Что такое электрическое напряжение и в каких единицах оно измеряется. Как обозначается напряжение на схемах. Какой физический смысл имеет напряжение в электрической цепи. Какие приборы используются для измерения напряжения.
Что такое электрическое напряжение
Электрическое напряжение — это физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению единичного положительного заряда. Другими словами, напряжение показывает разность потенциалов между двумя точками электрической цепи.
Напряжение обозначается латинской буквой U или греческой φ (фи). В формулах и на схемах чаще используется U.
Единицы измерения напряжения
Основной единицей измерения напряжения в Международной системе единиц (СИ) является вольт (В). Один вольт равен напряжению, при котором заряд в 1 кулон совершает работу в 1 джоуль.
Кратные и дольные единицы напряжения:
- Киловольт (кВ) = 1000 В
- Милливольт (мВ) = 0,001 В
- Микровольт (мкВ) = 0,000001 В
На практике также используются внесистемные единицы, например:
- Мегавольт (МВ) = 1000000 В
- Гигавольт (ГВ) = 1000000000 В
Обозначение напряжения на схемах
На электрических схемах напряжение обозначается следующим образом:
- Буквой U с индексом, например U1, U2
- Знаком ~ для переменного напряжения
- Знаком ⎓ для постоянного напряжения
Вольтметр на схемах обозначается буквой V в круге.
Физический смысл напряжения
Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению заряда. Чем выше напряжение между двумя точками цепи, тем больше энергии получит заряд при движении между этими точками.
Напряжение можно сравнить с давлением в водопроводе — чем оно выше, тем сильнее поток воды. Аналогично, чем выше электрическое напряжение, тем интенсивнее поток электронов в проводнике.
Как измерить напряжение
Для измерения напряжения используются следующие приборы:- Вольтметр — измеряет напряжение в цепи
- Мультиметр — универсальный прибор, позволяющий измерять напряжение, ток, сопротивление
- Осциллограф — отображает форму напряжения на экране
При измерении вольтметр подключают параллельно участку цепи. Это позволяет определить разность потенциалов между двумя точками.
Виды напряжения в электрических цепях
В электротехнике различают следующие основные виды напряжения:
- Постоянное напряжение — не меняется во времени
- Переменное напряжение — периодически меняет свое значение и направление
- Пульсирующее напряжение — меняется по величине, но не по направлению
- Импульсное напряжение — подается короткими импульсами
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома устанавливает связь между напряжением, током и сопротивлением участка цепи:
U = I * R
где:
- U — напряжение на участке цепи (В)
- I — сила тока (А)
- R — сопротивление участка (Ом)
Этот закон позволяет рассчитать напряжение, зная ток и сопротивление, или наоборот.
Источники напряжения
Основные источники напряжения в электрических цепях:
- Гальванические элементы и аккумуляторы
- Электрические генераторы
- Солнечные батареи
- Термоэлементы
- Пьезоэлементы
Источники напряжения создают и поддерживают разность потенциалов в электрической цепи за счет преобразования различных видов энергии в электрическую.
Падение напряжения
Падение напряжения — это разность потенциалов на концах участка электрической цепи, на котором происходит преобразование электрической энергии в другие виды энергии.
Падение напряжения наблюдается на резисторах, лампах, нагревательных элементах и других потребителях электроэнергии. Оно рассчитывается по закону Ома.
Напряжение холостого хода
Напряжение холостого хода — это напряжение на выводах источника электрической энергии при отсутствии нагрузки (разомкнутой внешней цепи).
Оно равно ЭДС источника и является максимально возможным напряжением, которое может создать данный источник.
Номинальное напряжение
Номинальное напряжение — это напряжение, на которое рассчитан электротехнический прибор для нормальной работы.
Примеры номинальных напряжений:
- 220 В — стандартное напряжение в бытовой электросети
- 12 В — напряжение автомобильного аккумулятора
- 1,5 В — напряжение пальчиковой батарейки
Заключение
Напряжение является одной из ключевых характеристик электрических цепей. Понимание его физического смысла, единиц измерения и методов определения необходимо для работы с любыми электротехническими устройствами. Правильное измерение и расчет напряжения позволяет обеспечить нормальное функционирование электрооборудования и безопасность его эксплуатации.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 24 Bog’liq
1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 24 Ma’lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2023 | Bosh sahifa vazirligi koronavirus covid vaccination risida sertifikat qarshi emlanganlik sertifikat ministry vaccination certificate haqida umumiy matematika fakulteti o’rta ta’lim fanlar fakulteti pedagogika universiteti ishlab chiqarish moliya instituti fanining predmeti |
Источники механической возобновляемой энергии являются
eltekh_zachet_1
1.
Что называют электрическим током? В каких единицах измеряется сила тока?
Электрический ток – это явление направленного движения заряженных частиц. Количественную меру этого движения в ГОСТе определяют как силу тока. Ток измеряют в амперах (А).
2. Что называют разностью потенциалов? В каких единицах измеряется напряжение?
Потенциал – количество энергии, затраченной на перемещение единичного заряда из бесконечности в какую-либо точку электромагнитного поля. Отсюда напряжение – это разность потенциалов между двумя различными точками пространства поля. Единицей измерения напряжения в СИ является вольт.
3. Дайте определения понятиям «электрическая цепь», «электрическая схема», «ветвь», «контур», «узел».
Электрическая цепь – это совокупность генерирующих, приемных и вспомогательных устройств, соединенных между собой электрическими проводами.
Электрическая схема замещения – это графическое изображение электрической цепи идеализированными элементами, которые учитывают явления, происходящие в реальной цепи.
Ветвь – часть электрической схемы, состоящая из одного или нескольких последовательно соединенных источников и приемников энергии, ток в которых один и тот же.
Контур – любой замкнутый по ветвям схемы путь.
Узел – это точка в схеме, где сходятся не менее трех ветвей. Тогда ветвь – участок схемы от одного узла до другого узла.
4. Какие элементы электрической цепи называются активными (приведите примеры реальных устройств)? Что такое внешняя характеристика источника?
В теории цепей различают активные и пассивные элементы. Активными элементами считаются источники электрической энергии.
Внешняя характеристика отражает зависимость напряжения на зажимах источника от величины нагрузки — тока источника, заданного нагрузкой. Напряжение на зажимах источника меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника (1):
5. Охарактеризуйте пассивные схемные элементы в цепях постоянного тока. (Особенности использования, Основные параметры, УГО).
Существуют активные и пассивные элементы. Первые вносят энергию в электрическую цепь, а вторые ее потребляют. К пассивным элементам относят резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы.
Резистор и его свойства. Резистор — пассивный элемент электрической цепи, предназначенный для использования его электрического сопротивления R. Это диссипативный элемент, так как он не может накапливать энергию: полученная им электрическая энергия необратимо в нем преобразовывается в тепловую. Условное графическое обозначение линейного резистора на схеме цепи показано на рисунке.
Индуктивная катушка и ее свойства. Индуктивная катушка — пассивный элемент цепи, предназначенный для использования его собственной индуктивности L и (или) его магнитного поля. Условные графические обозначения линейного и нелинейного индуктивных элементов на схеме цепи показаны на рисунке.
При нарастании тока в индуктивной катушке происходит преобразование электрической энергии в магнитную и ее накопление в магнитном поле катушки, а при убывании тока — обратное преобразование энергии магнитного поля в электрическую энергию, возвращаемую источнику.
Энергия, запасенная в магнитном поле катушки:
Конденсатор и его свойства. Конденсатор — пассивный элемент цепи, предназначенный для использования его электрической емкости С. Условное
графическое обозначение линейного емкостного элемента на схеме цепи показано на рисунке.
При нарастании напряжения на зажимах конденсатора в нем происходит преобразование электрической энергии внешнего источника в энергию электрического поля за счет накопления зарядов противоположных знаков на двух его электродах (пластинах). При уменьшении напряжения происходит обратное преобразование энергии электрического поля в электрическую энергию, возвращаемую источнику.
Энергия, запасаемая в электрическом поле конденсатора:
6. Сформулируйте закон Ома для пассивной и активной ветвей в цепи постоянного тока.
Закон Ома для пассивного участка электрической цепи. При протекании электрического тока через сопротивление R, напряжение U и ток I на этом участке
связаны между собою согласно закону Ома:
Сопротивление R — это коэффициент пропорциональности между током и напряжением.
Закон Ома можно записать через разность потенциалов:
Закон Ома для активного участка цепи между точками а и b имеет вид:
Напряжение на участке электрической цепи Uab и ЭДС берутся со знаком «плюс», если их направление совпадает с направление протекания тока. Напряжение (разность
потенциалов) и источник электродвижущей силы берутся со знаком «минус», если их направление не совпадает с направлением протекания тока.
7. Сформулируйте правила Кирхгофа для цепей постоянного тока.
Первое правило Кирхгофа:
формулировка №1: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла;
формулировка №2: Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю.
Второе правило Кирхгофа:
Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре
8. Гармонический ток в сопротивлении (мощность, сила тока, напряжение). Каковы фазовые соотношения между напряжением и током в сопротивлении?
Мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении.
Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушке индуктивности равна нулю.
В активном сопротивлении напряжение и ток совпадают по фазе; их начальные фазы одинаковы, угол сдвига фаз равен нулю, векторы на векторной диаграмме направлены в одну сторону (параллельны).
Ток отстает от напряжения на 90 градусов, при индуктивном характере, напряжение отстает от тока на 90 при емкостном характере цепи.
9. Гармонический ток в индуктивности (мощность, сила тока, напряжение). Каковы фазовые соотношения между напряжением и током в индуктивности?
10. Как изменяется сопротивление индуктивного, резистивного и ёмкостного элемента в цепях переменного тока с увеличением частоты?
11. Гармонический ток в ёмкости (мощность, сила тока, напряжение). Каковы фазовые соотношения между напряжением и током в емкости?
12. Сформулируйте закон Ома для электрических цепей переменного тока. Для каких форм представления электрических величин он соблюдается?
Закон Ома для переменного тока: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.
закон Ома выполняется для любых значений (мгновенные, действующие, комплексные и т.д.)
13. Сформулируйте правила Кирхгофа для электрических цепей переменного тока. Для каких форм представления электрических величин они выполняются?
1 Закон Кирхгофа для переменного тока звучит также, как и для постоянного тока, только используются мгновенные значения напряжений, обозначаются буквой İ и записывается в комплексной форме, а метод расчета остаётся прежним
2 Закон Кирхгофа для переменного тока: Сумма амплитуд комплексных ЭДС равняется сумме комплексных падений напряжений на элементах”.
правила Кирхгофа выполняются только для мгновенных и комплексных значений, которые учитывают фазные соотношения.
14. Что называют резонансом напряжений? Назовите условия возникновения резонанса напряжений.
Резонанс напряжений. Индуктивная катушка и конденсатор – взаимоподавляющие антиподы. Когда они полностью компенсируют действие друг друга, в цепи наблюдается резонансный режим.
Резонанс – такой режим работы пассивной цепи, содержащей R, L и С элементы, при котором реактивное сопротивление цепи (или реактивная проводимость) равны нулю. Резонанс напряжений возникает при последовательном соединении индуктивных катушек и конденсаторов. Условие резонанса напряжений: входное реактивное сопротивление Х равно нулю.
15. Что называют резонансом токов? Назовите условия возникновения резонанса токов.
Резонанс токов. Этот режим наблюдается в цепи с параллельным соединением индуктивных катушек и конденсаторов. Условие резонанса токов: входная реактивная проводимость В = 0. При выполнении условия равенства реактивных проводимостей в цепи имеет место резонансный режим (резонанс токов). Признаком резонансного режима является совпадение по фазе общего тока с напряжением.
16. Что такое комплексное сопротивление цепи? Как характер сопротивления цепи влияет на фазовые соотношения тока и напряжения?
Комплексное сопротивление — полное сопротивление цепи, обладающей активным и реактивным сопротивлением, выраженное в виде комплексного числа, модуль которого равен полному сопротивлению, а аргумент равен углу сдвига фаз между током и напряжением цепи.
Сдвиг фаз между напряжением и током определяется только параметрами нагрузки и не зависит от параметров тока и напряжения в цепи.
17. В чем разница между активной, реактивной и полной мощностью? Охарактеризуйте взаимосвязь между мощностями?
Возьмем треугольник мощностей
18. Сформулируйте законы коммутации? Как можно объяснить существование этих законов?
Источников бесконечной мощности физически быть не может. Следовательно, переходный процесс протекает за определенное время. Поскольку энергия мгновенно изменяться не может, то не могут также в результате коммутации мгновенно изменяться ток в индуктивности и напряжение на емкости.
Первый закон коммутации можно сформулировать следующим образом: ток в ветви с индуктивной катушкой не может измениться скачком, или ток в индуктивной катушке до коммутации равен току в момент, наступивший сразу после коммутации, и с этого значения плавно изменяется, т. е. iL(0−) = iL(0+).
Второй закон коммутации: напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, или напряжение на конденсаторе до коммутации равно напряжению в момент, наступивший сразу после коммутации, и с этого значения плавно изменяется, т.
е. uC(0−) = uC(0+).
19. Что такое постоянная цепи? В каком случае переходный процесс считается завершенным?
Постоянная времени цепи — характеристика экспоненциального процесса, определяющая время, через которое некоторый параметр процесса изменится в «е» раз
Когда свободные составляющие станут равны нулю, переходный процесс закончится.
Когда генерируется напряжение, оно иногда называют «электродвижущей силой» или ЭДС.
ЭДС представляет собой энергию на единицу заряда (напряжения), которая была предоставлена генераторным механизмом, и не является «силой». Термин ЭДС сохранен по историческим причинам. Полезно отличать напряжения, генерируемые от изменений напряжения, возникающих в цепи в результате рассеяния энергии, например, в резисторе.
com
Чем выше давление воды в баке, тем быстрее будет течь вода в трубе.
0005 Кроме того, единица Вольт также может быть определена как электрический потенциал вдоль провода, когда электрический ток в один ампер (А) рассеивает один ватт (Вт) мощности.
