الفولت هو وحدة قياس الجهد في الشبكة. وحدة قياس الجهد. ينقسم الجهد إلى عدة أنواع ، حسب أنواع التيار

الدرس مخصص للنظر في مفهوم الجهد الكهربائي وتعيينه ووحدات القياس. الجزء الثاني من الدرس مخصص بشكل أساسي لإظهار أجهزة قياس الجهد في قسم الدائرة وخصائصها.

إذا قدمنا ​​مثالًا قياسيًا حول معنى النقش المشهور على أي أجهزة منزلية "220 فولت" ، فهذا يعني أن العمل 220 جول يتم في قسم الدائرة لتحريك شحنة مقدارها 1 درجة مئوية.

صيغة لحساب الإجهاد:

عمل المجال الكهربائي لنقل الشحنة ، J ؛

المسؤول ، Cl.

لذلك يمكن تمثيل وحدة الجهد على النحو التالي:

هناك علاقة بين معادلات حساب الجهد وقوة التيار ، والتي يجب الانتباه إليها: و. تحتوي كلتا الصيغتين على مقدار الشحنة الكهربائية ، والتي قد تكون مفيدة في حل بعض المشكلات.

يسمى الجهاز المستخدم لقياس الجهد الفولتميتر(الصورة 2).

أرز. 2. الفولتميتر ()

هناك العديد من مقاييس الفولتميتر وفقًا لخصائص تطبيقها ، لكن مبدأ عملها يعتمد على العمل الكهرومغناطيسي للتيار. يتم تحديد جميع مقاييس الفولتميتر بواسطة الحرف اللاتيني ، والذي يتم تطبيقه على قرص الجهاز ويستخدم في التمثيل التخطيطي للأداة.

في ظروف المدرسة ، على سبيل المثال ، يتم استخدام الفولتميتر ، كما هو موضح في الشكل 3. بمساعدتهم ، يتم إجراء قياسات الجهد في الدوائر الكهربائية أثناء العمل المخبري.

()	()	()

أرز. 3. الفولتميتر

العناصر الرئيسية لمقياس الجهد التوضيحي هي الجسم ، والمقياس ، والمؤشر ، والمحطات. عادة ما يتم توقيع المحطات بعلامة زائد أو ناقص ويتم تمييزها بألوان مختلفة من أجل الوضوح: أحمر - زائد ، أسود (أزرق) - ناقص. تم ذلك من أجل توصيل أطراف الجهاز بشكل صحيح عن قصد بالأسلاك المقابلة المتصلة بالمصدر. على عكس مقياس التيار الكهربائي ، المتصل في سلسلة ، يتم توصيل الفولتميتر على التوازي.

بالطبع ، يجب أن يكون لأي جهاز قياس كهربائي تأثير ضئيل على الدائرة قيد الدراسة ، وبالتالي فإن الفولتميتر له ميزات التصميم التي يتدفق خلالها الحد الأدنى من التيار. يتم ضمان هذا التأثير من خلال اختيار المواد الخاصة التي تساهم في الحد الأدنى لتدفق الشحن عبر الجهاز.

تمثيل تخطيطي لمقياس الفولتميتر (الشكل 4):

أرز. 4.

على سبيل المثال ، دعنا نصور دائرة كهربائية (الشكل 5) يتم فيها توصيل الفولتميتر.

أرز. 5.

تحتوي الدائرة على مجموعة قليلة من العناصر تقريبًا: مصدر تيار ، ومصباح متوهج ، ومفتاح ، وجهاز قياس التيار الكهربائي متصل في سلسلة ، ومقياس الفولتميتر المتصل بالتوازي مع المصباح الكهربائي.

تعليق. من الأفضل البدء في تجميع الدائرة الكهربائية بكل العناصر باستثناء الفولتميتر ، وتوصيلها في النهاية.

هناك أنواع مختلفة من الفولتميتر بمقاييس مختلفة. لذلك ، فإن مسألة حساب سعر الجهاز في هذه الحالة مهمة للغاية. فالمقاييس الدقيقة ، والميليفولتميتر ، والفولتميتر فقط ، وما إلى ذلك ، شائعة جدًا ، ومن الواضح بأسمائها ما هي قياسات التعددية التي يتم إجراؤها.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقسيم الفولتميتر إلى أجهزة التيار المباشر والتيار المتردد. على الرغم من وجود تيار متناوب في شبكة المدينة ، ولكن في هذه المرحلة من دراسة الفيزياء ، فإننا نتعامل مع التيار المباشر ، الذي يتم توفيره من قبل جميع الخلايا الجلفانية ، لذلك سنهتم بمقاييس الفولتميتر المقابلة. عادة ما يتم تصوير حقيقة أن الجهاز مخصص لدارات التيار المتردد على الاتصال الهاتفي في شكل خط متموج (الشكل 6).

أرز. 6. AC الفولتميتر ()

تعليق. إذا تحدثنا عن قيم الجهد ، إذن ، على سبيل المثال ، الجهد 1 فولت هو قيمة صغيرة. تُستخدم الفولتية الأعلى كثيرًا في الصناعة ، وتُقاس بمئات الفولتات والكيلوفولت وحتى الميجافولت. في الحياة اليومية ، يتم استخدام جهد 220 فولت أو أقل.

في الدرس التالي ، سوف نتعلم ما هي المقاومة الكهربائية للموصل.

فهرس

1. Gendenshtein L.E.، Kaidalov AB، Kozhevnikov V.B. Physics 8 / Ed. Orlova V.A.، Roizena I.I. - M: Mnemosyne.
2. فيزياء 8. - م: بوستارد ، 2010.
3. Fadeeva A. A. A.، Zasov A. V.، Kiselev D.F Physics 8. - M.: Education.

ص إضافيةروابط موصى بها لمصادر الإنترنت

1. فيزياء رائعة ().
2. موقع YouTube().
3. موقع YouTube().

الواجب المنزلي

في الواقع ، يشير هذا المصطلح إلى فرق الجهد ، ووحدة الجهد هي الفولت. Volt هو اسم العالم الذي وضع الأساس لكل ما نعرفه الآن عن الكهرباء. كان اسم هذا الرجل أليساندرو.

لكن هذا ما يخص التيار الكهربائي ، أي. الجهاز الذي تعمل به الأجهزة الكهربائية المنزلية المألوفة لدينا. ولكن هناك أيضًا مفهوم المعلمة الميكانيكية. يتم قياس معامل مماثل بالباسكال. لكن الأمر الآن لا يتعلق به.

ما هو الفولت

يمكن أن تكون هذه المعلمة إما ثابتة أو متغيرة. مجرد تبديل "التدفقات" الحالية إلى الشقق والمباني والهياكل والمنازل والمنظمات. الجهد الكهربائي هو موجة اتساع ، يشار إليها على الرسوم البيانية على أنها جيبية.

يشار إلى التيار المتردد في الرسوم البيانية بالرمز "~". وإذا تحدثنا عن ما يساوي واحد فولت ، فيمكننا القول إن هذا عمل كهربائي في دائرة حيث ، عندما تتدفق شحنة مساوية لقلادة واحدة (C) ، يتم تنفيذ عمل يساوي جول واحد (J).

الصيغة القياسية التي يمكن من خلالها حسابها هي:

U = A: q ، حيث U هي القيمة المطلوبة بالضبط ؛ "A" هو الشغل الذي يقوم به المجال الكهربائي (في J) لنقل الشحنة ، و "q" هو الشحنة نفسها ، في كولوم.

إذا تحدثنا عن القيم الثابتة ، فإنها لا تختلف عمليًا عن المتغيرات (باستثناء جدول البناء) ويتم إنتاجها أيضًا عن طريق جسر الصمام الثنائي المعدل. الثنائيات ، دون تمرير التيار في أحد الاتجاهات ، تقسم الجيب ، كما كانت ، وتزيل منه نصف موجات. نتيجة لذلك ، بدلاً من الطور والصفر ، يتم الحصول على موجب وناقص ، ولكن يبقى الحساب بنفس الفولت (V أو V).

قياس الجهد

في السابق ، تم استخدام مقياس الفولتميتر التناظري فقط لقياس هذه المعلمة. يوجد الآن على رفوف المتاجر الكهربائية مجموعة واسعة جدًا من هذه الأجهزة الموجودة بالفعل في شكل رقمي ، بالإضافة إلى أجهزة القياس المتعددة ، التناظرية والرقمية ، والتي يتم من خلالها قياس الجهد المزعوم. لا يمكن لمثل هذا الجهاز قياس الحجم فحسب ، بل أيضًا قياس شدة التيار ، ومقاومة الدائرة ، وحتى أنه يصبح من الممكن فحص سعة المكثف أو قياس درجة الحرارة.

بالطبع ، لا تعطي الفولتميتر التناظري والمقاييس المتعددة دقة مثل تلك الرقمية ، حيث يتم عرض وحدة الجهد حتى المئات أو الألف.

عند قياس هذه المعلمة ، يتم توصيل الفولتميتر بالدائرة بالتوازي ، أي إذا لزم الأمر ، قم بقياس القيمة بين الطور والصفر ، يتم تطبيق المجسات أحدهما على السلك الأول ، والآخر على السلك الثاني ، على عكس قياس القوة الحالية ، حيث يتم توصيل الجهاز بالدائرة في سلسلة.

في الدوائر ، يُشار إلى الفولتميتر بالحرف V ، محاط بدائرة. تقيس الأنواع المختلفة من هذه الأجهزة ، بالإضافة إلى الفولت ، وحدات مختلفة من الجهد. بشكل عام ، يتم قياسه بالوحدات التالية: مللي فولت ، أو ميكرو فولت ، أو كيلوفولت ، أو ميجا فولت.

قيمة الجهد

قيمة معامل التيار الكهربائي هذا في حياتنا عالية جدًا ، لأنها تعتمد على ما إذا كانت تتوافق مع المعلمة الموصوفة ، ومدى سطوع المصابيح المتوهجة في الشقة ، وإذا تم تثبيت مصابيح الفلورسنت المدمجة ، فإن السؤال الذي يطرح نفسه بالفعل سواء كانوا سيحترقون أم لا. تعتمد متانة جميع الأجهزة الكهربائية الخفيفة والمنزلية على قفزاتها ، وبالتالي فإن وجود مقياس الفولتميتر أو المتر في المنزل ، وكذلك القدرة على استخدامه ، أصبح ضرورة في عصرنا.

يُفهم عن طريق الجهد الكهربائي العمل الذي يقوم به مجال كهربائي لتحريك شحنة مقدارها 1 درجة مئوية (قلادة) من نقطة موصل إلى أخرى.

كيف ينشأ التوتر؟

تتكون جميع المواد من ذرات ، وهي نواة موجبة الشحنة ، تدور حولها الإلكترونات السالبة الأصغر بسرعة عالية. بشكل عام ، الذرات محايدة لأن عدد الإلكترونات هو نفسه عدد البروتونات في النواة.

ومع ذلك ، إذا تم أخذ عدد معين من الإلكترونات بعيدًا عن الذرات ، فسوف تميل إلى جذب نفس العدد منها ، مما يشكل حقلاً موجبًا حول نفسها. إذا أضفنا إلكترونات ، فسيكون هناك فائض منها ومجال سالب. تتشكل الإمكانات - الإيجابية والسلبية.

عندما يتفاعلون ، سيكون هناك جاذبية متبادلة.

كلما زادت قيمة الاختلاف - فرق الجهد - كلما زادت قوة الإلكترونات من المادة التي تحتوي على فائض محتواها من المواد التي بها نقص. أقوى سيكون المجال الكهربائي والجهد.

إذا قمت بتوصيل الإمكانات بشحنات مختلفة من الموصلات ، فسينشأ جهد كهربائي - حركة موجهة لحاملات الشحن ، تسعى إلى القضاء على فرق الجهد. لتحريك الشحنات على طول الموصل ، تعمل قوى المجال الكهربائي ، والتي تتميز بمفهوم الجهد الكهربائي.

ما يقاس

درجات الحرارة

أنواع الجهد

ضغط متواصل

يكون الجهد في الشبكة الكهربائية ثابتًا ، عندما يكون هناك دائمًا إمكانات موجبة على أحد جانبيها ، وإمكانات سلبية من جانب آخر. الكهرباء في هذه الحالة لها اتجاه واحد وثابت.

يُعرَّف الجهد في دائرة التيار المستمر بأنه فرق الجهد في نهاياته.

عند توصيل حمولة بدائرة تيار مستمر ، من المهم عدم خلط جهات الاتصال ، وإلا فقد يفشل الجهاز. البطاريات هي مثال كلاسيكي على مصدر جهد ثابت. تُستخدم الشبكات عندما لا تكون مطلوبة لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة: في جميع أنواع النقل - من الدراجات النارية إلى المركبات الفضائية ، وفي المعدات العسكرية والطاقة الكهربائية والاتصالات السلكية واللاسلكية ، مع إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ ، في الصناعة (التحليل الكهربائي ، والصهر في أفران القوس الكهربائي ، إلخ).

AC الجهد

إذا قمت بتغيير قطبية الإمكانات بشكل دوري ، أو حركتها في الفضاء ، فإن التيار الكهربائي سوف يندفع في الاتجاه المعاكس. يتم عرض عدد مثل هذه التغييرات في الاتجاه في وقت معين من خلال خاصية تسمى التردد. على سبيل المثال ، يعني المعيار 50 أن قطبية الجهد في الشبكة تتغير 50 ​​مرة في الثانية.

الجهد في شبكات التيار المتردد الكهربائية هو وظيفة مؤقتة.

غالبًا ما يستخدم قانون التذبذبات الجيبية.

هذا يرجع إلى حقيقة أنه يحدث في ملف المحركات غير المتزامنة بسبب دوران مغناطيس كهربائي حوله. إذا قمت بتوسيع الدوران في الوقت المناسب ، ستحصل على شكل جيب.

يتكون من أربعة أسلاك - ثلاث مراحل وصفر واحد. الجهد بين أسلاك الصفر والطور هو 220 فولت ويسمى الطور. يوجد أيضًا جهد بين المراحل ، يسمى خطي ويساوي 380 فولت (فرق الجهد بين سلكين من طورين). اعتمادًا على نوع الاتصال في شبكة ثلاثية الطور ، يمكن الحصول على جهد الطور أو الجهد الخطي.

ما هو الجهد والتيار

الجهد والتيار هما مفاهيم كمية يجب دائمًا وضعها في الاعتبار عندما يتعلق الأمر بالدوائر الإلكترونية. عادة ما يتغيرون في الوقت المناسب ، وإلا فإن تشغيل الدائرة لا يهم.

الجهد االكهربى(الرمز: U ، أحيانًا E). الجهد بين نقطتين هو الطاقة (أو الشغل) التي تدخل في تحريك شحنة موجبة واحدة من نقطة منخفضة الجهد إلى نقطة عالية الجهد (أي أن النقطة الأولى لديها إمكانات سلبية أكثر من الثانية). بعبارة أخرى ، هي الطاقة التي يتم إطلاقها عندما "تنزلق" وحدة شحن من إمكانات عالية إلى منخفضة. الجهد يسمى أيضا فرق الجهد أو القوة الدافعة الكهربائية(م.د.). وحدة قياس الجهد هي الفولت. عادةً ، يُقاس الجهد بالفولت (V) ، أو الكيلوفولت (1 كيلو فولت = 10 3 فولت) ، أو بالمللي فولت (1 مللي فولت = 10 -3 فولت) أو الميكروفولت (1 ميكرو فولت = 10 -6 فولت). من أجل تحريك شحنة مقدارها 1 كولوم بين نقطتين لها فرق جهد قدره 1 فولت ، من الضروري القيام بعمل 1 جول. (الكولوم هو وحدة شحنة كهربائية ويساوي شحنة حوالي 6 * 10 18 إلكترونًا). نادرًا ما يُقاس الجهد بوحدة الفولتات النانوية (1 nV = 10 -9 V) أو ميغا فولت (1 MV = 10 6 V).

تيار(الرمز: I). التيار هو السرعة التي تتحرك بها الشحنة الكهربية في نقطة ما. وحدة التيار هي الأمبير. يُقاس التيار عادةً بالأمبيرات (A) ، والمللي أمبير (1 مللي أمبير = 10 -3 أمبير) ، والميكرو أمبير (1 μA = 10 -6 A) ، و nanoamps (1 nA = 10 -9 A) وأحيانًا picoamps (1 pkA = 10 -12 أ). يتم إنشاء تيار مقداره 1 أمبير عن طريق تحريك شحنة مقدارها 1 كولوم في زمن قدره ثانية واحدة. اتفقنا على اعتبار أن التيار في الدائرة يتدفق من نقطة ذات إمكانية أكثر إيجابية إلى نقطة ذات جهد سلبي أكبر ، على الرغم من أن الإلكترون يتحرك في الاتجاه المعاكس.

تذكر: يتم قياس الجهد دائمًا بيننقطتان في الدائرة ، يتدفق التيار دائمًا عبرنقطة في الدائرة أو من خلال أي عنصر من عناصر الدائرة.

من المستحيل أن نقول "الجهد في المقاوم" - هذا أمي. ومع ذلك ، غالبًا ما يتحدث المرء عن الجهد في أي نقطة في الدائرة. في هذه الحالة ، يكون الجهد الكهربي بين هذه النقطة و "الأرض" دائمًا ضمنيًا ، أي نقطة كهذه من الدائرة ، والتي يُعرف إمكاناتها للجميع. ستعتاد قريبًا على طريقة قياس الجهد هذه.

يتم إنشاء الجهد من خلال العمل على الشحنات الكهربائية في الأجهزة مثل البطاريات (التفاعلات الكهروكيميائية) ، والمولدات (تفاعل القوى المغناطيسية) ، والخلايا الشمسية (التأثير الكهروضوئي لطاقة الفوتون) ، إلخ. نحصل على التيار عن طريق تطبيق الجهد بين نقاط الدائرة.

هنا ، ربما ، قد يطرح السؤال: ما هو الجهد والتيار ، في الواقع ، كيف يبدوان؟ للإجابة على هذا السؤال ، من الأفضل استخدام جهاز إلكتروني مثل راسم الذبذبات. يمكن استخدامه لمراقبة الجهد (وأحيانًا التيار) كدالة للوقت.

في الدوائر الحقيقية ، نقوم بتوصيل العناصر معًا باستخدام الأسلاك والموصلات المعدنية ، ولكل منها نفس الجهد في كل نقطة من نقاطها (فيما يتعلق ، على سبيل المثال ، الأرض). في منطقة الترددات العالية أو الممانعات المنخفضة ، هذا البيان ليس صحيحًا تمامًا. الآن دعونا نأخذ هذا الافتراض على أساس الإيمان. لقد ذكرنا هذا حتى تفهم أن الدائرة الحقيقية لا يجب أن تبدو مثل تمثيلها التخطيطي ، حيث يمكن توصيل الأسلاك بطرق مختلفة.

تذكر بعض القواعد البسيطة المتعلقة بالتيار والجهد:

مجموع التيارات المتدفقة إلى نقطة ما يساوي مجموع التيارات المتدفقة منها (حفظ الشحنة). تسمى هذه القاعدة أحيانًا قانون كيرشوف للتيارات. يحب المهندسون تسمية مثل هذه النقطة في الدائرة بالعقدة. نتيجة لهذه القاعدة: في دائرة متسلسلة (وهي مجموعة من العناصر لها طرفان ومتصلان ببعضهما البعض من خلال هذه النهايات) ، يكون التيار هو نفسه في جميع النقاط.

عندما يتم توصيل العناصر بالتوازي (الشكل 1) ، يكون الجهد على كل عنصر هو نفسه. بمعنى آخر ، مجموع الجهد ينخفض ​​بين النقطتين A و B ، المقاس على طول أي فرع من الدائرة التي تربط هذه النقاط ، هو نفسه ويساوي الجهد بين النقطتين A و B. أحيانًا يتم صياغة هذه القاعدة على النحو التالي: المجموع انخفاض الجهد في أي دائرة مغلقة للدائرة يساوي صفرًا. هذا هو قانون كيرشوف للضغوط.

يتم تحديد الطاقة (العمل المنجز لكل وحدة زمنية) التي تستهلكها الدائرة على النحو التالي:

P = واجهة المستخدم

تذكر كيف حددنا الجهد والتيار ، ونحصل على أن الطاقة تساوي: (العمل / الشحنة) * (الشحن / وحدة الوقت). إذا تم قياس الجهد U بالفولت وتم قياس التيار I بالأمبير ، فسيتم التعبير عن الطاقة P بالواط. قوة 1 واط هي عمل 1 جول في 1 ثانية (1 واط = 1 جول / ثانية).

تتبدد الطاقة على شكل حرارة (عادة) أو تنفق أحيانًا في عمل ميكانيكي (محركات) ، وتحول إلى طاقة إشعاعية (مصابيح ، غير مشعات) أو متراكمة (بطاريات ، مكثفات). عند تطوير نظام معقد ، تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في تحديد حمله الحراري (خذ ، على سبيل المثال ، جهاز كمبيوتر يكون فيه المنتج الثانوي لعدة صفحات من نتائج حل المشكلة عبارة عن عدة كيلووات من الطاقة الكهربائية المتناثرة في الفضاء على شكل الحرارة).

في المستقبل ، عند دراسة التيارات والفولتية المتغيرة بشكل دوري ، سنعمم التعبير البسيط P = UI. في هذا الشكل ، يكون صالحًا لتحديد القيمة اللحظية للقدرة. بالمناسبة ، تذكر أنك لست بحاجة إلى استدعاء التيار بالقوة الحالية - هذا أمي.

سميت وحدة الجهد بالفولت (V) تكريما للعالم الإيطالي أليساندرو فولتا الذي ابتكر أول خلية كلفانية.

يُؤخذ الجهد عند طرفي الموصل كوحدة جهد ، حيث يكون الشغل لتحريك شحنة كهربائية مقدارها 1 درجة مئوية على طول هذا الموصل 1 ج.

1 فولت = 1 جول / ك

بالإضافة إلى الفولت ، يتم استخدام المضاعفات الفرعية ومضاعفاتها: مللي فولت (mV) وكيلوفولت (kV).

1 مللي فولت = 0.001 فولت ؛
1 كيلو فولت = 1000 فولت.

الجهد العالي (الكبير) يهدد الحياة. لنفترض أن الجهد الكهربي بين سلك واحد لخط نقل عالي الجهد والأرض هو 100000 فولت. إذا كان هذا السلك متصلاً بالأرض بواسطة موصل ما ، فعند مرور شحنة كهربائية مقدارها 1 درجة مئوية عبره ، يكون العمل مساويًا لـ سيتم إنجاز 100000 J. تقريبًا نفس العمل سيؤدي إلى حمل 1000 كجم عند السقوط من ارتفاع 10 أمتار ، ويمكن أن يتسبب ذلك في أضرار جسيمة. يوضح هذا المثال سبب خطورة تيار الجهد العالي.

فولتا أليساندرو (1745-1827)
قام عالم فيزياء إيطالي ، وهو أحد مؤسسي نظرية التيار الكهربائي ، بإنشاء أول خلية جلفانية.

ولكن يجب توخي الحذر عند العمل مع الفولتية المنخفضة. حتى بضع عشرات من الفولتات يمكن أن تكون خطيرة حسب الظروف. للعمل في الداخل ، يعتبر الجهد الذي لا يزيد عن 42 فولت آمنًا.

تنتج الخلايا الجلفانية جهدًا منخفضًا. لذلك ، تستخدم شبكة الإضاءة تيارًا كهربائيًا من المولدات التي تولد جهدًا كهربيًا من 127 و 220 فولت ، أي أنها تنتج طاقة أكبر بكثير.

أسئلة

1. ما هي وحدة الجهد؟
2. ما هو الجهد المستخدم في شبكة الإنارة؟
3. ما هو الجهد عند قطبي الخلية الجافة والبطارية الحمضية؟
4. ما وحدات الجهد ، بخلاف الفولت ، المستخدمة عمليًا؟