Меню

Физический смысл величины электрическое напряжение

Электрическое напряжение

Вспомним, что назначение любого источника электроэнергии – долговременное поддержание неодинаковых зарядов его полюсов, чтобы между ними существовало электрическое поле (см. § 8-ж). Только оно может двигать заряженные частицы в проводах и потребителях, приводя к возниковению электротока с нужной нам мощностью.

Обратимся к опыту (см. рисунок). Через обе лампы проходит ток одинаковой силы: 0,4 А. Но большая лампа светит ярче, то есть работает с большей мощностью, чем маленькая. Получается, что мощность может быть различной при одинаковой силе тока.

Кроме силы тока, на мощность тока в проводнике влияет и вторая физическая величина – электрическое напряжение. Известно, что напряжение, создаваемое «батарейкой», меньше напряжения, создаваемого электросетью. Это значит, что поле между полюсами батарейки, двигая электроны по проводам и лампе слева, создаёт ток меньшей мощности, чем поле между контактами в розетке, двигающее электроны по проводам и лампе справа. Поэтому яркость ламп различна.

В физике зависимость электрической мощности одновременно от силы тока и электрического напряжения представляют произведением:

P = I · U P – мощность электрического тока, Вт
I – сила электрического тока, А
U – электрическое напряжение, В

Для измерения электрического напряжения используют прибор вольтметр (см. рисунок). Его всегда присоединяют параллельно тому участку цепи, на котором измеряют напряжение. Единица электрического напряжения – 1 вольт (1 В). Это такое напряжение, которое при силе тока 1 А создаёт ток мощностью 1 Вт. Примечание: физический смысл электрического напряжения мы изучим в следующем параграфе.

Познакомимся теперь с законами распределения напряжений в цепях с различными соединениями проводников. Проведём опыты.

На схемах а-б-в лампа и реостат соединены последовательно. Сначала вольтметр подключён к крайним точкам соединения лампы и реостата (схема а), и напряжение обозначено символом Uобщ. Затем вольтметр присоединён только к лампе (схема б), и напряжение обозначено символом U1. После вольтметр присоединён только к реостату (схема в), и напряжение обозначено символом U2.

Читайте также:  Что означает допускаемое напряжение

Многократные измерения в этом и аналогичных опытах показывают, что в цепи с последовательным соединением проводников напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках:

Uобщ = U1 + U2 + …

На схемах г-д-е две лампы соединены параллельно. Сначала вольтметр подключён к крайним точкам соединения ламп (схема а), и напряжение обозначено Uобщ. Затем вольтметр присоединён к первой лампе (схема б), и напряжение обозначено U1. После вольтметр присоединён ко второй лампе (схема в), и напряжение обозначено U2.

Многократные измерения в этом и аналогичных опытах показывают, что в цепи с параллельным соединением проводников напряжение на каждом из проводников равно напряжению на всём соединении:

Источник



Электрическое напряжение

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц, которое создается электрическим полем. Электрическое поле при этом совершает работу. Электрическое напряжение – физическая величина, характеризующая электрическое поле. Обозначается буквой U.

Физический смысл: Электрическое напряжение показывает, какую работу А совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую (при этом q= 1 Кл).

Единица измерения напряжения называется вольтом В.

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

1 В= 1 Дж/1 Кл

Применяют другие единицы: милливольт, киловольт.

Вольтметр. Измерение напряжения

Для измерения напряжения существуют специальный измерительный прибор — вольтметр. Обозначается в электрической цепи в виде буквы «V» в окружности. Зажимы вольтметра присоединяются к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение (т.е. между этими точками поле перемещает заряд, совершая работу.). Такое включение прибора называют параллельным. Положительный зажим вольтметра необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

Читайте также:  Напряжение для инфракрасного отопления

Зависимость силы тока от напряжения.

Г. Ом проводил опыты, собрав цепь из источника тока, амперметра, ключа и проводника, к концам которого подсоединил вольтметр.

Он увеличивал количество источников тока, тем самым напряжение увеличивалось. При этом возрастала и сила тока. (кривая 1.) . Затем Ом заменил проводник на второй проводник из другого материала, и повторил опыт. Сила тока также увеличивалась при увеличении напряжения, однако характер изменения был другим (кривая 2).

Электрическое сопротивление проводника.

В другом эксперименте Ом исследовал как зависит сила тока при включении в цепь проводников из различных материалов. Результаты показали, что при включении проводников различного материала (медь, алюминий, серебро, золото и т.д.) сила тока принимает разные значения. Этот факт объясняется тем, что у проводников существует электрическое сопротивление. При этом проводники разных материалов обладают отличным друг от друга сопротивлением. Обозначается буквой R/

Физический смысл: За единицу электрического сопротивления принимают 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В течет ток силой 1 А.

В чем причина сопротивления? Свободные электроны, из которых «состоит» ток, при попадании в проводник начинают взаимодействовать с положительными ионами проводника и притягиваться к этим ионам. (напоминаю, электрон имеет отрицательный заряд). Таким образом, электроны замедляются, сквозь поперечное сечение проводника проходит за 1 с меньшее количество электронов. Соответственно, уменьшается переносимый за 1 с заряд, т.е. уменьшается сила тока. Каждый проводник препятствует протекания электрического тока и «сопротивляется» этому.

Закон Ома.

Обобщая два полученных вывода (сила тока увеличивается при увеличении напряжении; сила тока уменьшается при увеличении сопротивления) Ома сформулировал свой знаменитый закон:

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его (участка) сопротивлению.

Читайте также:  Блок питания постоянного напряжения для светодиодов

I – сила тока на участке цепи; U – напряжение на этом участке, R – сопротивление участка.

Если выразим сопротивление из формулы закона Ома, получим:

Источник