Электрическое напряжение: определение, формула, вольтметр

 

Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Мы знаем, что сила тока одинакова во всех местах цепи.

Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов и нагрузки. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом месте электрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Давайте разберемся.

Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, однако не совершает при этом большой работы. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. То есть в данном случае ток совершает механическую работу, и довольно приличную работу. Ток тратит свою энергию. Электроны в том же количестве продолжают бежать дальше, но энергии у них уже поменьше.

Определение электрического напряжения

То есть электрическое поле должно было «протащить» электроны через нагрузку, и энергия, которая при этом израсходовалась, характеризуется величиной, называемой электрическим напряжением. Эта же энергия потратилась на какое-то изменение состояния вещества нагрузки. Энергия, как мы знаем, не пропадает в никуда и не появляется из ниоткуда. Об этом гласит Закон сохранения энергии. То есть, если ток потратил энергию на прохождение через нагрузку, эту энергию приобрела нагрузка и, например, нагрелась.

То есть, приходим к определению: напряжение электрического тока – это величина, показывающая, какую работу совершило поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение в разных участках цепи будет различным. Напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо большим, и зависеть величина напряжения будет от величины работы, произведенной током.

Измеряют напряжение в вольтах (1 В). Для определения напряжения существует формула: 

U=A/q,

где U — напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.

Напряжение на полюсах источника тока

Что касается напряжения на участке цепи – все понятно. А что же тогда означает напряжение на полюсах источника тока? В данном случае это напряжение означает потенциальную величину энергии, которую может источник придать току. Это как давление воды в трубах. Эта величина энергии, которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Вольтметр

Для измерения напряжения существует прибор, называемый вольтметром. В отличие от амперметра, он подключается не произвольно в любом месте цепи, а параллельно нагрузке, до нее и после. В таком случае вольтметр показывает величину напряжения, приложенного к нагрузке.

Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Сила тока: природа, формула, измерение амперметром
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники

Ток, напряжение, сопротивление

Электрический ток ( I ) — это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики — движение электронов. Безусловно.

Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах.

Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.

Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира.

Условиями возникновения и существования электрического тока являются:

• Наличие свободных носителей заряда
• Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.

Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно.

Электрическое поле — это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы «одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются» можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.

Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика — напряженность электрического поля.

Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ.

Здесь:

• E — напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
• Δφ=φ1-φ2 — разность потенциалов (рисунок 1).

Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.

Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них — хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε.

Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.

Напряжение ( U ).

Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε.

Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно.

Сопротивление ( R ) — название говорит само за себя — физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления

называется закон Ома. Этот закон рассматривется на отдельной странице этого раздела.

Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника. Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.

Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять R=ρ*L/S.

Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление.

Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:

Ток — Ампер (А)
Напряжение — Вольт (В)
Сопротивление — Ом (Ом).

Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Напряжение электрического тока, измерение — Справочник химика 21

    Развитие количественных методов анализа исторически тесно связано с созданием новой измерительной техники. Так, возможность разложения света в спектр обусловила появление разнообразных и чрезвычайно ценных оптических методов анализа, дальнейшая разработка которых продолжается и, в настоящее время. В свою очередь, применение этих методов в количественном анализе вызвало необходимость точных электрических способов измерения интенсивности светового потока. Изучение закономерностей электрических процессов и создание точных приборов для измерения силы тока и напряжения стало основой возникновения и развития электрохимических методов анализа. Затем появились термические методы, анализа, основанные на точном измерении температуры с помощью термоэлементов и термисторов, и радиохимические методы анализа, в которых осуществляется чувствительная регистрация радиоактивных излучений.  [c.254]
    Напряжение электрического тока измеряют в вольтах (в). Прибором для измерения электродвижущей силы и электрического напряжения служит вольтметр.  [c.129]

    Электрическая энергия определяется тремя факторами — напряжением, силой тока и временем его протекания. Единицы измерения электрической энергии по размерности совпадают с единицами измерения тепловой и механической энергии. Все 36 [c.36]

    Количество использованного тепла q равно расходу мощности Р (в тех же единицах измерения). Как известно, мощность электрического тока связана с напряжением U и сопротивлением R зависимостью  [c.367]

    Измерение э. д. с. Измерение э. д. с. элементов можно производить прн помощи компенсационной установки. Установка состоит из аккумулятора 1 — источника постоянного электрического тока напряжением 1,8 — 2,0 и нормального элемента Вестона 2, который представляет собой Н-образный стеклянный сосуд. В одном колене сосуда налита ртуть, на поверхность которой помещен слой иасты, состоящей из металлической ртути, сернокислой [c.219]

    Измерение температуры. Температуру измеряют термоэлектрическими приборами, принцип действия которых основан на свойстве спая двух разнородных металлов давать при нагревании электрическое напряжение (термоэлектричество). Две проволоки из разных металлов или различных сплавов спаивают концами вместе, свободные кон-ды соединяют с гальванометром— прибором, измеряющим малые напряжения электрического тока (рис. 32). [c.71]

    Сопротивление растеканию электрического тока для защитного заземления при питании от сетей с напряжением до 1000 В должно быть не более 4 Ом. Исправность защитного заземления станций катодной защиты проверяют контрольными измерениями и внешним осмотром при пуске станции в эксплуатацию. [c.156]

    Если взять два проводника из различных металлов (рис. Х1-3) и сварить их в точке 1, а к другим их концам 2 ж 3 присоединить с помощью проводов 4 милливольтметр 5 (прибор, служащий для измерения напряжения электрического тока), то при нагреве точки спая 1 в цепи возникнет электрический ток, вызываемый термоэлектродвижущей силой (т. э. д. с.). Величина т. э. д. с. зависит от материала проводников и от разности температур между точкой спая и неспаянными концами. Чем выше нагрев спая, тем сильнее отклонится стрелка милливольтметра, показывающая сразу искомую температуру, так как шкала его обычно градуируется в градусах Цельсия. - [c.411]

    Для испытания защитных свойств изоляционных покрытий на металлах в электролитах служит также ячейка, схема которой изображена на рис. 357. Оценку защитных свойств изоляционных покрытий и изменение этих свойств во времени проводят путем регистрации электрического тока, возникающего в паре между изолированным и неизолированным стальными образцами, при наложении на них напряжения Е. На изолированный образец накладывают или катодный, или анодный ток, а также испытывают образцы без воздействия на них тока, накладывая катодную поляризацию только в момент измерения. Появление тока в исследуемой паре дает время электролиту проникнуть к поверхности металла через поры и капилляры покрытия. Изменение тока во времени характеризует скорость разрушения изоляционного покрытия. [c.465]

    Приложенное напряжение ограничивается пробоем или искрением через слой частиц. Пробивная прочность слоев частиц обычно колеблется от нескольких тысяч В/м до 1000—20 000 кВ/м, причем последние являются более характерными. Так как ток через слой частиц обычно увеличивается несколько быстрее, чем прилагаемое напряжение, измеренное удельное сопротивление будет меньще при более высоких напряжениях. Поэтому измерение удельного сопротивления обычно проводят при напряжении, близком к пробойному, или, по крайней мере, при значениях, соответствующих напряженности электрического поля порядка нескольких киловольт на сантиметр. [c.466]

    Если же экспериментатор делает подряд все измерения для одного объекта, потом для другого и третьего, то результаты могут включать в себя ошибку, вызванную изменением внешних условий (температура, давление, освещенность и т. п. ). Часто на численные значения измеряемых величин может накладываться медленное и плавное изменение (дрейф) характеристик прибора и изучаемой системы, вызванное изменением-температуры прибора и установки в целом, непостоянством напряжения электрических источников тока, влажностью воздуха и т. п. Желательно исключить или свести к минимуму эти влияния. [c.71]

    Тепловое значение калориметрической системы определяют, вводя в систему точно известное количество теплоты с помощью электрического тока. Для этого используют нагреватель 3, который питается током от стабилизатора напряжения У-1136 или аккумулятора. Нагреватель включают через два ключа К1 и Кг первый К1 служит для переключения стабилизатора на нагрузочное сопротивление или на цепь нагревателей калориметров, а второй служит для переключения питающего напряжения последовательно на одну или другую работающую установку. В цепь нагревателя 3 включен миллиамперметр для измерения силы тока, параллельно включен вольтметр для измерения напряжения на зажимах нагревателя.  [c.397]

    В состав ДПР входят высокотемпературная камера ВК, являющаяся собственно ячейкой детектора, к которой присоединяется выход колонки, и выносной блок ВБ, содержащий ионизационную камеру ИК и сопротивления, участвующие в формировании электрического сигнала. Блок-схема, поясняющая включение детектора и измерение сигнала, приведена на рис. П.54. Блок питания осуществляет подачу стабильного постоянного отрицательного напряжения на один из электродов ионизационной камеры. Ионизационная камера, работая в режиме тока насыщения, формирует стабильный электрический ток в пределах (1,5 — 2,0)-10 А. При изменении концентрации анализируемого вещества в ячейке детектора ВК изменяется электрическое сопротивление и на входе резисторов й, и R[c.127]

    Сигнал рассогласования между и Гз моделируется так, как показано на рис. Х1-.5. Измеренное рассогласование передается управляющему элементу регулятора механически (посредством пружин и рычагов), электрически (в виде напряжения или тока) или пневматически (давлением сжатого воздуха). Сигнал рассогласования преобразуется управляющим элементом в регулирующее воздействие. [c.252]

    Если на электроды камеры подать напряжение, то в результате движения свободных электронов и ионов, создаваемых при ионизации газа, в камере возникает электрический ток. Этот ток между электродами камеры может быть измерен (рис. 28). Сила тока будет зависеть только от сечения ионизации молекул газа, если напряженность электрического поля исключает возможность как рекомбинации ионов с электронами, так и ионизации [c.137]

    При протекании в цепи с черной пленкой постоянного электрического тока она характеризуется лишь активной составляющей сопротивления (проводимостью). Сопротивление черных пленок при малых напряжениях обычно носит омический характер, т. е. ток в цепи линейно зависит от напряжения. Так как сопротивление обычных черных пленок высоко, то для измерения падения напряжения на них используют электрометру с высоким входным сопротивлением. Это требует тщательной экранировки всей электрической цепи и учета возможного вклада различных шунтирующих сопротивлений (сопротивления утечки), нанример, возникающих вследствие неплотного контакта углеводородной фазы и гидрофобной стенки, на отверстии которой образуется пленка. Типичная схема измерения сопротивления черной пленки по постоянному току приведена на рис. 19. [c.71]

    При измерении по этому методу необходимо заранее знать напряженность электрического поля необходимую для роста пленки при минимальной плотности тока, например 10 мкА/см , позволяющую производить наблюдение, и равновесный потенциал [c.194]

    Главная проблема, которую необходимо решить при конструировании ячеек — определение оптимального местоположения электродов. Как уже отмечалось выше, при электрохимических измерениях регистрируются изменяющиеся во времени электрический ток или разность потенциалов. Если через ячейку протекает большой ток или она имеет большое сопротивление, то измеряемая разность потенциалов будет зависеть от положения электрода сравнения относительно индикаторного электрода, поскольку ее величина включает в себя падение напряжения в объеме раствора /Лу между этими электродами. При этом следует иметь ввиду, что потенциал индикаторного электрода в дополнение к фактическому потенциалу включает в себя разности потенциалов, возникающие в солевом мостике, в том числе потенциалы жидкостного соединения обоих концов солевого мостика. Необходимо учесть также, что ве- [c.77]

    Практические измерения по определению опасности коррозии или эффективности катодной защиты являются преимущественно электрическими по своей природе. В принципе вопрос всегда сводится к измерению трех наиболее известных величин в электротехнике напряжения, силы тока и сопротивления. Определение потенциалов металлов в грунте или в растворах электролитов является измерением (не создающим нагрузки на цепь тока) падения напряжения между объектом и электродом сравнения, находящимися в среде с высоким сопротивлением (см. раздел 2.2). [c.81]

    Эксперимент проводили следующим образом. На никелевый диск и медный электрод, расположенный на дне тигля, подавали напряжение, которое обеспечивало режим предельного тока ( 7 = 0,65 в) и осуществляли измерение величины электрического тока, протекающего через диск. Такие измерения проводили с дисками раз- [c.57]

    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 воде. Калориметр подобного типа калибруется путем пропускания электрического тока через проволочный нагреватель с известным сопротивлением и перевода измеренной электрической энергии в тепловую энергию. Электрическая энергия, как указано выше, определяется произведением напряжения Е на силу тока I и время его протекания с, т. е. E l t. Поскольку, согласно закону Ома, Е = 1R, электрическая энергия, выделяющаяся в нагревателе с сопротивлением R за время f, должна быть равна Pkt. Например, при пропускании тока силой 0,5 А через сопротивление 50 Ом в течение 10 с, выделяется энергия [c.305]

    Наиболее прямой метод определения электрической подвижности состоит в измерении скорости перемещения границы раздела между двумя растворами электролитов в трубе постоянного поперечного сечения, через которую пропускается электрический ток. Например, если 0,1 М раствор хлористого калия налит в трубу над раствором хлористого кадмия, как показано на рис. 11.3, а, и через трубу пропускают электрический ток i, то ионы калия начнут двигаться вверх по направлению к отрицательному электроду, удаляясь от начальной границы раздела. Их будут сопровождать более медленно движущиеся ионы кадмия, так что в столбе электролита не возникнет разрыва. Поскольку концентрация ионов кадмия над первоначальной границей раздела ( d b) будет вообще отличаться от исходной, образуется зона изменения концентрации хлористого кадмия (на рис. 11.3,6 она заштрихована). Чтобы рассчитать электрическую подвижность ионов калия по скорости их движения в растворе КС1, необходимо знать напряженность электрического поля Е в растворе КС1. Напряженность электрического поля Е равна градиенту электрического потенциала ф со знаком минус. Если электрический потенциал изменяется только в направлении X, то [c.348]

    Метод квадратно-волновой полярографии впервые применили Баркер и Дженкинс [289]. Этот метод основан на наложении на электродный потенциал переменного напряжения квадратной формы малой амплитуды. Измерению подлежит переменная составляющая электролизного тока в зависимости от потенциала, который меняется, как и в обычной полярографии, линейно во времени. Для устранения емкостной составляющей переменного тока измерение производится в конце каждого полупериода тока, когда двойной электрический слой на поверхности электрода успевает приобрести новый электрический заряд. Согласно Баркеру и Дженкинсу [289], могут быть определены концентрации восстанавливающихся обратимо веществ порядка 2-10 М. Аналитическое применение метода описано в работах [398—401], а его теория — в работе [484]. [c.244]

    При компьютерной обработке результатов за искомое значение температуры можно принимать ее среднее значение по площади или выбранному участку объекта. Следует иметь в виду, что температура на поверхности фарфоровых покрышек определяется как нагревом обмотки вследствие прохождения электрического тока, так и диэлектрическими потерями в изоляции, которые характеризуются тангенсом угла потерь tg5. Для того, чтобы оценить вклад tg5, следует выполнить тепловизионные измерения без нагрузки, то есть при нахождении объекта только под рабочим напряжением. [c.300]

    Различают абсолютные коэффициенты Пельтье П и Попределение которого должно проводиться в изотермических условиях температура исследуемого спая должна быть одинаковой при прямом и обратном направлениях тока). Постоянство температуры следует обеспечивать при постоянном отношении плотностей электрического тока и теплового потока, что связано с дополнительными экспериментальными трудностями. Гораздо проще осуществляется измерение коэффициента Пельтье (Пг), при определении которого должны выполняться изоэлектрические условия напряжение на спае должно быть одинаковым при обоих направлениях тока). Измерение коэффициента П , предпочтительнее, чем измерение термоэлектрической способности S, так как величина П стремится к постоянному значению по мере приближения температуры к абсолютному нулю, тогда как величина S при тех же условиях стремится к нулю. Кроме того, по чисто практическим причинам измерение коэффициента П при низких температурах оказывается более точным. В дальнейщем, употребляя символ П при обозначении коэффициента Пельтье, будем иметь в виду величину П ,. [c.603]

    Процессу деполяризации на полярографической кривой соответствует увеличение тока при определенном напряжении, величина которого зависит от химической природы деполяризатора. При дальнейшем увеличении напряжения рост тока замедляется, он достигает максимального значения, после чего уже не меняется с ростом напряжения. Этот не зависящий от напряжения ток называется предельным, а участок кривой от начала увеличения тока до предельного значения называется полярографической волной. Высота волны соответствует величине предельного тока, измеренного от начала увеличения тока (способы измерения высоты волн см. в гл. VI, разд. 3). По мере увеличения тока деполяризатор в непосредственной близости от электрода расходуется пока его концентрация у поверхности электрода становится равной нулю при этом ток достигает предельного значения. Величина предельного тока определяется только скоростью подачи деполяризатора из раствора к поверхности электрода. Если деполяризатором являются электрически нейтральные молекулы, то такая подача осуществляется только путем диффузии. Предельные токи, величина которых определяется только диффузией, рассмотрены в гл. VI. [c.57]

    Условность разделения заключается в том, что электрические свойства пластмасс сильно зависят от внешних условий — температуры, влажности, степени ионизации окружающей среды, напряженности электрического поля, силы тока и других. При станд ти-зованных измерениях частота электромагнитного поля — 10 Гц, температура — 20 С, относительная влажность воздуха — 60 %. Образец имеет форму диска диаметром 100 мм. [c.150]

    Измерения удельных объемного и поверхностного сопротивлений проводят методом измерения токов, проходящих через образец (р или по поверхности образца (р при приложении к нему постоянного по напряжению электрического поля. [c.156]

    Измерение температуры термоэлектрическими приборами основано на свойстве сплава двух разнородных металлов давать нри нагревании электрическое напряжение (термоэлектричество). Возьмем две проволочки из разных металлов или из различных сплавов, спаяем одни концы этих проволочек вместе, а другие, свободные, соединим с гальванометром — прибором, измеряющим малые напряжения электрического тока (рис. 69). Есл теперь нагреть место спая, то стрелка гальвано- 69. Схема термоэлектри метра отклонится, что указывает на ческого пирометра, возникновение электрического тока различные металлы термопары  [c. 121]

    Электрические методы измерения механических параметров. Для измерения механических параметров нпгроко используют электрические методы. Их преимущества — малая инерционность измерительных устройств, что особенно важно при изучении быстро протекающих процессов в машинах, высокая чувствительность, возможность дистанционного измерения, простота хранения и обработки информации. Система измерения в этом случае состоит из датчика, преобразующего измеряемый импульс в электрический сигнал, усилителя электрического сигнала (напряжения или силы тока), измерительного устройства, включающего регистрирующие приборы (различные самописцы или осциллографы). По нрннцину работы [c.20]

    Теоретические исследования поведения органических веществ в неводных растворах при наложении неоднородного электрического поля [117, 118] позволяют объяснить поведение частиц твердых углеводородов петролатума в таком поле. При сравнительно малых напряженностях электрического поля вследствие поляризации двойного слоя частицы движутся в область большего градиента потенциала. При увеличении напряженности, когда происходит поляризация материала частиц, возникает пондеромотор-наясила, которая изменяет направление частиц в зависимости от диэлектрической проницаемости дисперсной фазы и дисперсионной среды. Измерения при помощи моста переменного тока Р-570 на частоте 1000 Гц показали, что диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды больше, чем дисперсной фазы (2,00 и 1,93 [c.189]

    Для определения электропроводности по методу ASTMD3114 отбирают не менее 1 л пробы топлива в канистру с эпоксидным покрытием или в стеклянную бутыль. Тару, предназначенную для отбора пробы топлива, тщательно подготавливают — промывают последовательно горячей водой, холодной дистиллированной водой, ацетоном, хлороформом, продувают сухим азотом, ополаскивают несколько раз исследуемым топливом и затем отбирают пробу. Хранить пробы топлива отобранные для измерения электропроводности, не рекомендуется. Основным узлом прибора для определения по методу ASTMD3114 является электродная ячейка. В стакан из нержавеющей стали емкостью 250 мл помещены цилиндрические электроды. Расстояние между стенкам электродов должно быть не менее 1 мм. Электропроводность топлива измеряют при напряженности электрического поля от 0,8 до 1,6 В/мм. Переключением клеммы на ячейку от батареи подается напряжение 1,5 В, и в этот момент на приборе фиксируется величина электрического тока, проходящего через ячейку. Электропроводность топлива рассчитывают по закону Ома  [c.130]

    При наладке катодной защиты. После окончания строительства i монтажа катодной защиты перед включением ее под напряжение тщательно лроверяют все элементы, производят измерение сопротивлений растекания анодного И защитных заземлений, переходного сопротивления защищаемое сооружение—земля, полного сопротивления цепи и полученные данные заносят в паспорт. Подают напряжение переменного тока на выпрямитель, включают нагрузку и, регулируя напряжение и ток источника защиты, устанавливают эффективную полноту катодной защиты по миллиамперметру в электрической цепи диод—миллиамперметр— 1И0Д. С этой целью наблюдают за показанием стрелки в процессе регулирования, [c.123]

    Измерение б производят при напряженности электрического поля ие менее 1 кв1мм при 20, 70 и 90 С на мосте переменного тока (Р-525) или любого другого прибора, обеспечивающего измерения tg б в соответствующих пределах при заданием напряжении и пригодного для работы с трехэлектродной схемой. Применяемые приборы должны иметь пределы измерения, перекрывающие значения измеряемой величины tg б примерно в 2 раза. [c.216]

    Хотя электропроводность растворов электролитов рассматривается только в гл. 16, ее предварительное обсуждение позволяет понять суть экспериментального метода определения данных, с помощью которых вычисляются значения констант и К . Чистая вода является плохим проводником электрического тока, но растворы Na l или какого-либо другого типично ионного вещества очень хорошо проводят ток. Растворы слабых электролитов занимают промежуточное положение между плохими и хорошими проводниками электрического тока, так как частичная ионизация этих веществ способна обеспечить лишь слабую или не слишком больщую электропроводность. Принцип действия приборов, предназначенных для измерения электропроводности, основан на том, что наличие электрического потенциала вызывает протекание тока, сила которого связана с потенциалом и сопротивлением R проводящей среды законом Ома Напряжение (вольты) = [c.266]

    Величину 2= РоС называют удельным акустическим (волновым) сопротивлением среды. Она имеет важнейшее значение для описания распространения, излучения и отражения упругих волн. Выражение (2.7) иногда называют акус -тическим законом Ома. В самом деле, если поставить в соответствие электрическому напряжению акустическое давление, электрическому току — колебательную скорость, электрическому сопротивлению — удельное акустическое сопротивление, то можно сопоставить электрический закон Ома и = Ш п акус-. тический закон Ома р = vZ. В соответствии с этой аналогией единица измерения 2 получила название акустического Ома (1 акОм = 1 кг/(м с)). [c.35]

---

напряжение, сопротивление, ток и мощность

Основные электрические величины: напряжение, сопротивление, ток и мощность

В этой статье рассмотрим основные электрические величины: напряжение, сопротивление, ток и мощность.

В электротехнике не имеет смысла говорить просто «электричество». Здесь всегда необходимо конкретизировать, о чем именно идет речь. Мы можем иметь ввиду электрический заряд конденсатора, напряжение в розетке, ток текущий по проводам, либо например мощность, которую намотал за месяц электросчетчик в нашей квартире.

В любом случае, нет такой величины как электричество, есть величина «количество электричества», правильно называемая электрическим зарядом, который измеряется в кулонах. Это электрический заряд — движется по проводам, накапливается на пластинах конденсатора, периодически присутствует на клеммах (минимум — на фазном проводе) розетки, движется в форме тока при совершении электрической сетью работы. Основные электрические величины так или иначе связаны с зарядом. Об этих величинах мы сегодня и поговорим.

Напряжение

Электрическое напряжение U измеряется между двумя точками цепи. Чтобы в замкнутой цепи начало присутствовать устойчивое переменное или постоянное напряжение, необходим источник тока, который смог бы обеспечить поддержание этого напряжения на концах цепи. Данный источник будет служить источником ЭДС — электродвижущей силы, которая так же как и напряжение измеряется в вольтах.

Если к замкнутой цепи присоединен такой источник, то, во-первых, напряжение будет присутствовать между клеммами источника, то есть на концах цепи, а во-вторых, на концах всех участков данной цепи, если ее условно поделить на части.

В каждый момент времени электрическое напряжение, действующее на том или ином участке цепи, может иметь другую величину, нежели в предыдущий момент, если цепь питается от источника переменной ЭДС, либо ту же величину, если это — источник постоянной ЭДС, а цепь, соответственно, является цепью постоянного тока.

Напряжение на концах цепи постоянного тока подобно разности высот на склоне горы, а заряд в данных условиях — словно поднятая на высоту вода, только применительно к электрическому полю эта разность называется разностью (электрических) потенциалов, поскольку здесь не идет речи о гравитационном поле.

Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток величиной в 1 ампер при мощности в 1 ватт, но об этом далее.

Ток

Когда на концах участка цепи (проводника) присутствует электрическое напряжение, то есть когда имеет место разность электрических потенциалов, — это значит, что в проводнике (по длине рассматриваемого участка) действует электрическое поле. Электрическое поле действует силовым образом на заряженные частицы.

В металлах, например, свободные электроны являются носителями отрицательного заряда, и могут приходить в поступательное движение, если вдруг оказываются во внешнем электрическом поле, источником которого служит в данном случае источник ЭДС. Когда электроны приходят в движение под действием электрического поля, они становятся движущимся зарядом, то есть электрическим током I.

Количество заряда измеряется в кулонах, а ток характеризует скорость перемещения заряда через поперечное сечение проводника (за единицу времени). Когда через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит электрический заряд в один кулон, ток в проводнике равен 1 амперу. В аналогии с водой — чем больше воды проходит через сечение трубы за секунду — тем больше ток.

Сопротивление

Под действием электрического напряжения, заряд движется через поперечное сечение проводника, образуя ток, но движется он не беспрепятственно. Поскольку мы начали рассматривать металлический проводник, то с ним и продолжим.

Электроны в проводнике, двигаясь под действием электрического поля, натыкаются на препятствия внутри проводника — на атомы кристаллической решетки, а также друг на друга, из-за хаотической составляющей (тепловой) движения электронов и колебаний атомов.

Эти препятствия оказывают своего рода сопротивление, замедляют электроны, уменьшают ток по сравнению с тем, до какой величины он мог бы развиться если бы этих препятствий не было. Но такого рода сопротивление R в реальных проводниках (цепях) всегда есть.

Данная величина называется в электротехнике электрическим сопротивлением. Электрическое сопротивление измеряется в омах. Один Ом равен электрическому сопротивлению участка электрической цепи, между концами которого протекает постоянный электрический ток величиной в 1 ампер при напряжении на концах 1 вольт.

Чем больше сопротивление, характеризующее данный проводник, тем меньшим будет ток при одном и том же напряжении на концах этого проводника. Данная зависимость называется законом Ома для участка электрической цепи: величина тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Мощность

Говоря об электрической цепи, напряжении, сопротивлении и токе, нельзя не завершить тему основных электрических величин рассказом об электрической мощности P. Когда под действием напряжения в цепи устанавливается и продолжает течь ток, источник ЭДС совершает работу A над цепью.

По сути, работа совершается электрическим полем над электрическим зарядом, который в этом поле перемещается. Количество совершенной работы зависит от разности потенциалов, которую преодолел заряд и от величины этого заряда. Чем быстрее выполнялась работа — тем выше мощность процесса.

В случае с током мы говорим обычно о мощности источника, выполнившего работу, а также о мощности потребителя (цепи). Электрическая мощность, потраченная на совершение полезной работы, измеряется в ваттах. Для любого вида энергии, не только для электрической, 1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль.

Ранее ЭлектроВести писали, что количество энергетического угля, сжигаемого в Индии для производства электроэнергии, резко сократилось в сентябре и октябре.

По материалам: electrik.info.

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока

Эпоха научно-технического прогресса требует измерять всё. Электрические сети не являются исключением. Для проведения этих измерений важно знать, в каких единицах измеряется напряжение. В самой распространённой системе СИ единица измерения напряжения обозначается 1 Вольт или сокращённо – 1В. Может также обозначаться 1V. Это обозначение выбрано в честь физика из Италии Алессандро Вольта.

Вольт

Что такое электрическое напряжение

Оно не может существовать само по себе, как вес. Есть два случая, требующих его измерения:

• Между разными узлами электрической цепи или концами проводника. 1 Вольт – это такой потенциал, при котором ток величиной 1 Ампер выделяет 1 Ватт мощности;
• Измерение напряженности электростатического поля проводится между двумя точками поля. Единица напряжения 1 Вольт – это такой потенциал, при котором заряд 1 Кулон совершает работу 1 Джоуль.

Эффект Джозефсона

С 1990 года есть ещё одно определение электрического напряжения. Его значение связано с эталоном частоты и цезиевыми часами. При этом используется нестационарный эффект Джозефсона6 при облучении специальной матрицы излучением на частоте 10-80 ГГц на ней появляется потенциал, величина которого не зависит от условий эксперимента.

Действующее значение напряжения

Определение величины электрического потенциала между участками сети производится по количеству тепла или работе, совершённой за определённое время. Но это справедливо только для постоянного тока. Переменное напряжение имеет синусоидальную форму. В максимуме амплитуды оно максимально, а при переходе от положительной полуволны к отрицательной равно нулю.

Поэтому для расчётов используется среднее значение, которое называется «действующее значение», при расчетах приравнивающееся к постоянному той же величины.

От максимального оно отличается в 1,4 раза или √2. Для сети 220В максимальное значение составляет 311В. Это имеет значение при выборе конденсаторов, диодов и других элементов электронных схем.

Определение величины напряжения

Чем измеряется напряжение? Это производится специальным прибором – вольтметром. Он может иметь различную конструкцию, быть цифровым или стрелочным, но его сопротивление должно быть максимально возможным, а ток – минимальным. Это необходимо для того, чтобы свести к минимуму влияние прибора на сеть и потери в проводах, идущих от источника питания к вольтметру.

Вольтметр

Сеть постоянного тока

Эти измерения производятся магнитоэлектрическими приборами. В последнее время широко используются устройства с цифровым табло.

Самый простой способ – прямое подключение прибора к месту измерения. Это возможно при соблюдении ряда условий:

• Предел измерения больше ожидаемого максимума. Если оно до начала измерений неизвестно, то следует выбрать наибольший предел и последовательно его уменьшать;
• Соблюдение полярности подключения. При неправильном подключении стрелка отклонится в обратную сторону, а цифровое табло покажет отрицательную величину.

Если предел измерений недостаточен, то его можно расширить при помощи добавочного сопротивления. Оно может быть внешним или внутренним. Можно использовать несколько сопротивлений и переключать их для изменения предела прибора. Так устроен мультиметр.

Сеть переменного тока

Напряжение измеряется в сети переменного электрического тока приборами всех типов, кроме магнитоэлектрических. Эти устройства можно использовать, только подключив их к выходу выпрямителя.

Для увеличения предела измерения есть несколько способов. Для этого к прибору подключается дополнительно одно из устройств:

• добавочные сопротивления;
• при неизменной частоте сети вместо сопротивления используются конденсаторы;
• самый распространённый вариант – применение трансформатора напряжения.

Требования к измерительным устройствам и дополнительным приспособлениям такие же, как к устройствам постоянного тока.

Схема подключения

Измерение разности потенциалов – это важный элемент наладки электрических и электронных схем, и от него зависит надёжность работы оборудования. Для того чтобы правильно их произвести, важно знать, в чем измеряется напряжение в цепях электрического тока.

Видео

Оцените статью:

9.2 Электрическое напряжение — fizikalexcras

Интерактивное изложение материала по теме

Электрическое напряжение. Измерение напряжения  Подборка заданий «Электрическое напряжение, сила электрического тока»

Слайд-шоу «Солнечные батареи»
Слайд-шоу «Электрическое напряжение в природе»
Рисунок «Вольтметр» 
Подборка заданий «Электрическое напряжение, сила электрического тока»
Слайд-шоу «Опасное напряжение»
Слайд-шоу «Подключение приборов к электрической сети»

Напряжение электрического тока

 Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Сила тока одинакова на всех участках цепи. Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом месте электрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, не совершая при этом большой работы. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. То есть в данном случае ток совершает большую работу.

Определение электрического напряжения

Определение: напряжение электрического тока – это величина, показывающая, какую работу совершило поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение в разных участках цепи будет различным. Напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо большим, и зависеть величина напряжения будет от величины работы, произведенной током.

Напряжение  – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению единицы заряда на данном участке цепи.  Постоянный ток: Напряжение.

Измеряют напряжение в вольтах (1 В). Для определения напряжения существует формула:
где U — напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q  на некий участок цепи.  Электрическое напряжение

Напряжение на полюсах источника тока

Напряжение на полюсах источника тока означает потенциальную величину энергии, которую может источник придать току. Это как давление воды в трубах. Эта величина энергии,

которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Вольтметр

Для измерения напряжения существует прибор, называемый вольтметром. В отличие от амперметра, он подключается  параллельно нагрузке. В таком случае вольтметр показывает величину напряжения, приложенного к нагрузке. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора.

как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

Добавлено 30 сентября 2020 в 00:30

Сохранить или поделиться

Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

Напряжение, ток и сопротивление

Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

Единицы измерения: вольт, ампер и ом

Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

Единицы измерения тока, напряжения, сопротивления

Величина	Символ	Единица измерения	Сокращение единицы измерения
Ток	I	Ампер	А
Напряжение	V	Вольт	В
Сопротивление	R	Ом	Ом

«Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

Кулон и электрический заряд

Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

Формула закона Ома

Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

\[E=IR\]

В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

\[I = \frac{E}{R}\]

\[R = \frac{E}{I}\]

Анализ простых схем с помощью закона Ома

Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

Рисунок 1 – Пример простой схемы

В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

Какая величина тока (I) в этой цепи?

\[I = \frac{E}{R} = \frac{12 \ В}{3 \ Ом} = 4 \ А\]

Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

\[R = \frac{E}{I} = \frac{36 \ В}{4 \ А} = 9 \ Ом\]

В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

Какое напряжение обеспечивает батарея?

\[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]

Метода треугольника закона Ома

Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

Резюме

• Напряжение измеряется в вольтах, обозначается буквами «E» или «V».
• Сила тока измеряется в амперах, обозначается буквой «I».
• Сопротивление измеряется в омах, обозначается буквой «R».
• Закон Ома: E = IR; I = E/R; R = E/I

Оригинал статьи:

Теги

Закон ОмаЗарядКулонОбучениеСила токаСопротивлениеСхемотехникаЭлектрический токЭлектрическое напряжение

Сохранить или поделиться

Измерение тока и напряжения — Электрические цепи — WJEC — GCSE Physics (Single Science) Revision — WJEC

Вам необходимо знать, как измерять ток, протекающий через компонент в цепи, и напряжение на нем.

Амперметр включен последовательно с лампой

Измерительный ток

Ток измеряется в 0.0.0.1:0.1.0.$0.$1.$3.$1″> ампер . Амперы часто сокращенно обозначают А или А . Ток, протекающий через компонент в цепи, измеряется с помощью амперметра.Амперметр можно разместить в любом месте цепи. Помните, что ток одинаков во всех частях последовательной цепи.

Амперметр должен быть подключен последовательно с компонентом — помните, в последовательной цепи электрические устройства помещаются одно за другим в непрерывную линию в цепи между положительным и отрицательным полюсами батареи.

Напряжение

Напряжение (или разность потенциалов) на электрическом компоненте, таком как лампа, необходимо для протекания через него тока.Элементы или батареи часто обеспечивают необходимое напряжение.

Измерительное напряжение

Напряжение измеряется в В , часто сокращенно В .

Вольтметр включен параллельно лампе.

Напряжение на компоненте в цепи измеряется с помощью вольтметра.

Вольтметр должен быть подключен параллельно компоненту.

Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

Добавлено в избранное Любимый 114

Текущий

Мы можем представить себе количество воды, протекающей по шлангу из бака, как ток. 18 электронов (1 кулон) в секунду проходят через точку в цепи. Амперы представлены в уравнениях буквой «I».

Предположим теперь, что у нас есть два резервуара, каждый со шлангом, идущим снизу. В каждом резервуаре одинаковое количество воды, но шланг одного резервуара уже, чем шланг другого.

Мы измеряем одинаковое давление на конце любого шланга, но когда вода начинает течь, расход воды в баке с более узким шлангом будет меньше, чем расход воды в баке с более широкий шланг.С точки зрения электричества, ток через более узкий шланг меньше, чем через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (заряда) в баке с помощью более узкого шланга.

Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через бак. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.

Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током. Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга — это сопротивление. Это означает, что нам нужно добавить еще один термин в нашу модель:

• Вода = заряд (измеряется в кулонах)
• Давление = напряжение (измеряется в вольтах)
• Расход = ток (измеряется в амперах, или сокращенно «амперах»)
• Ширина шланга = сопротивление

---

Вольтметры и амперметры | Безграничная физика

Вольтметры и амперметры

Вольтметры и амперметры используются для измерения напряжения и тока соответственно.

Цели обучения

Сравнить схемы подключения амперметра и вольтметра

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Вольтметр — это прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.
• Амперметр — это измерительное устройство, используемое для измерения электрического тока в цепи.
• Вольтметр подключается параллельно к устройству для измерения его напряжения, а амперметр подключается последовательно к устройству для измерения его тока.
• В основе большинства аналоговых измерителей лежит гальванометр, прибор, который измеряет ток, используя движение или отклонение иглы. Отклонение иглы вызывается магнитной силой, действующей на провод с током.

Ключевые термины

• шунтирующее сопротивление : небольшое сопротивление R, помещенное параллельно гальванометру G для получения амперметра; чем больше измеряемый ток, тем меньше должно быть R; большая часть тока, протекающего через счетчик, шунтируется через R для защиты гальванометра
• гальванометр : Аналоговое измерительное устройство, обозначенное буквой G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на провод с током.

Вольтметры и амперметры измеряют напряжение и ток цепи соответственно. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами.

Вольтметры и амперметры : Краткое введение в вольтметры и амперметры для начинающих студентов-физиков.

Вольтметры

Вольтметр — это прибор, который измеряет разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.Аналоговый вольтметр перемещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи; цифровой вольтметр обеспечивает числовой дисплей. Любое измерение, которое можно преобразовать в напряжение, можно отобразить на правильно откалиброванном измерителе; такие измерения включают давление, температуру и расход.

Вольтметр : Демонстрационный вольтметр из класса физики

Чтобы вольтметр мог измерять напряжение устройства, он должен быть подключен параллельно этому устройству. Это необходимо, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.

Вольтметр, подключенный параллельно : (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) подключается параллельно источнику напряжения или одному из резисторов. Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления r. (b) Используемый цифровой вольтметр

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток в цепи.Название происходит от названия единицы СИ для электрического тока, ампер (A).

Чтобы амперметр мог измерять ток устройства, он должен быть последовательно подключен к этому устройству. Это необходимо, поскольку последовательно соединенные объекты испытывают одинаковый ток. Их нельзя подключать к источнику напряжения — амперметры рассчитаны на работу с минимальной нагрузкой (которая относится к падению напряжения на амперметре, обычно составляющему небольшую долю вольта).

Амперметр серии : Амперметр (A) подключается последовательно для измерения тока.Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении. (Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Гальванометры (аналоговые измерители)

У аналоговых счетчиков есть стрелки, которые поворачиваются, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания.Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, обозначаемое как G . Ток через гальванометр I _G вызывает пропорциональное движение или отклонение стрелки.

Двумя важнейшими характеристиками любого гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это сила тока, которая дает полное отклонение стрелки гальванометра, другими словами, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА, находится на полпути шкалы, когда через него протекает 25 мкА, и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение В = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1,25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр для измерения широкого диапазона напряжений или токов.

Гальванометры как вольтметры

Гальванометр может работать как вольтметр, если он подключен последовательно с большим сопротивлением R . Значение R определяется максимальным напряжением, которое будет измеряться. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с сопротивлением 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Тогда напряжение 10 В, приложенное к измерителю, должно давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть:

[латекс] \ text {R} _ {\ text {tot}} = \ text {R} + \ text {r} = \ frac {\ text {V}} {\ text {I}} = \ frac { 10 \ text {V}} {50 \ mu \ text {A}} = 200 \ text {k} \ Omega, [/ latex]

или:

[латекс] \ text {R} = \ text {R} _ {\ text {tot}} — \ text {r} = 200 \ text {k} \ Omega — 25 \ Omega \ приблизительно 200 \ text {k} \Омега.[/ латекс]

(R настолько велико, что сопротивление гальванометра, r, почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение в половину шкалы, пропуская через измеритель ток 25 мкА, поэтому показания вольтметра пропорциональны к напряжению по желанию. Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет слишком маленьким для точного считывания. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром.Многие измерители позволяют выбирать шкалы, которые включают последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Гальванометры как амперметры

Тот же гальванометр может также работать как амперметр, если он установлен параллельно с небольшим сопротивлением R , часто называемым шунтирующим сопротивлением. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного большие, чем те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что нам нужен амперметр, который дает полную шкалу отклонения для 1,0 А и который содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти ИК-капли: IR = I _G r

так, чтобы: [latex] \ text {IR} = \ frac {\ text {I} _ \ text {G}} {\ text {I}} = \ frac {\ text {R}} {\ text {r }}. [/ latex]

Решаем относительно R и отмечаем, что IG равен 50 мкА, а I равен 0.{-3} \ Omega. [/ Latex]

Нулевые измерения

Нулевые измерения уравновешивают напряжения, поэтому через измерительные устройства не протекает ток, который мог бы помешать измерению.

Цели обучения

Объясните, почему используются нулевые измерения

Ключевые выводы

Ключевые моменты

• Измерения напряжения и тока стандартными вольтметрами и амперметрами изменяют измеряемую цепь, внося погрешности.Вольтметры потребляют дополнительный ток, тогда как амперметры уменьшают ток.
• Нулевые измерения используются для уменьшения погрешности измеренных значений напряжения и тока.
• Потенциометр и мост Уитстона — два метода измерения нуля.
• Потенциометр — это прибор, который измеряет неизвестное напряжение путем противодействия известному напряжению, не потребляя ток от измеряемого источника напряжения.
• Мост Уитстона — это электрическая цепь, используемая для измерения неизвестного электрического сопротивления путем уравновешивания двух ветвей мостовой схемы, одна из которых включает неизвестный компонент.

Ключевые термины

• нулевые измерения : методы более точного измерения тока и напряжения путем балансировки цепи таким образом, чтобы ток не протекал через измерительное устройство
• потенциометр : прибор, который измеряет напряжение путем противодействия ему точной долей известного напряжения и без получения тока из неизвестного источника.
• Мост Уитстона : прибор, используемый для измерения неизвестного электрического сопротивления путем уравновешивания двух ножек мостовой схемы, одна ножка которой включает неизвестный компонент.

Нулевые измерения

Стандартные измерения цепей изменения напряжения и тока, вносящие числовые погрешности. Вольтметры потребляют дополнительный ток, тогда как амперметры уменьшают ток. Нулевые измерения уравновешивают напряжения, поэтому ток через измерительный прибор не протекает, а цепь остается неизменной. Нулевые измерения обычно более точны, но более сложны, чем стандартные вольтметры и амперметры. Их точность все еще ограничена.

Потенциометр

При измерении ЭДС аккумулятора и подключении аккумулятора напрямую к стандартному вольтметру, как показано на, фактическая измеренная величина — это напряжение на клеммах В. Напряжение связано с ЭДС батареи соотношением В = ЭДС — Ir , где I — протекающий ток, а r — внутреннее сопротивление батареи.

Вольтметр, подключенный к батарее : Аналоговый вольтметр, подключенный к батарее, потребляет небольшой, но ненулевой ток и измеряет напряжение на клеммах, которое отличается от ЭДС батареи. (Обратите внимание, что заглавная буква E символизирует электродвижущую силу или ЭДС.) Поскольку внутреннее сопротивление батареи точно не известно, невозможно точно рассчитать ЭДС.

ЭДС можно было бы точно рассчитать, если бы были известны r , что бывает редко. Если бы ток I можно было сделать нулевым, тогда В = ЭДС , и ЭДС можно было бы непосредственно измерить. Однако стандартным вольтметрам для работы необходим ток.

Потенциометр — это прибор для измерения нуля для измерения потенциалов (напряжений).Источник напряжения подключен к резистору R, пропускает через него постоянный ток. Вдоль провода наблюдается постоянное падение потенциала (падение ИК-излучения), поэтому переменный потенциал получается через контакт вдоль провода.

Неизвестная ЭДС _x (обозначенная надписью E _x ), подключенная последовательно с гальванометром, показана на. Обратите внимание, что ЭДС _x противостоит другому источнику напряжения. Расположение точки контакта регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль.Когда гальванометр показывает ноль, ЭДС _x = IR _x , где R _x — это сопротивление участка провода до точки контакта. Поскольку через гальванометр не протекает ток, он не проходит через неизвестную ЭДС, и определяется ЭДС _x .

Потенциометр : Потенциометр является устройством измерения нуля. (a.) Источник напряжения, подключенный к резистору с длинным проводом, пропускает через него постоянный ток I.(b.) Неизвестная ЭДС (обозначенная надписью Ex) подключается, как показано, и точка контакта по R регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль. Отрезок провода имеет сопротивление Rx и сценарий Ex = IRx, где I не зависит от соединения, поскольку через гальванометр не течет ток. Таким образом, неизвестная ЭДС пропорциональна сопротивлению сегмента провода.

Стандартная ЭДС заменяется на ЭДС _x , и точка контакта регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль, так что ЭДС _s = IR _s .В обоих случаях через гальванометр не проходит ток. Ток I через длинный провод идентичен. Принимая соотношение ЭДС _x / ЭДС _s , I отменяет, а решение для ЭДС _x дает то, что видно на.

Поскольку для R используется длинный однородный провод, соотношение сопротивлений R _x / R _с такое же, как отношение длин провода, который обнуляет гальванометр для каждой ЭДС.Три величины в правой части уравнения теперь известны или измерены, и можно вычислить ЭДС _x . В этом расчете часто меньше неопределенности, чем при прямом использовании вольтметра, но он не равен нулю. Всегда есть некоторая неопределенность в соотношении сопротивлений R _x / R _s и в стандартных ЭДС. Кроме того, невозможно определить, когда гальванометр показывает ровно ноль, что вносит ошибку как в R _x , так и в R _s , а также может повлиять на ток I .

Измерения сопротивления

Многие так называемые омметры измеряют сопротивление. Наиболее распространенные омметры подают напряжение на сопротивление, измеряют ток и вычисляют сопротивление по закону Ома. Их показания — это рассчитанное сопротивление. Простые конфигурации с использованием стандартных вольтметров и амперметров имеют ограниченную точность, поскольку измерители изменяют как напряжение, подаваемое на резистор, так и ток, протекающий через него. Мост Уитстона — это устройство для измерения нуля для расчета сопротивления путем уравновешивания падения потенциала в цепи. Устройство называется мостом, потому что гальванометр образует мост между двумя ветвями. Для измерения нуля в цепях используются различные мостовые устройства. Резисторы R ₁ и R ₂ точно известны, а стрелка через R ₃ указывает, что это переменное сопротивление. Можно точно прочитать значение R ₃ . При неизвестном сопротивлении Rx в цепи R ₃ регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль.

Мост Уитстона : Мост Уитстона используется для расчета неизвестных сопротивлений. Переменное сопротивление R3 регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль при замкнутом переключателе. Это упрощает схему, позволяя рассчитывать Rx на основе падения ИК-излучения.

Разность потенциалов между точками b и d тогда равна нулю, что означает, что b и d имеют одинаковый потенциал. При отсутствии тока, протекающего через гальванометр, он не влияет на остальную цепь. Таким образом, ветви abc и adc параллельны, и каждая ветвь имеет полное напряжение источника. Поскольку b и d имеют одинаковый потенциал, падение ИК-излучения вдоль и должно равняться падению ИК-излучения вдоль ab . Опять же, поскольку b и d имеют одинаковый потенциал, падение ИК-излучения вдоль dc должно равняться падению ИК-излучения вдоль bc . Это уравнение используется для вычисления неизвестного сопротивления, когда ток через гальванометр равен нулю.Этот метод может быть очень точным, но он ограничен двумя факторами. Во-первых, ток через гальванометр не может быть точно равен нулю. Во-вторых, всегда есть неопределенности в R ₁ , R ₂ и R ₃ , которые вносят вклад в неопределенность в R _x .

Электричество и аналогия с водопадом

Для содержательного обсуждения электрохимии необходимо определить фундаментальные свойства электричества.

Введение

Напряжение между двумя точками — это краткое название электрической силы, которая будет управлять электрическим током между этими точками.В случае статических электрических полей напряжение между двумя точками равно разности электрических потенциалов между этими точками. В более общем случае с электрическими и магнитными полями, которые меняются со временем, термины больше не являются синонимами. Электрический потенциал — это энергия, необходимая для перемещения единичного электрического заряда в определенное место в статическом электрическом поле. Первый — это напряжение , обычно обозначаемое сокращенно «V» и измеряемое в вольт (также сокращенно «V».) Напряжение, также иногда называемое разностью потенциалов или электродвижущей силой (ЭДС) , относится к количеству потенциальной энергии, которую электроны имеют в объекте или цепи. В некотором смысле вы можете думать об этом как о количестве «толчка», которое электроны совершают, пытаясь достичь положительного заряда. Чем больше энергии у электронов, тем сильнее напряжение.

Ток означает скорость протекания электрического заряда. Этот текущий электрический заряд обычно переносится движущимися электронами в проводнике, таком как провод; в электролите он переносится ионами.Единицей измерения скорости потока электрического заряда в системе СИ является ампер. Электрический ток измеряется амперметром. Ток обычно обозначается аббревиатурой «I» («C» зарезервирован для принципа заряда , наиболее фундаментального строительного блока электричества.) Ток измеряется в ампер или ампер , сокращение «A». Ток относится к тому, сколько электричества течет — сколько электронов движется по цепи за единицу времени.

Сопротивление объекта является мерой его сопротивления прохождению постоянного электрического тока.Объект с однородным поперечным сечением будет иметь сопротивление, пропорциональное его длине и обратно пропорциональное его площади поперечного сечения, и пропорциональное удельному сопротивлению материала. Обнаруженное Георгом Омом в 1827 году электрическое сопротивление имеет некоторые концептуальные параллели с механическим понятием трения. Единица измерения электрического сопротивления в системе СИ — ом (Ом). Сопротивление относится к тому, насколько материал, проводящий электричество, противодействует потоку электронов. Чем выше сопротивление, тем труднее электронам пройти.

Аналогия с водопадом

Если мы проведем аналогию с водопадом, напряжение будет представлять высоту водопада: чем оно выше, тем больше потенциальной энергии имеет вода в силу своего расстояния от дна водопада, и тем больше энергии она будет отдавать. владеть, когда он падает на дно. Затем ток показывает, сколько воды проходит через край водопада каждую секунду. Под сопротивлением понимаются любые препятствия, которые замедляют поток воды через край водопада (например,грамм. камни в реке перед краем).

Водопад	Водопад Анхель в Венесуэле	Водопад Бридалвейл в долине Йосемити (Калифорния)	Ниагарский водопад (Нью-Йорк и Канада)
Высота (напряжение)	Впечатляюще большой 979 м (3212 футов) в Венесуэле	Средний 188 м (617 футов)	Малый 52 м (167 футов)
Расход (ток)	Средний?	Средняя 1800 м 3 в минуту при высоком расходе	Впечатляюще Большой 168000 м 3 воды падает за линию гребня каждую минуту при большом потоке
Сопротивление	Незначительная	Незначительная	Незначительная

Закон Ома

Эти напряжение, ток и сопротивление связаны посредством принципа, известного как закон Ома:

\ [V = I * R \]

, в котором указано, что напряжение в цепи равно току в цепи, умноженному на ее сопротивление. Другой способ формулировки закона Ома, который часто легче понять, это:

\ [I = V / R \]

, что означает, что ток в цепи равен напряжению, деленному на сопротивление. Это имеет смысл, если вы подумаете о нашем примере с водопадом: чем выше водопад, тем больше воды захочет пройти через него, но это возможно только в той степени, в которой это возможно, в результате любых противостоящих сил. Если вы попытаетесь протянуть Ниагарский водопад через садовый шланг, вы получите столько воды каждую секунду, независимо от того, насколько высока высота водопада и сколько воды ждало, чтобы пройти! А если вы замените этот шланг на шланг большего диаметра, вы получите больше воды за то же время.

Напряжение

по сравнению с током: в чем сходства и различия?

Если вы новичок в физике электричества, такие термины, как напряжение , и ампер, могут показаться почти взаимозаменяемыми в зависимости от способа их использования. Но на самом деле это очень разные величины, хотя они тесно связаны тем, как они работают вместе в электрической цепи, как это описано в законе Ома.

На самом деле, «амперы» — это мера электрического тока (который измеряется в ампер ), а напряжение — это термин, означающий электрический потенциал (измеряется в вольт ), но если вы не усвоили детали, понятно, что вы можете спутать их друг с другом.

Чтобы понять разницу — и никогда больше не путать их — вам просто понадобится базовый учебник о том, что они означают и как они относятся к электрической цепи.

Что такое напряжение?

Напряжение — это еще один термин, обозначающий разность электрических потенциалов между двумя точками, и его можно просто определить как электрическую потенциальную энергию на единицу заряда.

Точно так же, как гравитационный потенциал — это потенциальная энергия, которую объект имеет в силу своего положения в гравитационном поле, электрический потенциал — это потенциальная энергия, которую заряженный объект имеет в силу своего положения в электрическом поле.Напряжение конкретно описывает это на единицу электрического заряда, поэтому его можно записать:

В = \ frac {E_ {el}} {q}

Где В — напряжение, E _el — это электрическая потенциальная энергия, а q — электрический заряд. Поскольку единицей измерения электрической потенциальной энергии является джоуль (Дж), а единицей измерения электрического заряда является кулон (Кл), единицей измерения напряжения является вольт (В), где 1 В = 1 Дж / Кл, или словами, один вольт равен одному джоулю на кулон.

Это говорит о том, что если вы позволите заряду в 1 кулон пройти через разность потенциалов (т.е. напряжение) в 1 В, он получит 1 Дж энергии, или, наоборот, для перемещения потребуется один джоуль энергии. кулон заряда через разность потенциалов 1 В. Напряжение также иногда называют электродвижущей силой (ЭДС).

Разность напряжений (или разность потенциалов) между двумя точками, например, с любой стороны элемента в электрической цепи, можно измерить, подключив вольтметр параллельно с интересующим вас элементом.Как следует из названия, вольтметр измеряет напряжение между двумя точками в цепи, но когда вы используете одну, он должен быть подключен параллельно , чтобы избежать помех при измерении напряжения или повреждения устройства.

Что сейчас?

Электрический ток, который иногда называют силой тока (поскольку он измеряется в амперах), представляет собой скорость прохождения электрического заряда через точку в цепи. Электрический заряд переносится электронами, отрицательно заряженными частицами, которые окружают ядро ​​атома, поэтому величина тока действительно говорит вам о скорости потока электронов.Простое математическое определение электрического тока:

I = \ frac {q} {t}

Где I — ток (в амперах), q — электрический заряд (в кулонах). и t — прошедшее время (в секундах). Как показывает это уравнение, определение ампера (А): 1 А = 1 Кл / с, или поток электрического заряда 1 кулон в секунду. Что касается электронов, это примерно 6,2 × 10 ¹⁸ электронов (около шести миллиардов миллиардов), проходящих мимо контрольной точки в секунду при токе всего 1 А.

Ток в электрической цепи можно измерить, подключив амперметр последовательно — то есть на пути основного тока — с участком цепи, через который вы хотите измерить величину тока.

Поток воды: аналогия

Если вы все еще пытаетесь понять, какую роль играют разность напряжений и электрический ток в электрической цепи, широко применяемая аналогия между электричеством и водой должна помочь прояснить ситуацию. Для представления напряжения в электрической цепи можно использовать два разных сценария: либо водопроводная труба, спускающаяся с холма, либо резервуар для воды, заполненный выпускным патрубком внизу.

Что касается водопровода, у которого один конец находится на вершине холма, а другой конец — внизу, ваша интуиция должна подсказывать вам, что вода будет течь по ней быстрее, если холм будет выше, и медленнее, если холм будет ниже. В примере с резервуаром для воды, если было два резервуара для воды, заполненных до разных уровней, можно было бы ожидать, что более заполненный резервуар будет выпускать воду из выпускного отверстия с большей скоростью, чем резервуар, заполненный до более низкого уровня.

Будь то потенциал с высоты холма (из-за гравитационного потенциала) или потенциал, создаваемый давлением воды в резервуаре, оба этих примера передают ключевой факт о разнице напряжений. Чем больше потенциал, тем быстрее будет течь вода (то есть ток).

Сам поток воды аналогичен электрическому току. Если вы измерили поток воды, протекающей через одну точку трубы за секунду, это похоже на протекание тока в цепи, за исключением того, что вода заменяет электрический заряд в форме электронов. Таким образом, если все остальное равно, высокое напряжение приводит к сильному току, и наоборот. Заключительная часть рисунка — сопротивление, которое аналогично трению между стенками трубы и водой, или физическому препятствию, помещенному в трубу, частично блокирующему поток воды.

Сходства и различия

\ def \ arraystretch {1.5} \ begin {array} {c: c} \ text {Сходства} & \ text {Различия} \\ \ hline \ hline \ text {Оба относятся к электрическим цепям} & \ text {В разных единицах измерения, напряжение измеряется в вольтах, где 1 В = 1 Дж / Кл} \\ & \ text {, а ток измеряется в амперах, где 1 А = 1 Кл / с} \\ \ hline \ text {Оба влияют на то, сколько мощности рассеивается через элемент схемы} & \ text {Ток равномерно распределяется во всех компонентах, когда они соединены последовательно} \\ & \ text {, а падение напряжения на компонентах может отличаться} \\ \ hline \ text {Может оба должны иметь чередующуюся полярность (например,грамм. чередующийся} & \ text {Падение напряжения одинаково на всех компонентах} \\ \ text {ток или переменное напряжение) или прямая полярность} & \ text {подключены параллельно, а ток отличается} \\ \ hline \ text {Они напрямую пропорциональны друг другу в соответствии с законом Ома} & \ text {Напряжение создает электрическое поле, а ток создает магнитное поле} \\ \ hline & \ text {Напряжение вызывает ток, а ток — эффект напряжения} \\ \ hline & \ text {Ток течет только тогда, когда цепь замкнута, но разница напряжений остается} \ end {array}

Как видно из таблицы, электрический ток и напряжение имеют больше различий, чем сходства, но есть и некоторые сходства.Самая большая разница между ними заключается в том, что они полностью описывают разные величины, поэтому, как только вы поймете основы того, что собой представляет, вы вряд ли запутаете их друг с другом.

Связь между напряжением и током

Разность напряжений и электрический ток прямо пропорциональны друг другу в соответствии с законом Ома, одним из самых важных уравнений в физике электрических цепей. Уравнение связывает напряжение (т. Е. Разность потенциалов, создаваемую батареей или другим источником питания) с током в цепи и сопротивлением потоку тока, создаваемым компонентами цепи.

V = IR

Где V — напряжение, I — электрический ток и R — сопротивление (измеренное в омах, Ω). По этой причине закон Ома иногда называют уравнением напряжения, тока и сопротивления. Если вам известны какие-либо две величины в этом уравнении, вы можете перестроить уравнение, чтобы найти другую величину, что делает его полезным при решении большинства проблем электроники, с которыми вы столкнетесь на уроках физики.

Стоит отметить, что закон Ома не всегда действителен, и как таковой это не «истинный» закон физики, а полезное приближение для так называемых омических материалов .Линейная зависимость, которую он подразумевает между током и напряжением, неприменима для таких вещей, как лампа накаливания, где повышение температуры вызывает увеличение сопротивления и, таким образом, влияет на линейную зависимость. Тем не менее, в большинстве случаев (и, конечно же, в большинстве физических задач, связанных с напряжением и электрическим током) его можно использовать без проблем.

Закон Ома для мощности

Закон Ома в основном используется для связи напряжения с током и сопротивлением; однако существует расширение закона, которое позволяет использовать те же величины для расчета электрической мощности, рассеиваемой в цепи, где мощность P — это скорость передачи энергии в ваттах (где 1 Вт = 1 Дж / с).2R

Переставив эти уравнения, вы также можете выразить напряжение, сопротивление или ток через мощность и другую величину.

Законы Кирхгофа о напряжении и токе

Законы Кирхгофа — два других наиболее важных закона для электрических цепей, и они особенно полезны при анализе цепи с несколькими компонентами.

Первый закон Кирхгофа иногда называют законом тока, потому что он гласит, что полный ток, протекающий в переходе, равен току, текущему из него — по сути, этот заряд сохраняется.

Второй закон Кирхгофа называется законом напряжения и гласит, что для любого замкнутого контура в цепи сумма всех напряжений должна равняться нулю. Что касается закона напряжения, вы рассматриваете аккумулятор как положительное напряжение, а падение напряжения на любом компоненте — как отрицательное напряжение.

В сочетании с законом Ома эти два закона можно использовать для решения практически любой проблемы, с которой вы, вероятно, столкнетесь, связанной с электрическими цепями.

Напряжение и ток: пример расчета

Представьте, что у вас есть цепь, состоящая из 12-вольтовой батареи и двух последовательно соединенных резисторов с сопротивлением 30 Ом и 15 Ом.Полное сопротивление цепи определяется суммой этих двух сопротивлений, поэтому 30 Ом + 15 Ом = 45 Ом. Обратите внимание, что когда резисторы расположены параллельно, взаимосвязь включает в себя обратные, но это не важно для понимания взаимосвязи между разностью напряжений и током, поэтому этого простого примера будет достаточно для настоящих целей.

Какой электрический ток течет по цепи? Прежде чем читать дальше, попробуйте сами применить закон Ома.

Следующая форма закона Ома:

I = \ frac {V} {R}

\ begin {align} I & = \ frac {12 \ text {V}} {45 \ text {Ω}} \\ & = 0.27 \ text {A} \ end {align}

Теперь, зная ток в цепи, каково падение напряжения на резисторе 15 Ом? Для ответа на этот вопрос можно использовать закон Ома в стандартной форме. Вставка значений I = 0,27 A и R = 15 Ом дает:

\ begin {align} V & = IR \\ & = 0,27 \ text {A} × 15 \ text {Ω } \\ & = 4.05 \ text {V} \ end {align}

Для целей использования законов Кирхгофа это будет отрицательное напряжение (т.е.е., падение напряжения). В качестве последнего упражнения можете ли вы показать, что полное напряжение в замкнутом контуре будет равно нулю? Помните, что аккумулятор имеет положительное напряжение, а все падения напряжения отрицательные.

Зависимость тока от напряжения — разница и сравнение

Связь между напряжением и током

Ток и напряжение — две основные величины в электричестве. Напряжение — это причина, а ток — это следствие.

Напряжение между двумя точками равно разности электрических потенциалов между этими точками.На самом деле это электродвижущая сила (ЭДС), ответственная за движение электронов (электрический ток) по цепи. Поток электронов, приводимый в движение напряжением, называется током. Напряжение представляет собой потенциал каждого кулоновского электрического заряда для выполнения работы.

В следующем видео объясняется взаимосвязь между напряжением и током:

Схема

Электрическая цепь с источником напряжения (например, аккумулятором) и резистором.

Источник напряжения имеет две точки с разностью электрических потенциалов. Когда между этими двумя точками существует замкнутый контур, он называется цепью, и ток может течь. В отсутствие цепи ток не будет течь, даже если есть напряжение.

Обозначения и единицы измерения

Заглавная курсивная буква I обозначает ток. Стандартная единица измерения — Ампер (или Ампер), обозначаемая буквой A. Единица измерения силы тока в системе СИ — кулон в секунду .

1 ампер = 1 кулон в секунду.

Один ампер тока соответствует одному кулону электрического заряда (6,24 x 10 ¹⁸ носителей заряда), проходящего мимо определенной точки в цепи за одну секунду. Устройство, используемое для измерения тока, называется амперметром .

Заглавная курсивная буква В обозначает напряжение.

1 вольт = 1 джоуль / кулон.

Один вольт перемещает один кулон (6,24 x 10 ¹⁸ ) носителей заряда, например электронов, через сопротивление в 1 Ом за одну секунду.Вольтметр используется для измерения напряжения.

Поля и интенсивность

Электрический ток всегда создает магнитное поле. Чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле.

Напряжение создает электростатическое поле. По мере увеличения напряжения между двумя точками электростатическое поле становится более интенсивным. По мере увеличения расстояния между двумя точками, имеющими заданное напряжение по отношению друг к другу, интенсивность электростатического заряда между точками уменьшается.

Последовательные и параллельные соединения

В последовательной цепи

Напряжения суммируются для компонентов, соединенных последовательно. Токи одинаковы во всех компонентах, соединенных последовательно.

Электрические компоненты в последовательном соединении

Например, если батарея 2 В и батарея 6 В подключены последовательно к резистору и светодиоду, ток через все компоненты будет одинаковым (скажем, 15 мА), но напряжения будут разными (5 В на резисторе и 3 В на светодиод).Эти напряжения складываются с напряжением батареи: 2 В + 6 В = 5 В + 3 В.

В параллельной цепи

Токи суммируются для компонентов, соединенных параллельно. Напряжения одинаковы на всех компонентах, подключенных параллельно.

Электрические компоненты при параллельном подключении

Например, если одни и те же батареи подключены к резистору и светодиоду параллельно, напряжение через компоненты будет одинаковым (8 В). Однако ток 40 мА через аккумулятор распределяется по двум путям в цепи и прерывается до 15 мА и 25 мА.

Список литературы

Измерения тока: практическое руководство — NI

Методы измерения тока
Существует два основных способа измерения тока: один основан на электромагнетизме и связан с первым измерителем с подвижной катушкой (д’Арсонваля), а другой основан на основной теории электричества, законе Ома. .

Измеритель / гальванометр Д’Арсонваля
Измеритель д’Арсонваля — это амперметр, который представляет собой прибор для обнаружения и измерения электрического тока. Это аналоговый электромеханический преобразователь, который производит поворотное отклонение через ограниченную дугу в ответ на электрический ток, протекающий через его катушку.

Форма д’Арсонваля, используемая сегодня, состоит из небольшой катушки с проволокой, вращающейся в поле постоянного магнита. Катушка прикреплена к тонкой стрелке, пересекающей калиброванную шкалу. Крошечная торсионная пружина переводит катушку и указатель в нулевое положение.

Когда через катушку протекает постоянный ток (DC), катушка создает магнитное поле.Это поле действует против постоянного магнита. Катушка вращается, нажимая на пружину, и перемещает указатель. Стрелка указывает на шкалу, показывающую электрический ток. Тщательная конструкция полюсных наконечников гарантирует, что магнитное поле является однородным, так что угловое отклонение стрелки пропорционально току.

Другие амперметры
По сути, большинство современных амперметров основаны на фундаментальной теории электричества, законе Ома. Современные амперметры — это, по сути, вольтметры с прецизионным резистором, и, используя закон Ома, можно провести точное, но экономичное измерение.

Закон Ома — Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален разности потенциалов (другими словами, падению напряжения или напряжению) в этих двух точках и обратно пропорционален сопротивление между ними.

Математическое уравнение, описывающее эту связь:

I = V / R

где I — ток в амперах, V — разность потенциалов между двумя интересующими точками в вольтах, а R — параметр цепи, измеряемый в омах (что эквивалентно вольтам на ампер), называемый сопротивлением.

Амперметр Работа — Современные амперметры имеют внутреннее сопротивление для измерения тока через определенный сигнал. Однако, когда внутреннего сопротивления недостаточно для измерения больших токов, необходима внешняя конфигурация.

Для измерения больших токов вы можете установить прецизионный резистор, называемый шунтом, параллельно измерителю. Большая часть тока проходит через шунт, и лишь небольшая его часть проходит через счетчик. Это позволяет измерителю измерять большие токи.

Допускается любой резистор, если максимальный ожидаемый ток, умноженный на сопротивление, не превышает входной диапазон амперметра или устройства сбора данных.

При измерении тока таким образом следует использовать резистор наименьшего номинала, поскольку это создает наименьшие помехи для существующей цепи. Однако меньшие сопротивления создают меньшие падения напряжения, поэтому вы должны найти компромисс между разрешением и помехами в цепи.

На рис. 2 показана общая схема измерения тока через шунтирующий резистор.

Рисунок 2. Подключение шунтирующего резистора к измерителю

При таком подходе ток фактически направляется не на плату амперметра / сбора данных, а через внешний шунтирующий резистор. Максимальный ток, который вы можете измерить, теоретически безграничен при условии, что падение напряжения на шунтирующем резисторе не превышает рабочий диапазон напряжения платы амперметра / сбора данных.

Токовые условные обозначения

Обычные токи
Обычные токи — это измерения тока, обычно используемые в современной электронике, электрических схемах, линиях передачи и т. Д.Они не соответствуют стандарту передачи и могут варьироваться от нуля до больших значений силы тока.

Токовые петли / 4–20 мА Условные обозначения
Аналоговые токовые петли используются для любых целей, когда требуется дистанционное наблюдение или управление устройством по паре проводников. В любое время может присутствовать только один текущий уровень.

«Токовая петля от 4 до 20 мА» или 4–20 мА — это аналоговый стандарт передачи электроэнергии для промышленных приборов и средств связи.Сигнал представляет собой токовую петлю, где 4 мА представляет сигнал нулевого процента, а 20 мА представляет собой сигнал 100 процентов. [1] «МА» означает миллиампер или 1/1000 ампера.

«Живой ноль» при 4 мА позволяет приемному оборудованию различать нулевой сигнал и обрыв провода или неработающий прибор. [1] Этот стандарт, разработанный в 1950-х годах, до сих пор широко используется в промышленности. Преимущества условного обозначения 4–20 мА включают широкое использование производителями, относительно низкую стоимость внедрения и его способность подавлять многие формы электрического шума.Кроме того, с живым нулем вы можете напрямую запитывать маломощные инструменты от контура, экономя на дополнительных проводах.

Требования к погрешности
Размещение шунтирующего резистора в цепи важно. Если внешняя цепь имеет общее заземление с компьютером, на котором установлена ​​плата амперметра / сбора данных, вам следует разместить шунтирующий резистор как можно ближе к заземляющей ветви цепи. В противном случае синфазное напряжение, создаваемое шунтирующим резистором, может выходить за рамки спецификации для платы амперметра / сбора данных, что может привести к неточным показаниям или даже к повреждению платы.На рисунке 3 показано правильное и неправильное размещение шунтирующего резистора.

Рис. 3. Размещение шунтирующего резистора

Измерения устройства сбора данных
Существует три различных метода измерения аналоговых входов. Пожалуйста, обратитесь к статье «Как произвести измерение напряжения» для получения дополнительной информации по каждой конфигурации.

В качестве примера рассмотрим систему сбора данных NI CompactDAQ USB. На рисунке 4 показано шасси NI cDAQ-9178 и модуль аналогового ввода тока NI 9203.NI 9203 не требует внешнего шунтирующего резистора из-за наличия внутреннего прецизионного резистора.

Рисунок 4. Шасси NI cDAQ-9178 и модуль аналогового ввода тока NI 9203

На рис. 5 показана схема подключения для измерения эталонного несимметричного тока (RSE) с использованием шасси NI cDAQ-9178 с NI 9203, а также распиновка контактов модуля. На рисунке контакт 0 соответствует каналу «Аналоговый вход 0», а контакт 9 соответствует общей земле.

Рисунок 5. Измерение тока в конфигурации RSE

В дополнение к NI 9203, модули аналогового ввода общего назначения, такие как NI 9205, могут обеспечивать функциональность токового ввода с использованием внешнего шунтирующего резистора.

Как увидеть свои измерения: NI LabVIEW
После подключения датчика к измерительному прибору вы можете использовать программное обеспечение графического программирования LabVIEW для визуализации и анализа данных по мере необходимости.

Рис. 6. LabVIEW Current Measurement

Ссылки
Bolton, William (2004). КИПиА. Эльзевир. ISBN 0750664320.

.