Электрическое напряжение

Введение

Электричество играет огромную роль в жизни современного человека. Оно питает осветительные приборы, двигатели, компьютеры, средства связи и множество других устройств. Но что заставляет электрический ток двигаться по проводам? Почему заряды начинают перемещаться, как только мы включаем лампу в сеть?

Для того чтобы понять это, необходимо познакомиться с важнейшей физической величиной — электрическим напряжением. Оно показывает, насколько сильно электрическое поле действует на заряды, заставляя их двигаться. Без напряжения движение зарядов невозможно, а значит, не может существовать и электрического тока.

В повседневной жизни человек сталкивается с понятием напряжения постоянно — например, на корпусе зарядного устройства указано «5 В», в розетке бытовой сети — «220 В». Эти цифры не просто технические данные, а показатель того, какая энергия передаётся электрическим током. Чтобы измерять и контролировать это важное свойство, используется прибор под названием вольтметр.

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение — это физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению электрического заряда между двумя точками цепи.

Если между двумя точками цепи есть разность электрических потенциалов, то под действием поля заряды начинают перемещаться — возникает электрический ток. Напряжение определяет, насколько сильной будет эта «движущая сила» для зарядов.

Чем больше напряжение между двумя точками, тем больше энергии получает заряд при движении.

Формула вычисления электрического напряжения

Определение электрического напряжения основано на работе электрического поля.

Формула:

​

где:

•  — напряжение (вольт, В);

•  — работа электрического поля по перемещению заряда (джоуль, Дж);

•  — электрический заряд (кулон, Кл).

Эта формула показывает, что напряжение — это работа, совершаемая полем при перемещении единичного заряда из одной точки в другую.

Если напряжение в цепи велико, это значит, что электрическое поле может совершать большую работу над зарядами.

Единица измерения напряжения

Единицей измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ) является вольт (В).
Название единицы дано в честь выдающегося итальянского физика Алессандро Вольта, создавшего первый химический источник тока — гальванический элемент.

1 вольт (1 В) — это такое напряжение, при котором электрическое поле совершает работу 1 джоуль при перемещении заряда в 1 кулон:

На практике часто используют также доли и кратные единицы:

• милливольт (мВ) — 1 мВ = 0,001 В,

• киловольт (кВ) — 1 кВ = 1000 В.

Вольтметр и принцип его действия

Чтобы измерять напряжение, применяют специальный прибор — вольтметр.

Принцип его действия основан на том, что при подаче напряжения между выводами прибора через него протекает небольшой ток, создающий магнитное поле в катушке. Взаимодействие магнитных полей катушки и магнита приводит к отклонению стрелки на шкале. Чем больше напряжение, тем сильнее отклоняется стрелка.

Современные цифровые вольтметры работают по тому же принципу, но результат измерения выводится на электронный дисплей в виде числа.

Вольтметр в электрических схемах

На электрических схемах вольтметр обозначается кружком с буквой «V» внутри.
Он подключается параллельно к тому участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.

Почему именно параллельно? Потому что напряжение между двумя точками цепи одно и то же, если прибор подключен параллельно этим точкам. Если бы вольтметр включили последовательно, через него пошёл бы весь ток цепи, и прибор мог бы выйти из строя.

Чтобы не влиять на работу цепи, вольтметр имеет очень большое внутреннее сопротивление. Это предотвращает прохождение значительного тока через прибор.

Виды вольтметров

Существует несколько видов вольтметров:

1. Магнитоэлектрические вольтметры — применяются для измерения постоянного напряжения. Основаны на взаимодействии тока в катушке с магнитным полем постоянного магнита.

2. Электромагнитные вольтметры — измеряют как постоянное, так и переменное напряжение.

3. Электродинамические вольтметры — точные лабораторные приборы для измерения переменного и постоянного напряжения.

4. Термоэлектрические вольтметры — измеряют переменное напряжение высокой частоты, преобразуя его в тепловой эффект.

5. Цифровые вольтметры — современные электронные приборы с высокой точностью и удобным цифровым отображением результатов.

Правила измерения напряжения

Чтобы правильно измерить напряжение, нужно соблюдать несколько простых правил:

1. Перед измерением обесточь цепь.

2. Подключай вольтметр параллельно участку цепи, где нужно измерить напряжение.

3. Соблюдай полярность подключения: «+» прибора соединяй с положительным полюсом источника, а «–» — с отрицательным.

4. Не превышай предел измерения прибора — при необходимости используй переключатель диапазонов.

5. После измерения отключай прибор, чтобы избежать повреждений.

Значение измерения напряжения

Измерение напряжения необходимо во всех областях электротехники.
С его помощью можно:

• определить исправность источников питания;

• найти неисправности в цепях;

• контролировать работу электрооборудования;

• оценить уровень заряда аккумуляторов;

• обеспечить безопасную эксплуатацию электрических приборов.

Знание принципов работы вольтметра и правил измерения напряжения помогает понимать процессы, происходящие в электрических цепях, и формирует важные практические навыки.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое электрическое напряжение?

2. Какую физическую величину характеризует напряжение?

3. Как выражается формула для вычисления напряжения и что означает каждая величина в ней?

4. В какой единице измеряется напряжение в системе СИ?

5. Почему напряжение измеряется в вольтах?

6. Как обозначается вольтметр на электрических схемах?

7. Как правильно подключать вольтметр в цепь и почему?

8. Почему вольтметр должен иметь большое внутреннее сопротивление?

9. Какие виды вольтметров вы знаете и чем они отличаются?

10. Что произойдет, если вольтметр включить в цепь неправильно?