+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

разность потенциалов в электротехнике и физике

Понятие «потенциал» широко используется в физике для характеристики различных полей и сил. Наиболее известны такие применения:

  • Электромагнитный – характеристика электромагнитного поля;
  • Гравитационный – характеристика полей гравитации;
  • Механический – определение сил;
  • Термодинамический – мера внутренней энергии тел термодинамической системы;
  • Химический;
  • Электродный.

Разность потенциалов

В свою очередь, электромагнитный делится на два понятия:

  • Электростатический (скалярный), как характеристика электрического поля;
  • Векторный, характеризующий магнитное поле.

Напряженность изменяющегося электрического поля находится через электрический потенциал, в то время как статичное поле характеризуется электростатическим.

Разность потенциалов

Разность потенциалов, или напряжение, – одно из основных понятий электротехники. Ее можно определить как работу электрического поля, затраченную на перенос заряда между двумя точками. Тогда на вопрос, что такое потенциал, можно ответить, что это работа по переносу единичного заряда из данной точки в бесконечность.

Как и в случае гравитационных сил, заряд, подобно телу с потенциальной энергией, имеет определенный электрический потенциал при внесении его в электрическое поле. Чем выше напряженность электрического поля, и больше величина заряда, тем выше его электрический потенциал.

Для определения напряжения существует формула:

U=A/q,

которая связывает работу А по перемещению заряда q из одной точки в другую.

Проведя преобразование, получим:

А=Uq.

То есть чем выше напряжение, тем большую работу электрическим полем (электричеством) надо затратить по переносу зарядов.

Данное определение позволяет понять суть мощности источника питания. Чем выше его напряжение, разность потенциалов между клеммами, тем большее количество работы он может обеспечить.

Разность потенциалов измеряется в вольтах. Для измерения напряжения созданы измерительные приборы, которые именуются вольтметрами. Они основаны на принципах электродинамики. Ток, проходя по проволочной рамке вольтметра, под действием измеряемого напряжения создает электромагнитное поле. Рамка находится между полюсами магнитов.

Взаимодействие полей рамки и магнита заставляет последнюю отклониться на некоторый угол. Большая разность потенциалов создает больший ток, в результате угол отклонения увеличивается. Шкала прибора пропорциональна углу отклонения рамки, то есть разности потенциалов и проградуирована в вольтах.

Вольтметр

В руках современного электрика имеются не только стрелочные, но и цифровые измерительные приборы, которые не только измеряют электрический потенциал в определенной точке схемы, но и другие величины, характеризующие электрическую цепь. Напряжения в точках измеряются по отношению к другим, которым условно присваивают значение нуля. Тогда измеренное значение между нулевым и потенциальным выводами даст искомое напряжение.

Сказанное выше относится к напряжению как разности потенциалов между двумя зарядами. В электротехнике эта разность измеряется на участке цепи при протекании по нему тока. В случае переменного тока, то есть изменяющего во времени амплитуду и полярность, напряжение в цепи изменяется по такому же закону. Это справедливо только при наличии в схеме активных сопротивлений. Реактивные элементы в цепи переменного тока вызывают сдвиг фазы относительно протекающего тока.

Потенциометры

Напряжение источников питания, в особенности автономных, таких как аккумуляторы, химические источники, солнечные и тепловые батареи, является постоянным и не поддается регулировке. Для получения меньших значений используются, в простейшем случае, потенциометрические делители напряжения с использованием трехвыводного переменного резистора (потенциометра). Как работает потенциометр? Переменный резистор представляет собой резистивный элемент с двумя выводами, по которому может перемещаться контактный ползунок с третьим выводом.

Потенциометр-реостат

Переменный резистор может включаться двумя способами:

  • Реостатным;
  • Потенциометром.

В первом случае у переменного резистора используются два вывода: один – основной, другой – с ползунка. Перемещая ползунок по телу резистора, изменяют сопротивление. Включив реостат в цепь электрического тока последовательно с источником напряжения, можно регулировать ток в цепи.

Реостатное включение

Включение потенциометром требует использования всех трех выводов. Основные выводы подключаются параллельно источнику питания, а пониженное напряжение снимается с ползунка и одного из выводов.

Принцип действия потенциометра заключается в следующем. Через резистор, подключенный к источнику питания, проходит ток, который создает падение напряжения между ползунком и крайними выводами. Чем меньше сопротивление между ползунком и выводом, тем меньше напряжение. Данная схема имеет недостаток, она сильно нагружает источник питания, поскольку для корректной и точной регулировки требуется, чтобы сопротивление переменного резистора было в несколько раз меньше сопротивления нагрузки.

Потенциометрическое включение

Обратите внимание! Название «потенциометр» в данном случае не совсем корректно, поскольку из названия следует, что это устройство для измерения, но так как по принципу действия оно схоже с современным переменным резистором, то это название за ним прочно закрепилось, особенно в любительской среде.

Многие понятия в физике схожи и могут служить примером друг другу. Это справедливо и для такого понятия, как потенциал, который может быть как механической величиной, так и электрической. Сам по себе потенциал измерить невозможно, поэтому речь идет о разности, когда один из двух зарядов принимается за точку отсчета – нуль или заземление, как принято в электротехнике.

Видео

Оцените статью:

Элеком37, Потенциал.

Разность потенциалов. Напряжение. физика.

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.


Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Свойство потенциальности (независимости работы от формы траектории) электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. А физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют

потенциалом φ электрического поля:

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля. В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала (а значит и разности потенциалов, т.е. напряжения) является вольт [В]. Потенциал — скалярная величина.

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за опорную точку, где значения потенциальной энергии и потенциала обращаются в ноль, удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом: потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Вспомнив формулу для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов и разделив ее на величину одного из зарядов в соответствии с определением потенциала получим, что

потенциал φ поля точечного заряда Q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляется следующим образом:

Потенциал рассчитанный по этой формуле может быть положительным и отрицательным в зависимости от знака заряда создавшего его. Эта же формула выражает потенциал поля однородно заряженного шара (или сферы) при r ≥ R (снаружи от шара или сферы), где R – радиус шара, а расстояние r отсчитывается от центра шара.

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности

. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы.

Электрическое напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

В этих формулах:

          φ – потенциал электрического поля.
          ∆φ – разность потенциалов.
          W – потенциальная энергия заряда во внешнем электрическом поле.
          A – работа электрического поля по перемещению заряда (зарядов).
          q – заряд, который перемещают во внешнем электрическом поле.
          U – напряжение.
          E – напряженность электрического поля.
          d или ∆l – расстояние на которое перемещают заряд вдоль силовых линий.

Во всех предыдущих формулах речь шла именно о работе электростатического поля, но если в задаче говорится, что «работу надо совершить», или идет речь о «работе внешних сил», то эту работу следует считать так же, как и работу поля, но с противоположным знаком.

Принцип суперпозиции потенциала

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов (при этом знак потенциала поля зависит от знака заряда, создавшего поле):

Обратите внимание, насколько легче применять принцип суперпозиции потенциала, чем напряженности. Потенциал – скалярная величина, не имеющая направления. Складывать потенциалы – это просто суммировать численные значения.



2.2.6.3 Взаимодействие, обусловленное контактной разностью потенциалов

Даже если между двумя проводниками не приложено внешнее напряжение, между ними может существовать электрическое поле. Когда работы выхода и (разность потенциалов уровня Ферми и уровня вакуума) двух материалов не равны, при электрическом контакте проводников уровни Ферми выравниваются

(рис. 1б), и возникает разность потенциалов . Её значение может быть порядка одного вольта и приводит к возникновению силы, которой в условиях АСМ пренебречь нельзя. Чтобы компенсировать эту контактную разность потенциалов, можно приложить соответствующее внешнее напряжение (рис. 1в, 1г).

Рис. 1а.  Зонная структура двух металлов, не находящихся в контакте друг с другом.

Рис. 1б.  Зонная структура двух металлов, находящихся в контакте друг с другом, в состоянии теплового равновесия.

Рис. 1в.  Зонная структура двух металлов, находящихся в контакте друг с другом, в случае, когда положительный потенциал приложен к правому металлу. – разность потенциалов.

Рис. 1г.  Зонная структура двух металлов, находящихся в контакте друг с другом, в случае, когда компенсирующая разность потенциалов приложена к левому металлу.

Однако даже после корректировки разности потенциалов между зондом и образцом на систему продолжают влиять природные электрические поля, которые могут быть связаны с тем, что работа выхода на исследуемой поверхности не одинакова. Дело в том, что работа выхода очень чувствительна к особенностям поверхности. Подготовка образца, неоднородное распределение адсорбатов, ориентация кристаллической решетки, наличие на поверхности ступенек, выступов, углублений или дефектов могут влиять на работу выхода, делая ее разной от точки к точке.

Рис. 2.  Пятно адсорбата с работой выхода на металлической поверхности с работой выхода .

Представим себе металлическую поверхность, на которой есть некое пятно адсорбата (рис. 2). Пусть работа выхода адсорбата равна , а работа выхода рассматриваемого металла – . Области с отличной от окружающей поверхности работой выхода сопровождаются «компенсирующим» электрическим полем. Оно выходит из пятна адсорбата, которое можно представить в виде дипольного пласта, создающего подобную конфигурацию силовых линий. При этом на образце индуцируется поверхностный заряд. Силы, возникающие между заряженным зондом и дипольным пластом на образце, известны как локальные электростатические силы.

Вычислить локальные электростатические силы довольно сложно, во-первых, из-за нетривиальной природы электрического поля, связанного с дипольным пластом, а во-вторых, из-за того, что распределение зарядов изображения, наведенных на соседних телах, сильно зависит от геометрии этих тел. На больших расстояниях сила может быть как отталкивающей, так и притягивающей, однако с уменьшением расстояния всегда становится притягивающей (рис. 3).

Проведем оценку для адсорбционного пятна (дипольного диска) круглой формы с радиусом . Нормальная компонента электрического поля вдоль центральной оси дипольного диска радиуса с удельным дипольным моментом равна [1]:

(1)

В пределе, при бесконечно большом диске либо при бесконечном расстоянии от пятна, . Величина электрического поля максимальна при . Предположим, что на кончике зонда находится дополнительный электрон. Тогда сила, которая действует на этот электрон, находящийся на расстоянии 10 нм от образца, со стороны пятна на поверхности диаметром 10 нм с удельным дипольным моментом , равна , а сила изображения равна . Когда зонд заглубляется в образец, силы изображения растут, а локальные электростатические силы уменьшаются. Также будут возникать заряды-изображения на зонде, связанные с полем пятна, которые будут к нему притягиваться.

На рисунке 3 приведены зависимости электростатических сил и сил Ван-дер-Ваальса от расстояния зонд-образец. Емкостная электростатическая сила (возникающие между зондом и образцом при приложении напряжения) спадает по закону , силы Ван-дер-Ваальса – по закону . Рассмотренные локальные электростатические силы могут быть отталкивающими, становясь притягивающими.

Рис. 3.  Зависимость электростатических сил и
сил Ван-дер-Ваальса от расстояния зонд-образец.


Выводы.

  • Контактная разность потенциалов приводит к дополнительному притяжению зонда к образцу.
  • Вариация по поверхности работы выхода приводит к образованию пятен индуцированного заряда и появлению локальных электростатических сил.
  • Точное нахождение локальных электростатических сил является сложной задачей, однако качественные оценки показывают, что на малых расстояниях она является притягивающей.

Литература.

  1. Handbook of Micro/Nanotribology / Ed. by Bhushan Bharat. – 2d ed. – Boca Raton etc.: CRC press, 1999. – 859 c.

Работа сил электрического поля. Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов. — Объяснение нового материала

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.

Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду: 

 — энергетическая характеристика поля в данной точке.  Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.

Т.к. потенциальная энергия зависит от выбора системы координат, то и потенциал определяется с точностью до постоянной.

За точку отсчета потенциала выбирают в зависимости от задачи: а) потенциал Земли, б) потенциал бесконечно удаленной точки поля, в) потенциал отрицательной пластины конденсатора.

 

— следствие принци­па суперпозиции полей (потенциалы складываютсяалгебраически).

Потенциал численно равен работе поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность.

В СИ потенциал измеряется в вольтах: 

 

Разность потенциалов

 

Напряжение — разность значений потенциала в начальной и конечнойточках траектории.

Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого поля.         

Разность потенциалов (напряжение) не зависит от выбора

системы координат!

Единица разности потенциалов

  

Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.

Связь между напряженностью и напряжением.

 

Из доказанного выше:   →     

напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).

Из этого соотношения видно:

  1. Вектор напряженности направлен в сторону уменьшения потенциала.
  2. Электрическое поле существует, если существует разность потенциалов.
  3. Единица напряженности:     —   Напряженность поля равна 1 В/м, если между двумя точками поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга существует разность потенциалов 1 В.

Эквипотенциальные поверхности.

ЭПП — поверхности равного потенциала.

Свойства ЭПП:

— работа при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности не совершается;

— вектор напряженности перпендикулярен к ЭПП в каждой ее точке.

 

Измерение электрического напряжения (разности потенциалов)

Между стержнем и корпусом — электрическое поле. Измерение потенциала кондуктора Измерение напряжения на гальваническом элементе Электрометр дает большую точность, чем вольтметр.

Потенциальная энергия взаимодействия зарядов.

 

Потенциал поля точечного заряда

 

 

Потенциал заряженного шара

а) Внутри шара Е=0, следовательно, потенциалы во всех точках внутри заряженного металлического шара одинаковы (!!!) и равны потенциалу на поверхности шара.

б) Снаружи поле шара убывает обратно пропорционально расстоянию от центра шара, как и в случае точечного заряда.

Перераспределение зарядов при контакте заряженных проводников.

Переход зарядов происходит до тех пор, пока потенциалы контактирующих тел не станут равными.

 

Как найти разность потенциалов между точками металлические. Электрическое напряжение. Разность потенциалов. Напряжение тока

Для того чтобы дать более глубокое определение уже знакомой нам по восьмому классу физической величине, вспомним определение потенциала точки поля и как просчитать работу электрического поля.

Потенциал, как мы помним, это отношение потенциальной энергии заряда, помещенного в некую точку поля, к величине этого заряда, или же это работа, которую выполнит поле, если поместить в эту точку единичный положительный заряд.

Здесь — потенциальная энергия заряда; — величина заряда. Как мы помним из механики для подсчета выполненной работы поля над зарядом: .

Распишем теперь потенциальную энергию, используя определение потенциала: . И выполним некоторые алгебраические преобразования:

Таким образом, получаем, что .

Для удобства введем особую величину обозначающую разность под скобками: .

Определение: напряжение (разность потенциалов) — отношение работы, выполняемой полем при переносе заряда из начальной точки в конечную, к величине этого заряда.

Единица измерения — В — вольт:
.

Особое внимание стоит обратить на то, что, в отличие от стандартного понятия в физике разности (алгебраическая разность некоторой величины в конечный момент и той же величины в начальный момент), для нахождения разности потенциалов (напряжения) следует от начального потенциала отнять конечный.

Для получения формулы этой связи мы, как и на прошлом уроке, для простоты воспользуемся случаем однородного поля, создаваемого двумя заряженными разноименно пластинками (см. рис. 1).

Рис.1. Пример однородного поля

Векторы напряженности в этом случае всех точек поля между пластинами имеет одно направление и один модуль. Теперь же если вблизи положительной пластины поместить положительный заряд, то под действием кулоновской силы он, естественно, переместится в сторону отрицательной пластины. Таким образом, поле совершит некоторую работу над этим зарядом. Запишем определение механической работы: . Здесь — модуль силы; — модуль перемещения; — угол между векторами силы и перемещения.

В нашем случае векторы силы и перемещения сонаправлены (положительный заряд отталкивается от положительного и притягивается к отрицательному), поэтому угол равен нулю, а косинус — единице: .

Распишем силу через напряженность, а модуль перемещения обозначим как d — расстояние между двумя точками — началом и концом движения: .

В то же время . Приравняв правые части равенств, мы получим искомую связь:

Отсюда следует, что напряженность также может измеряться в .

Отойдя от нашей модели однородного поля, особое внимание следует уделить неоднородному полю, которое создается заряженным металлическим шаром. Из экспериментов доступен тот факт, что потенциал любой точки внутри или на поверхности шара (полого или сплошного) не меняет своего значения, а именно:
.

Здесь — электростатический коэффициент; — полный заряд шара; — радиус шара.

Эта же формула справедлива и для расчета потенциала поля точечного заряда на расстоянии от этого заряда.

Энергия взаимодействия двух зарядов

Как определить энергию взаимодействия двух заряженных тел, находящихся на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 2).


Рис. 2. Взаимодействие двух тел, расположенных на некотором расстоянии r

Для этого представим всю ситуацию: как будто тело 2 находится во внешнем поле тела 1. Соответственно, теперь энергию взаимодействия можно назвать потенциальной энергией заряда 2 во внешнем поле, формулу для которой мы знаем: .

Теперь, зная характер внешнего поля (поле точечного заряда), нам известна формула для подсчета потенциала в точке на определенном расстоянии от источника поля:
.

Подставим второе выражение в первое и получим окончательный результат:
.

Если бы мы изначально представили, что это заряд 1 находится во внешнем поле заряда 2, то, конечно же, результат не поменялся бы.

В электростатике интересно выделить все точки пространства, имеющие одинаковый потенциал. Такие точки образуют собой определенные поверхности, которые названы эквипотенциальными.

Определение: эквипотенциальные поверхности — поверхности, у каждой точки которых одинаковый потенциал. Если нарисовать такие поверхности и нарисовать силовые линии напряженности этого же электрического поля, то можно заметить, что эквипотенциальные поверхности всегда перпендикулярны силовым линиям, и, кроме того, силовые линии всегда направлены в сторону уменьшения потенциала (см. рис. 3).


Рис. 3. Примеры эквипотенциальных поверхностей

Еще один важный факт об эквипотенциальных поверхностях: исходя из определения, разность потенциалов между любыми точками на такой поверхности равна нулю (потенциалы равны), а значит, работа поля по перемещению заряда из одной точки эквипотенциальной поверхности в другую также равна нулю.

На следующем уроке мы более подробно рассмотрим поле двух заряженных пластин, а именно: прибор конденсатор и его свойства.

1) Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) М.: Мнемозина. 2012 г.

2) Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. М.: Илекса. 2005 г.

3) Касьянов В.А. Физика 10 класс. М.: Дрофа. 2010 г.

1) Интернет-сайт «Физикон» ()

Домашнее задание

1) Стр. 95: № 732 — 736. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. М.: Дрофа 2013 г. ()

2) В точке с потенциалом 300 В заряженное тело имеет потенциальную энергию -0,6 мкДж. Какой заряд тела?

3) Какую кинетическую энергию получил электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов 2 кВ?

4) По какой траектории следует перемещать заряд в электрическом поле, чтобы работа его была минимальной?

5) *Нарисуйте эквипотенциальные поверхности поля, создаваемого двумя разноимёнными зарядами.

Тема: что такое электрическое напряжение тока и разность потенциалов.

Пожалуй, одним из самых часто употребляемых выражений у электриков, является понятие электрическое напряжение. Его так же называют разность потенциалов и не совсем верное словосочетание, такое как напряжение тока, ну смысл у названий по сути общий. А что на самом деле обозначает это понятие? Пожалуй, для начала приведу книжную формулировку: электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля зарядов при передачи пробного заряда из точки 1 в точку 2 . Ну а простыми словами говоря, это объясняется так.

Напомню Вам, что заряды бывают двух видов, это положительные со знаком «+» и отрицательные со знаком «-». Большинство из нас в детстве игрались с магнитиками, которые были честно добыты из очередной сломаной машинки с электромоторчиком, где они и стояли. Так вот когда мы пытались приблизить эти самые магниты друг к другу, то в одном случае они притягивались, а если развернуть один из них наоборот, то соответственно отталкивались.

Это происходило, потому что у любого магнита существует два полюса, это южный и северный. В том случае, когда полюса одинаковые, то магнитики будут отталкиваться, ну а когда разноименные, притягиваться. То же самое происходит и с электрическими зарядами, причем сила взаимодействия зависит от количества и разноимённости этих заряженных частиц. Проще говоря, чем на одном предмете больше «плюса», а на другом соответственно «минуса», тем сильнее они будут притягиваться друг к другу. Либо наоборот, отталкиваться при одинаковом заряде (+ и + или — и -).

Теперь представим, что у нас есть два небольших железных шарика. Если мысленно заглянуть в них, можно увидеть огромное множество маленьких частичек, которые расположены друг от друга на не большом расстоянии и неспособны к свободному передвижению, это ядра нашего вещества. Вокруг этих частичек с невероятно большой скоростью вращаются более мелкие частички, под названием электроны . Они могут оторваться от одних ядер и присоединятся к другим, тем самым путешествуя по всему железному шарику. В случае, когда количество электронов соответствует количеству протонов в ядре, шарики электрически нейтральны.

А вот если каким-то образом забрать некоторое количество, такой шарик будет стремиться притянуть к себе это самое, недостающее количество электронов, тем самым образуя вокруг себя положительное поле со знаком «+». Чем больше не хватает электронов, тем сильней будет это положительное поле . В соседнем шарике сделаем на оборот и добавим лишних электронов. В итоге получим избыток и соответственно такое же электрическое поле , но со знаком «-».

В результате получим два потенциала, один из которых жаждет получить электроны, ну а второй от них избавится. В шаре с избытком возникает теснота и эти частицы, вокруг которых существует поле, толкаются и выталкивают друг друга из шара. А там где их недостаток, соответственно происходит что-то наподобие вакуума, который пытается втянуть в себя эти электроны . Это наглядный пример разности потенциалов и не что иное как напряжение между ними. Но, стоит только эти железные шары соединить между собой, как произойдёт обмен и напряжение пропадёт, поскольку образуется нейтральность.

Грубо говоря, эта сила стремления заряженных частиц, перейти от более заряженных частей к менее заряженным между двумя точками и будет разностью потенциалов. Давайте мысленно представим провода, которые подключены к батарейке от обычного карманного фонарика. В самой батарейке происходит химическая реакция, в результате которой возникает избыток электронов («-»), внутри батареи они выталкиваются на отрицательную клемму. Эти электроны стремятся, вернутся на своё место, откуда их до этого и вытолкали.

Внутри батареи у них не получается, значит остаётся ждать момента, когда им сделают мостик в виде электрического проводника и по которому они быстро перебегут на плюсовую клемму батареи, куда их притягивает. А пока мостика нет, то и будет желание перейти в виде этого самого электрического напряжения или разности потенциалов (напряжение тока).

Приведу некоторый аналогичный пример на ином представлении. Имеется обычный водопроводный кран с водой. Кран закрыт и, следовательно, вода не пойдёт из него, но внутри вода всё равно есть и более того, она там находится под некоторым давлением, она из-за этого давления стремится вырваться наружу, но ей мешает закрытый кран. И как только Вы повернёте ручку краника, вода тут же побежит. Так вот это давление и можно приблизительно сравнить с напряжением, а воду с заряженными частицами. Сам поток воды будет в данном примере выступать как электрический ток в самих проводах, а закрытый краник в роли электрического выключателя. Этот пример я привел только лишь для наглядности, и он не является полной аналогией!

Как ни странно, но люди не тесно связанные с профессией электрика, довольно часто называют электрическое напряжение , выражениемнапряжение тока и это является неправильной формулировкой, поскольку напряжение, как мы выяснили это разность потенциалов электрических зарядов, а ток, это сам поток этих заряженных частиц. И получается что, произнося напряжение тока в итоге небольшое несоответствие самого понятия.

Напряжение , так же как и все иные величины, имеет свою единицу измерения. Она измеряется в Вольтах. Это те самые вольты, которые пишутся на устройствах и источниках питания. Например, в обычной домашней розетки 220 В, или купленная вами батарейка с напряжением 1.5 В. В общем, думаю, вы поняли в общих чертах, что же такое это самое электрическое напряжение. В этой статье я основывался лишь на простом понимании этого термина и не вдавался в глубины формулировок и формул, чтобы не усложнять понимание. На самом деле эту тему можно гораздо шире изучить, но это уже зависит от Вас и Вашего желания.

P.S. Будьте внимательны при работе с электричеством, высокое напряжение опасно для жизни.

Разностью потенциалов между точками 1 и 2 называется работа, совершаемая силами поля при перемещении единичного положительного заряда по произвольному пути из точки 1 в точку 2. для потенциальных полей эта работа не зависит от формы пути, а определяется только положениями начальной и конечной точек

потенциал определен с точностью до аддитивной постоянной. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда q по произвольному пути из начальной точки 1 в конечную точку 2 определяется выражением

Практической единицей потенциала является вольт. Вольт есть разность потенциалов между такими точками, когда при перемещении одного кулона электричества из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в один джоуль.

1 и 2 — бесконечно близкие точки, расположенные на оси х, так что Х2 — х1 = dx.

Работа при перемещении единицы заряда из точки 1 в точку 2 будет Ех dx. Та же работа равна . Приравнивая оба выражения, получим


— градиент скаляра


Градиент функцииесть вектор, направленный в сторону максимального возрастания этой функции, а его длина равна производной функциив том же направлении. Геометрический смысл градиента– эквипотенциальные поверхности (поверхности равного потенциала) поверхность, на которой потенциал остается постоянным.

13 Потенциал зарядов

Потенциал поля точечного заряда q в однородном диэлектрике .

— электрическое смещение точечного заряда в однородном диэлектрикеD –вектор электрической индукции или электрического смещения



В качестве постоянной интегрирования следует взять нуль, чтобы при потенциал обратился в ноль, тогда

Потенциал поля системы точечных зарядов в однородном диэлектрике.

Используя принцип суперпозии получаем:


Потенциал непрерывно распределенных электрических зарядов.

элементы объема и заряженных поверхностей с центрами в точке

В случае если диэлектрик неоднороден, то интегрирование надо распространить и на поляризационные заряды. Включение таких

зарядов автоматически учитывает влияние среды, и величину вводить не надо

14 Электрическое поле в веществе

Электрическое поле в веществе. Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля и внутреннего поля, создаваемого заряженными частицами вещества. Вещество многообразно по своим электрическим свойствам. Наиболее широкие классы вещества составляют проводники и диэлектрики. Проводник — это тело или материал, в котором электрические заряды начинают перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому эти заряды называют свободными. В металлах свободными зарядами являются электроны, в растворах и расплавах солей (кислот и щелочей) — ионы. Диэлектрик — это тело или материал, в котором под действием сколь угодно больших сил заряды смещаются лишь на малое, не превышающее размеров атома расстояние относительно своего положения равновесия. Такие заряды называются связанными. Свободные и связанные заряды. СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ 1) избыточные электрич. заряды, сообщённые проводящему или непроводящему телу и вызывающие нарушение его электронейтральности. 2) Электрич. заряды носителей тока. 3) положит. электрич. заряды атомных остатков в металлах. СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ Электрич. заряды частиц, входящих в состав атомов и молекул диэлектрика, а также заряды ионов в кристаллич. диэлектриках с ионной решёткой.

Электростатическое поле обладает энергией. Если в электростатическом поле находится электрический заряд, то поле, действуя на него с некоторой силой, будет его перемещать, совершая работу. Всякая работа связана с изменением какого — то вида энергии. Работу электростатического поля по перемещению заряда принято выражать через величину, называемую разностью потенциалов.

где q — величина перемещаемого заряда,

j 1 и j 2 — потенциалы начальной и конечной точек пути.

Для краткости в дальнейшем будем обозначать . V — разность потенциалов.

V = A/q. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ ТОЧКАМИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ СОВЕРШАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИЛЫ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ МЕЖДУ НИМИ ЗАРЯДА В ОДИН КУЛОН .

[V] = В. 1 вольт — это разность потенциалов между точками, при перемещении между которыми заряда в 1 кулон, электростатические силы совершают работу в 1 джоуль.

Разность потенциалов между телами измеряют электрометром, для чего одно из тел соединяют проводниками с корпусом электрометра, а другое — со стрелкой. В электрических цепях разность потенциалов между точками цепи измеряют вольтметром.

С удалением от заряда электростатическое поле ослабевает. Следовательно, стремится к нулю и энергетическая характеристика поля — потенциал. В физике потенциал бесконечно удалённой точки принимается за ноль. В электротехнике же считают, что нулевым потенциалом обладает поверхность Земли.

Если заряд перемещается из данной точки в бесконечность, то

A = q(j — O) = qj => j= A/q, т.е. ПОТЕНЦИАЛ ТОЧКИ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ НАДО СОВЕРШИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СИЛАМ, ПЕРЕМЕЩАЯ ЗАРЯД В ОДИН КУЛОН ИЗ ДАННОЙ ТОЧКИ В БЕСКОНЕЧНОСТЬ .

Пусть в однородном электростатическом поле с напряженностью E перемещается положительный заряд q вдоль направления вектора напряженности на расстояние d. Работу поля по перемещению заряда можно найти и через напряженность поля и через разность потенциалов. Очевидно, что при любом способе вычисления работы получается одна и та же ее величина.

A = Fd = Eqd = qV. =>

Эта формула связывает между собой силовую и энергетическую характеристики поля. Кроме того, она дает нам единицу напряженности.

[E] = В/м. 1 В/м — это напряженность такого однородного электростатического поля, потенциал которого изменяется на 1 В при перемещении вдоль направления вектора напряженности на 1 м.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.

Увеличение разности потенциалов на концах проводника вызывает увеличение силы тока в нем. Ом экспериментально доказал, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов на нем.

При включении разных потребителей в одну и ту же электрическую цепь сила тока в них различна. Значит разные потребители по — разному препятсявуют прохождению по ним электрического тока. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПРОВОДНИКА ПРЕПЯТСТВОВАТЬ ПРОХОЖДЕНИЮ ПО НЕМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, НАЗЫВАЕТСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ . Сопротивление данного проводника — это постоянная величина при постоянной температуре. При повышении температуры сопротивление металлов возрастает, жидкостей — падает. [R] = Ом. 1 Ом — это сопротивление такого проводника, по которому течет ток 1 А при разности потенциалов на его концах 1В. Чаще всего используются металлические проводники. Носителями тока в них являются свободные электроны. При движении по проводнику они взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки, отдавая им часть своей энергии и теряя при этом скорость. Для получения нужного сопротивления используют магазин сопротивлений. Магазин сопротивлений представляет собой набор проволочных спиралей с известными сопротивлениями, которые можно включать в цепь в нужной комбинации.

Ом экспериментально установил, что СИЛА ТОКА В ОДНОРОДНОМ УЧАСТКЕ ЦЕПИ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ НА КОНЦАХ ЭТОГО УЧАСТКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА СОПРОТИВЛЕНИЮ ЭТОГО УЧАСТКА.

Однородным участком цепи называется участок, на котором нет источников тока. Это закон Ома для однородного участка цепи — основа всех электротехнических расчетов.

Включая проводники разной длины, разного поперечного сечения, сделанные из разных материалов, было установлено: СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ДЛИНЕ ПРОВОДНИКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ПЛОЩАДИ ЕГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ. СОПРОТИВЛЕНИЕ КУБА С РЕБРОМ В 1 МЕТР, СДЕЛАННОГО ИЗ КАКОГО — ТО ВЕЩЕСТВА, ЕСЛИ ТОК ИДЕТ ПЕРЕПЕНДИКУЛЯРНО ЕГО ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ ГРАНЯМ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЭТОГО ВЕЩЕСТВА . [r] = Ом м. Часто используется и несистемная единица удельного сопротивления — сопротивление проводника с площадью поперечного сечения 1 мм 2 и длиной 1 м. [r]=Ом мм 2 /м.

Удельное сопротивление вещества — табличная величина. Сопротивление проводника пропорционально его удельному сопротивлению.

На зависимости сопротивления проводника от его длины основано действие ползунковых и ступенчатых реостатов. Ползунковый реостат представляет собой керамический цилиндр с намотанной на него никелиновой проволокой. Подключение реостата в цепь осуществляется с помощью ползуна, включающего в цепь большую или меньшую длину обмотки. Проволока покрывается слоем окалины, изолирующей витки друг от друга.

А)ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

Часто в электрическую цепь включается несколько потребителей тока. Это связано с тем, что не рационально иметь у каждого потребителя свой источник тока. Существует два способа включения потебителей: последовательное и параллельное, и их комбинации в виде смешанного соединения.

а) Последовательное соединение потребителей.

При последовательном соединении потебители образуют непрерывную цепочку, в которой потребители соединяются друг за другом. При последовательном соединении нет ответвлений соединительных проводов. Рассмотрим для простоты цепь из двух последовательно соединенных потребителей. Электрический заряд, прошедший через один из потребителей, пройдет и через второй, т.к. в проводнике, соединяющем потребители не может быть исчезновения, возникновения и накапливания зарядов. q=q 1 =q 2 . Разделив полученное уравнение на время прохождения тока по цепи, получим связь между током, протекающим по всему соединению, и токами, протекающими по его участкам.

Очевидно, что работа по перемещению единичного положительного заряда по всему соединению слагается из работ по перемещению этого заряда по всем его участкам. Т.е. V=V 1 +V 2 (2).

Общая разность потенциалов на последовательно соединенных потребителях равна сумме разностей потенциалов на потребителях.

Разделим обе части уравнения (2) на силу тока в цепи, получим: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Т.е. сопротивление всего последовательно соединенного участка равно сумме сопротивлений потебителей его составляющих.

Б) Паралельное соединение потребителей.

Это самый распространенный способ включения потребителей. При этом соединении все потребители включаются на две общие для всех потребителей точки.

При прохождении параллельного соединения, электрический заряд, идущий по цепи, делится на несколько частей, идущих по отдельным потребителям. По закону сохранения заряда q=q 1 +q 2 . Разделив данное уравнение на время прохождения заряда, получим связь между общим током, идущим по цепи, и токами, идущими по отдельным потребителям.

В соответствии с определением разности потенциалов V=V 1 =V 2 (2).

По закону Ома для участка цепи заменим силы токов в уравнении (1) на отношение разности потенциалов к сопротивлению. Получим: V/R=V/R 1 +V/R 2 . После сокращения: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

т.е. величина, обратная сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных его ветвей.

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем. Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно. При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность , где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.


Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

В заряженном проводнике все точки на его поверхности обладают одинаковым потенциалом. То же значение имеется и во внутренних точках проводника.

Проводники, имеющие различные потенциалы, соединенные между собой с помощью металлической проволоки. На ее концах появляется напряжение или разность потенциалов, поэтому вдоль всей проволоки наблюдается действие электрического поля. Свободные электроны начинают двигаться в направлении увеличения потенциала, что вызывает появление электрического тока.

Падение потенциала вдоль проводника

Разность потенциалов электрического поля в физике

Разность потенциалов электрического поля

Потенциал электростатического поля в данной точке численно равен работе, которую совершают силы поля при перемещении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.
То есть


где — потенциал, — работа, — положительный заряд.


Потенциал — величина скалярная. Потенциал считается положительным, если перемещение положительного единичного заряда из данной части поля в бесконечность совершается силами поля, и отрицательным, если силы поля препятствуют такому перемещению.

Поскольку работа в силовом поле равна разности потенциальных энергий двух точек поля, между которыми осуществляется перемещение, то


Работа равна разности энергий конечной и начальной точек, взятой с противоположным знаком: Потенциальная энергия точки в бесконечности принята равной нулю: — потенциальная энергия рассматриваемой точки поля. Выбор нулевого уровня потенциала произволен, так как физический смысл имеет не сам потенциал, а разность потенциалов, или напряжение поля.

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками поля равна отношению работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду:

(3.3)

Поскольку работа по перемещению заряда в потенциальном поле не зависит от формы траектории, то, зная напряжение между двумя точками, мы определим работу, совершаемую полем по перемещению единичного заряда.

Если имеется несколько точечных зарядов, то потенциал поля в некоторой точке пространства определяется как алгебраическая сумма потенциалов электрических полей каждого заряда в этой точке:

(3.4)

Эквипотенциальной поверхностью, или поверхностью равного потенциала, называется поверхность, для любых точек которой разность потенциалов равна нулю. Это значит, что работа по перемещению заряда по такой поверхности равна нулю, следовательно, линии напряжённости электрического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Эквипотенциальные поверхности однородного поля представляют собой плоскости, а точечного заряда — концентрические сферы.
Вектор напряжённости

(как и сила ) перпендикулярен эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле, так как силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Внутри проводника разность потенциалов между любыми его точками равна нулю.

В однородном электрическом поле напряжённость

во всех точках одинакова, и работа по перемещению заряда параллельно на расстояние между двумя точками с потенциалами и равна: (3.5)

или

(3.6)

Таким образом, напряжённость поля пропорциональна разности потенциалов и направлена в сторону уменьшения потенциала. Поэтому положительный заряд будет двигаться в сторону уменьшения потенциала, а отрицательный — в сторону его увеличения.

Единицей напряжения (разности потенциалов) является вольт. Согласно формуле (3.3),

Разность потенциалов между двумя точками равна одному вольту, если при перемещении заряда в 1 Кл между этими точками поле совершает работу в 1 Дж.

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Электрическое напряжение | Volt-info

 Напряжение, пожалуй, чуть ли не самый важный термин в электротехнике. Не будь такого явления, как электрическое напряжение, человечество ни когда бы не открыло для себя электричество, и телевизор нам сейчас пришлось бы смотреть при свечах

 

Ну, а теперь серьёзно…

 Вы уже, вероятно, читали в учебниках, или вам рассказывали на занятиях по физике о том, что такое есть электрическое напряжение. Конечно, я тоже могу написать здесь, что напряжение, это разность потенциалов между точками A и B — отношение работы электрического поля при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B к величине пробного заряда. Но, если Вы уже читали мою статью про электрон, то должны понимать, что я категорически против понятия «Заряда» вообще в принципе. Для меня не существует такого понятия, как электрический заряд, ни положительный, ни отрицательный. И мне не хотелось бы втирать вам бред про магические электрические поля, чудесным образом заставляющие перемещаться в пространстве частицы в определённом направлении, в зависимости от их, так называемого электрического заряда, положительного или отрицательного (не смотря на то, что так учат в школах и ВУЗах). Я лучше расскажу вам, как понимать напряжение. В стандартной современной формулировке согласиться я могу только с одним – электрическое напряжение, это разность потенциалов.

Электрическое напряжение

 Начнём с того, что электрическое напряжение, это разность электрических потенциалов двух точек пространства.

Электрический потенциал

 Как видите, что бы разобраться и понять, что такое электрическое напряжение, и как оно возникает, нам придётся разобрать ещё ряд понятий. Если вы уже в курсе, то знаете, что электрический ток, это направленное движение электронов. То есть, нет электронов – нет тока. Так и с напряжением, нет электронов – нет напряжения. По сути, электрический ток отражает динамическую суть электричества, а напряжение – статическую. Электрический потенциал, это своего рода количественный показатель концентрации электронов в конкретной точке объёма. А точнее, если рассматривать совокупность электронов как электронный газ, то электрический потенциал в заданной точке пространства, это механическое давление электронов друг на друга в этой точке пространства. Что бы легче было понять, давайте рассмотрим не электронный газ, а самый обычный, привычный для нас газ, например – кислород. Возьмём два герметичных сосуда, и закачаем в них наш кислород, только в один сосуд накачаем его немного, что бы давление в сосуде стало, к примеру, 2 кПа, а в другой побольше, например, до 12 кПа (анимация 1).

Анимация 1.

 Давление кислорода в наших сосудах мы можем рассматривать как накопленную способность сжатого газа к совершению какой либо работы, или потенциал. Чем выше давление газа в сосуде, тем выше потенциал. Если взять точку пространства в одном сосуде и точку пространства в другом, то их можно рассматривать, как точки с разными потенциалами. Разница давлений в этих точках, ровно как и потенциалов составляет 10 кПа. Пока газ в этих герметичных сосудах изолирован от окружающего пространства непроницаемой стенкой, эта разность потенциалов нам ни чего не даёт. А вот если в каждом из сосудов одномоментно проделать отверстие в стенках и соединить эти отверстия тонкой трубочкой, то, какое то время, кислород из сосуда с бОльшим давлением-потенциалом будет перетекать в сосуд с меньшим давлением-потенциалом, пока давления в этих сосудах не уравновесятся полностью. Вот этот самый процесс перетекания газа из одного сосуда в другой и есть не что иное, как ток. Только ток в этом случае – газовый. Если соединительную трубку разрезать где ни будь посередине и к свободным концам труб подключить какое ни будь механическое устройство, работающее за счёт разности давлений (например турбинку), то в нашем случае газовый ток будет совершать механическую работу. Электрические процессы протекаю аналогично. И заметьте, электронами, как и молекулами газа, движет не магическое электрическое поле, а простое механическое воздействие друг на друга тесно сжатых частиц (электронов, как молекул в гидравлике и пневматике). Электроны всегда стремятся со стороны более высокого давления в сторону более низкого, т.е. от более высокого электрического потенциала в сторону более низкого.

 электрическое напряжение, это разность электрических потенциалов двух точек пространства.

 электрический потенциал в заданной точке пространства, это механическое давление электронов друг на друга в этой точке пространства.

 

 В схемах и технической документации электрическое напряжение обозначается как U, и имеет размерность В (вольт).

Разность потенциалов или напряжение

разница в электрическом потенциальная энергия единичного заряда между двумя точками в электрическом поле называется разностью электрических потенциалов.

Это также определяется как; объем работы, проделанной для перемещения юнита положительный заряд от от точки с более низким потенциалом до точки с более высоким потенциалом против статического электрического поля.В точка, в которой единичный заряд имеет меньшую потенциальную энергию, равна называется более низким потенциалом. Аналогичным образом точка при который, единица заряда имеет большую потенциальную энергию, называется более высокой потенциал. Разность электрических потенциалов также называется напряжение или электрическое давление.

Рассмотреть две разные точки A и B в электрическом поле положительный заряд Q как показано на рисунке (1).Здесь точка А намного больше ближе к заряду Q, чем точка B. Пусть единичный заряд равен помещен в точку B. Этот единичный заряд имеет электрический потенциал энергия В В .


В чтобы переместить единичный положительный заряд из точки B в точку A работа должна производиться на положительном заряде блока против электрического поле.Если работа выполняется на единичном заряде, энергия получает переводится в единичный заряд, и он начинает движение от точки B в точку A. Следовательно, в точке A единица заряд приобретает электрическую потенциальную энергию, как показано на инжир (2). Величина электрического потенциала единичного заряда при точка A — это V A .

количество электрической потенциальной энергии, полученной за счет единичного заряда от точка B к точке A называется разностью потенциалов.Следовательно, разность потенциалов между точкой B и точкой A — это V A — V B .

Электрический Математически разность потенциалов можно записать как

Если один джоуль работы выполняется, чтобы переместить один кулон заряда из одна точка (более низкий потенциал) в другую (более высокий потенциал), разность потенциалов между этими двумя точками составляет 1 В.в аналогично, если Чтобы переместить один кулон заряда, требуется 5 джоулей работы. от точки с меньшим потенциалом к ​​точке с более высоким потенциал, разность потенциалов между этими двумя очков составляет 5В. Однако один джоуль работы выделяется как тепла, если один кулон заряда перемещается из точки более высокий потенциал в точку с более низким потенциалом.

Электрический разность потенциалов между двумя точками измеряется в вольт. Один вольт равен одному джоулю на кулон. А вольтметр можно использовать для измерения разности потенциалов между двумя точками. Обычно нулевой или нулевой потенциал взят за одну общую точку отсчета.



Что такое напряжение или разность потенциалов?

Что такое напряжение?

Напряжение — очень важный термин в электротехнике .Это похоже на силу в общей физике. Здесь эта сила перемещает какой-то объект. В электричестве эта сила называется электродвижущей силой, которая приводит в движение электроны, то есть потоком тока. Это напряжение также называется электрическим давлением или разностью потенциалов или электрическим напряжением. .

Это количество потенциальной энергии между двумя узлами или двумя точками в замкнутой цепи. Из этих двух узлов один узел имеет больше заряда, а другой — меньше.Таким образом, разница между двумя зарядами называется напряжением . Она измеряется в вольтах. Символ напряжения — V (заглавная буква v). Этот термин вольт назван в честь итальянского ученого Алессандро Вольта, который изобрел первую батарею.
Это работа, выполняемая для перемещения заряда между двумя узлами на единицу заряда. Это напряжение может создаваться статическими электрическими полями, электромагнитными полями, изменяющимися во времени магнитными полями. Для измерения напряжения в замкнутой цепи мы используем вольтметр. Напряжение в замкнутой цепи в том смысле, что оно происходит либо от источника энергии, либо от накопленной энергии, либо от потери энергии.

Чтобы вам было понятнее, мы можем сравнить это напряжение, ток, сопротивление в замкнутом контуре с резервуаром для воды. Замкнутый контур с активными и пассивными элементами аналогичен резервуару для воды. В этом случае давление воды сравнивается с . Напряжение , поток воды аналогичен току, количество воды аналогично заряду. Если в баке больше воды, то больше заряда и больше давление, чем больше электрическое давление.

Математическое представление напряжения:

Рассмотрим две точки A и B. Напряжение , в точке A, равно VA, а напряжение в точке B, равно VB. Теперь напряжение — это разность потенциалов между точками A и B.

Классификация напряжений:

Напряжения делятся на два типа:

1) Постоянное напряжение (DC) или постоянное напряжение

2) Переменное напряжение (AC) или напряжение переменного тока

* Напряжение постоянного тока в электрических схемах представлено следующим образом:

* Обычно используются батареи и элементы питания постоянного тока .

* Напряжения постоянного тока будут иметь постоянную величину в любое время.

* Величина постоянного напряжения не зависит от времени.

Это видно из рисунка

ниже.

* Напряжение переменного тока представлено, как показано на рисунке

ниже.

* Величина переменного напряжения всегда меняется со временем.

На рисунке ниже виден рисунок

.

* Синхронные генераторы, индукционные генераторы являются источниками переменного тока напряжения .

* Скорость изменения формы волны напряжения называется частотой. Обычно используются частоты 50 Гц (в Индии) и 60 Гц (в США).

Источники напряжения Представления:

Напряжение зависит от времени и не зависит от времени. В этих двух случаях независимые напряжений представлены следующим образом:

Электрический потенциал и разность электрических потенциалов (напряжение)

В этом руководстве мы узнаем о двух основных и важных концепциях физики.Это электрический потенциал и разность электрических потенциалов, также известная как напряжение.

Если вы ищете основы электричества, например, из понятий статического электричества, обратитесь к руководству ELECTRICITY BASICS .

Введение

В предыдущих руководствах по электрическому заряду, закону Кулона и электричеству мы почти не обсуждали концепцию электрического потенциала и разности электрических потенциалов. Электричество можно описать с помощью двух терминов, известных как энергия и напряжение.

Из предыдущего обсуждения закона Кулона нам известно, что сила, действующая на объект, приводит к механической работе, т.е. в случае электрического заряда электрическая сила может совершать работу с электрическими зарядами (или заряженными объектами).

Подобно энергии гравитации, электрическая работа связана с электрической потенциальной энергией. Используя эту электрическую потенциальную энергию, мы можем определить особую величину, известную как электрический потенциал.

Электрическая потенциальная энергия

Прежде чем углубляться в концепции электрического потенциала и разности электрических потенциалов, давайте рассмотрим взаимосвязь между силой и работой.На следующем изображении показана область пространства, где электрическое поле E является постоянным, то есть имеет одинаковую величину и направление во всех точках.

Точечный заряд q в этой области испытывает электрическую силу, определяемую следующим уравнением:

F = qE

Предположим, что заряд перемещается из точки A в точку B, которая находится в точке расстояние ∆x и для простоты пусть направление этого смещения параллельно электрической силе F.

Теперь, согласно определению работы, она равна произведению силы и перемещения. Следовательно, работа, совершаемая электрической силой F над зарядом q, определяется выражением

W = F ∆x

Природа электрической силы является консервативной, т.е. независимо от пути между A и B, выполненная работа по заряду q будет то же самое. Теперь, имея всю эту информацию, мы готовы определить электрическую потенциальную энергию, представленную PE ELE .

Для консервативной силы (например, электрической силы здесь), если W — это работа, совершаемая силой, то изменение потенциальной энергии равно -W. Следовательно, если электрическая сила выполняет W количество работы с заряженной частицей, то изменение электрической потенциальной энергии составляет:

∆ PE ELE = -W

. изменение электрической потенциальной энергии при перемещении заряженного объекта из точки A в B в области постоянного электрического поля составляет

∆ PE ELE = -W = -F ∆x = -qE ∆x

Electric Потенциал

Электрическая потенциальная энергия, обсуждаемая в предыдущем разделе, не является свойством отдельного заряда, а скорее свойством точечного заряда в электрическом поле или системы зарядов.Если принять во внимание два точечных заряда, то потенциальная энергия связана с кулоновскими силами, действующими между ними.

Следовательно, потенциальная энергия двух точечных зарядов q1 и q2 зависит от обоих зарядов и определяется следующим уравнением:

PE ELE = k.q1.q2 / r

Помня об этом , давайте по-другому взглянем на электрическую потенциальную энергию как на свойство, связанное только с электрическим полем.

Для тестового заряда q мы можем измерить электрическое поле, измерив силу, действующую на тестовый заряд.

Следующее уравнение покажет связь между электрической силой и электрическим полем.

F = qE

Отсюда электрическое поле можно вывести как:

E = F / q

Сосредоточение внимания на электрическом поле, если это поле вызвано точечным зарядом Q, то величина электрического поля равна:

E = kQ / r 2

Из приведенного выше уравнения мы можем сказать, что электрическое поле не зависит от пробного заряда q.рассматривая электрическую потенциальную энергию аналогичным образом, мы можем измерить потенциальную энергию заряда q, помещенного в определенное место.

Электрический потенциал V можно затем определить с помощью следующего уравнения:

V = PE ELE / q

Электрический потенциал V определяется как потенциальная энергия на единицу заряда.

Формула электрического потенциала

Электрическая потенциальная энергия между двумя зарядами Q и q определяется формулой

PE ELE = k.Q.q / r

Из приведенного выше определения электрического потенциала V = PE ELE / q

Следовательно, V = k.Q / r

, где k — постоянная Кулона.

Основываясь на приведенном выше уравнении, мы можем заключить, что электрический потенциал прямо пропорционален заряду Q, в то время как он обратно пропорционален расстоянию r.

Единицы электрического потенциала

Электрический потенциал часто называют потенциалом. В честь Алессандро Вольта единица измерения потенциала в системе СИ называется Вольт (В).

Мы знаем, что электрический потенциал — это электрическая потенциальная энергия над зарядом. Следовательно, вольт может быть связан с другими единицами СИ следующим образом:

Единицы электрического потенциала: 1 В = 1 Дж / Кл = 1 Н. m / C

Разность электрических потенциалов (напряжение)

Следующей важной темой обсуждения является разность электрических потенциалов, также известная как напряжение. Определение напряжения выглядит примерно так: когда над зарядом выполняется работа по его перемещению из положения A в положение B i.е. его потенциальная энергия изменяется, разность электрических потенциалов или напряжение — это разность между начальным электрическим потенциалом и конечным электрическим потенциалом.

Его часто представляют как ∆V, и если V A — электрический потенциал в точке A, а V B — электрический потенциал в точке B, то

∆V = V A — V B

Термин «напряжение» — это общее название разницы электрических потенциалов, и всякий раз, когда используется термин «напряжение», он обычно означает разность потенциалов между двумя точками.Например, когда мы говорим о напряжении аккумулятора, мы обычно подразумеваем разность потенциалов между двумя выводами аккумулятора.

Кроме того, напряжение и энергия не совпадают. Напряжение — это энергия на единицу заряда. Следовательно, мотоциклетный аккумулятор 12 В и автомобильный аккумулятор 12 В могут хранить разную энергию.

Пример

Рассмотрим аккумулятор мотоцикла 12 В, который может перемещать 4000 C заряда, в то время как автомобильный аккумулятор 12 В может перемещать 50000 C заряда.

Теперь мы можем рассчитать энергию, отдаваемую каждой батареей, следующим образом:

Мы знаем, что потенциал V = потенциальная энергия / заряд.Следовательно, Энергию можно рассчитать как Энергия = Потенциальный заряд X.

Энергия, отдаваемая аккумулятором мотоцикла = 12 В X 4000C = 48 x 10 3 Дж

Энергия, отдаваемая автомобильным аккумулятором = 12 В X 50000C = 60 x 10 4 Дж

Exercise

Выполните небольшой расчет и найдите сколько энергии имеет батарея AA 1,5 В, если она может перемещать заряд на 100 C.

Определение напряжения, потенциала и разности потенциалов

Электрический потенциал в точке (или просто « потенциал »)

Это работа, выполняемая за один кулон заряда, перемещая очень небольшой положительный тестовый заряд от нуля до этой точки.

Единицей измерения электрического потенциала является вольт.

Идея здесь в том, что у нас есть большой кусок заряда, и мы хотим выяснить, как этот большой кусок повлияет на какую-то другую точку в космосе.

Хороший способ сделать это — поместить в эту точку небольшой положительный тестовый заряд и измерить силу, приложенную к нему. Мы делим на заряд нашего небольшого тестового заряда, чтобы получить силу на единицу тестового заряда. Тогда фактический размер тестового заряда не имеет значения. Это называется «напряженность электростатического поля» из-за большого комка в этой точке.

Деятельность Напряженность электрического поля и электрический потенциал. Перетащите маленький заряд (альфа-частицу) к ядру и наблюдайте за силой, действующей на него, и за тем, как он движется, когда высвобождается.

Теперь по факту нельзя просто заставить тестовый заряд появляться из ниоткуда, надо откуда-то приносить. Обычно его приносят издалека, так далеко, что большая шишка почти не действует.

Мы называем эту точку бесконечностью, и это просто означает, что она находится далеко от большого комка в любом направлении.Итак, в этом случае наш ноль выбран как бесконечно удаленный.

Если мы представим, что большой кусок имеет положительный заряд, то он будет отражать наш тестовый заряд все время, пока мы приближаемся к нему. Так что нам нужно проделать некоторую работу, потратить немного энергии, поскольку мы приближаем тестовый заряд все ближе и ближе. Энергия, которую мы тратим (на кулон пробного заряда), чтобы добраться от бесконечности до интересующей нас точки, называется «электростатическим потенциалом» из-за большого комка в этой точке.

Для положительного заряда потенциал вокруг него всегда положительный, потому что вам нужно потрудиться, чтобы получить тестовый заряд до любой точки.Для отрицательной шишки потенциал вокруг нее всегда отрицательный, потому что вам нужно потрудиться, чтобы не дать пробному заряду добраться до этой точки, поскольку они притягиваются друг к другу.

Вот почему мы должны использовать обычный ток. Это потому, что определение потенциала использует положительный тестовый заряд, а не отрицательный. Итак, все наши определения энергии включают движение положительных зарядов.

Что касается электростатики (т.е. заряженных кусков вещества), мы склонны выбирать бесконечность в качестве нуля нашего потенциала.Но для электрических цепей мы выбираем отрицательную клемму источника питания в качестве нуля нашего потенциала.

Таким образом, потенциал в точке цепи — это работа, совершаемая на единицу тестового заряда, перемещая небольшой положительный тестовый заряд от отрицательного вывода к этой точке.

Напряжение в точке

Если мы думаем о потенциале в какой-то момент, мы можем сказать такие вещи, как. «Вся положительная сторона цепи находится под напряжением 6 вольт» или «На половине длины нити накала лампы напряжение около 3 вольт» или «потенциал отрицательной стороны цепи составляет 0 вольт».

Более неформальный способ описания потенциала в точке — это просто говорить о напряжении в этой точке. Так что можно сказать, что «напряжение в этой точке составляет около 3 вольт».

Вы можете использовать вольтметр для измерения напряжения в любой заданной точке. Вы подключаете один конец («отрицательный конец») вольтметра к отрицательной клемме батареи (потому что это то, что вы выбрали в качестве нуля потенциала), а другой конец — к интересующей вас точке.

Вы можете рассматривать это как частный случай измерения разности потенциалов.

Разница потенциалов (p.d.)

Это работа, выполняемая за кулон заряда, перемещая небольшой положительный тестовый заряд между двумя точками.

Для потенциала мы всегда выбирали одну точку для нулевой энергии, например бесконечность или отрицательный полюс батареи. Используя разность потенциалов, мы можем выбрать любые две точки. Например, одна точка может быть на 9 вольт, а другая на 4 вольтах, и в этом случае разность потенциалов будет всего 5 вольт.

Мы склонны говорить о разности потенциалов, потому что это то, что измеряют вольтметры.Вы должны подключить оба конца вольтметра, потому что вы сравниваете потенциал в одной точке с потенциалом в другой.

назад к уроку 5: Напряжение и ток

Электродвижущая сила, ЭДС и разность потенциалов »Электроника

Электродвижущая сила, ЭДС и разность потенциалов — это термины, связанные с электрическим потенциалом, и оба измеряются в вольтах, но они имеют большие различия в том, что они собой представляют.


Напряжение включает:
Что такое напряжение Электрическое поле Делитель напряжения / потенциала Электродвижущая сила


Может возникнуть путаница между электродвижущей силой, ЭДС и напряжением или разностью потенциалов, PD, в какой-либо точке электрической или электронной схемы.

И ЭДС, и разность потенциалов измеряются в вольтах, но эти два параметра сильно отличаются друг от друга. Эти различия могут быть важны в некоторых аспектах проектирования электрических и электронных схем

.

Это помогает понять, что это такое, чтобы уменьшить путаницу и использовать правильные термины и терминологию там, где это необходимо.

Что такое электродвижущая сила, ЭДС

Это помогает определить, что такое электродвижущая сила, прежде чем смотреть дальше.

Определение электродвижущей силы:

Электродвижущая сила определяется как характеристика любого источника энергии, способного приводить электрический заряд в цепь — это сила в источнике напряжения, которая управляет током в цепи. В международной метрической системе это сокращенно E, но также широко используется аббревиатура EMF.

Из этого видно, что ЭДС — это напряжение в источнике, которое обеспечивает движущую силу для проталкивания тока по цепи.Электродвижущая сила — это основная электрическая сила, которая фактически управляет током в цепи.

Какая разница потенциалов

Разность потенциалов в любой точке электрической или электронной цепи — это напряжение в любой данной точке по отношению к другой точке в цепи.

Можно получить более строгое определение разности потенциалов, и хотя существует много определений разности потенциалов, приведенное ниже может дать хорошее представление.

Определение разницы потенциалов:

Разность потенциалов между двумя точками в электрической или электронной цепи представляет собой работу или энергию, высвобождаемую при передаче единичного количества электричества из одной точки в другую.

Фактически, разность потенциалов — это разность электрических потенциалов между двумя точками. Энергия высвобождается, когда заряд перемещается из точки с более высоким потенциалом в точку с более низким потенциалом.Часто это происходит в виде тепла. Возьмем, к примеру, ток, протекающий через резистор, при котором выделяется некоторое количество тепла, когда ток течет от точки с более высоким потенциалом к ​​точке с более низким потенциалом.

Это означает, что потенциал — это напряжение в данной точке цепи, а не источник силы, перемещающей его по цепи.

Ключевой момент, о котором следует помнить, заключается в том, что ЭДС является причиной, то есть движущей силой, тогда как разность потенциалов является результатом ЭДС.

Пример ЭДС и ПД

Чтобы объяснить разницу между ЭДС и ЧР, рассмотрим пример простой батареи, используемой для питания цепи. Обычно на внешней упаковке самой батареи указывается напряжение: часто 1,5 В для одноэлементных щелочных элементов и т.п. Однако обнаружено, что, когда батарея используется, ее напряжение будет падать, особенно когда применяются большие нагрузки, и когда она становится старше и использовалась. Даже если элемент или батарея новые, при подаче тока будет наблюдаться некоторое падение напряжения.Причина этого в том, что внутри клетки есть некоторое сопротивление.

Отсюда можно определить ЭДС как управляющий потенциал в любом электрическом или электронном источнике независимо от любого внутреннего сопротивления. Фактически это напряжение на выходе источника, то есть батареи и т. Д., Когда оно измеряется с очень высоким импедансом и без нагрузки. Это внутреннее напряжение ячейки.

Напряжение и электродвижущая сила, ЭДС

Разность потенциалов в любой точке — это фактический потенциал, видимый в любой данной точке цепи.Это не зависит от отсутствия нагрузки. Фактически, ЭДС или источник и разность потенциалов одинаковы, когда к источнику не приложена нагрузка. При приложении нагрузки разность потенциалов будет падать, но ЭДС останется прежней.

Краткое описание сходств и различий между EMF и PD

Стоит свести в таблицу основные различия между электродвижущей силой и разностью потенциалов, поскольку это подчеркивает сходства и различия.

Сходства и различия ЭДС и потенциальной разницы
Электродвижущая сила (ЭДС) Разница потенциалов (PD)
ЭДС — это движущая электрическая сила от элемента или генератора. Разница потенциалов возникает из-за прохождения тока через сопротивление в цепи.
Причина — ЭДС. Возможная разница — это эффект.
ЭДС присутствует даже тогда, когда через аккумулятор не проходит ток. Разность потенциалов на проводнике равна нулю при отсутствии тока.
Единицей измерения ЭДС является вольт. Единицей измерения разности потенциалов является вольт.
ЭДС остается постоянной. Разность потенциалов не остается постоянной — она ​​зависит от условий цепи.
Его символ — E. Его символ — V.
Не зависит от сопротивления цепи. Зависит от сопротивления между двумя точками измерения.

ЭДС и разность потенциалов имеют много общего, но они также имеют некоторые существенные различия.По сути, ЭДС является движущей силой в цепи, тогда как разность потенциалов является результатом ЭДС в цепи, к которой подключен источник.


Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Что такое напряжение? Разница электрических потенциалов и ЭДС

Что такое напряжение? Разница электрических потенциалов, определение и применение ЭДС

Вы, должно быть, слышали о напряжении, токе и мощности, связанных с электричеством. Это один из основных фундаментальных параметров электричества. Воздушные линии электропередачи с очень высоким напряжением используются для передачи электроэнергии на большие расстояния к центру нагрузки (городам, домам и промышленным предприятиям).

Напряжение любого источника питания, такого как батареи, указано на корпусе, например, автомобильные аккумуляторы на 12 В или аккумуляторы на 1,5 В, используемые в гаджетах. Электрические розетки в нашем доме обеспечивают напряжение 120/220, которое подается от опор электросети.

Вам необходимо знать о напряжении, потому что для любого электрического оборудования важно получать питание от источника с требуемым номинальным напряжением, для которого оно предназначено. Требования к напряжению для каждого электрического оборудования указаны на паспортной табличке или в руководстве.

Оборудование, рассчитанное на 220 В, не будет работать от источника питания 12 В, а оборудование, рассчитанное на 12 В, будет повреждено при подключении к источнику питания 220 В. Кроме того, напряжение бывает разных типов, и вы должны уметь различать, какое из них подходит для конкретного устройства.

Связанные сообщения:

Прежде чем понимать напряжение, нам нужно понять заряд.

Электрический заряд

Субатомные частицы, существующие в атоме, известные как протон и электрон, получают произвольные названия положительный заряд и отрицательный заряд соответственно.«Противоположные обвинения притягивают друг друга». Другими словами, электрон и протон притягиваются друг к другу.

Предположим, что две полосы, состоящие из положительно и отрицательно заряженных частиц, и положительный тестовый заряд помещены поверх отрицательной полосы в точке А. Расстояние между тестовым зарядом и отрицательной полосой равно нулю. Если я отпущу тестовый заряд, движения не будет.

Если я перемещаю заряд в противоположном направлении (к положительной полосе) и увеличиваю расстояние между ними, работа, выполняемая при перемещении заряда из точки A в точку B, преобразуется в потенциальную энергию, которая хранится в нем.Если я отпущу его, тестовый заряд ускорится к отрицательной полосе.

Эта аналогия объясняет напряжение, где напряжение — это потенциальная энергия, соответствующая расстоянию между испытательным зарядом и положительной полосой. В первом случае между ними не было расстояния, и заряд не двигался, что означает, что если нет напряжения, заряд (ток) не течет по проводнику.

Хотя второй случай предполагает наличие некоторого напряжения, которое заставляет заряд двигаться в определенном направлении.Напряжение — это давление или сила, проталкивающая ток внутри проводника так же, как сила, испытываемая отрицательным зарядом.

Мы также можем использовать аналогию с водой для понимания. Предположим, есть резервуар с водой, в дне которого есть отверстие, через которое вода может вытекать. Уровень воды внутри резервуара представляет собой напряжение, а количество вытекающей воды представляет собой ток.

Если уровень воды внутри бака очень низкий, на вытекающую воду будет оказываться низкое давление.Следовательно, количество воды, вытекающей за единицу времени, будет небольшим. Если уровень воды высокий, он будет оказывать высокое давление, поэтому количество вытекающей воды увеличится. Та же идея используется в напряжении, где напряжение — это давление, которое сбрасывает ток в электрической цепи. Чем больше напряжение, тем больше ток через цепь.

Что такое напряжение?

В электрической цепи напряжение — это сила или давление, которое отвечает за проталкивание заряда в проводнике с замкнутым контуром.Прохождение заряда называется током. Напряжение — это электрический потенциал между двумя точками; чем больше напряжение, тем больше будет ток, протекающий через эту точку. Обозначается буквой V или E (используется для обозначения электродвижущей силы).

Напряжение также известно как электрическое давление , электрическое напряжение или разность электрических потенциалов . Существует небольшая разница в между напряжением и ЭДС (электродвижущая сила).

Единица напряжения

Единица напряжения — вольт, названная в честь итальянского физика Алессандро Вольта, который изобрел первую батарею (точнее химическая батарея).

Вольт определяется как «разность потенциалов между двумя точками, которая пропускает через нее ток в 1 ампер и рассеивает 1 ватт мощности между этими точками».

Другими словами, «Вольт» — это разность потенциалов, которая перемещает один джоуль энергии на кулоновский заряд между двумя точками.

В = Дж / К = Вт / А… в Вольтах

Где:

  • В = Напряжение в «Вольтах»
  • Дж = Энергия в «Джоулях»
  • C = Заряд в «Колумбе»
  • W = Работа, выполненная в «Джоулях»
  • A = Ток в «Амперах»

Связанное сообщение: Разница между током и напряжением

Электродвижущая сила и разность потенциалов

Разность потенциалов или напряжение и ЭДС взаимозаменяемы но между ними есть небольшая разница.Видите ли, напряжение источника питания, такого как батареи, падает, когда они подключены к цепи, имеющей нагрузку (сопротивление).

Падение напряжения происходит из-за внутреннего сопротивления внутри батарей. Это пониженное напряжение известно как разность потенциалов, которая зависит от подключенной нагрузки, в то время как ЭДС (электродвижущая сила) — это ненагруженное напряжение батареи или источника питания.

Разность потенциалов всегда меньше ЭДС, а ЭДС — это максимальное напряжение, которое может подавать аккумулятор.

Похожие сообщения:

Как создается напряжение?

Напряжение генерируется с использованием различных методов, таких как химические реакции внутри батарей, солнечное излучение в фотоэлектрических элементах и ​​использование магнитной индукции в турбогенераторах. В любом случае источник питания создает разность потенциалов на своих выводах, которая может подтолкнуть заряд к протеканию через цепь.

Полярность напряжения

Полярность напряжения — очень важный момент для понимания напряжения.Как известно, напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками. Разница подсказывает, какая из двух точек имеет наибольший потенциал. Другими словами, напряжение в одной точке берется со ссылкой на другую точку.

Данная цепь имеет разрыв в точках A и B, где напряжение между ними равно 12 вольт. Напряжение в точке A составляет +12 В по отношению к B, а напряжение в точке B составляет –12 В по отношению к A. Эта полярность назначается клеммами источника питания.Предположим, мы замыкаем цепь, ток начнет течь по часовой стрелке от положительной клеммы к отрицательной.

Теперь, если мы поменяем местами клеммы источника, полярности напряжения в точках A и B также поменяются местами. Если мы замкнем цепь, ток начнет течь против часовой стрелки. Направление тока в цепи зависит от полярности напряжения источника.

В переменном токе полярность напряжения меняется несколько раз сама по себе.Следовательно, направление тока также несколько раз меняется на противоположное.

Как мы уже обсуждали, электрический ток течет от высокого потенциала к низкому, как показано в этих схемах. Но определение электрического тока — это поток электронов (отрицательных зарядов). Предполагается, что он течет от низкого потенциала (отрицательная клемма) к более высокому потенциалу (положительная клемма) батареи. Первый называется обычным током, а второй — электронным.

Идея условного тока i.е. поток от высокого потенциала к низкому потенциалу был установлен задолго до открытия электронного тока, и были установлены множественные правила, основанные на обычном токе. Кроме того, не имеет значения, какое направление вы ему задаете, если оно остается неизменным.

Типы напряжений

Напряжение бывает различных типов в зависимости от характера полярности и уровней напряжения.

Напряжение постоянного тока

Постоянный ток (DC) — это однонаправленный ток, который течет только в одном направлении.Обычно источником питания постоянного тока являются батареи, полярность которых четко указана на них. Такие источники могут хранить электрическую энергию в форме постоянного тока. Он имеет фиксированную полярность, т.е. положительную и отрицательную. Напряжение постоянного тока, кроме знаков ±, обозначается тире с символом 3 точки (⎓).

Поскольку постоянное напряжение толкает ток только в одном направлении, следует соблюдать осторожность при подключении нагрузки с соблюдением полярности. Изменение полярности приведет к повреждению цепи.

Напряжение переменного тока

При переменном токе (AC) направление тока постоянно изменяется из-за постоянного изменения полярностей напряжения.Электропитание в розетках нашего дома составляет 50/60 Гц, то есть он меняет полярность 100/120 раз за секунду. У него нет согласованной полярности, поэтому вы не увидите никаких знаков + или — на розетках. Следовательно, нагрузку можно подключать в любом положении. Замена клемм оборудования не повлияет на его работу. Напряжение переменного тока обозначается волновым символом ~.

Любое оборудование, предназначенное для работы с переменным током, не может работать с постоянным напряжением. Верно и обратное. Тип напряжения четко указан на оборудовании, для которого он предназначен.

ПЗН сверхнизкого напряжения (<70)

Сверхнизкое напряжение или коротко известное как ПЗН — это диапазон напряжений ниже 70 вольт. Такой уровень напряжения не вреден для человеческого организма. Он специально используется для устранения опасности поражения электрическим током. Он используется в освещении бассейнов, спа и оборудовании с батарейным питанием.

Низкое напряжение LV (70–600 В)

Низкое напряжение — это диапазон напряжений, который выше ПЗВ и падает ниже 600В. Это напряжение обычно подается в дома потребителей и промышленные предприятия.Розетки в наших домах подают напряжение 110/220 вольт. Не рекомендуется прикасаться к токоведущим проводам с таким напряжением. Прикосновение к такому напряжению вызовет у вас шок и оттолкнет, если вам повезет. Однако во влажных условиях он может оказаться фатальным, поэтому всегда будьте осторожны с ним.

Среднее напряжение среднего напряжения (600–35 кВ)

Диапазон среднего напряжения падает ниже 35 кВ, и эти напряжения обычно не используются для потребления. Он в основном используется для передачи между подстанциями и опорами электроснабжения возле наших домов.Эти напряжения очень опасны и очень фатальны.

Высокое напряжение высокого напряжения (115 000 — 230 000 кВ)

Высокое напряжение находится в диапазоне от 115 кВ до 230 кВ. Эти напряжения используются для передачи электроэнергии между городами и от генерирующей станции к нагрузочной подстанции.

Сверхвысокое напряжение сверхвысокого напряжения (345 000–765 000 кВ)

Сверхвысокое напряжение составляет от 345 кВ до 765 кВ и используется для передачи энергии на очень большие расстояния.Для передачи на большие расстояния необходимо увеличить напряжение. Увеличение напряжения уменьшает потери в линии, возникающие из-за тока.

СВН сверхвысокого напряжения (765 000–1 100 000 кВ)

Эти напряжения очень высокие и используются для передачи энергии на очень большие расстояния.

Постоянный ток высокого напряжения (HVDC)

Постоянный ток высокого напряжения или коротко известный как HVDC — это диапазон напряжений постоянного тока, используемых для эффективной передачи энергии на большие расстояния.как следует из названия, это постоянное напряжение в очень высоких диапазонах. Преимущество использования HVDC вместо HVAC заключается в том, что это дешевле, имея очень низкие потери для передачи энергии от удаленной генерирующей станции к центрам нагрузки, которые находятся на расстоянии более 600 км или 400 миль. Он также используется для подземной или подводной передачи энергии от морских ветряных электростанций.

Как измерить напряжение?

Мы используем несколько инструментов для измерения параметров линии, таких как ток, напряжение, сопротивление и т. Д.Прибор, используемый для измерения напряжения между двумя точками, известен как Вольтметр .

Вольтметр бывает аналоговым или цифровым. Развитие технологий упрощает считывание и предлагает точные показания с помощью цифрового вольтметра. В настоящее время используется цифровой вольтметр, потому что он исключает человеческую ошибку, а также может быть более точным. Мы используем показания вольтметра для диагностики любой электрической системы.

Примечание:

  • Всегда подключайте вольтметр к источнику напряжения при параллельной настройке.
  • Имейте в виду, что вольтметр подключается последовательно для измерения электрического тока.
  • Всегда выбирайте более низкий уровень напряжения (перемещая ручку вольтметра на более низкий уровень, т.е. 50 В, 100 В и т. Д.), А затем увеличивайте до желаемого уровня напряжения при измерении напряжения.
  • Выберите переменный и постоянный ток в вольтметре (переместив ручку измерителя AVO к напечатанным на нем символам переменного / постоянного тока), одновременно измеряя различные уровни напряжения для цепей переменного и постоянного тока соответственно.

Похожие сообщения:

Что такое напряжение? | Fluke

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое проталкивает заряженные электроны (ток) через проводящую петлю, позволяя им выполнять такую ​​работу, как включение света.

Короче говоря, напряжение = давление , и оно измеряется в вольт (В). Этим термином признан итальянский физик Алессандро Вольта (1745-1827), изобретатель гальванической батареи — предшественника современной бытовой батареи.

В первые дни существования электричества напряжение было известно как электродвижущая сила (ЭДС). Вот почему в уравнениях, таких как закон Ома, напряжение представлено символом E .

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

  1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (включен).
  2. Напряжение в источнике питания — «разность потенциалов» между двумя полюсами батареи — активируется, создавая давление, которое заставляет электроны течь в виде тока через отрицательную клемму батареи.
  3. Ток достигает света, заставляя его светиться.
  4. Ток возвращается к источнику питания.

Напряжение — это либо напряжение переменного тока (ac) , либо напряжение постоянного тока (dc) . Способы, которыми они различаются:

Напряжение переменного тока (представленное на цифровом мультиметре цифрой):

  • Течение равномерно волнообразными волнами, как показано ниже:
  • Меняет направление на равные.
  • Обычно производятся коммунальными предприятиями через генераторы , в которых механическая энергия — вращательное движение, приводимое в движение проточной водой, паром, ветром или теплом — преобразуется в электрическую энергию.
  • Чаще, чем напряжение постоянного тока. Коммунальные предприятия поставляют переменное напряжение в дома и на предприятия, где большинство устройств используют переменное напряжение.
  • Источники первичного напряжения зависят от страны. В США, например, 120 вольт.
  • Некоторые бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры, используют питание постоянного тока.Они используют выпрямители (например, этот толстый блок в шнуре портативного компьютера) для преобразования переменного напряжения и тока в постоянный.
Генераторы преобразуют вращательное движение в электричество. Вращательное движение обычно вызывается текущей водой (гидроэлектростанция) или паром из воды, нагретой газом, нефтью, углем или ядерной энергией.

Напряжение постоянного тока (обозначено на цифровом мультиметре значком и):

  • Перемещается по прямой линии и только в одном направлении.
  • Обычно производится из источников накопленной энергии, таких как батареи .
  • Источники постоянного напряжения имеют положительную и отрицательную клеммы. Клеммы устанавливают полярность в цепи, и полярность может использоваться, чтобы определить, является ли цепь постоянным или переменным током.
  • Обычно используется в портативном оборудовании с батарейным питанием (автомобили, фонарики, фотоаппараты).

Какая разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» часто используются как синонимы. Разницу потенциалов можно было бы лучше определить как разность потенциальной энергии между двумя точками в цепи.Величина разницы (выраженная в вольтах) определяет, сколько существует потенциальной энергии для перемещения электронов из одной конкретной точки в другую. Количество определяет, сколько работы потенциально может быть выполнено через схему.

Бытовая щелочная батарея AA, например, имеет напряжение 1,5 В. Обычные бытовые электрические розетки имеют напряжение 120 В. Чем больше напряжение в цепи, тем выше ее способность «выталкивать» больше электронов и выполнять работу.

Напряжение / разность потенциалов можно сравнить с водой, хранящейся в резервуаре.Чем больше резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, его потенциальная скорость), тем больше способность воды создавать удар, когда клапан открывается и вода (как электроны) может течь.

Почему полезно измерять напряжение

Техники подходят к большинству ситуаций устранения неисправностей, зная, как обычно должна работать цепь.

Цепи используются для передачи энергии нагрузке — от небольшого устройства до бытовой техники и промышленного двигателя.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *