Напряжение в чем измеряется в физике. Электрическое напряжение в физике: единицы измерения и способы измерения

Что такое электрическое напряжение в физике. Как измеряется напряжение. В каких единицах выражается электрическое напряжение. Какие приборы используются для измерения напряжения. Как правильно подключать вольтметр в электрическую цепь.

Что такое электрическое напряжение в физике

Электрическое напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле в цепи. Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки цепи в другую.

Напряжение обозначается буквой U и измеряется в вольтах (В). Его можно определить по формуле:

U = A / q

где A — работа электрического поля, q — величина перемещаемого заряда.

В каких единицах измеряется электрическое напряжение

Основной единицей измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ) является вольт (В).

1 вольт — это такое напряжение, при котором заряд в 1 кулон совершает работу в 1 джоуль.

Кроме вольта используются и другие единицы напряжения:

• Милливольт (мВ) — 0,001 В
• Киловольт (кВ) — 1000 В
• Мегавольт (МВ) — 1000000 В

Какое напряжение считается высоким и опасным для человека? Напряжение выше 42 В считается опасным при работе в помещениях. Напряжение свыше 1000 В считается высоким.

Как измеряется электрическое напряжение

Для измерения напряжения используется специальный прибор — вольтметр. Вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение.

Основные правила подключения вольтметра:

1. Вольтметр всегда подключается параллельно нагрузке или источнику питания.
2. Положительный вывод вольтметра подключается к точке с более высоким потенциалом.
3. Отрицательный вывод — к точке с более низким потенциалом.
4. Предел измерения вольтметра должен быть больше измеряемого напряжения.

Виды вольтметров для измерения напряжения

Существует несколько основных видов вольтметров:

• Аналоговые электромеханические — со стрелочным индикатором
• Цифровые электронные — с цифровым дисплеем
• Мультиметры — комбинированные приборы для измерения напряжения, тока, сопротивления
• Осциллографы — для визуального наблюдения формы напряжения

Цифровые вольтметры обладают большей точностью и удобством считывания показаний по сравнению с аналоговыми. Мультиметры универсальны и позволяют проводить различные электрические измерения.

Особенности измерения напряжения в цепях постоянного и переменного тока

При измерении напряжения постоянного тока важно соблюдать полярность подключения вольтметра. Неправильное подключение может привести к повреждению прибора.

Для измерения напряжения переменного тока используются специальные вольтметры, показывающие действующее значение напряжения. Полярность подключения в этом случае не имеет значения.

Чем отличается измерение напряжения в цепях постоянного и переменного тока?

• В цепях постоянного тока важна полярность подключения вольтметра
• В цепях переменного тока полярность не важна
• Для переменного тока используются специальные вольтметры
• При измерении переменного напряжения показания отражают действующее значение

Напряжение в различных источниках электрической энергии

Значения напряжения в разных источниках питания могут сильно отличаться:

• Гальванические элементы и батарейки — 1,2-1,5 В
• Автомобильный аккумулятор — 12 В
• Бытовая электрическая сеть — 220 В
• Линии электропередач — от 35 до 750 кВ
• Молния — до 100 МВ

Какое напряжение используется в бытовой электросети? В России и большинстве стран стандартное напряжение в розетках составляет 220-230 В переменного тока частотой 50 Гц.

Зависимость напряжения от других электрических величин

Напряжение связано с другими электрическими величинами. Основные зависимости:

• Закон Ома: U = I * R, где I — сила тока, R — сопротивление
• Мощность: P = U * I
• Энергия: W = U * I * t, где t — время

Как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление? Согласно закону Ома, напряжение прямо пропорционально силе тока и сопротивлению участка цепи. При увеличении тока или сопротивления напряжение также увеличивается.

Практическое применение знаний о напряжении

Понимание сущности электрического напряжения и умение его измерять важно во многих сферах:

• Электротехника и электроника
• Энергетика
• Бытовое использование электроприборов
• Обеспечение электробезопасности

Зачем нужно уметь измерять напряжение? Измерение напряжения позволяет:

• Контролировать работу электрических устройств
• Находить неисправности в электрических цепях
• Обеспечивать безопасность при работе с электричеством
• Оптимизировать энергопотребление

Таким образом, знание основ электрического напряжения и методов его измерения — важный навык как для профессиональных электриков, так и для обычных пользователей бытовой техники.

Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольтметр. Измерение напряжения. 8 класс. Физика. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Мы знаем, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем, а оно при этом совершает работу. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. В процессе такой работы энергия электрического поля превращается в другой вид энергии — механическую, внутреннюю и др.

От чего же зависит работа тока? Можно с уверенностью сказать, что она зависит от силы тока, т. е. от электрического заряда, протекающего по цепи в 1 с. В этом мы убедились, знакомясь с различными действиями тока. Например, пропуская ток по железной или никелиновой проволоке, мы видели, что чем больше была сила тока, тем выше становилась температура проволоки, т. е. сильнее было тепловое действие тока.

Но не только от одной силы тока зависит работа тока. Она зависит ещё и от другой величины, которую называют электрическим напряжением или просто напряжением.

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Оно обозначается буквой U. Чтобы ознакомиться с этой очень важной физической величиной, обратимся к опыту.

На рисунке изображена электрическая цепь, в которую включена лампочка от карманного фонарика. Источником тока здесь служит батарейка. На рисунке б показана другая цепь, в неё включена лампа, используемая для освещения помещений. Источником тока в этой цепи является городская осветительная сеть. Амперметры, включённые в указанные цепи, показывают одинаковую силу тока в обеих цепях. Однако лампа, включённая в городскую сеть, даёт гораздо больше света и тепла, чем лампочка от карманного фонаря. Объясняется это тем, что при одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного 1 Кл, различна. Эта работа тока и определяет новую физическую величину, называемую

электрическим напряжением.

Рис. Различное свечение ламп при одной и той же силе тока:
а — источник тока — батарейка; б — источник тока — городская сеть

Напряжение, которое создаёт батарейка, значительно меньше напряжения городской сети. Именно поэтому при одной и той же силе тока лампочка, включённая в цепь батарейки, даёт меньше света и тепла.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Зная работу тока А на данном участке цепи и весь электрический заряд q, прошедший по этому участку, можно определить напряжение U, т. е. работу тока при перемещении единичного электрического заряда:

U = A / q

Следовательно, напряжение равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку.

Из предыдущей формулы можно определить:

A = Uq, q = A / U.

Электрический ток подобен течению воды в реках и водопадах, т. е. течению воды с более высокого уровня на более низкий. Здесь электрический заряд (количество электричества) соответствует массе воды, протекающей через сечение реки, а напряжение — разности уровней, напору воды в реке. Работа, которую совершает вода, падая, например, с плотины, зависит от массы воды и высоты её падения. Работа тока зависит от электрического заряда, протекающего через сечение проводника, и от напряжения на этом проводнике. Чем больше разность уровней воды, тем большую работу совершает вода при своём падении; чем больше напряжение на участке цепи, тем больше работа тока. В озёрах и прудах уровень воды всюду одинаков, и там вода не течёт; если в электрической цепи нет напряжения, то в ней нет и электрического тока.

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

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

1 В = 1 Дж / Кл

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

1 мВ = 0,001 В;
1 кВ = 1000 В.

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

Вольта Алессандро (1745-1827)
Итальянский физик, один из основателей учения об электрическом токе, создал первый гальванический элемент.

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

Напряжение в некоторых технических устройствах и в природе

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

Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют прибор, называемый вольтметром.

Вольтметр, используемый в школьных опытах, показан на рисунке а, в лабораторных работах — на рисунке в.

Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (рис. б).

Рис. Вольтметр

Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+». Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону.

Вольтметр включается иначе, чем амперметр. На рисунке а изображена электрическая цепь, в которую включены электрическая лампа, амперметр и вольтметр. На рисунке б показана схема такой цепи. Амперметром в этой цепи измеряют силу тока в лампе, для этого он включён в цепь последовательно с ней. Вольтметр должен показывать напряжение, существующее на зажимах лампы.

Рис. Подключение вольтметра и амперметра в цепь

Поэтому его включают в цепь не последовательно с лампой, а так, как показано на рисунке а и на схеме (см. рис. б). Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Такое включение прибора называют параллельным. Сила тока, проходящего через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи, поэтому он почти не изменяет напряжение между теми точками, к которым подключён.

Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр подключают непосредственно к зажимам источника тока так, как показано на рисунке.

Рис. Подключение вольтметра к источнику тока

Домашняя работа

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Как называют прибор для измерения напряжения?
2. Как включают вольтметр для измерения напряжения на участке цепи?
3. Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?
4. Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?
5. Что принимают за единицу напряжения?
6. Какое напряжение используют в осветительной сети?
7. Чему равно напряжение на полюсах сухого элемента и кислотного аккумулятора?
8. Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике?
9. Опишите опыт, который доказывает, что работа тока зависит не только от силы тока, но и от напряжения.
10. Что такое электрическое напряжение?
11. Как можно определить его через работу тока и электрический заряд?

Задание 2. Разгадай ребус.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники: http://www.tepka.ru/fizika_8, http://class-fizika.narod.ru

8 класс. Напряжение. Вольтметр. Измерение напряжения

Подробности

Просмотров: 305

Назад в «Оглавление» — смотреть

Напряжение

1. Какой опыт доказывает, что работа тока зависит не только от силы тока, но и от напряжения?

Надо взять два источника тока с различным напряжением.
При подключении к каждому из них одинаковых лампочек видно, что Лампочка, подключенная к источнику тока с большим напряжением на выходе, она при одинаковой силе тока будет гореть в одном случае ярче.

2. Что такое электрическое напряжение?

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле, которое создает ток.

Что показывает напряжение?

Электрическое напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного электрического заряда из одной точки в другую.

3. Как можно определить напряжение через работу тока и электрический заряд?

Напряжение U можно определить как отношение работы тока (А) на данном участке к электрическому заряду (q), прошедшему по этому участку.

U = A/q.





Единицы измерения напряжения

1. Что принимают за единицу напряжения?

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

1 В = 1 Дж/Кл.



2. Какое напряжение используют в осветительной сети?

Напряжение в осветительной сети равно 127 или 220 В.



3. Чему равно напряжение на полюсах сухого элемента и кислотного аккумулятора?

Напряжение на полюсах сухого элемента равно 1,5 В.
Напряжение на полюсах кислотного аккумулятора равно 2 В.



4. Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике?

На практике кроме вольта применяются: милливольты и киловольты.

1 мВ = 0,001 В;
1 кВ = 1000 В.

Вольтметр. Измерение напряжения

1. Как называют прибор для измерения напряжения?

Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют прибор, называемый вольтметром.

2. Как включают вольтметр для измерения напряжения на участке цепи?


У одного зажима вольтметра стоит знак «+», а у другого «-«.
Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение.
Включение вольтметра называют параллельным.
«+» вольтметра надо обязательно соединять с проводом, идущим в цепи от положительного полюса источника тока.
«-» вольтметра надо обязательно соединять с проводом, идущим в цепи от отрицательного полюса источника тока.
Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону.


3. Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?

Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр подключают непосредственно к зажимам источника тока с учетом полярности:
«+» вольтметра к «+» источника тока,
«-» вольтметра к «-» источника тока.


4. Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?

Сила тока, проходящего через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи, поэтому вольтметр почти не изменяет напряжение между теми точками, к которым его подключают.

Назад в «Оглавление» — смотреть

энергии — Что именно относится к напряжению?

$\begingroup$

Учитывая, что заряд движется по проводу, электрическое поле действует на заряды. Работа, совершаемая электрическим полем, может иметь два результата: она может увеличить кинетическую энергию самих носителей заряда или может быть рассеяна в виде тепла или других форм энергии. Я понимаю, что разность потенциалов между двумя точками — это разница в значениях электрического потенциала, которая заставляет электроны двигаться. Однако это явно отличается от того, что мы можем измерить вольтметром в этих двух точках, поскольку мы не будем измерять разницу энергий для накопленной энергии, которая стала кинетической энергией для электронов.

Я понимаю, что при постоянном токе (кинетическая энергия электронов не меняется) показания вольтметра будут такими же, как разность потенциалов электрического поля между двумя точками. Для любой цепи постоянного тока время, необходимое для достижения скорости дрейфа/постоянства тока, незначительно, поэтому мы можем предположить, что вольтметр измеряет точную разность потенциалов.

Мои вопросы:

• есть ли разница между разностью потенциалов и напряжением? Я думаю, что, возможно, разность потенциалов относится к фактической разнице потенциалов, а напряжение — это разность потенциалов за вычетом количества энергии, которая идет на увеличение кинетической энергии электронов на единицу заряда. Следовательно, напряжение будет тем, что мы измеряем вольтметром.

• мой второй вопрос, как это будет работать для цепей переменного тока. Конечно, тогда, когда кинетическая энергия электронов продолжает изменяться, напряжения не будут отражать разность потенциалов?

Надеюсь, мой вопрос имеет какой-то смысл…

• энергия
• электростатика
• потенциальная энергия
• напряжение
• условности

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Разность потенциалов и напряжение совпадают. Разность потенциалов является более полезным термином, потому что на самом деле вы можете говорить только о напряжении относительно другого потенциала — следовательно, о разнице потенциалов.

«Напряжение» в цепи переменного тока постоянно меняется, как и электрическое поле, ощущаемое электроном, и энергия электрона

$\endgroup$

$\begingroup$

Разность электрических потенциалов, часто обозначаемая как $V$, является синонимом напряжения. Вы можете спутать электрический потенциал с потенциальной энергией, которая имеет единицы измерения энергии. Названия похожи, потому что есть связь: электрический потенциал — это просто потенциальная энергия на единицу заряда.

Говоря конкретно, чтобы переместить частицу с зарядом $q$ из точки $a$ в точку $b$ с разностью потенциалов $V_{ab}$ между точками, нужно затратить энергию (т.е. потенциальная энергия между точками) определяется выражением $W_{ab} = q V_{ab}$.

В металлическом проводнике разность потенциалов между точками на отрезке провода, однако, не приводит к соответствующему увеличению кинетической энергии электронов. Это связано с тем, что при движении электроны постоянно сталкиваются с примесями решетки в проводнике. Кинетическая энергия, которую электроны получают между столкновениями от электрического поля, передается этим примесям и становится теплом. Вот почему ваш компьютер нагревается и нуждается в охлаждении для работы. 9T V(t)$, где $T$ — длина периода).

$\endgroup$

$\begingroup$

Добавление к предыдущим ответам. Кинетическая энергия всех электронов проводимости легко вычисляется (используйте формулы из экзаменационного листа уровня A) и весьма незначительна, тогда, как упоминается в предыдущем посте, она продолжает преобразовываться в колебания решетки, тепло. Однако в разреженных средах, например, в почти вакуумированных трубках, электроны могут ускоряться сильнее и в вакууме получают все электрон-вольты в виде кинетической энергии.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

электромагнетизм — Работа и напряжение

спросил 4 года, 7 месяцев назад

Изменено 4 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 170 раз

$\begingroup$

Вопрос 1: Измеряется ли напряжение как количество работы, которую заряд может совершить при протекании между двумя точками, потому что работа пропорциональна силе? Таким образом, измеряя работу, которую совершает определенное количество заряда при прохождении между двумя точками, мы можем косвенно измерить электродвижущую силу, действующую на этот заряд?

Вопрос 2: Измеряем ли мы таким образом электродвижущую силу, потому что как-то легче измерить потерю энергии заряда, чем силу, действующую на него?

Вопрос 3: Работа равна Силе x Расстояние. Означает ли это, что мы можем увеличить напряжение, увеличив расстояние между двумя измеряемыми точками? Очевидно, что нет, так как на практике это не так. Так как же расстояние влияет на электродвижущую силу и влияет ли вообще? Кажется, что это вообще не должно влиять на это, если напряжение действительно является силой.

Обратите внимание: я видел некоторые объяснения, связанные с исчислением, которых я не знаю. Мои математические знания только до предварительного расчета.

Спасибо за помощь.

• электромагнетизм
• электростатика
• электричество
• электрические цепи
• электроны

$\endgroup$

$\begingroup$

При ответе на вопросы 1 и 2 напряжение определяется таким образом, а не измеряется. Напряжение обычно измеряют, пропуская небольшой ток через резистор и измеряя ток. Поищите в интернете «вольтметр».

Отвечая на вопрос 3, нет, нельзя увеличить напряжение между двумя точками, увеличив расстояние между ними. Представьте, что вы присоединяете длинные провода к концам батареи, а затем отводите концы проводов друг от друга. Напряжение между концами проводов не будет резко увеличиваться при движении концов. Вы можете провести эксперимент с мультиметром, батареей и кусочками проволоки, если не верите.

Ключевым моментом является то, что хотя напряжение остается постоянным, расстояние изменяется, поэтому сила, действующая на заряженную частицу между концами провода, должна измениться. Тот факт, что напряжение остается постоянным, в то время как напряженность поля меняется в этой и других распространенных ситуациях, также объясняет, почему мы часто измеряем напряжение, а не напряженность поля.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

1. Да.

2. Вы предполагаете, что здесь что-то не так. Да, мы можем измерить электродвижущую силу как работу, совершаемую при перемещении заряда, но обычно мы не измеряем ее таким образом. Гораздо чаще бывает наоборот; вы знаете свою электродвижущую силу, например. батареей, и из этого вы знаете энергию в цепи. Электродвижущая сила обычно является тем, что вы называете источником энергии для системы.

3. Работа равна силе-времени-расстоянию, да, $W=Fd$. В электрических терминах это соответствует напряжению, равному электрическому полю, умноженному на расстояние: $$V=Ed$$ Но будьте осторожны с такими формулами. Изменение $d$ не обязательно меняет $V$; вместо этого он может изменить $E$. Что именно так и есть, например. аккумулятор. Напряжение всегда постоянное, но уменьшение расстояния, например, путем сближения двух проводов от каждого полюса, увеличит напряженность электрического поля $E$, то есть силу, приходящуюся на один заряд.

, если напряжение действительно является силой.

Это неверно. Напряжение не является силой. Это энергия на один заряд. Термин электродвижущая сила также не является силой.