом резисторе. U = U₁+ U₂

П: Что же нам предстоит сделать, чтобы
проверить одинаковую ли работу совершает
электрическое поле по перемещению единичного
заряда в наших лампах?

У: Необходимо измерить напряжение на
первой и второй лампе.

П: Покажите на схеме как будет
подключаться вольтметр. Укажите на схеме
полярность клемм у вольтметра.

Учащиеся вычерчивают присоединение
вольтметра для измерения напряжения на лампах.
(Схема цепи уже имеется у учащихся в тетрадях с
прошлого урока) Один ученик выполняет работу на
доске.

Взаимопроверка.

4. Практическая работа учащихся проводится
на демонстрационном столе (3 мин).

Ученик измеряет напряжение на лампах.
Фиксирует результат измерений.

П: К какому выводу вы пришли?

У: Напряжение на наших лампах
различно, значит электрическое поле совершает
различную работу по перемещению одинакового
заряда в этих лампах.

III. Рефлексивно-оценочный этап (4 мин)

У: Учебную задачу мы выполнили
полностью. Узнали обозначение напряжения,
формулу для его вычисления, единицы измерения,
способ измерения. Научились измерять напряжение.
Выяснили, что электрическое поле совершает
различную работу по перемещению единичного
заряда в наших лампах.

П: Почему важно было узнать новую
физическую величину напряжение?

У: Высокое напряжение опасно для
жизни. Осторожность нужно соблюдать и в работе с
небольшими напряжениями. В зависимости от
условий даже небольшое напряжение может
оказаться опасным.

У: Осталось не ясным, почему работа
электрического поля по перемещению единичного
заряда в данных лампах различна.

П: На данный вопрос мы постараемся
дать ответ на следующем уроке.

IV. Домашнее задание

§ 39, 40, 41. Упр. 16

Взаимооценка работы учащихся на уроке.

Каждый ученик получает оценку за выполнение
лабораторной работы после проверки тетрадей
учителем.

Электрическое напряжение. Единица напряжения.

Вольтметр

Физика. 8 класс. Барьяхтар

Каждый, наверное, слышал предостерегающее «Не подходи — там высокое напряжение!», возмущенное «Снова упало напряжение в сети!», вопросительное «На какое напряжение рассчитан этот прибор?». Из данного параграфа вы узнаете, что такое напряжение и почему на всех электротехнических устройствах приводят его значение.

1. Даём определение электрического напряжения

В § 23 было доказано, что направленное движение свободных заряженных частиц (электрический ток) возможно благодаря действию на эти частицы силы со стороны электрического поля. А из курса физики 7 класса вы знаете, что когда тело движется в результате действия силы и направление движения тела совпадает с направлением этой силы, то сила выполняет работу. Следовательно, когда в участке цепи идет ток, то электрическое поле выполняет работу. Эту работу называют работой тока.

Работа, которую может выполнить или выполняет электрическое поле, перемещая заряд по данному участку цепи, определяется электрическим напряжением.

Электрическое напряжение на участке цепи — это физическая величина, которая численно равна работе электрического поля по перемещению единичного заряда по данному участку цепи.

Напряжение обозначают символом U и определяют по формуле:

где А — работа, которую выполняет (или может выполнить) электрическое поле по перемещению заряда q по данному участку цепи.

Единица напряжения в СИ — вольт (названа в честь А. Вольты):

[U] = 1 В.

1 В — это такое напряжение на участке цепи, при котором электрическое поле выполняет работу 1 Дж, перемещая по данному участку заряд, равный 1 Кл:

Кроме вольта на практике часто применяют кратные и дольные единицы напряжения: микровольт (мкВ), милливольт (мВ), киловольт (кВ):

1 мкВ = 10^{-6В; 1 мВ = 10-3В; 1 кВ = 103В.}

Так, электрическое напряжение на клеточной мембране или микрочипе составляет несколько микровольт, а между облаками во время грозы — сотни киловольт.

• А знаете ли вы, какое напряжение подается в ваш дом? на аккумулятор вашего мобильного телефона во время его зарядки?

2. Проводим аналогию

Обратившись к аналогии между электрическим током и течением воды (см. § 26), можно сделать вывод, что напряжение аналогично разности уровней воды в сосудах. Если уровни воды в сосудах одинаковы, то вода течь не будет. Аналогично, если на концах участка электрической цепи отсутствует напряжение, то тока в участке не будет.

Чем больше разница уровней воды в сосудах, тем большую работу выполнит сила тяжести при падении воды массой 1 кг. Соответственно чем больше напряжение на концах участка цепи, тем большую работу выполнит электрическая сила при перемещении заряда 1 Кл.

3. Измеряем напряжение, знакомимся с вольтметром

Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр (рис. 28.1). Вольтметр очень похож на амперметр — и внешне, и по принципу действия.

Рис. 28.1. Некоторые виды вольтметров: а — школьный демонстрационный; б — школьный лабораторный

Как и любой измерительный прибор, вольтметр не должен влиять на значение измеряемой величины. В случае параллельного присоединения вольтметра к определенному участку электрической цепи значение напряжения на этом участке практически не изменяется.

Правила измерения напряжения вольтметром

1. Вольтметр присоединяют параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение (рис. 28.2).

Рис. 28.2. Измерение вольтметром напряжения на лампе: а — общий вид; б — схема электрической цепи

2. Клемму вольтметра, возле которой стоит знак «+», следует соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока; клемму со знаком «-» — с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

3. Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр присоединяют непосредственно к клеммам источника (рис. 28.3).

Рис. 28.3. Измерение вольтметром напряжения на полюсах источника тока

Учимся решать задачи

Задача. Напряжение на клеммах автомобильного аккумулятора равно 12 В. С какой высоты должен упасть груз массой 36 кг, чтобы сила тяжести выполнила такую же работу, какую выполняет электрическое поле, перемещая заряд 300 Кл по одной из электрических цепей автомобиля?

Анализ физической проблемы. По условию задачи работа силы тяжести равна работе электрического тока: А = А_тока. Записав формулу для работы силы тяжести и формулу для работы тока, определим высоту падения груза.

Подводим итоги

Контрольные вопросы

1. Докажите, что если в проводнике течет ток, то электрическое поле выполняет работу. 2. Что называют напряжением на участке цепи? 3. По какой формуле определяют электрическое напряжение? 4. В каких единицах измеряют напряжение? 5. Дайте определение единицы напряжения. 6. Какой прибор используют для измерения напряжения? Какие правила необходимо соблюдать при измерении напряжения?

Упражнение № 28

1. На рис. 1 изображены шкалы разных вольтметров. Определите цену деления каждой шкалы и напряжение на каждом вольтметре.

Рис. 1

2. На рис. 2 изображена схема электрической цепи. Перенесите схему в тетрадь и покажите на ней, где следует присоединить вольтметр, чтобы измерить напряжение на лампе. Обозначьте полярность клемм вольтметра.

Рис. 2

3. Во время перемещения по участку цепи заряда, равного 3 Кл, электрическое поле выполнило работу 0,12 кДж. Определите напряжение на участке цепи.

4. Электрическое поле, перемещая по участку цепи заряд 60 Кл, выполняет такую же работу, какую выполняет сила тяжести при падении тела массой 200 г с высоты 360 м. Чему равно напряжение на участке?

5. На рис. 3 изображена схема электрической цепи. Определите работу электрического тока в лампе за 1 ч, если показания амперметра и вольтметра соответственно 0,5 А и 220 В.

Рис. 3

6. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, составьте задачу на определение работы электрического тока в некотором электротехническом устройстве.

7. По графику зависимости силы упругости F_упр от удлинения х пружины определите жесткость k пружины (рис. 4). Зависит ли жесткость пружины от силы упругости? от удлинения пружины?

Рис. 4



Единица измерения напряжения в электрической цепи. Электрическое напряжение. Постоянный или переменный

Веками люди пытались найти ответ на вопрос, что такое ток. Между тем современная наука дает вполне однозначное определение электрического тока. С него и начнем.

Что такое электрический ток

Электрический ток есть упорядоченное движение электрически заряженных частиц в каком-либо проводнике. Для его возникновения необходимо создание так называемого электрического поля, потому что именно под воздействием электрического поля заряженные частицы и приходят в движение. Надо сказать, что электрические заряды возникают практически постоянно при тесном контакте всевозможных веществ.

Иногда заряды свободно перемещаются между различными частями — в таком случае речь идет о проводниках электрического тока. Если же свободное перемещение частиц невозможно, то говорят об изоляторах.

• Примеры проводников — водные растворы кислот и солей и практически все металлы (они имеют разную степень проводимости, но проводниками являются все без исключения).
• К изоляторам относятся такие вещества, как янтарь, эбонит, различные кварцы и большинство газов. Также изоляторами являются и искусственно созданные вещества (полиэтилен, поливинилхлорид и другие).

В чем измеряется ток

Существует несколько основных параметров измерения электрического тока. Наиболее важными считаются сила тока и напряжение. Однако для полного описания всех параметров мы расскажем и о таких характеристиках, как мощность, сопротивление и частота, о которой мы расскажем, когда будем давать определение переменного тока.

Сила тока

Сила тока — измеряемая физическая величина, которая равна отношению количества заряда, проходящего за определенное время через проводник (точнее — его поперечное сечение), к величине указанного промежутка времени. Как мы знаем, сила тока измеряется в Амперах (А). Также, говоря о силе тока, нельзя не упомянуть и такую величину, как плотность тока.

Плотностью тока называют отношение силы тока, проходящего сквозь определенный элемент поверхности, к площади этого элемента.

Мощность тока

Мощностью называется такая работа, которая выполняется частицами электрического тока против электрического сопротивления. Результаты этой работы мы видим в выделяющейся тепловой энергии. Поэтому, если говорить проще, мощность электрического тока — это количество выделяемого тепла за единицу времени. Измеряют мощность в Ваттах (Вт).

Напряжение тока

Напряжением электрического тока называется отношение работы тока к заряду на определенном участке цепи. Заряд тока измеряется в Кулонах (Кл), а работа — в Джоулях (Дж). Таким образом напряжение можно измерить так: 1Дж/1Кл. Как вы уже, наверное, догадались, полученное значение будет равно 1 Вольту (В) — основной единице, в которых измеряют напряжение.

Электрическое сопротивление

В свое время немецкий ученый Георг Симон Ом заметил, что приборы выдают различную силу тока при использовании разных электрических цепей. Таким образом было доказано, что различные проводники имеют разное электрическое сопротивление. Формула расчета сопротивления проста. Отметим само сопротивление буквой R, L будет обозначать длину проводника, а S — площадь поперечного сечения. В этом случае сопротивление вычисляется по формуле R=L/S. Измеряется сопротивление в Омах.

Что такое постоянный ток и переменный ток

Собственно говоря, ответ на этот вопрос весьма прост. Постоянным током называется такой ток, в котором величина и направление практически не меняются во времени. Постоянный ток поэтому не имеет и частоты изменения. Потому, когда на производстве имеют в виду постоянный ток, то говорят о таком токе, у которого нулевая частота.

Вот мы и подошли к определению того, что такое переменный ток. Переменным током называется такой ток, который меняется за определенный промежуток времени по величине и направлению. Теперь поговорим о такой характеристике переменного тока, как частота.

Частота переменного тока

Частотой называется количество циклов изменения электрического тока за определенную единицу времени. Измеряют частоту переменного тока в Герцах (Гц). Так, частота промышленного тока в России и во многих других странах мира равна 50 Гц, а, например, в США используется переменный ток частотой 60 Гц.

И последнее, о чем хотелось бы рассказать: от чего зависит ток, точнее говоря — его определенные параметры. Отчасти мы уже ответили на этот вопрос. Как мы уже говорили, сила тока и сопротивление зависят от характеристик проводящих материалов, а частота — от способности переменного тока изменять свои характеристики. Что касается возникновения тока, то для этого должны быть соблюдены определенные условия, а именно: наличие движения заряженных частиц, которое может возникнуть как естественным, так и искусственным путем.

На этой страничке кратко излагаются основные величины электрического тока. По мере необходимости, страничка будет пополняться новыми величинами и формулами.

Сила тока
– количественная мера электрического тока, протекающего через поперечное сечение проводника. Чем толще проводник, тем больший ток может по нему течь. Измеряется сила тока прибором, который называется Амперметр. Единица измерения — Ампер (А). Сила тока обозначается буквой – I
.

Следует добавить, что постоянный и переменный ток низкой частоты, течёт через всё сечение проводника. Высокочастотный переменный ток течёт только по поверхности проводника – скин-слою. Чем выше частота тока, тем тоньше скин-слой
проводника, по которому течёт высокочастотный ток. Это касается любых высокочастотных элементов — проводников, катушек индуктивности, волноводов. Поэтому, для уменьшения активного сопротивления проводника высокочастотному току, выбирают проводник с большим диаметром, кроме того, его серебрят (как известно, серебро имеет очень малое удельное сопротивление).

Напряжение (падение напряжения)
– количественная мера разности потенциалов (электрической энергии) между двумя точками электрической цепи. Напряжение источника тока – разность потенциалов на выводах источника тока. Измеряется напряжение вольтметром. Единица измерения — Вольт (В). Напряжение обозначается буквой – U
, напряжение источника питания (синоним — электродвижущая сила) может обозначаться буквой – Е
.

где U
– падение напряжения на элементе электрической цепи, I
– ток, протекающий через элемент цепи.

Рассеиваемая (поглощаемая) мощность элемента электрической цепи
– значение мощности рассеиваемой на элементе цепи, которую элемент может поглотить (выдержать) без изменения его номинальных параметров (выхода из строя). Рассеиваемая мощность резисторов обозначается в его названии (например: двух ваттный резистор — ОМЛТ-2, десяти ваттный проволочный резистор – ПЭВ-10). При расчёте принципиальных схем, значение необходимой рассеиваемой мощности элемента цепи рассчитывается по формулам:

Для надёжной работы, определённое по формулам значение рассеиваемой мощности элемента умножается на коэффициент 1,5 , учитывающий то, что должен быть обеспечен запас по мощности.

Проводимость элемента цепи
– способность элемента цепи проводить электрический ток. Единица измерения проводимости – сименс (См). Обозначается проводимость буквой — σ
. Проводимость — величина обратная сопротивлению, и связана с ним формулой:

Если сопротивление проводника равно 0,25 Ом (или 1/4 Ом), то проводимость будет 4 сименс.

Частота электрического тока
– количественная мера, характеризующая скорость изменения направления электрического тока. Имеют место понятия — круговая (или циклическая) частота — ω
, определяющая скорость изменения вектора фазы электрического (магнитного) поля и частота электрического тока — f
, характеризующая скорость изменения направления электрического тока (раз, или колебаний) в одну секунду. Измеряется частота прибором, называемым Частотомером. Единица измерения — Герц (Гц). Обе частоты связаны друг с другом через выражение:

Период электрического тока
– величина обратная частоте, показывающая, в течение, какого времени электрический ток совершает одно циклическое колебание. Измеряется период, как правило, с помощью осциллографа. Единица измерения периода — секунда (с). Период колебания электрического тока обозначается буквой – Т
. Период связан с частотой электрического тока выражением:

Длина волны высокочастотного электромагнитного поля
– размерная величина, характеризующая один период колебания электромагнитного поля в пространстве. Измеряется длина волны в метрах (м). Длина волны обозначается буквой – λ
. Длина волны связана с частотой и определяется через скорость распространения света:

Реактивное сопротивление катушки индуктивности (дросселя)
– значение внутреннего сопротивления катушки индуктивности переменному гармоническому току на определённой его частоте. Реактивное сопротивление катушки индуктивности обозначается Х L

и определяется по формуле:

Резонансная частота колебательного контура
– частота гармонического переменного тока, на которой колебательный контур имеет выраженную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Резонансная частота колебательного контура определяется по формуле.

По сути, этот термин обозначает разность потенциалов, а единица измерения напряжения — это вольт. Вольт — это фамилия ученого, который положил начало всему, что мы сейчас знаем об электричестве. А звали этого человека Алессандро.

Но это то, что касается электрического тока, т.е. того, при помощи которого работают привычные для нас бытовые электроприборы. Но существует и понятие механического параметра. Подобный параметр измеряется в паскалях. Но речь сейчас идет не о нем.

Чему равен вольт

Этот параметр может быть как постоянным, так и переменным. Как раз переменный ток и «течет» в квартиры, здания и сооружения, дома и организации. Электрическое напряжение представляет собой амплитудные волны, обозначаемые на графиках в виде синусоиды.

Переменный ток обозначается в схемах значком «~». А если говорить о том, чему равен один вольт, то можно сказать, что это электрическое действие в цепи, где при протекании заряда, равного одному кулону (Кл), совершается работа, равная одному джоулю (Дж).

Стандартной формулой, по которой можно его рассчитать, является:

U = A:q, где U — это как раз и есть нужная величина; «А» является работой, которую выполняет электрическое поле (в Дж), перенося заряд, ну а «q» как раз и есть сам заряд, в кулонах.

Если же говорить о постоянных величинах, то они практически не отличаются от переменных (за исключением графика построения) и из них же и производятся, посредством выпрямительного диодного моста. Диоды, не пропуская ток в одну из сторон, как бы делят синусоиду, убирая из нее полуволны. В результате, вместо фазы и нуля получается плюс и минус, но исчисление при этом остается в тех же вольтах (В или V).

Измерение напряжения

Раньше для измерения подобного параметра использовался только аналоговый вольтметр. Сейчас на прилавках магазинов электротехники представлен очень широкий ассортимент подобных приборов уже в цифровом исполнении, а также мультиметров, как аналоговых, так и цифровых, при помощи которых и измеряют так называемый вольтаж. Подобным прибором может измеряться не только величина, но и сила тока, сопротивление цепи, и даже появляется возможность проверить емкость конденсатора или замерить температуру.

Конечно, аналоговые вольтметры и мультиметры не дают такой точности, как цифровые, на дисплее которых высвечивается единица напряжения вплоть до сотых или тысячных долей.

При измерении этого параметра вольтметр включается в цепь параллельно, т.е. при необходимости замерить величину между фазой и нулем, щупы прикладываются одним к первому проводу, а другим — ко второму, в отличие от измерения силы тока, где прибор включается в цепь последовательно.

В схемах вольтметр обозначается буквой V, обведенной кругом. Различные типы подобных приборов измеряют, помимо вольта, разные единицы напряжения. Вообще оно измеряется в следующих единицах: милливольт, микровольт, киловольт или мегавольт.

Значение напряжения

Значение этого параметра электрического тока в нашей жизни очень высоко, ведь от того, соответствует ли оно положенному, зависит, насколько ярко будут гореть в квартире лампы накаливания, а если установлены компактные люминесцентные, то уже встает вопрос, будут или нет они вообще гореть. От его скачков зависит долговечность работы всех световых и бытовых электроприборов, а потому наличие дома вольтметра или мультиметра, а также умение им воспользоваться становится необходимостью в наше время.

Единица напряжения названа вольтом (В) в честь итальянского учёного Алессандро Вольта, создавшего первый гальванический элемент.

За единицу напряжения принимают такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл по этому проводнику равна 1 Дж.

1 В = 1 Дж / Кл

Кроме вольта применяют дольные и кратные ему единицы: милливольт (мВ) и киловольт (кВ).

1 мВ = 0,001 В;

1 кВ = 1000 В.

Высокое (большое) напряжение опасно для жизни. Допустим, что напряжение между одним проводом высоковольтной линии передачи и землёй 100 000 В. Если этот провод соединить каким-нибудь проводником с землёй, то при прохождении через него электрического заряда в 1 Кл будет совершена работа, равная 100 000 Дж. Примерно такую же работу совершит груз массой 1000 кг при падении с высоты 10 м. Он может произвести большие разрушения. Этот пример показывает, почему так опасен ток высокого напряжения.

Вольта Алессандро (1745-1827)

Итальянский физик, один из основателей учения об электрическом токе, создал первый гальванический элемент.

Но осторожность надо соблюдать и в работе с более низкими напряжениями. В зависимости от условий напряжение даже в несколько десятков вольт может оказаться опасным. Для работы в помещении безопасным считают напряжение не более 42 В.

Гальванические элементы создают невысокое напряжение. Поэтому в осветительной сети используется электрический ток от генераторов, создающих напряжение 127 и 220 В, т. е. вырабатывающих значительно большую энергию.

Вопросы

1. Что принимают за единицу напряжения?
2. Какое напряжение используют в осветительной сети?
3. Чему равно напряжение на полюсах сухого элемента и кислотного аккумулятора?
4. Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике?

Основной единицей измерения электрического напряжения является вольт. В зависимости от величины напряжение может измеряться в вольтах
(В), киловольтах
(1 кВ = 1000 В), милливольтах
(1 мВ = 0,001 В), микровольтах
(1 мкВ = 0,001мВ = 0,000001 В). На практике, чаще всего, приходится сталкиваться с вольтами и милливольтами.

Существует два основных вида напряжений – постоянное
и переменное
. Источником постоянного напряжения служат батареи, аккумуляторы. Источником переменного напряжения может служить, например, напряжение в электрической сети квартиры или дома.

Для измерения напряжения используют вольтметр
. Вольтметры бывают стрелочные
(аналоговые) и цифровые
.

На сегодняшний день стрелочные вольтметры уступают пальму первенства цифровым, так как вторые более удобны в эксплуатации. Если при измерении стрелочным вольтметром показания напряжения приходится вычислять по шкале, то у цифрового результат измерения сразу высвечивается на индикаторе. Да и по габаритам стрелочный прибор проигрывает цифровому.

Но это не значит, что стрелочные приборы совсем не применяются. Есть некоторые процессы, которые цифровым прибором увидеть нельзя, поэтому стрелочные больше применяются на промышленных предприятиях, лабораториях, ремонтных мастерских и т.п.

На электрических принципиальных схемах вольтметр обозначается кружком с заглавной латинской буквой «V
» внутри. Рядом с условным обозначением вольтметра указывается его буквенное обозначение «PU
» и порядковый номер в схеме. Например. Если вольтметров в схеме будет два, то около первого пишут «PU 1
», а около второго «PU 2
».

При измерении постоянного напряжения на схеме указывается полярность подключения вольтметра, если же измеряется переменное напряжение, то полярность подключения не указывается.

Напряжение измеряют между двумя точками
схемы: в электронных схемах между плюсовым
и минусовым
полюсами, в электрических схемах между фазой
и нулем
. Вольтметр подключают параллельно источнику напряжения
или параллельно участку цепи
— резистору, лампе или другой нагрузке, на которой необходимо измерить напряжение:

Рассмотрим подключение вольтметра: на верхней схеме напряжение измеряется на лампе HL1
и одновременно на источнике питания GB1
. На нижней схеме напряжение измеряется на лампе HL1
и резисторе R1
.

Перед тем, как измерить напряжение, определяют его вид
и приблизительную величину
. Дело в том, что у вольтметров измерительная часть рассчитана только для одного вида напряжения, и от этого результаты измерений получаются разными. Вольтметр для измерения постоянного напряжения не видит переменное, а вольтметр для переменного напряжения наоборот, постоянное напряжение измерить сможет, но его показания будут не точными.

Знать приблизительную величину измеряемого напряжения также необходимо, так как вольтметры работают в строго определенном диапазоне напряжений, и если ошибиться с выбором диапазона или величиной, прибор можно повредить. Например. Диапазон измерения вольтметра составляет 0…100 Вольт, значит, напряжение можно измерять только в этих пределах, так как при измерении напряжения выше 100 Вольт прибор выйдет из строя.

Помимо приборов, измеряющих только один параметр (напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота), существуют многофункциональные, в которых заложено измерение всех этих параметров в одном приборе. Такой прибор называется тестер
(в основном это стрелочные измерительные приборы) или цифровой мультиметр
.

На тестере останавливаться не будем, это тема другой статьи, а сразу перейдем к цифровому мультиметру. В основной своей массе мультиметры могут измерять два вида напряжения в пределах 0…1000 Вольт. Для удобства измерения оба напряжения разделены на два сектора, а в секторах на поддиапазоны: у постоянного напряжения поддиапазонов пять, у переменного — два.

У каждого поддиапазона есть свой максимальный предел измерения, который обозначен цифровым значением: 200m
, 2V
, 20V
, 200V
, 600V
. Например. На пределе «200V» измеряется напряжение, находящееся в диапазоне 0…200 Вольт.

Теперь сам процесс измерения
.

1. Измерение постоянного напряжения.

Вначале определяемся с видом
измеряемого напряжения (постоянное или переменное) и переводим переключатель в нужный сектор. Для примера возьмем пальчиковую батарейку, постоянное напряжение которой составляет 1,5 Вольта. Выбираем сектор постоянного напряжения, а в нем предел измерения «2V», диапазон измерения которого составляет 0…2 Вольта.

Измерительные щупы должны быть вставлены в гнезда, как показано на нижнем рисунке:

красный
щуп принято называть плюсовым
, и вставляется он в гнездо, напротив которого изображены значки измеряемых параметров: «VΩmA»;
черный
щуп называют минусовым
или общим
и вставляется он в гнездо, напротив которого стоит значок «СОМ». Относительно этого щупа производятся все измерения.

Плюсовым щупом касаемся положительного полюса батарейки, а минусовым — отрицательного. Результат измерения 1,59 Вольта сразу виден на индикаторе мультиметра. Как видите, все очень просто.

Теперь еще нюанс. Если на батарейке щупы поменять местами, то перед единицей появится знак минуса, сигнализирующий, что перепутана полярность подключения мультиметра. Знак минуса бывает очень удобен в процессе наладке электронных схем, когда на плате нужно определить плюсовую или минусовую шины.

Ну а теперь рассмотрим вариант, когда величина напряжения неизвестна. В качестве источника напряжения оставим пальчиковую батарейку.

Допустим, мы не знаем напряжение батарейки, и чтобы не сжечь прибор измерение начинаем с самого максимального предела «600V», что соответствует диапазону измерения 0…600 Вольт. Щупами мультиметра касаемся полюсов батарейки и на индикаторе видим результат измерения, равный «001
». Эти цифры говорят о том, что напряжения нет или его величина слишком мала, или выбран слишком большой диапазон измерения.

Опускаемся ниже. Переключатель переводим в положение «200V», что соответствует диапазону 0…200 Вольт, и щупами касаемся полюсов батарейки. На индикаторе появились показания равные «01,5
». В принципе этих показаний уже достаточно, чтобы сказать, что напряжение пальчиковой батарейки составляет 1,5 Вольта.

Однако нолик, стоящий впереди, предлагает снизиться еще на предел ниже и точнее измерить напряжение. Снижаемся на предел «20V», что соответствует диапазону 0…20 Вольт, и снова производим измерение. На индикаторе высветились показания «1,58
». Теперь можно с точностью сказать, что напряжение пальчиковой батарейки составляет 1,58 Вольта.

Вот таким образом, не зная величину напряжения, находят ее, постепенно снижаясь от высокого предела измерения к низкому.

Также бывают ситуации, когда при измерении в левом углу индикатора высвечивается единица «1
». Единица сигнализирует о том, что измеряемое напряжение или ток выше выбранного предела измерения. Например. Если на пределе «2V» измерить напряжение равное 3 Вольта, то на индикаторе появится единица, так как диапазон измерения этого предела всего 0…2 Вольта.

Остался еще один предел «200m» с диапазоном измерения 0…200 mV. Этот предел предназначен для измерения совсем маленьких напряжений (милливольт), с которыми иногда приходится сталкиваться при наладке какой-нибудь радиолюбительской конструкции.

2. Измерение переменного напряжения.

Процесс измерения переменного напряжения ни чем не отличается от измерения постоянного. Отличие состоит лишь в том, что для переменного напряжения соблюдать полярность щупов не требуется.

Сектор переменного напряжения разбит на два поддиапазона 200V
и 600V
.
На пределе «200V» можно измерять, например, выходное напряжение вторичных обмоток понижающих трансформаторов, либо любое другое находящееся в диапазоне 0…200 Вольт. На пределе «600V» можно измерять напряжения 220 В, 380 В, 440 В или любое другое находящееся в диапазоне 0…600 Вольт.

В качестве примера измерим напряжение домашней сети 220 Вольт.
Переводим переключатель в положение «600V» и щупы мультиметра вставляем в розетку. На индикаторе сразу появился результат измерения 229 Вольт. Как видите, все очень просто.

И еще один момент.
Перед измерением высоких напряжений ВСЕГДА лишний раз убеждайтесь в исправности изоляции щупов и проводов вольтметра или мультиметра
, а также дополнительно проверяйте выбранный предел измерения
. И только после всех этих операций производите измерения
. Этим Вы убережете себя и прибор от неожиданных сюрпризов.

А если что осталось не понятно, то посмотрите видеоролик, где показано измерение напряжения и силы тока с помощью мультиметра.

Вольт единица измерения — Справочник химика 21

    Единицей электрического потенциала в Международной системе единиц и практической единицей измерения потенциала является вольт (в) — разность электрических потенциалов между двумя точками электрического поля, при перемещении ме жду которыми заряда в 1 к соверщается работа в 1 дж (1 ед, эл. напр. СГС = 3- 10 в). [c.388]

    Единица измерения ЭДС — вольт — представляет собой ту электродвижущую силу, которая необходима, чтобы заряд з [c.261]

    Каждый электрод характеризуется определенным значением электродного потенциала Е, единица измерения которого вольт (В). [c.110]

    Единицей измерения разности потенциальной энергии электронов в двух различных точках пространства является вольт. Для того чтобы между двумя точками пространства возник электрический ток, между ними должно существовать некоторое напряжение. Для определения напряжения электрического поля используется механический эквивалент потенциальной энергии, единицей измерения которого является джоуль эта единица энергии измеряется работой, которую необходимо выполнить, чтобы на пути длиной 1 м придать телу массой 1 кг ускорение 1 м/с . Вольт представляет собой напряжение между двумя точками электрического поля, при перемещении между которыми заряда в 1 Кл выполняется работа в [c.285]

    В системе СИ производной единицей энергии является джоуль (Дж). Однако в спектроскопии традиционно используется электрон-вольт (эВ), так как джоуль является слишком большой величиной и его неудобно применять в качестве единицы измерения атомных [c.357]

    В настоящей книге в качестве единицы измерения э. д. с. используется величина, которая раньше называлась абсолютным вольтом. Интернациональный вольт более не применяется. Данные, полученные до 1948 г., могут быть легко приведены к современной шкале, так как Е (абс. в) = 1,00033 Е (инт. в). [c.225]

    Соотношения между единицами энергии. При вычислении термодинамических свойств веществ на основании использования экспериментальных результатов спектроскопических, калориметрических, масс-спектрометрических и иных исследований приходится иметь дело с количествами энергии, выраженными в различных единицах. Традиционной единицей измерения энергии при калориметрических исследованиях является калория, в то время как традиционными единицами энергии при спектроскопических исследованиях — обратный сантиметр, а при масс-спектрометрических исследованиях — электрон-вольт. В механике издавна укоренились в качестве основных единиц энергии эрг и джоуль = 10 эрг. Однако если соотношения между обратным сантиметром и эргом и электронвольтом и эргом определяются лишь значениями основных физических постоянных, так как [c.956]

    С целью ввести в книгу как можно меньше понятий некоторые из них сознательно не использовались, например, электродви-жуш,ая сила (э. д. с.), которая выражает сродство, т. е. свободную энтальпию реакции (изобарно-изотермический потенциал) АО, но не в килокалориях, а в вольтах (электронвольтах). Естественно, возникает вопрос, зачем только из-за замены единиц измерения вводить новое название для данного понятия. Подтверждением правильности такого подхода служит тот факт, что использование понятия э. д. с. в настояш,ей книге, в том числе и в разделе термодинамики, ни разу не оказалось необходимым. Устаревшее понятие деполяризация также было опущено. Это понятие предполагает, что возникновение любого потенциала кинетически зависит от установления потенциала водородного электрода при соответствующем давлении водорода. Это термодинамически неопровержимое предположение, которое не принимает во внимание прямой электронный обмен при протекании окислительно-восстановительных реакций, в действительности очень затормозило развитие электрохимической кинетики. [c.19]

    Практическая единица измерения напряженности электрического поля — это вольт на 1 сантиметр в см). Соотношение между этой единицей и электростатической единицей (эл. ст. ед. на 1 см) выражается следующим образом  [c.50]

    Х/3/2 2 единицы измерения 1 В = 1 кг м /(с -А) = =1 Дж/(А с) =1 Вт/А.] Единица измерения электрического потенциала, вольт, есть разность потенциалов между двумя точками проводящей проволоки, по которой проходит ток 1 ампер, когда мощность, рассеиваемая на участке между этими точками, составляет 1 ватт. Знак э. д. с. определяется в соответствии с правилом, согласно которому положительный заряд должен двигаться от большего потенциала к меньшему. Э. д. с. гальванического элемента — это разность электрических потенциалов между двумя кусками металла одного и того же состава, представляющих собой концы цепи проводящих фаз. Например, в элементе Даниэля (см.) [c.228]

    Единицей измерения энергии радиоактивного излучения является электрон-вольт (эв), т. е. энергия, приобретаемая электроном при прохождении им ускоряющего поля с напряжением в1 вольт.  [c.411]

    Если в стакан, содержащий раствор электролита, поместить два платиновых электрода и присоединить их к источнику электричества, то через раствор потечет ток. Сила его определяется как приложенным напряжением Е, так и сопротивлением Я той части раствора, которая заключена между электродами. Это отношение математически выражается законом Ома 1=Е1Я, где / —сила тока в амперах, —напряжение в вольтах и сопротивление в омах. Электропроводность Ь определяется как величина, обратная сопротивлению, так что 1 — Е1. Единицей измерения электропроводности является обратный ом ом или л[c.12]

    Основная единица измерения электрического напряжения — вольт (е). Вольт — это электрическое напряжение на концах проводника с сопротивлением в один ом, вызывающее протекание по нему тока величиной, равной одному амперу. Э. д. с. и напряжение измеряют в вольтах. В вольтах измеряют напряжение генераторов постоянного тока, возбудителей, питающей сети переменного тока, напряжение нз гальванических ваннах, выпрямителях в гальванотехнике (на шунтах) напряжение измеряют также и в милливольтах (1 б = 1000 мв). Напряжение измеряют вольтметром. Вольтметр включают в электрическую цепь параллельно нагрузке. [c.17]

    Единицей измерения энергии атома является электрон-вольт (ае). Вольты могут служить мерой скорости движения электронов [c.146]

    Принято выражать теплоту или энергию этих реакций в килокалориях на грамм-моль. Поскольку в настоящей статье рассматриваются электронные переходы, энергия будет выражаться в электрон-вольтах (эв). Эта единица измерения равна той энергии, которую приобретает электрон при движении в электрическом поле с разностью потенциалов в 1 в. Один электрон-вольт на молекулу эквивалентен 23,06 ккал на 1 грамм-моль. [c.153]

    При любых количественных исследованиях необходимо знать количество энергии, поглощенной облученным образом. Согласно рекомендациям Международной комиссии радиологических единиц и измерений [35], приняты следующие термины и единицы измерения. Поглощенная доза излучения равна количеству энергии, сообщенной образцу ионизирующими частицами в расчете на единицу массы облученного вещества. Эта величина обычно выражается в радах или электрон-вольтах на 1 г (в джоулях на 1 кг в системе СИ). Один ряд эквивалентен 100 эрг/г, или 10″ Дж/кг, или [c.122]

    В атомной физике за единицу измерения энергии принят электрон-вольт (эв)—работа, которая производится электрическим полем при перемещении одного электрона между точками, разность потенциалов которых равна 1 в  [c.239]

    Мерой связи электрона в атоме или ионе является ионизационный потенциал, представляющий собой энергию, которую необходимо затратить для удаления электрона из атома или иона. Различают первый ионизационный потенциал (/,) —энергию, требующуюся для удаления первого, наиболее слабо связанного в атоме электрона второй ионизационный потенциал .,)—энергию,, требующуюся для отрыва второго электрона—уже от однозарядного положительного иона элемента третий ионизационный потенциал и т. д. до / . Экспериментально энергию ионизации определяют путем удаления электронов из атомов, находящихся в разреженном газе или паре данного вещества. Величина ионизационного потенциала может выражаться в любых единицах измерения работы и энергии чаще всего ее выражают в электрон-вольтах. Один электрон-вольт (зб) равен той кинетической энергии, которую приобретает электрон, пробегающий электрическое поле с разностью потенциалов в 1 в 1 5в равен 1,602- эргов, или 3,83- 10— кал. Если энергия ионизации одного атома равна 1 эв, то энергия ионизации грамм-атома равна при этом 23 062,4 кал, или 23,062 Ккал. [c.25]

    Единицей измерения электрического напряжения является вольт (в). 1 в — это электродвижущая сила, которую необходимо приложить к проводнику сопротивлением 1 ом, чтобы через него проходил ток 1 а. [c.199]

    Необходимо, однако, отметить, что для некоторых электродов, например платинового, в щелочных растворах перенапряжение в зависимости от концентрации щелочи не подчиняется уравнению замедленного разряда. Поэтому возникла необходимость в экспериментальной проверке скорости процесса разряда, что и было осуществлено Б. В. Эршлером, П. И. Долиным и А. Н. Фрумкиным, которые показали, что в некоторых случаях удается подобрать такие условия, когда при измерении скорости суммарной электрохимической реакции можно непосредственно измерять скорость одного этапа реакции, например разряда иона с переходом его в адсорбированный атом. Для этого платиновый электрод в определенном интервале потенциалов покрывают адсорбированными атомами водорода количество этих атомов на единице поверхности платинового электрода зависит от потенциала электрода. По мере увеличения анодной поляризации количество их убывает. При потенциале на одну десятую вольта положительнее, чем потенциал обратимого водородного электрода, выделение молекулярного водорода практически прекращается таким образом, можно полагать, что по сравнению с другими процессами оно не играет существенной роли. Если теперь такому электроду сообщить через раствор некоторое количество электричества, то единственно возможной электродной реакцией становится реакция разряда ионов водорода с переходом их в адсорбированные атомы. Дальнейшие стадии — образование молекул водорода — здесь не могут протекать. Для определения скорости процесса разряда удобнее применять переменный ток различной частоты. В самом деле, если электрод включить в цепь переменного тока, то он будет вести себя подобно конденсатору, т. -в. электроду будет эквивалентна электрическая схема, в котором емкость с и омическое сопротивление R включены параллельно. [c.322]

    Для измерения электрических и магнитных единиц ГОСТом 8033-56 рекомендована абсолютная практическая система единиц МКСА. Она соответствует системе СИ и в ней используются общепринятые электрические и магнитные единицы (ампер, вольт, ом, кулон, фарада, генри, вебер). Система дана для рационализированной формы уравнений электромагнитного поля, вследствие чего из наиболее важных и часто применяемых уравнений этого поля исключается множитель 4я. При [c.587]

    Использование аналоговой вычислительной техники строится на принципе, согласно которому переменные дифференциального уравнения процесса выражаются в единицах напряжения (вольтах), являющихся машинными переменными, а независимая переменная уравнения выражается через время, так как электрический процесс интегрирования машинных переменных развивается во времени. Аналоговые машины не производят дискретного счета они производят непрерывные измерения напряжения, передаваемые на приборы и осциллограф. [c.84]

    В спектроскопии для измерений мощности, энергии и других характеристик излучения обычно пользуются не фотометрическими единицами, а энергетическими. Фотометрические величины связаны с энергетическими через функцию видности, которая отлична от нуля только в видимой части спектра. Поэтому в области длин волн короче 3600 и длиннее 7000 Л такие понятия как люмен, люкс, стильб, теряют смысл. Тем не менее понятия яркость, световой поток, освещенность сохраняются в спектроскопии и для ультрафиолетовой и для инфракрасной областей, несмотря на утрату их первоначального значения, связанного с визуальным восприятием. Однако в качестве единиц при спектроскопических измерениях используются либо единицы системы СИ или СГС, либо принятые в атомной физике электрон-вольты при измерении энергии термов, число квантов в секунду при измерении величины светового потока и др. Ниже приводятся основные величины, с которыми нам придется иметь дело, и их обозначения. [c.11]

    Сравним мысленно прохождение электрического тока по проволоке с точением воды в трубке. Количество воды измеряется в литрах или кубических метрах количество электричества обычно измеряют в кулонах или эл.ст.ед. Скорость течения или поток воДы, т.е. количество ее, проходящее в данной точке трубки в единицу времени, измеряют в литрах в секунду или в кубических метрах в секунду силу электрического тока измеряют в амперах (кулонах в секунду) или в эл.ст.ед. в секунду. Скорость движения воды в трубке зависит от разности давления на концах трубки это давление выражается в килограммах на квадратны11 сантиметр. Сила электрического тока в проволоке зависит от электрической разности давления или от разности потенциалов (падения напряжения) между концами проволоки, обычно измеряемой в вольтах или эл.ст.ед. Единица измерения количества электричества (кулон) и единица измерения электрического потенциала (вольт) были приняты произвольно но международному соглашению.  [c.57]

    В атомной физике поступают аналогично. Здесь масштабом для измерения энергии связи электронов в оболочке атома служит энергия свободных электронов, которые ускоряются с помощью электрического по ля. В качестве единицы энергии принимается такая энергия, которую приобретает один электрон, проходя разность потенциалов 1 в. Эта единица, как уже говорилось во Введении , называется электронвольтом эё). Она является подходящей единицей измерения энергии для атомной оболочки, так как по порядку величины совпадает с энергиями связи электронов в оболочке атома. Как будет видно в дальнейшем, энергия связи частиц в ядре атома, грубо говоря, в миллион раз больше. По этой причине в ядерной физике применяют единицу измерения в миллион раз большую, чем 1 эв, т. е. 10 эв (или один мегаэлектронвольт — Мэе). Это такая энергия, которую приобретает один электрон, проходя разность потенциалов 1 Мв (один миллион вольт). Для измерения энергии рентгеновых лучей часто используют единицу, которая в 1000 раз больше 1 эв, т. е. 1000 эв или 1 кэв. Верхняя граница шкалы используемых в физике энергий в последнее время поднимается вс выше. [c.10]

    Единица измерения Джоуль Эрг Калория термохими- ческая Калория междуна- родная см — атм Электрон- вольт Киловатт-час [c.565]

    Единицы работы и мощности. Механическая работа выражается в килограмметрах (расстояние, умноженное на силу), кубометр-атмосферах (произведение рУ), литр-атмосферах и других подобных единицах, которые еще не упоминались выше. Механическая мощность будет выражаться в единицах работы, деленной на время, или в килограмметрах в минуту, литр-атмосферах в час и т. д. Лошадиная сила произвольно определяется равной 75 кгм/час. Поскольку сила, умноженная на время, равна работе, работа часто выражается в единицах мощность—время, например лошадиная сила-час. Электрическая работа будет выражаться в вольт-кулонах (называемых также джоулями ) или вольт-эквивалентах (эквивалент основан на электрохимических законах Фарадея и равен числу кулонов, отвечающих 1 грамм-эквиваленту иона), а мощность — в вольт-кулонах в секунду или вольт-амперах, обычно называемых ваттами . Аналогично механической работе электрическая работа может также выражаться в ватт-часах и других подобных единицах. В табл. II Приложения даются переводные коэфициенты для различных единиц энергии ). Эквиваленты мощности будут такими же, за исключением различных единиц измерения, которые могут быть использованы в различных случаях. [c.68]

    Величина L носит название коэфициента самоиндукции последний зависит от расположения проводника. Проводник обладает самоиндукцией, равной 1 генри, если на его концах при равномерном изменении тока в 1 А/сек возбуждается электродвижущая сила, равная 1 вольту, или если ток в 1 ампер в окружающем проводник пространстве вызывает поток, равный 1 Vs. Единицы измеренил и размерности см. табл. 1, стр. 708. Величина коэфициента самоиндукции. Соленоид  [c.730]

    Применяя принцип суперпозиции, можно условно считать молекулярную э. д. с. го и молекулярные токи г, равными нулю в состоянии абсолютного нуля. Тогда все энергетические изменения в наднулевой области можно описать через изменение Е и 1. При этом условии усредненная молекулярная э. д. с. оказывается тождественной температуре, а градус термодинамической шкалы температур будет пропорционален единице измерения электрического потенциала (вольту). [c.302]

    Эксплуатационные характеристики лазеров. Прежде чем приступить к описанию некоторых эксплуатационных характеристик лазеров, полезно познакомиться с тем, каким образом связаны единицы измерения физических величин в квантовой электронике. На рис. УП. 5 приведена номограмма, которую следует использовать для определения соотношений между единицами измерения параметров лазеров и других приборов оптического и ИК-Диапа-зонов. К числу таких единиц относятся ангстрем, электрон-вольт, терагерц и волновое число. [c.443]

    Основной единицей измерения энергии радиоактивного излучения является электрон-вольт эв), т. е. энергия, приобретаемая электроном при прохождении им ускоряющего поля с напряжением в 1 в. Электрон-вольт соответствует 1,6-10 эрг на одну частицу или фотон и 23,06 ккал на их грамм-молекулярное число (6,02-10 ). Значительно чаще приходится применять в миллион раз большую единицу — мегаэлектрон-вольт (Мэе). [c.525]

    При теоретическом рассмотрении спектральных данных часто бывает необходимо переходить от Длин волн или частот к энергиям и наоборот. Основное уравнение, связывающее частоту и длину волны монохроматического излучения с энергией, полученной граммолекулой поглощающёго вещества, имеет вид E=Nh f=Nh / K, где N—число Авогадро. Энергия N квантов излучения частоты v носит название единицы Эйнштейна. Энергия часто выражается в электрон-вольтах эта единица измерения выражает энергию, приобретаемую электроном в поле с разностью потенциалов в 1 в. Молекула, поглощающая излучение частоты V, получает V электрон-вольт энергии, причем eF=Av, где е—заряд электрона. [c.13]

    В системе СИ энергию измеряют в джоулях (1 Дж = = 1 кг-м с ). В спектроскопии для измерения энергии фотонов обычно используют внесистемную единицу — электрон-вольт (1 эВ = 1,6022-10Дж).  [c.331]

    В системе СИ энергию измеряют в джоулях (1 Дж = 1 кгм-с ). В спектроскопии дня измерения энфгии элекгромапшпшх квантов обычно используют внесистемщто единицу— электрон-вольт (1 эВ=1,6022-10 Дж). [c.199]

Основные параметры стабилизаторов напряжения

Фазность

Количество фаз указывает на тип сети, в которую может включаться стабилизатор, и на категорию нагрузки, которая может от него запитываться. С этого параметра следует начинать выбор стабилизатора.

Однофазные стабилизаторы предназначены для работы с однофазным входным напряжением и предусматривают подключение только однофазных потребителей. Трехфазные стабилизаторы работают, соответственно, с трехфазным входным напряжением, подключать к таким устройствам можно как трёхфазную, так и однофазную нагрузку.

В городских квартирах трехфазная сеть, как правило, не используется либо используется только для электроплиты, в большинстве случаев не требующей стабильного электропитания. Следовательно, для обычной квартиры в черте города выбор чаще всего очевиден – однофазный стабилизатор.

В частных домах и загородных коттеджах трехфазный ввод от питающей сети более распространён. В случае его наличия можно использовать как один трехфазный стабилизатор, так и три однофазных (отдельное устройство на каждую питающую фазу). Вариант с тремя независимыми стабилизаторами позволит индивидуально подобрать и настроить прибор для каждой фазы, учитывая потребляемую от неё мощность и особенности подключенной к ней нагрузки. Кроме того, система из трех стабилизаторов более устойчива к неполадкам, так как возникновение сбоя на одной из фаз не скажется на функционировании двух других. Стоит отметить, что и суммарная цена трёх однофазных стабилизаторов обычно меньше, чем одного – трехфазного.

Главным минусом вышерассмотренного варианта является невозможность подключения мощных трехфазных потребителей. Поэтому трехфазный стабилизатор необходим при наличии даже одного работающего от трех фаз устройства.

При подключении однофазных нагрузок к трехфазной сети (через отдельные однофазные стабилизаторы или через единый – трехфазный) все электроприёмники следует равномерно распределять между питающими фазами, иначе возможно возникновение в сети несимметрии токов и напряжений, негативно влияющей на электрооборудование. Исключить подобное явление помогут стабилизаторы топологии «3 в 1», имеющие трехфазный вход и однофазный выход, что гарантирует идентичную нагрузку на все фазы трехфазной сети при подключении однофазной нагрузки.

Мощность

Мощность стабилизатора зависит от его конструкции и определяет допустимую к подключению нагрузку. Чтобы определить необходимое значение данного параметра, необходимо посчитать суммарное энергопотребление всех устройств, которые планируется одновременно питать от стабилизатора. Для этого достаточно сложить указанные в их технических паспортах показатели потребляемой мощности и добавить к полученному значению запас в 30%.

Следует обратить внимание на приборы, в составе которых присутствует электродвигатель. В быту это, как правило, холодильник, стиральная машина, кондиционер, различный электроинструмент и насосы. Включение такого оборудования сопровождается возникновением высоких пусковых токов, обуславливающих кратковременный скачок потребляемой из сети мощности, показатели которой могут превышать номинальную в несколько раз. Поэтому при вычислении суммарного энергопотребления нагрузки, для каждого устройства с электродвигателем необходимо использовать не номинальное значение мощности, а предельное – пусковое (при отсутствии данных о пусковом значении – величину номинальной мощности, умноженную на три).

Распространённая ошибка связана с обозначением электрической мощности, которая для стабилизаторов обычно указывается в Вольт-Амперах (ВА), а для прочих электроприборов – в Ваттах (Вт). Покупатели часто не обращают внимания на единицы измерения, полагаясь только на численный показатель. При этом стабилизатор, имеющий выходную мощность в 500 ВА, не будет соответствовать нагрузке в 500 Вт.

Для подбора актуальной модели стабилизатора необходимо мощность предполагаемой нагрузки перевести из Ватт в Вольт-Амперы, поделив значение в Вт на коэффициент мощности – cos(φ). Величину cos(φ), соответствующую определённому устройству, можно найти в его технических характеристиках или в интернете. При отсутствии данных допустимо принять значение из типового интервала, составляющего для привычных нам бытовых электроприборов – 0,7-0,8 (для осветительной и нагревательной техники – 0,9-1).

Диапазон входного напряжения

Этот параметр измеряется в вольтах и определяет верхний и нижний порог сетевого напряжения, в пределах которого стабилизатор функционирует и питает нагрузку электроэнергией заявленного качества.

В многоквартирных домах перепады напряжения в сети редко превышают 20% от номинала – большинство современных стабилизаторов соответствуют данным требованиям и легко справляются с подобными колебаниями.

В случае выбора устройства для дома, расположенного за городской чертой, следует учитывать, что чем удалённее находится строение от крупных населенных пунктов, тем шире амплитуда встречающихся в нём скачков напряжения. Для большинства коттеджей требуются модели с границами входного напряжения не менее 130-270 В, а в ряде случае могут понадобиться стабилизаторы и с более широким диапазоном.

Для приобретения стабилизатора с диапазоном входного напряжения, максимально соответствующим колебаниям в электросети, необходимо измерить фактическое напряжение на месте будущей установки прибора. Замеры следует делать в разное время суток и в разные дни недели (желательно в выходные и в будни) – только так вы получите наиболее полную картину сетевых отклонений. При отсутствии навыков, позволяющих провести необходимые измерения самостоятельно, рекомендуем обратиться за помощью к профессиональному электрику.

Важно помнить, что диапазон входного напряжения у стабилизатора должен быть шире, чем амплитуда реальных колебаний в электросети. Также стоит отметить, что внутри допустимого диапазона входного напряжения присутствуют определённые границы, называемые рабочим диапазоном. Выход сетевых параметров за пределы рабочего диапазона сопровождается снижением выходной мощности стабилизатора, что может вызвать перегрузку устройства даже при номинальной нагрузке.

Точность стабилизации

Точность стабилизации или «погрешность» стабилизатора в процентном отношении указывает на величину возможного отклонения выходного напряжения устройства от номинального значения.

Современные стабилизаторы обеспечивают точность в пределах 10%. Зависит этот параметр, в первую очередь, от конструкции. Самой высокой точностью обладают инверторные модели, у которых данный показатель составляет 2%, что практически недоступно для полупроводниковых, релейных и электромеханических стабилизаторов. Столь высокая точность необходима для медицинского, измерительного или промышленного оборудования.

У большинства применяемых в быту электроприборов требования к качеству электропитания чуть ниже: они стабильно функционируют при отклонениях входного напряжения и в 7%. Однако отдельным устройствам всё-таки нужен более высокий показатель точности – это техника, работой которой управляет электроника (автоматические стиральные машины, кондиционеры), а также аудио- и видеоаппаратура, где от качества входного электропитания зависит чистота изображения и звука.

При покупке стабилизатора следует убедиться в том, что его точность соответствует величине допустимых для нагрузки отклонений питающего напряжения. Если потребителей несколько и они обладают различными требованиями к точности входного напряжения, то точность стабилизатора следует выбирать исходя из самого узкого диапазона допустимых колебаний.

Быстродействие

Эта характеристика измеряется в миллисекундах и определяет время, которое понадобится устройству, для того чтобы нейтрализовать скачок напряжения и подать на вход нагрузки электроэнергию с номинальными или наиболее близкими к номинальным параметрами.

Быстродействие – важный показатель уровня предоставляемой стабилизатором защиты. Чем выше быстродействие, тем ниже риск повреждения подключенного к прибору оборудования при перепадах сетевого напряжения.

Максимальным быстродействием обладают инверторные стабилизаторы, мгновенно (за 0 мс) отрабатывающие любые сетевые возмущения, что позволяет использовать данные аппараты для защиты абсолютно любого электрооборудования!

Принцип регулирования напряжения

Принцип регулирования сетевого напряжения определяет у стабилизатора форму выходного сигнала.

Приборы с дискретным (ступенчатым) регулированием не могут генерировать идеальную синусоиду, а именно такая форма переменного напряжения необходима для корректного функционирования чувствительной электроники, например – системы управления газового котла. Кроме того, ступенчатое регулирование обуславливает разрывы в электропитании, неминуемо возникающие при переключении порогов стабилизации.

Электромеханические стабилизаторы отличаются плавным регулированием – форма их выходного напряжения ближе к идеальной синусоиде, чем у электронных устройств. Однако электромеханические модели проигрывают приборам с дискретным регулированием в скорости срабатывания, которой иногда может не хватить для обеспечения качественной защиты современного оборудования.

Наиболее плавное регулирование присуще инверторным стабилизатором, только такие приборы гарантируют выходное напряжение в форме идеальной синусоиды и безразрывное электропитание нагрузки во всем допустимом диапазоне входного напряжения.

Ознакомиться подробнее с модельным рядом инверторных стабилизаторов «Штиль» можно, перейдя по ссылке:
Стабилизаторы напряжения «Штиль» инверторного типа.

Способ установки

Существует три способа установки стабилизатора – настенный (навесной), напольный и стоечный. Первый подразумевает размещение на вертикальной плоскости (стене), второй – на горизонтальной поверхности (стол или пол), третий – в телекоммуникационном шкафу или стойке. Исполнение одних стабилизаторов допускает только какое-то определённое размещение, другие более универсальны – их можно устанавливать различными способами.

Выбирая стабилизатор, следует проанализировать помещение, в котором он будет эксплуатироваться, и подобрать модель, способ установки которой позволит поместить изделие с максимальным удобством как для подключения нагрузки, так и для обслуживания.

Важно помнить, что все стабилизаторы имеют предназначенные для вентиляции отверстия в боковых или нижних стенках. Следовательно, при установке стабилизатора нужно обеспечить зазор между указанными отверстиями и ближайшей поверхностью (не менее 20 см). Кроме того, не рекомендуется устанавливать стабилизатор на улице или в холодных, неотапливаемых помещениях, а также вблизи обогревательных приборов и в местах прямого падения солнечных лучей.

Габаритные размеры и вес

Габаритные размеры стабилизатора выбираются исходя из наличия свободного пространства на месте предполагаемой установки прибора. При размещении на поддерживающей конструкции (навесной полке) необходимо удостовериться, что вес стабилизатора не превышает значение нагрузки, допустимой для этой конструкции.

Следует понимать, что с увеличением мощности стабилизатора возрастают как его габаритные размеры, так и масса.

Средства индикации и мониторинга

Небольшим бытовым стабилизаторам достаточно иметь световую индикацию для сигнализации о различных режимах работы и дисплей для отображения информации об основных характеристиках прибора.

Для более мощных стабилизаторов, которые обычно применяются в промышленности и обслуживаются профессиональными специалистами, кроме вышеназванного необходимо также наличие поддерживающих различные каналы связи средств удаленного мониторинга.

Физика — 8

ческой энергии, имеющейся у электронов, превращается во внутреннюю энергию проводника, и он нагревается. Для поддержания постоянной скорости упорядоченного движения свободных электронов в электрической цепи и восстановления потерянной ими кинетической энергии необходимо совершение работы. Эту работу во внешней электрической цепи совершает электрическое поле, то есть электрические силы. Работа, совершаемая электрическим полем для перемещения единицы заряда между двумя точками этого поля, является энергетической характеристикой поля и называется электрическим напряжением или напряжением.

Формула	Единица измерения
U = A q, где U — напряжение, q — электрический заряд, A — работа, совершаемая электрическими силами для перемещения электрического заряда между двумя произвольными точками цепи.	[U] = 1[A] [q] = 1Дж Kл = 1B. Единица измерения напряжения в системе СИ вольт (1В).
Определение	Определение
Электрическое напряжение — это физическая величина, равная отношению работы, совершенной электрическим полем при перемещении заряда между двумя точками, к количеству этого заряда.	Один вольт (1В) — это такое напряжение между двумя точками электрического поля, когда электрические силы, перемещая заряд в 1 Кл из одной точки в другую, совершают работу в 1 Дж.

Как видно из формулы напряжения, работа, совершаемая при перемещении
между двумя точками электрического поля, равна произведению количества
заряда и электрического напряжения между этими точками:

A = q · U.

Измерение напряжения

Напряжение измеряется вольтметром. В кабинете физики используются два вида вольтметров: лабораторный вольтметр (c) и демонстрационный вольтметр (d).


На шкале вольтметра имеется буква V. На схемах вольтметр обозначается кругом с буквой
V внутри (см.: таблица 6.1.).


Клеммы вольтметра соединяют с теми точками цепи, напряжение между которыми нужно измерить. Например, если нужно измерить напряжение на лампе, то вольтметр соединяется с клеммами этой лампы. Если же нужно определить напряжение на электрическом звонке в цепи,

Что такое единица измерения напряжения? — Определение и единица измерения напряжения в системе СИ

Напряжение можно определить как электрический потенциал между двумя точками. В проводнике, если электрическое поле однородно, разность потенциалов между точками равна

В = EL

Используя различные уравнения удельного сопротивления, тока и сопротивления, можно вывести другое уравнение:

В = EL

В = የJL

В = የ (I/A)L

В = I ( የL/A)

В = IR

Из приведенного выше уравнения можно сделать вывод, что напряжение или разность потенциалов на резисторе можно найти, умножив силу тока на сопротивление.Единицей разности потенциалов является вольт (В), который также равен джоулю на кулон (Дж/Кл).

Единица напряжения в системе СИ

Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт, который обозначается буквой v. Вольт является производной единицей измерения электродвижущей силы или электрического потенциала в системе СИ. Таким образом, благодаря этому вольт можно определить несколькими способами.

Вольт можно определить как «электрический потенциал, присутствующий на проводе, когда электрический ток в один ампер рассеивает мощность в 1 ватт (Вт).

В = Вт/А

Кроме того, вольт можно выразить как разность потенциалов, существующую между двумя точками в электрической цепи, которая передает энергию в 1 джоуль (Дж) на кулон заряда, протекающего по цепи.

В = потенциальная энергия/заряд

В = Дж/Кл = кг м²/А·с³

Может также выражаться в амперах, умноженных на омы, джоули на кулон или ватты на ампер.

В = AΩ = Вт/А (энергия на единицу заряда) = Дж/Кл (мощность на единицу тока)

Может также выражаться в единицах СИ,

1 В = 1 кг м² с ⁻³ A⁻¹ (один килограмм-метр в квадрате в секунду в кубе на ампер).

Ниже есть некоторые другие электрические агрегаты

Напряжение источника

Источник напряжения — это устройство, которое используется в электрических цепях с фиксированной разностью потенциалов на обоих концах. Источником напряжения может быть батарея или любой другой источник с фиксированной разностью потенциалов и постоянным током. На принципиальных схемах источник напряжения изображается так, как показано на рисунке ниже.

В случае, если концы источника напряжения подключены к цепи с несколькими резисторами, вольтметрами и т. д., тогда образуется полная цепь, и теперь ток может течь от одного конца к другому. А если ток идет, то он одинаков на обоих выводах источника напряжения.

Источник напряжения — это часть полной цепи, которая может создавать электродвижущую силу. Электродвижущая сила представлена ​​с помощью символа ε. Единица электродвижущей силы такая же, как и напряжение, то есть это вольт. Здесь вольт равен джоулю на кулон (Дж/Кл). В случае идеального источника электродвижущая сила равна разности напряжений,

ε = V = IR

Реальные источники, такие как батареи, не считаются идеальными источниками, поскольку они имеют некоторый источник внутреннего сопротивления. Если r обозначает внутреннее сопротивление батареи, то разность напряжений на батарее составляет

В = ε — Ir

Это также можно назвать напряжением на клеммах батареи. Когда полная цепь состоит из резистора с сопротивлением R, то ток, протекающий через него, можно найти с помощью уравнения: + r) = ε

I = (R + r)/ ε

Таким образом, ток равен электродвижущей силе источника, деленной на полное сопротивление, присутствующее в цепи.

Вольт (В) электрический блок

Вольт определение

Вольт — электрическая единица напряжения или разности потенциалов (обозначение: В).

Один вольт определяется как потребление энергии в один джоуль на
электрический заряд в один кулон.

1В = 1Дж/Кл

Один вольт равен силе тока в 1 ампер, умноженной на сопротивление 1 Ом:

1 В = 1 А ⋅ 1 Ом

Алессандро Вольта

Единица измерения Вольт названа в честь итальянца Алессандро Вольта.
физик, изобретатель электрической батареи.

Блоки

Вольт и таблица преобразования

Преобразование вольт в ватт

Мощность в ваттах (Вт) равна напряжению в вольтах (В), умноженному на силу тока в амперах (А):

ватт (Вт) = вольт (В) × ампер (А)

Перевод вольт в джоули

Энергия в джоулях (Дж) равна напряжению в вольтах (В)
умножить электрический заряд в кулонах (Кл):

джоуля (Дж) = вольт (В) × кулон (Кл)

Преобразование

вольт в ампер

Ток в амперах (А) равен напряжению в вольтах (В)
разделить на сопротивление в омах (Ом):

ампер (А) = вольт (В) / ом (Ом)

Сила тока в амперах (А) равна мощности в ваттах (Вт)
разделить на напряжение в вольтах (В):

ампер (А) = ватт (Вт) / вольт (В)

Преобразование

вольт в электрон-вольт

Энергия в электронвольтах (эВ) равна разности потенциалов или напряжению в вольтах (В), умноженной на электрический заряд в электронных зарядах (е):

электронвольта (эВ) = вольт (В) × заряд электрона (е)

= вольт (В) × 1. 602176e-19 кулонов (С)

См. также

Напряжение — Энергетическое образование

Напряжение часто используется как сокращение для разности потенциалов , что является другим названием разности потенциалов . Напряжение измеряет энергию, которую получит заряд, перемещаясь между двумя точками в пространстве. Единицей измерения напряжения является вольт (В), а 1 вольт = 1 Дж/Кл. ^[2]

Розетки и аккумуляторы имеют связанные с ними напряжения.Фактически, всякий раз, когда электричество доставляется на любое расстояние, существует напряжение (также известное как разность потенциалов) между начальной и конечной точками. Когда приложено напряжение, энергетически предпочтительно, чтобы электрический заряд двигался к точке наименьшего напряжения в проводе; это причудливый способ сказать, что положительный электрический заряд получает энергию при переходе из точки с высоким напряжением в точку с низким напряжением. Отрицательный электрический заряд будет получать энергию, идя в другом направлении.

Чем выше напряжение, тем больше выигрыш в энергии от перемещения между двумя точками. Кроме того, чем больше заряд, который проходит через напряжение, тем больше кинетическая энергия, полученная зарядом. Уравнение, которое моделирует это:

[математика]E=Q\DeltaV[/математика]

В одной точке нет напряжения, поскольку напряжение определяется как разность энергий между двумя точками.Напряжение всегда зависит от некоторой точки отсчета, которая определена как 0 В. Для удобства Земля почти всегда определяется как 0 В (на уроках физики 0 В часто принимается за потенциал в бесконечно удаленной точке, но это в электронике бесполезно). Напряжение генерирует поток электронов (электрический ток) через цепь. Конкретное название источника энергии, создающего напряжение для протекания тока, называется электродвижущей силой. Эта зависимость между напряжением и током определяется законом Ома.

Часто бывает полезна аналогия:

Гравитационная потенциальная энергия — это энергия, которую запасает мяч, сидя на столе. Высота, умноженная на ускорение свободного падения ( g ), дает общую энергию, которая преобразуется в кинетическую энергию, если мяч падает с этой высоты. Электродвижущая сила — это то, что удерживает мяч и возвращает его на стол (это то, что приводит в движение поток шаров, падающих со стола).

Электрическая энергия – это энергия, высвобождаемая при «падении» заряда через разность потенциалов (напряжение).Напряжение существует вне зависимости от того, есть заряд или нет.

В бытовом применении

Электрическая розетка в доме имеет напряжение 120 В (в Канаде и США) через два отверстия. Это напряжение всегда присутствует, и когда электрическая нагрузка становится частью цепи (например, при подключении прибора), это напряжение заставляет ток течь по цепи.

Электрические генераторы перемещают магниты рядом с катушками проводов для создания напряжения в электрической сети.

Генерация постоянного тока создает напряжения, используя энергию света в фотогальванических элементах или энергию химических реакций, обычно внутри батарей, и даже разницу температур с помощью термопар.Чтобы узнать больше о физике напряжения, см. гиперфизику.

Батарея 9В имеет напряжение 9В. Двойные батареи A, AAA, C и D имеют напряжение (разность потенциалов) 1,5 В.

Моделирование Phet

Чем больше напряжение, тем больше ток будет течь по цепи. Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet. Используя приведенную ниже симуляцию, исследуйте, как увеличение напряжения увеличивает ток в цепи:

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Каталожные номера

1. ↑ Это изображение предоставлено кем-то из команды.
2. ↑ Р.Т. Пейнтер, «Основные электрические компоненты и счетчики», в Introduction to Electricity , 1-е изд. Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2011, гл. 2, с. 2.4, стр. 49-50.

единиц СИ – Электрический ток

Ампер определяется путем принятия фиксированного числового значения элементарного заряда e равным 1,602176634 × 10 ⁻¹⁹ при выражении в единицах C, что равно A·s, где секунда определяется через ∆ ν _Cs .

Единицей разности электрических потенциалов в системе СИ является вольт (В) 1 В = 1 Вт/А.

Единицей электрического сопротивления в системе СИ является Ом (Ом). 1 Ом = 1 В/А.

При полном написании названия юнитов рассматриваются как обычные английские существительные. Таким образом, названия всех единиц начинаются со строчной буквы, за исключением начала предложения или материала с заглавной буквы, такого как заголовок. В соответствии с этим правилом символы единиц измерения для Ампера представляют собой заглавную букву «А», а для Вольта — заглавную букву «V», потому что оба названия единиц измерения основаны на именах ученых.

Андре Мари Ампер (1775 — 1836) Название вошло в обиход в ампер, единицу измерения электрического тока. Эти биографические веб-сайты могут помочь вам узнать больше:

Алессандро Вольта (1745 — 1827) Имя вошло в повседневную жизнь в виде вольта, производной единицы измерения электрического потенциала, а также изобретателя первой батареи. Эти биографические веб-сайты могут помочь вам узнать больше:

Ресурсы для студентов и преподавателей

Кредит:

Дж.Ван и Б. Хейс/NIST

Лига супергероев СИ — мисс Ампер

Этот анимационный видеосериал в стиле комиксов был разработан, чтобы помочь учащимся средних школ узнать о 7 основных единицах измерения СИ. Мисс Ампер обладает поразительной властью над потоком электронов — электрическим током. С практической точки зрения, ампер — это мера потока электронов, проходящего через точку — около 6 квинтиллионов электронов (это 6 с 18 нулями!) в секунду.

Перейти к дополнительной информации о базовых единицах СИ:

7.3: Электрический потенциал и разница потенциалов

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определение электрического потенциала, напряжения и разности потенциалов
• Дайте определение электрон-вольту
• Расчет электрического потенциала и разности потенциалов по потенциальной энергии и электрическому полю
• Опишите системы, в которых электрон-вольт является полезной единицей
• Применить сохранение энергии к электрическим системам

Напомним, что ранее мы определили электрическое поле как величину, не зависящую от пробного заряда в данной системе, что, тем не менее, позволило бы нам вычислить силу, действующую на произвольный пробный заряд.(Предположение по умолчанию в отсутствие другой информации состоит в том, что пробный заряд положительный.) Мы кратко определили поле для гравитации, но гравитация всегда притягивает, тогда как электрическая сила может быть как притягивающей, так и отталкивающей. Поэтому, хотя потенциальной энергии вполне достаточно в гравитационной системе, удобно определить величину, которая позволяет вычислить работу над зарядом независимо от величины заряда. Прямой расчет работы может быть затруднен, поскольку \(W = \vec{F} \cdot \vec{d}\), а направление и величина \(\vec{F}\) могут быть сложными для нескольких зарядов, для объекты необычной формы и по произвольным траекториям.Но мы знаем, что, поскольку \(\vec{F}\), работа и, следовательно, \(\Delta U\) пропорциональна испытательному заряду \(q\). Чтобы иметь физическую величину, независимую от пробного заряда, определим электрического потенциала \(В\) (или просто потенциала, поскольку понимается электрический) как потенциальную энергию на единицу заряда:

Электрический потенциал

Электрическая потенциальная энергия на единицу заряда равна

\[V = \dfrac{U}{q}. \метка{экв-1}\]

Поскольку U пропорционально q , зависимость от q аннулируется. Таким образом, V не зависит от q . Изменение потенциальной энергии \(\Delta U\) имеет решающее значение, поэтому нас интересует разность потенциалов или разность потенциалов \(\Delta V\) между двумя точками, где

Разность электрических потенциалов

Разность электрических потенциалов между точками A и B , \(V_B — V_A\) определяется как изменение потенциальной энергии заряда q , перемещенного из A в B , разделенное по обвинению.Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

\[1 \, V = 1 \, J/C \label{eq0}\]

Знакомый термин напряжение — это общее название разности электрических потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, подразумевается разность потенциалов между двумя точками. Например, у каждой батареи есть две клеммы, а ее напряжение — это разность потенциалов между ними. Более того, точка, которую вы выбираете как ноль вольт, является произвольной.Это аналогично тому факту, что гравитационная потенциальная энергия имеет произвольный нуль, например, уровень моря или, возможно, пол лекционного зала. Стоит подчеркнуть различие между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией.

Разность потенциалов и электрическая потенциальная энергия

Связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется выражением

.

\[\Delta V = \dfrac{\Delta U}{q} \label{eq1}\]

или

\[ \Дельта U = q \Дельта V.\метка{eq2}\]

Напряжение не совпадает с энергией. Напряжение – это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), но один из них хранит гораздо больше энергии, чем другой, потому что \(\Delta U = q\Delta V\) . Автомобильный аккумулятор может передавать больше заряда, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба являются аккумуляторами на 12 В.

Пример \(\PageIndex{1}\): расчет энергии

У вас есть 12.Аккумулятор мотоцикла 0 В, способный выдерживать заряд 5000 Кл, и автомобильный аккумулятор 12,0 В, выдерживающий заряд 60 000 Кл. Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого заряда соответствует трем значащим цифрам.)

Стратегия

Если мы говорим, что у нас есть батарея на 12,0 В, это означает, что ее клеммы имеют разность потенциалов 12,0 В. Когда такая батарея перемещает заряд, она проводит заряд через разность потенциалов 12,0 В, и заряду сообщается изменение потенциальной энергии, равное \(\Delta U = q\Delta V\).5 \, Дж. \номер\]

Значение

Напряжение и энергия связаны, но это не одно и то же. Напряжения батарей идентичны, но энергия, выдаваемая каждой из них, совершенно разная. Автомобильный аккумулятор имеет гораздо больший двигатель для запуска, чем мотоцикл. Обратите также внимание на то, что по мере разрядки аккумулятора часть его энергии расходуется внутри, и напряжение на его клеммах падает, например, когда фары тускнеют из-за разряженного автомобильного аккумулятора. Энергия, поставляемая батареей, по-прежнему рассчитывается, как в этом примере, но не вся энергия доступна для внешнего использования.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Сколько энергии имеет батарея AAA 1,5 В, которая может двигаться на 100 C?

Ответить

\(\Дельта U = q\Дельта V = (100 \, С)(1,5 \, В) = 150 \, Дж \)

Обратите внимание, что энергии, рассчитанные в предыдущем примере, являются абсолютными значениями. Изменение потенциальной энергии для батареи отрицательно, так как она теряет энергию. Эти батареи, как и многие электрические системы, на самом деле перемещают отрицательный заряд, в частности электроны. Батареи отталкивают электроны от своих отрицательных контактов ( A ) через любую задействованную схему и притягивают их к своим положительным контактам ( B ), как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). Изменение потенциала равно \(\Delta V = V_B — V_A = +12 \, V\), а заряд q отрицателен, так что \(\Delta U = q \Delta V\) отрицателен, что означает потенциальная энергия батареи уменьшилась, когда q переместилось с A на B .

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Аккумулятор перемещает отрицательный заряд от отрицательной клеммы через фару к положительной клемме. Соответствующие комбинации химических веществ в батарее разделяют заряды так, что на отрицательной клемме появляется избыток отрицательного заряда, который отталкивается ею и притягивается к избыточному положительному заряду на другой клемме. С точки зрения потенциала, положительная клемма находится под более высоким напряжением, чем отрицательная клемма. Внутри батареи движутся как положительные, так и отрицательные заряды.

Пример \(\PageIndex{2}\): сколько электронов проходит через фару каждую секунду?

Когда автомобильный аккумулятор на 12,0 В питает одну фару мощностью 30,0 Вт, сколько электронов проходит через него каждую секунду?

Стратегия

Чтобы найти количество электронов, мы должны сначала найти заряд, который перемещается за 1,00 с. Перемещенный заряд связан с напряжением и энергией через уравнения \(\Delta U = q \Delta V\). Лампа мощностью 30,0 Вт потребляет 30,0 Дж в секунду. Поскольку батарея теряет энергию, мы имеем \(\Delta U = -30\, Дж\) и, поскольку электроны движутся от отрицательного вывода к положительному, мы видим, что \(\Delta V = +12.0 \, V\).

Раствор

Чтобы найти заряд q перемещенных, решаем уравнение \(\Delta U = q\Delta V\):

\[q = \dfrac{\Delta U}{\Delta V}.\]

Вводя значения для \(\Delta U\) и \(\Delta V\), получаем

\[q = \dfrac{-30,0 \, J}{+12,0 \, V} = \dfrac{-30,0 \, J}{+12,0 \, J/C} = -2,50 \, C. \]

Количество электронов \(n_e\) – это общий заряд, деленный на заряд, приходящийся на один электрон. То есть

\[n_e = \dfrac{-2.{19} \, эл.\]

Значение

Это очень большое число. Неудивительно, что мы обычно не наблюдаем отдельных электронов, когда их так много в обычных системах. Фактически, электричество использовалось в течение многих десятилетий, прежде чем было установлено, что движущиеся заряды во многих случаях были отрицательными. Положительный заряд, движущийся в направлении, противоположном направлению отрицательного заряда, часто производит идентичные эффекты; это затрудняет определение того, что движется или движутся ли оба.{19} \, электроны\)

Электрон-Вольт

Энергия, приходящаяся на электрон, очень мала в макроскопических ситуациях, подобных той, что была в предыдущем примере, — крошечная доля джоуля. Но в субмикроскопическом масштабе такая энергия, приходящаяся на одну частицу (электрон, протон или ион), может иметь большое значение. Например, даже крошечной доли джоуля может быть достаточно для того, чтобы эти частицы разрушили органические молекулы и нанесли вред живым тканям. Частица может нанести ущерб при прямом столкновении или создать вредное рентгеновское излучение, которое также может нанести ущерб.Полезно иметь единицу энергии, связанную с субмикроскопическими эффектами.

На рисунке \(\PageIndex{2}\) показана ситуация, связанная с определением такой единицы энергии. Электрон ускоряется между двумя заряженными металлическими пластинами, как в телевизионной трубке старой модели или в осциллографе. Электрон приобретает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в другую форму — например, в свет в телевизионной трубке. (Обратите внимание, что с точки зрения энергии «вниз» для электрона «в гору» для положительного заряда.) Поскольку энергия связана с напряжением соотношением \(\Delta U = q\Delta V\), мы можем думать о джоуле как о кулон-вольте.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Типичная электронная пушка ускоряет электроны, используя разность потенциалов между двумя разделенными металлическими пластинами. По закону сохранения энергии кинетическая энергия должна равняться изменению потенциальной энергии, поэтому \(KE = qV\). Энергия электрона в электрон-вольтах численно равна напряжению между пластинами. Например, разность потенциалов в 5000 В производит электроны с энергией 5000 эВ.{-19} \, Ж.\]

Электрон, ускоренный разностью потенциалов в 1 В, получает энергию 1 эВ. Отсюда следует, что электрон, ускоренный через 50 В, приобретает 50 эВ. Разность потенциалов 100 000 В (100 кВ) дает электрону энергию 100 000 эВ (100 кэВ) и так далее. Точно так же ион с двойным положительным зарядом, ускоренный до 100 В, получает 200 эВ энергии. Эти простые соотношения между ускоряющим напряжением и зарядами частиц делают электрон-вольт простой и удобной единицей энергии в таких обстоятельствах.

Электрон-вольт обычно используется в субмикроскопических процессах — химические валентные энергии, молекулярные и ядерные энергии связи входят в число величин, часто выражаемых в электрон-вольтах. Например, для разрушения некоторых органических молекул требуется около 5 эВ энергии. Если протон ускорить из состояния покоя через разность потенциалов 30 кВ, он приобретает энергию 30 кэВ (30 000 эВ) и может разорвать до 6000 таких молекул \((30 000 \, эВ \, : \, 5 \, эВ \, на \, молекула = 6000 \, молекул)\).Энергия ядерного распада составляет порядка 1 МэВ (1 000 000 эВ) на событие и, таким образом, может привести к значительным биологическим повреждениям.

Сохранение энергии

Полная энергия системы сохраняется, если нет чистого прибавления (или вычитания) за счет работы или теплопередачи. Для консервативных сил, таких как электростатическая сила, закон сохранения энергии утверждает, что механическая энергия является константой.

Механическая энергия представляет собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии системы; то есть \(K + U = константа\).Потеря U для заряженной частицы становится увеличением ее K . Сохранение энергии выражается в форме уравнения как

\[K + U = константа\] или \[K_i + U_i = K_f + U_f\]

, где i и f обозначают начальное и конечное условия. Как мы уже много раз убеждались, рассмотрение энергии может дать нам понимание и облегчить решение проблем.

Пример \(\PageIndex{3}\): преобразование потенциальной электрической энергии в кинетическую

Рассчитайте конечную скорость свободного электрона, ускоренного из состояния покоя при разности потенциалов 100 В.6 \, м/с.\]

Значение

Обратите внимание, что и заряд, и начальное напряжение отрицательны, как показано на рисунке \(\PageIndex{2}\). Из обсуждения электрического заряда и электрического поля мы знаем, что электростатические силы, действующие на малые частицы, обычно очень велики по сравнению с силой гравитации. Большая конечная скорость подтверждает, что гравитационной силой здесь действительно можно пренебречь. Большая скорость также указывает на то, насколько легко ускорять электроны при малых напряжениях из-за их очень малой массы. Напряжения, намного превышающие 100 В в этой задаче, обычно используются в электронных пушках. Эти более высокие напряжения создают настолько большие скорости электронов, что необходимо учитывать эффекты специальной теории относительности, которые будут обсуждаться в другом месте. Вот почему мы рассматриваем низкое напряжение (точно) в этом примере.

Упражнение \(\PageIndex{3}\)

Как этот пример изменится с позитроном? Позитрон идентичен электрону, за исключением того, что заряд положительный.

Ответить

Он будет двигаться в противоположном направлении, что не повлияет на представленные расчеты.p \vec{E} \cdot d\vec{l}.\]

Из нашего предыдущего обсуждения потенциальной энергии заряда в электрическом поле результат не зависит от выбранного пути, и, следовательно, мы можем выбрать наиболее удобный интегральный путь.

Рассмотрим частный случай положительного точечного заряда q в начале координат. 2 } \шляпа{г}\).2} dr = \dfrac{kq}{r} — \dfrac{kq}{\infty} = \dfrac{kq}{r}.\]

Этот результат,

\[V_r = \dfrac{kq}{r}\]

— стандартная форма потенциала точечного заряда. Это будет рассмотрено далее в следующем разделе.

Чтобы исследовать другой интересный частный случай, предположим, что однородное электрическое поле \(\vec{E}\) создается путем помещения разности потенциалов (или напряжения) \(\Delta V\) на две параллельные металлические пластины, обозначенные A и B (рис. \(\PageIndex{3}\)).Изучение этой ситуации подскажет нам, какое напряжение необходимо для создания определенной напряженности электрического поля. Это также раскроет более фундаментальную связь между электрическим потенциалом и электрическим полем.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Соотношение между В и Е для параллельных проводящих пластин имеет вид \(E = V/d\). (Обратите внимание, что \(\Delta V = V_{AB}\) по величине. Для заряда, который перемещается с пластины A с более высоким потенциалом на пластину B с более низким потенциалом, необходимо включить знак минус следующим образом: : \(- \Delta V = V_A — V_B = V_{AB}\).)

С точки зрения физики, либо \(\Delta V\), либо \(\vec{E}\) можно использовать для описания любого взаимодействия между зарядами. Однако \(\Delta V\) является скалярной величиной и не имеет направления, тогда как \(\vec{E}\) является векторной величиной, имеющей как величину, так и направление. (Обратите внимание, что величина электрического поля, скалярная величина, представлена ​​как E .) Связь между \(\Delta V\) и \(\vec{E}\) выявляется путем вычисления работы, выполненной электрическая сила при перемещении заряда из точки A в точку B .Но, как отмечалось ранее, произвольное распределение заряда требует исчисления. Поэтому мы рассматриваем однородное электрическое поле как интересный частный случай.

Работа, совершаемая электрическим полем на рисунке \(\PageIndex{3}\) для перемещения положительного заряда q от A , положительной пластины, с более высоким потенциалом, к B , отрицательной пластине, с более низким потенциалом , это

\[W = — \Delta U = — q\Delta V.\]

Разность потенциалов между точками A и B равна

\[- \Дельта V = — (V_B — V_A) = V_A — V_B = V_{AB}.\]

Ввод этого в выражение для работы дает

\[W = qV_{AB}.\]

Работа равна \(W = \vec{F} \cdot \vec{d} = Fd \, cos \, \theta\): здесь \(cos \, \theta = 1\), поскольку путь параллелен поле. Таким образом, \(W = Fd\). Поскольку \(F = qE\), мы видим, что \(W = qEd\).

Подстановка этого выражения для работы в предыдущее уравнение дает

\[qEd = qV_{AB}.\]

Заряд отменяется, поэтому для напряжения между точками A и B получаем .

Только в однородном E-поле: \[V_{AB} = Ed\] \[E = \dfrac{V_{AB}}{d}\], где d — расстояние от A до B или расстояние между пластинами на рисунке \(\PageIndex{3}\). Обратите внимание, что это уравнение подразумевает, что единицами измерения электрического поля являются вольты на метр. Мы уже знаем, что единицами измерения электрического поля являются ньютоны на кулон; таким образом, справедливо следующее соотношение между единицами:

\[1 \, Н/З = 1 \, В/м.\]

Кроме того, мы можем распространить это на интегральную форму.B \vec{E} \cdot d\vec{l}.\]

В качестве демонстрации, исходя из этого, мы можем вычислить разность потенциалов между двумя точками ( A и B ), равноудаленными от точечного заряда q в начале координат, как показано на рисунке \(\PageIndex{4}\) .

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Дуга для расчета разности потенциалов между двумя точками, равноудаленными от точечного заряда в начале координат. 2} \hat{r}\).6 В/м\). Выше этого значения поле создает в воздухе достаточную ионизацию, чтобы сделать воздух проводником. Это позволяет разряду или искре, которая уменьшает поле. Чему тогда равно максимальное напряжение между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными 2,5 см сухого воздуха?

Стратегия

Заданы максимальное электрическое поле E между пластинами и расстояние d между ними. Мы можем использовать уравнение \(V_{AB} = Ed\) для расчета максимального напряжения.4 \, В\] или \[V_{AB} = 75 \, кВ.\]

(Ответ дается только двумя цифрами, так как максимальная напряженность поля является приблизительной.)

Значение

Одним из следствий этого результата является то, что требуется около 75 кВ, чтобы искра перескочила через зазор 2,5 см (1 дюйм), или 150 кВ для 5-сантиметровой искры. Это ограничивает напряжения, которые могут существовать между проводниками, например, на линии электропередачи. Меньшее напряжение может вызвать искру, если на поверхности есть шипы, поскольку острые точки имеют большую напряженность поля, чем гладкие поверхности.Влажный воздух разрушается при более низкой напряженности поля, а это означает, что меньшее напряжение вызовет скачок искры во влажном воздухе. Наибольшее напряжение может создаваться статическим электричеством в сухие дни (Рисунок \(\PageIndex{5}\)).

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Искровая камера используется для отслеживания путей высокоэнергетических частиц. Ионизация, создаваемая частицами при их прохождении через газ между пластинами, позволяет проскакивать искре. Искры располагаются перпендикулярно пластинам, следуя линиям электрического поля между ними.Разность потенциалов между соседними пластинами недостаточно высока, чтобы вызвать искры без ионизации, создаваемой частицами в экспериментах на ускорителях (или космическими лучами). Эта форма детектора в настоящее время устарела и больше не используется, кроме как в демонстрационных целях. (кредит b: модификация работы Джека Коллинза)

Пример \(\PageIndex{1B}\): поле и сила внутри электронной пушки

Электронная пушка (рис. \(\PageIndex{2}\)) имеет параллельные пластины, разделенные расстоянием 4,00 см, и дает 25 электронов.0 кэВ энергии. а) Чему равна напряженность электрического поля между пластинами? б) С какой силой это поле будет действовать на кусок пластика с зарядом \(0,500 мкКл\), который попадет между пластинами?

Стратегия

Поскольку напряжение и расстояние между пластинами заданы, напряженность электрического поля можно рассчитать непосредственно из выражения \(E = \frac{V_{AB}}{d}\). Зная напряженность электрического поля, мы можем найти силу, действующую на заряд, используя \(\vec{F} = q\vec{E}\).Поскольку электрическое поле имеет только одно направление, мы можем записать это уравнение в терминах величин \(F = qE\).

Раствор

а. Выражение для величины электрического поля между двумя однородными металлическими пластинами равно

.

\[E = \dfrac{V_{AB}}{d}.\] Поскольку электрон имеет один заряд и ему дается энергия 25,0 кэВ, разность потенциалов должна составлять 25,0 кВ. Вводя это значение для \(V_{AB}\) и расстояния между плитами 0,0400 м, получаем \[E = \frac{25.5 В/м) = 0,313 \, Н.\]

Значение Обратите внимание, что единицами измерения являются ньютоны, поскольку \(1 \, V/m = 1 \, N/C\). Поскольку электрическое поле между пластинами однородно, сила, действующая на заряд, одинакова независимо от того, где находится заряд между пластинами.

Пример \(\PageIndex{4C}\): расчет потенциала точечного заряда

Учитывая точечный заряд \(q = +2,0-n C\) в начале координат, вычислить разность потенциалов между точкой \(P_1\) на расстоянии \(a = 4,0 \, см\) от q , и \ (P_2\) расстояние \(b = 12.2} \hat{r} \cdot r\hat{\varphi}d\varphi\), но \(\hat{r} \cdot \hat{\varphi} = 0\) и, следовательно, \(\Delta V = 0\). Складывая две части вместе, получаем 300 В.

Значение

Мы продемонстрировали использование интегральной формы разности потенциалов для получения численного результата. Обратите внимание, что в этой конкретной системе мы могли бы также использовать формулу для потенциала, обусловленного точечным зарядом в двух точках, и просто взять разницу.

Упражнение \(\PageIndex{4}\)

Как из примеров зависит энергия удара молнии в зависимости от высоты облаков над землей? Рассмотрим систему облако-земля как две параллельные пластины.

Ответить

При фиксированной максимальной напряженности электрического поля потенциал, при котором происходит удар, увеличивается с увеличением высоты над землей. Следовательно, каждый электрон будет нести больше энергии. Определение того, есть ли влияние на общее число электронов, лежит в будущем.

Прежде чем приступить к рассмотрению задач, связанных с электростатикой, мы предлагаем стратегию решения проблем по этой теме.

Стратегия решения проблем: электростатика

1. Изучите ситуацию, чтобы определить, связано ли это со статическим электричеством; это может касаться отдельных стационарных зарядов, сил между ними и создаваемых ими электрических полей.
2. Определите интересующую систему. Это включает в себя указание количества, мест и типов связанных сборов.
3. Точно определите, что нужно определить в задаче (идентифицируйте неизвестные). Письменный список полезен. Определите, следует ли рассматривать кулоновскую силу напрямую — если да, то может быть полезно нарисовать диаграмму свободного тела, используя силовые линии электрического поля.
4. Составьте список того, что дано или может быть выведено из заявленной проблемы (укажите известное).Например, важно отличать кулоновскую силу F от электрического поля E .
5. Решите соответствующее уравнение для определяемой величины (неизвестной) или начертите линии поля в соответствии с запросом.
6. Проверьте ответ, чтобы убедиться, что он разумен: Имеет ли он смысл? Верны ли единицы измерения и разумны ли задействованные числа?

Авторы и авторство

• Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойолы Мэримаунт) и Билл Моебс, а также многие другие авторы.Эта работа находится под лицензией OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Напряжение холостого хода | ПВЕобразование

 

Напряжение холостого хода, В _OC , является максимальным напряжением, доступным от солнечного элемента, и это происходит при нулевом токе. Напряжение холостого хода соответствует величине прямого смещения на солнечном элементе из-за смещения перехода солнечного элемента с генерируемым светом током.Напряжение холостого хода показано на ВАХ ниже.

ВАХ солнечного элемента, показывающая напряжение холостого хода.

Уравнение для V _oc находится путем установки чистого тока равным нулю в уравнении солнечного элемента, чтобы получить:

$$V_{OC}=\frac{n k T}{q} \ln \left(\frac{I_{L}}{I_{0}}+1\right)$$

Беглый взгляд на приведенное выше уравнение может показать, что V _OC  линейно увеличивается с температурой. Однако это не так, поскольку I ₀ быстро увеличивается с температурой, главным образом из-за изменений концентрации собственных носителей заряда n _i .Влияние температуры является сложным и варьируется в зависимости от клеточной технологии. Подробнее см. на странице «Влияние температуры»

V _OC уменьшается с температурой. При изменении температуры I ₀ также меняется.

Приведенное выше уравнение показывает, что V _oc зависит от тока насыщения солнечного элемента и тока, генерируемого светом. В то время как I _sc обычно имеет небольшую вариацию, ключевым эффектом является ток насыщения, поскольку он может варьироваться на порядки величины.Ток насыщения I ₀ зависит от рекомбинации в солнечном элементе. Тогда напряжение холостого хода является мерой количества рекомбинации в устройстве. Кремниевые солнечные элементы на высококачественном монокристаллическом материале имеют напряжение холостого хода до 764 мВ в условиях одного солнца и AM1. { 2}}\справа]$$

, где kT/q — тепловое напряжение, N _A — концентрация легирующих примесей, Δn — концентрация избыточных носителей заряда, а n _i — собственная концентрация носителей заряда.Определение V _OC по концентрации носителя также называется предполагаемым V _OC .

Voc как функция ширины запрещенной зоны, E

_G

Если ток короткого замыкания (I _SC ) уменьшается с увеличением ширины запрещенной зоны, напряжение холостого хода увеличивается по мере увеличения ширины запрещенной зоны. В идеальном устройстве V _OC ограничено излучательной рекомбинацией, и анализ использует принцип детального баланса для определения минимально возможного значения J ₀ .{x}-1} д x$$,

, где q — заряд электрона, σ — постоянная Стефана–Больцмана, k — постоянная Больцмана, T — температура и

$$u=\frac{E_{G}}{k T}$$

Вычисление интеграла в приведенном выше уравнении довольно сложно. На приведенном ниже графике используется метод, описанный в  

.

Ток насыщения диода в зависимости от ширины запрещенной зоны. Значения определяются на основе детального баланса и ограничивают напряжение холостого хода солнечной батареи.

Рассчитанное выше значение J ₀ можно напрямую подставить в стандартное уравнение солнечного элемента, приведенное в верхней части страницы, для определения V _OC , если напряжение меньше ширины запрещенной зоны, как в случае одного солнечное освещение.

V _OC как функция ширины запрещенной зоны для ячейки с AM 0 и AM 1,5. V _OC увеличивается с шириной запрещенной зоны по мере падения тока рекомбинации. В V _OC наблюдается спад при очень больших ширинах запрещенной зоны из-за очень низкого I _SC .

3.2 Электрический потенциал и разность потенциалов – введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

---

К концу этого раздела вы сможете:

• Определение электрического потенциала, напряжения и разности потенциалов
• Дайте определение электрон-вольту
• Расчет электрического потенциала и разности потенциалов по потенциальной энергии и электрическому полю
• Опишите системы, в которых электрон-вольт является полезной единицей
• Применить сохранение энергии к электрическим системам

Напомним, что ранее мы определили электрическое поле как величину, не зависящую от пробного заряда в данной системе, что, тем не менее, позволило бы нам вычислить силу, действующую на произвольный пробный заряд. (Предположение по умолчанию в отсутствие другой информации состоит в том, что пробный заряд положительный.) Мы кратко определили поле для гравитации, но гравитация всегда притягивает, тогда как электрическая сила может быть как притягивающей, так и отталкивающей. Поэтому, хотя потенциальной энергии вполне достаточно в гравитационной системе, удобно определить величину, которая позволяет вычислить работу над зарядом независимо от величины заряда. Непосредственное вычисление работы может быть затруднено, поскольку  и направление и величина  могут быть сложными для нескольких зарядов, для объектов необычной формы и на произвольных путях.Но мы знаем это, потому что работа и, следовательно, пропорциональна испытательному заряду. Чтобы иметь физическую величину, независимую от пробного заряда, мы определяем электрический потенциал (или просто потенциал, поскольку понимается электричество) как потенциальную энергию на единицу заряда:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

---

Электрическая потенциальная энергия на единицу заряда равна

(3. 2.1)  

Так как U пропорционально q, зависимость от q отменяется.Таким образом,  не зависит от . Изменение потенциальной энергии имеет решающее значение, поэтому нас интересует разность потенциалов или разность потенциалов между двумя точками, где

   

РАЗНИЦА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА

---

Знакомый термин напряжение  это общее название разности электрических потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, подразумевается разность потенциалов между двумя точками. Например, у каждой батареи есть две клеммы, а ее напряжение — это разность потенциалов между ними.Более того, точка, которую вы выбираете как ноль вольт, является произвольной. Это аналогично тому факту, что гравитационная потенциальная энергия имеет произвольный нуль, например, уровень моря или, возможно, пол лекционного зала. Стоит подчеркнуть различие между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией.

РАЗНИЦА ПОТЕНЦИАЛОВ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ

---

Связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется выражением

.

(3.2.2)  

Напряжение не совпадает с энергией. Напряжение – это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), однако один из них хранит гораздо больше энергии, чем другой, потому что . Автомобильный аккумулятор может передавать больше заряда, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба являются батареями.

ПРИМЕР 3.2.1

---

Расчет энергии

У вас есть мотоциклетный аккумулятор, который может двигаться от заряда, и автомобильный аккумулятор, который может двигаться от заряда.Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого заряда соответствует трем значащим цифрам.)

Стратегия

Сказать, что у нас есть аккумулятор, означает, что его клеммы имеют разность потенциалов. Когда такая батарея перемещает заряд, она проводит заряд через разность потенциалов , и заряду сообщается изменение потенциальной энергии, равное . Чтобы найти выходную энергию, мы умножаем перемещенный заряд на разность потенциалов.

Решение

Для аккумуляторной батареи мотоцикла и .Общая энергия, отдаваемая аккумуляторной батареей мотоцикла, составляет

.

   

Аналогично для автомобильного аккумулятора и

   

Значение

Напряжение и энергия связаны, но это не одно и то же. Напряжения батарей идентичны, но энергия, выдаваемая каждой из них, совершенно разная. Автомобильный аккумулятор имеет гораздо больший двигатель для запуска, чем мотоцикл. Обратите также внимание на то, что по мере разрядки аккумулятора часть его энергии расходуется внутри, и напряжение на его клеммах падает, например, когда фары тускнеют из-за разряженного автомобильного аккумулятора.Энергия, поставляемая батареей, по-прежнему рассчитывается, как в этом примере, но не вся энергия доступна для внешнего использования.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 3.4

Сколько энергии имеет батарея AAA, которая может двигаться?

Обратите внимание, что энергии, рассчитанные в предыдущем примере, являются абсолютными значениями. Изменение потенциальной энергии для батареи отрицательно, так как она теряет энергию. Эти батареи, как и многие электрические системы, на самом деле перемещают отрицательный заряд, в частности электроны.Батареи отталкивают электроны от своих отрицательных клемм () через любую задействованную схему и притягивают их к своим положительным клеммам (), как показано на Рисунке 3.2.1. Изменение потенциала равно  и заряд отрицательный, поэтому  отрицательный, что означает, что потенциальная энергия батареи уменьшилась, когда  переместилась от  к .

(рис. 3.2.1)  

Рисунок 3.2.1  Отрицательный заряд батареи перемещается от отрицательной клеммы через фару к положительной клемме.Соответствующие комбинации химических веществ в батарее разделяют заряды так, что на отрицательной клемме появляется избыток отрицательного заряда, который отталкивается ею и притягивается к избыточному положительному заряду на другой клемме. С точки зрения потенциала, положительная клемма находится под более высоким напряжением, чем отрицательная клемма. Внутри батареи движутся как положительные, так и отрицательные заряды.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 3.5

---

Сколько электронов пройдет через лампу?

Электрон-Вольт

Энергия, приходящаяся на электрон, очень мала в макроскопических ситуациях, подобных той, что была в предыдущем примере, — крошечная доля джоуля.Но в субмикроскопическом масштабе такая энергия, приходящаяся на одну частицу (электрон, протон или ион), может иметь большое значение. Например, даже крошечной доли джоуля может быть достаточно для того, чтобы эти частицы разрушили органические молекулы и нанесли вред живым тканям. Частица может нанести ущерб при прямом столкновении или создать вредное рентгеновское излучение, которое также может нанести ущерб. Полезно иметь единицу энергии, связанную с субмикроскопическими эффектами.

На рис. 3.2.2 показана ситуация, связанная с определением такой единицы энергии.Электрон ускоряется между двумя заряженными металлическими пластинами, как в телевизионной трубке старой модели или в осциллографе. Электрон приобретает кинетическую энергию, которая затем преобразуется в другую форму — например, в свет в телевизионной трубке. (Обратите внимание, что с точки зрения энергии «вниз» для электрона «вверх» для положительного заряда.) Поскольку энергия связана с напряжением как , мы можем думать о джоуле как о кулон-вольте.

(рис. 3.2.2)  

Рисунок 3.2.2 Типичная электронная пушка ускоряет электроны, используя разность потенциалов между двумя разделенными металлическими пластинами.По закону сохранения энергии кинетическая энергия должна равняться изменению потенциальной энергии, поэтому . Энергия электрона в электрон-вольтах численно равна напряжению между пластинами. Например, разность потенциалов производит электроны. Концептуальная конструкция, а именно две параллельные пластины с отверстием в одной, показана на (а), а реальная электронная пушка показана на (б).

ЭЛЕКТРОН-ВОЛЬТ

---

В субмикроскопическом масштабе удобнее определить единицу энергии, называемую электрон-вольт (эВ) , которая представляет собой энергию, переданную фундаментальному заряду, ускоренному за счет разности потенциалов . В форме уравнения,

   

Электрону, ускоренному разностью потенциалов, придается энергия . Отсюда следует, что электрон ускоряется за счет усиления . Разность потенциалов () дает электрону энергию () и так далее. Точно так же ион с двойным положительным зарядом ускоряется за счет увеличения энергии. Эти простые соотношения между ускоряющим напряжением и зарядами частиц делают электрон-вольт простой и удобной единицей энергии в таких обстоятельствах.

Электрон-вольт обычно используется в субмикроскопических процессах — химические валентные энергии, молекулярные и ядерные энергии связи входят в число величин, часто выражаемых в электрон-вольтах. Например, для расщепления некоторых органических молекул требуется около энергии. Если протон ускоряется из состояния покоя через разность потенциалов , он приобретает энергию () и может распасться столько же этих молекул (на молекулу молекул). Энергия ядерного распада составляет порядка () на событие и, таким образом, может привести к значительным биологическим повреждениям.

Сохранение энергии

Полная энергия системы сохраняется, если нет чистого прибавления (или вычитания) за счет работы или теплопередачи. Для консервативных сил, таких как электростатическая сила, закон сохранения энергии утверждает, что механическая энергия является константой.

Механическая энергия представляет собой сумму кинетической энергии и потенциальной энергии системы; это, . Потеря для заряженной частицы становится увеличением ее . Сохранение энергии выражается в форме уравнения как

   

или

   

где и обозначают начальное и конечное условия.Как мы уже много раз убеждались, рассмотрение энергии может дать нам понимание и облегчить решение проблем.

ПРИМЕР 3.2.3

---

Электрическая потенциальная энергия, преобразованная в кинетическую энергию

Рассчитайте конечную скорость свободного электрона, ускоренного из состояния покоя за счет разности потенциалов . (Предположим, что это числовое значение имеет точность до трех значащих цифр. )

Стратегия

У нас есть система только с консервативными силами. Если предположить, что электрон ускоряется в вакууме и пренебречь гравитационной силой (мы проверим это предположение позже), вся электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.Мы можем определить начальную и конечную формы энергии как , , , .

Решение

Сохранение энергии утверждает, что

   

Вводя указанные выше формы, мы получаем

   

Решаем это для:

   

Ввод значений для , и  дает

   

Значение

Обратите внимание, что и заряд, и начальное напряжение отрицательны, как показано на рис. 3.2.2.Из обсуждения электрического заряда и электрического поля мы знаем, что электростатические силы, действующие на малые частицы, обычно очень велики по сравнению с силой гравитации. Большая конечная скорость подтверждает, что гравитационной силой здесь действительно можно пренебречь. Большая скорость также указывает на то, насколько легко ускорять электроны при малых напряжениях из-за их очень малой массы. В электронных пушках обычно используются напряжения намного выше, чем в этой задаче. Эти более высокие напряжения создают настолько большие скорости электронов, что необходимо учитывать эффекты специальной теории относительности, и поэтому они выходят за рамки этого учебника.Вот почему мы рассматриваем низкое напряжение (точно) в этом примере.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 3.6

Как этот пример изменится с позитроном? Позитрон идентичен электрону, за исключением того, что заряд положительный.

Напряжение и электрическое поле

До сих пор мы исследовали взаимосвязь между напряжением и энергией. Теперь мы хотим исследовать взаимосвязь между напряжением и электрическим полем. Мы начнем с общего случая для неоднородного поля.Напомним, что наша общая формула для потенциальной энергии пробного заряда в точке относительно точки отсчета равна

.

   

Когда мы подставляем определение электрического поля (), это становится

   

Применяя наше определение потенциала () к этой потенциальной энергии, мы находим, что в общем случае

(3.2.3)  

Из нашего предыдущего обсуждения потенциальной энергии заряда в электрическом поле результат не зависит от выбранного пути, и, следовательно, мы можем выбрать наиболее удобный интегральный путь.

Рассмотрим частный случай положительного точечного заряда в начале координат. Чтобы вычислить потенциал, вызванный  на расстоянии  от начала координат относительно ссылки на бесконечность (напомним, что мы сделали то же самое для потенциальной энергии), пусть и , с и использовать . Когда мы оцениваем интеграл

   

для этой системы, у нас

   

, что упрощается до

   

Этот результат,

   

— стандартная форма потенциала точечного заряда.Это будет рассмотрено далее в следующем разделе.

Чтобы исследовать еще один интересный частный случай, предположим, что однородное электрическое поле  создается путем помещения разности потенциалов (или напряжения) на две параллельные металлические пластины, обозначенные  и (рис. 3.2.3). Изучение этой ситуации подскажет нам, какое напряжение необходимо для создания определенной напряженности электрического поля. Это также раскроет более фундаментальную связь между электрическим потенциалом и электрическим полем.

(рис. 3.2.3)  

С точки зрения физика, либо  или  можно использовать для описания любого взаимодействия между зарядами. Однако  является скалярной величиной и не имеет направления, тогда как  является векторной величиной, имеющей и величину, и направление. (Обратите внимание, что величина электрического поля, скалярная величина, представлена ​​.) Связь между  и  выявляется путем вычисления работы, совершаемой электрической силой при перемещении заряда из точки в точку . Но, как отмечалось ранее, произвольное распределение заряда требует исчисления. Поэтому мы рассматриваем однородное электрическое поле как интересный частный случай.

Работа, совершаемая электрическим полем на рис. 3.2.3 для перемещения положительного заряда от положительной пластины с более высоким потенциалом к ​​отрицательной пластине с более низким потенциалом, равна

.

   

Разность потенциалов между точками  и  равна

   

Ввод этого в выражение для работы дает

   

Работа есть ; здесь , так как путь параллелен полю.Таким образом, . Поскольку , мы видим, что .

Подстановка этого выражения для работы в предыдущее уравнение дает

   

Заряд отменяется, поэтому для напряжения между точками получаем  и

   

где  – расстояние от  до , или расстояние между пластинами на рис. 3.2.3. Обратите внимание, что это уравнение подразумевает, что единицами измерения электрического поля являются вольты на метр. Мы уже знаем, что единицами измерения электрического поля являются ньютоны на кулон; таким образом, справедливо следующее соотношение между единицами:

   

Кроме того, мы можем распространить это на интегральную форму. Подставляя уравнение 3.2.2 в наше определение разности потенциалов между точками  и , мы получаем

   

, что упрощается до

   

В качестве демонстрации, исходя из этого, мы можем рассчитать разность потенциалов между двумя точками (и ), равноудаленными от точечного заряда в начале координат, как показано на рисунке 3.2.4.

(рис. 3.2.4)  

Рисунок 3.2.4  Дуга для расчета разности потенциалов между двумя точками, равноудаленными от точечного заряда в начале координат.

Для этого мы интегрируем по дуге окружности постоянного радиуса между  и , что означает, что мы позволяем , используя . Таким образом,

(3.2.4)  

для этой системы становится

   

Однако  и поэтому

   

Этот результат, заключающийся в отсутствии разности потенциалов вдоль постоянного радиуса от точечного заряда, пригодится при картографировании потенциалов.

ПРИМЕР 3.2.6

---

Расчет потенциала точечного заряда

Учитывая точечный заряд в начале координат, рассчитайте разность потенциалов между точкой на расстоянии от и на расстоянии от , где две точки имеют угол между собой (рис. 3.2.6).

(рис. 3.2.6)  

Рисунок 3.2.6  Найдите разность потенциалов между и .

Стратегия

Сделайте это в два этапа. Первый шаг — использовать  и пусть  и , с  и . Затем выполните интеграл. Вторым шагом является интегрирование вокруг дуги постоянного радиуса, что означает, что мы допускаем с ограничениями, по-прежнему используя . Затем сложите два результата вместе.

Решение

Для первой части,  для этой системы становится  что вычисляет до

   

Для второго шага становится, но  и поэтому .Складывая две части вместе, мы получаем .

Значение

Мы продемонстрировали использование интегральной формы разности потенциалов для получения численного результата. Обратите внимание, что в этой конкретной системе мы могли бы также использовать формулу для потенциала, обусловленного точечным зарядом в двух точках, и просто взять разницу.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 3.7

Как из примеров зависит энергия удара молнии в зависимости от высоты облаков над землей? Рассмотрим систему облако-земля как две параллельные пластины.

Прежде чем приступить к рассмотрению задач, связанных с электростатикой, мы предлагаем стратегию решения проблем по этой теме.

---

Стратегия решения проблем: электростатика

1. Изучите ситуацию, чтобы определить, связано ли это со статическим электричеством; это может касаться отдельных стационарных зарядов, сил между ними и создаваемых ими электрических полей.
2. Определите интересующую систему. Это включает в себя указание количества, мест и типов связанных сборов.
3. Точно определите, что нужно определить в задаче (идентифицируйте неизвестные). Письменный список полезен. Определите, следует ли рассматривать кулоновскую силу напрямую — если да, то может быть полезно нарисовать диаграмму свободного тела, используя силовые линии электрического поля.
4. Составьте список того, что дано или может быть выведено из заявленной проблемы (укажите известное). Например, важно отличать кулоновскую силу от электрического поля.