ولت واحد اندازه گیری ولتاژ در شبکه است. واحد اندازه گیری ولتاژ ولتاژ بسته به نوع جریان به چند نوع تقسیم می شود

این درس به در نظر گرفتن مفهوم ولتاژ الکتریکی، تعیین آن و واحدهای اندازه گیری اختصاص دارد. بخش دوم درس عمدتاً برای نمایش دستگاه های اندازه گیری ولتاژ در بخش مدار و ویژگی های آنها اختصاص دارد.

اگر یک مثال استاندارد در مورد معنای کتیبه معروف در هر لوازم خانگی "220 V" ارائه دهیم، به این معنی است که برای جابجایی شارژ 1 درجه سانتیگراد، 220 ژول کار روی بخش مدار انجام می شود.

فرمول محاسبه تنش:

کار میدان الکتریکی برای انتقال بار، J;

شارژ، Cl.

بنابراین، واحد ولتاژ را می توان به صورت زیر نشان داد:

بین فرمول های محاسبه ولتاژ و قدرت جریان رابطه وجود دارد که باید به آنها توجه کنید: و. هر دو فرمول حاوی مقدار بار الکتریکی هستند که ممکن است در حل برخی مسائل مفید باشد.

دستگاه مورد استفاده برای اندازه گیری ولتاژ نامیده می شود ولت متر(شکل 2).

برنج. 2. ولت متر ()

ولت مترهای مختلفی با توجه به ویژگی های کاربرد آنها وجود دارد، اما اصل عملکرد آنها بر اساس عمل الکترومغناطیسی جریان است. تمام ولت مترها با حرف لاتین مشخص می شوند که روی صفحه ابزار اعمال می شود و در نمایش شماتیک ابزار استفاده می شود.

در شرایط مدرسه، به عنوان مثال، ولت متر استفاده می شود، نشان داده شده در شکل 3. با کمک آنها، اندازه گیری ولتاژ در مدارهای الکتریکی در طول کار آزمایشگاهی انجام می شود.

()	()	()

برنج. 3. ولت متر

عناصر اصلی ولت متر نمایشی بدنه، مقیاس، اشاره گر و پایانه ها هستند. پایانه ها معمولاً با علامت مثبت یا منفی امضا می شوند و برای وضوح در رنگ های مختلف برجسته می شوند: قرمز - مثبت، سیاه (آبی) - منهای. این کار به منظور اتصال آگاهانه ترمینال های دستگاه به سیم های مربوطه متصل به منبع انجام شد. برخلاف آمپرمتر که به صورت سری متصل می شود، ولت متر به صورت موازی متصل می شود.

البته هر وسیله اندازه گیری الکتریکی باید حداقل تاثیر را بر مدار مورد مطالعه داشته باشد، بنابراین ولت متر دارای چنان ویژگی های طراحی است که حداقل جریان از آن عبور می کند. این اثر با انتخاب مواد ویژه ای که به حداقل جریان شارژ از طریق دستگاه کمک می کند، تضمین می شود.

نمایش شماتیک یک ولت متر (شکل 4):

برنج. 4.

به عنوان مثال، بیایید یک مدار الکتریکی را به تصویر بکشیم (شکل 5) که در آن یک ولت متر وصل شده است.

برنج. 5.

مدار دارای تقریباً حداقل مجموعه ای از عناصر است: یک منبع جریان، یک لامپ رشته ای، یک کلید، یک آمپر متر متصل به صورت سری، و یک ولت متر متصل به موازات لامپ.

اظهار نظر. بهتر است مونتاژ مدار الکتریکی را با تمام عناصر به جز ولت متر شروع کنید و در انتها وصل کنید.

انواع مختلفی از ولت متر با مقیاس های مختلف وجود دارد. بنابراین، سوال محاسبه قیمت دستگاه در این مورد بسیار مرتبط است. میکرو ولت متر، میلی ولت متر، فقط ولت متر و ... بسیار رایج هستند که با نام آنها مشخص است که با چه تعددی اندازه گیری می شود.

علاوه بر این، ولت مترها به دستگاه های جریان مستقیم و جریان متناوب تقسیم می شوند. اگرچه در شبکه شهری جریان متناوب وجود دارد، اما در این مرحله از تحصیل در فیزیک، با جریان مستقیم روبرو هستیم که توسط تمام سلول های گالوانیکی تامین می شود، بنابراین به ولت مترهای مربوطه علاقه مند خواهیم شد. این واقعیت که دستگاه برای مدارهای AC در نظر گرفته شده است، معمولاً به صورت یک خط موج دار روی صفحه نمایش داده می شود (شکل 6).

برنج. 6. ولت متر AC ()

اظهار نظر. اگر در مورد مقادیر ولتاژ صحبت کنیم، به عنوان مثال، ولتاژ 1 ولت مقدار کمی است. ولتاژهای بسیار بالاتری در صنعت استفاده می شود که با صدها ولت، کیلوولت و حتی مگا ولت اندازه گیری می شود. در زندگی روزمره از ولتاژ 220 ولت یا کمتر استفاده می شود.

در درس بعدی خواهیم آموخت که مقاومت الکتریکی یک هادی چقدر است.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Physics 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. Physics 8. - M.: Bustard، 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Physics 8. - M .: آموزش و پرورش.

صفحه اضافیپیوندهای توصیه شده به منابع اینترنتی

1. فیزیک جالب ().
2. یوتیوب ().
3. یوتیوب ().

مشق شب

در واقع این عبارت به اختلاف پتانسیل اشاره دارد و واحد ولتاژ ولت است. ولت نام دانشمندی است که پایه و اساس همه آنچه را که اکنون در مورد الکتریسیته می دانیم بنا نهاد. اسم این مرد الساندرو بود.

اما این چیزی است که به جریان الکتریکی مربوط می شود، یعنی. وسیله ای که وسایل برقی خانگی آشنا برای ما کار می کنند. اما مفهوم پارامتر مکانیکی نیز وجود دارد. یک پارامتر مشابه با پاسکال اندازه گیری می شود. اما حالا به او مربوط نیست.

ولت چیست

این پارامتر می تواند ثابت یا متغیر باشد. فقط جریان متناوب "جریان" به آپارتمان ها، ساختمان ها و سازه ها، خانه ها و سازمان ها می شود. ولتاژ الکتریکی یک موج دامنه است که در نمودارها به صورت سینوسی نشان داده شده است.

جریان متناوب در نمودارها با علامت "~" نشان داده شده است. و اگر در مورد اینکه یک ولت برابر است صحبت کنیم، می‌توان گفت که این یک عمل الکتریکی در مداری است که وقتی باری برابر با یک آویز (C) جریان می‌یابد، کار برابر با یک ژول (J) انجام می‌شود.

فرمول استانداردی که می توان با آن محاسبه کرد:

U = A:q، که در آن U دقیقاً مقدار مورد نیاز است. "A" کاری است که میدان الکتریکی (به J) برای انتقال بار انجام می دهد، و "q" خود بار است، به کولن.

اگر در مورد مقادیر ثابت صحبت کنیم ، آنها عملاً با متغیرها تفاوتی ندارند (به استثنای برنامه ساخت و ساز) و همچنین با استفاده از یک پل دیود یکسو کننده از آنها تولید می شوند. دیودها، بدون عبور جریان در یکی از جهات، سینوسی را همانطور که بود تقسیم می کنند و نیمه امواج را از آن حذف می کنند. در نتیجه، به جای فاز و صفر، مثبت و منفی به دست می آید، اما محاسبه در همان ولت (V یا V) باقی می ماند.

اندازه گیری ولتاژ

قبلا برای اندازه گیری این پارامتر فقط از یک ولت متر آنالوگ استفاده می شد. اکنون در قفسه های فروشگاه های برق طیف بسیار گسترده ای از چنین دستگاه هایی در حال حاضر به شکل دیجیتال و همچنین مولتی مترها ، آنالوگ و دیجیتال وجود دارد که با کمک آنها به اصطلاح ولتاژ اندازه گیری می شود. چنین دستگاهی می تواند نه تنها بزرگی، بلکه قدرت جریان، مقاومت مدار را نیز اندازه گیری کند و حتی می توان ظرفیت خازن را بررسی کرد یا دما را اندازه گیری کرد.

البته ولت متر و مولتی متر آنالوگ دقتی مانند دیجیتالی که واحد ولتاژ آن تا صدم یا هزارم نمایش داده می شود را ندارد.

هنگام اندازه گیری این پارامتر، ولت متر به طور موازی به مدار متصل می شود، یعنی. در صورت لزوم، مقدار بین فاز و صفر را اندازه گیری کنید، پروب ها یکی به سیم اول و دیگری به سیم دوم اعمال می شود، برخلاف اندازه گیری قدرت جریان، جایی که دستگاه به صورت سری به مدار متصل می شود.

در مدارها، ولت متر با حرف V، دایره شده نشان داده می شود. انواع مختلف این دستگاه ها علاوه بر ولت، واحدهای مختلف ولتاژ را اندازه گیری می کنند. به طور کلی در واحدهای زیر اندازه گیری می شود: میلی ولت، میکروولت، کیلوولت یا مگا ولت.

مقدار ولتاژ

مقدار این پارامتر جریان الکتریکی در زندگی ما بسیار زیاد است، زیرا بستگی به این دارد که آیا با آنچه که تجویز شده مطابقت دارد، لامپ های رشته ای در آپارتمان چقدر روشن می شوند و اگر لامپ های فلورسنت فشرده نصب شده باشند، این سوال از قبل مطرح می شود. اصلاً می سوزند یا نه. دوام کلیه لوازم روشنایی و برقی خانگی به پرش های آن بستگی دارد و به همین دلیل وجود ولت متر یا مولتی متر در منزل و همچنین قابلیت استفاده از آن در زمان ما به یک ضرورت تبدیل می شود.

با ولتاژ الکتریکی کار انجام شده توسط میدان الکتریکی برای جابجایی بار 1 C (آویز) از یک نقطه رسانا به نقطه دیگر درک می شود.

تنش چگونه به وجود می آید؟

همه مواد از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که هسته‌ای با بار مثبت هستند که الکترون‌های منفی کوچک‌تر با سرعت زیاد دور آن می‌چرخند. به طور کلی اتم ها خنثی هستند زیرا تعداد الکترون ها با تعداد پروتون های هسته یکسان است.

با این حال، اگر تعداد معینی از الکترون‌ها از اتم‌ها گرفته شود، آن‌ها تمایل دارند به همان تعداد از آنها را جذب کنند و یک میدان مثبت در اطراف خود تشکیل دهند. اگر الکترون ها را اضافه کنیم، مقدار زیادی از آنها و یک میدان منفی وجود خواهد داشت. پتانسیل ها شکل می گیرند - مثبت و منفی.

هنگامی که آنها با هم تعامل داشته باشند، جاذبه متقابل وجود خواهد داشت.

هر چه مقدار اختلاف - اختلاف پتانسیل - بیشتر باشد، الکترون های ماده با محتوای اضافی خود قوی تر به ماده با کمبود آنها کشیده می شوند. میدان الکتریکی و ولتاژ آن قوی تر خواهد بود.

اگر پتانسیل ها را با بارهای مختلف هادی ها وصل کنید، یک الکتریکی ایجاد می شود - حرکت هدایت شده حامل های بار، که به دنبال حذف اختلاف پتانسیل است. برای حرکت دادن بارها در امتداد رسانا، نیروهای میدان الکتریکی کار می کنند که با مفهوم ولتاژ الکتریکی مشخص می شود.

آنچه اندازه گیری می شود

دما؛

انواع ولتاژ

فشار ثابت

ولتاژ در شبکه الکتریکی زمانی ثابت است که همیشه یک پتانسیل مثبت در یک طرف آن و یک پتانسیل منفی در طرف دیگر وجود داشته باشد. الکتریک در این حالت یک جهت دارد و ثابت است.

ولتاژ در مدار DC به عنوان اختلاف پتانسیل در انتهای آن تعریف می شود.

هنگام اتصال بار به مدار DC، مهم است که مخاطبین را مخلوط نکنید، در غیر این صورت ممکن است دستگاه از کار بیفتد. باتری ها نمونه ای کلاسیک از منبع ولتاژ ثابت هستند. شبکه ها زمانی استفاده می شوند که نیازی به انتقال انرژی در فواصل طولانی نباشد: در همه انواع حمل و نقل - از موتور سیکلت تا فضاپیما، در تجهیزات نظامی، برق و مخابرات، با منبع تغذیه اضطراری، در صنعت (الکترولیز، ذوب در کوره های قوس الکتریکی). و غیره).

ولتاژ AC

اگر به صورت دوره ای قطبیت پتانسیل ها را تغییر دهید یا آنها را در فضا جابجا کنید، آنگاه الکتریکی در جهت مخالف حرکت می کند. تعداد این تغییرات جهت در یک زمان معین با مشخصه ای به نام فرکانس نشان داده می شود. به عنوان مثال، استاندارد 50 به این معنی است که قطبیت ولتاژ در شبکه 50 بار در ثانیه تغییر می کند.

ولتاژ در شبکه های الکتریکی AC یک تابع موقتی است.

قانون نوسانات سینوسی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

این به دلیل این واقعیت است که در سیم پیچ موتورهای ناهمزمان به دلیل چرخش یک آهنربای الکتریکی به دور آن رخ می دهد. اگر چرخش را به موقع گسترش دهید، یک سینوسی به دست می آید.

از چهار سیم - سه فاز و یک صفر تشکیل شده است. ولتاژ بین سیم های صفر و فاز 220 ولت است و فاز نامیده می شود. همچنین ولتاژی بین فازها وجود دارد که خطی نامیده می شود و برابر با 380 ولت (اختلاف پتانسیل بین دو سیم فاز). بسته به نوع اتصال در یک شبکه سه فاز، می توان ولتاژ فاز یا ولتاژ خطی را بدست آورد.

ولتاژ و جریان چیست؟

ولتاژ و جریان مفاهیم کمی هستند که باید همیشه در مورد مدارهای الکترونیکی در نظر گرفته شوند. معمولا آنها در زمان تغییر می کنند، در غیر این صورت عملکرد مدار هیچ علاقه ای ندارد.

ولتاژ(نماد: U، گاهی اوقات E). ولتاژ بین دو نقطه انرژی (یا کاری) است که برای حرکت یک بار مثبت منفرد از یک نقطه با پتانسیل پایین به یک نقطه با پتانسیل بالا (یعنی نقطه اول پتانسیل منفی بیشتری نسبت به نقطه دوم دارد). به عبارت دیگر، انرژی است که وقتی یک بار واحد از پتانسیل بالا به پتانسیل پایین "لغزش" آزاد می شود. ولتاژ نیز نامیده می شود اختلاف پتانسیل یا نیروی الکتروموتور(e.d.s). واحد اندازه گیری ولتاژ ولت است. به طور معمول، ولتاژ بر حسب ولت (V)، کیلوولت (1 کیلوولت = 103 ولت)، میلی ولت (1 میلی ولت = 10-3 ولت) یا میکرو ولت (1 μV = 10-6 ولت) اندازه گیری می شود. برای جابجایی بار 1 کولن بین نقاطی که اختلاف پتانسیل 1 ولت دارند، باید کار 1 ژول انجام شود. (کولن واحد بار الکتریکی است و برابر با بار تقریباً 6*10 18 الکترون است.) ولتاژ اندازه گیری شده بر حسب نانوولت (1nV = 10 -9 V) یا مگا ولت (1 MV = 106 V) نادر است.

جاری(نماد: من). جریان سرعت حرکت بار الکتریکی در یک نقطه است. واحد جریان آمپر است. معمولاً جریان بر حسب آمپر (A)، میلی آمپر (1 mA = 10-3 A)، میکرو آمپر (1 μA = 10 -6 A)، نانو آمپر (1 nA = 10 -9 A) و گاهی اوقات در پیکو آمپر (1 pkA = 1 pkA) اندازه گیری می شود. 10 -12 A). جریان 1 آمپری با حرکت بار 1 کولن در زمان 1 ثانیه ایجاد می شود. ما موافقت کردیم که در نظر بگیریم که جریان در مدار از نقطه‌ای با پتانسیل مثبت‌تر به نقطه‌ای با پتانسیل منفی‌تر جریان می‌یابد، اگرچه الکترون در جهت مخالف حرکت می‌کند.

به یاد داشته باشید: ولتاژ همیشه اندازه گیری می شود بیندو نقطه در مدار، جریان همیشه جریان دارد از طریقنقطه در مدار یا از طریق هر عنصر مدار.

گفتن "ولتاژ در مقاومت" غیرممکن است - این بی سواد است. با این حال، اغلب در مورد ولتاژ در هر نقطه از مدار صحبت می شود. در این حالت ، ولتاژ بین این نقطه و "زمین" همیشه دلالت دارد ، یعنی چنین نقطه ای از مدار که پتانسیل آن برای همه شناخته شده است. به زودی به این روش اندازه گیری ولتاژ عادت خواهید کرد.

ولتاژ با اعمال بارهای الکتریکی در وسایلی مانند باتری ها (واکنش های الکتروشیمیایی)، ژنراتورها (برهمکنش نیروهای مغناطیسی)، سلول های خورشیدی (اثر فتوولتائیک انرژی فوتون) و ... ایجاد می شود و با اعمال ولتاژ بین نقاط مدار جریان دریافت می کنیم.

در اینجا، شاید، ممکن است این سوال پیش بیاید: ولتاژ و جریان چیست، در واقع، آنها چگونه به نظر می رسند؟ برای پاسخ به این سوال، بهتر است از یک دستگاه الکترونیکی مانند اسیلوسکوپ استفاده کنید. می توان از آن برای مشاهده ولتاژ (و گاهی اوقات جریان) به عنوان تابعی از زمان استفاده کرد.

در مدارهای واقعی، ما عناصر را با استفاده از سیم‌ها، هادی‌های فلزی به یکدیگر متصل می‌کنیم که هر کدام از آنها در هر یک از نقاط خود ولتاژ یکسانی دارند (مثلاً در رابطه با زمین). در ناحیه فرکانس‌های بالا یا امپدانس‌های پایین، این گفته کاملاً درست نیست. حال بیایید این فرض را در مورد ایمان بگیریم. ما این را ذکر کردیم تا متوجه شوید که مدار واقعی لازم نیست شبیه نمایش شماتیک آن باشد، زیرا سیم ها را می توان به روش های مختلف متصل کرد.

چند قانون ساده در مورد جریان و ولتاژ را به خاطر بسپارید:

مجموع جریان هایی که به یک نقطه می ریزند برابر است با مجموع جریان های خارج شده از آن (پایداری بار). گاهی اوقات این قانون را قانون کیرشوف برای جریان ها می نامند. مهندسان دوست دارند چنین نقطه ای در مدار را گره بنامند. یک نتیجه از این قانون به دست می آید: در یک مدار سری (که گروهی از عناصر هستند که دو سر دارند و توسط این سرها به یکدیگر متصل می شوند)، جریان در تمام نقاط یکسان است.

هنگامی که عناصر به صورت موازی متصل می شوند (شکل 1)، ولتاژ هر یک از عناصر یکسان است. به عبارت دیگر، مجموع افت ولتاژ بین نقاط A و B، که در امتداد هر شاخه از مداری که این نقاط را به هم متصل می کند، اندازه گیری می شود، یکسان و برابر با ولتاژ بین نقاط A و B است. گاهی اوقات این قانون به صورت زیر تنظیم می شود: مجموع افت ولتاژ در هر مدار بسته مدار صفر است. این قانون کیرشوف برای تنش ها است.

توان (کار انجام شده در واحد زمان) مصرف شده توسط مدار به صورت زیر تعریف می شود:

P=UI

به یاد بیاورید که چگونه ولتاژ و جریان را تعیین کردیم و دریافتیم که توان برابر است با: (کار / شارژ) * (شارژ / واحد زمان). اگر ولتاژ U بر حسب ولت و جریان I با آمپر اندازه گیری شود، توان P بر حسب وات بیان می شود. توان 1 وات کار 1 ژول است که در 1 ثانیه (1 W = 1 J / s) انجام می شود.

نیرو به شکل گرما (معمولاً) تلف می شود یا گاهی اوقات در کارهای مکانیکی (موتورها) صرف می شود، به انرژی تشعشعی (لامپ ها، غیر رادیاتورها) یا انباشته می شود (باتری ها، خازن ها). هنگام توسعه یک سیستم پیچیده، یکی از مسائل اصلی تعیین بار حرارتی آن است (برای مثال، کامپیوتری را در نظر بگیرید که در آن محصول جانبی چندین صفحه از نتایج حل مسئله، کیلووات انرژی الکتریکی زیادی است که به شکل حرارت).

در آینده، هنگام مطالعه دوره ای تغییر جریان و ولتاژ، عبارت ساده P=UI را تعمیم خواهیم داد. در این شکل برای تعیین ارزش لحظه ای توان معتبر است. به هر حال، به یاد داشته باشید که لازم نیست جریان را قدرت فعلی بنامید - این بی سواد است.

واحد ولتاژ به افتخار دانشمند ایتالیایی الساندرو ولتا، که اولین سلول گالوانیکی را ایجاد کرد، ولت (V) نامگذاری شده است.

ولتاژ انتهای هادی به عنوان یک واحد ولتاژ در نظر گرفته می شود که در آن کار برای حرکت بار الکتریکی 1 C در طول این هادی 1 ژول است.

1 V = 1 J / C

علاوه بر ولت از چند برابر و مضرب آن استفاده می شود: میلی ولت (mV) و کیلوولت (kV).

1 میلی ولت = 0.001 ولت؛
1 کیلوولت = 1000 ولت.

ولتاژ بالا (بزرگ) تهدید کننده زندگی است. فرض کنید ولتاژ بین یک سیم از یک خط انتقال فشار قوی و زمین 100000 ولت باشد. اگر این سیم توسط مقداری هادی به زمین وصل شود، وقتی بار الکتریکی 1 درجه سانتیگراد از آن عبور می کند، برابر است با 100000 J انجام می شود تقریبا همین کار باعث می شود در هنگام سقوط از ارتفاع 10 متری بار 1000 کیلوگرمی ایجاد شود که می تواند باعث تخریب بزرگ شود. این مثال نشان می دهد که چرا جریان ولتاژ بالا بسیار خطرناک است.

ولتا الساندرو (1745-1827)
یک فیزیکدان ایتالیایی، یکی از بنیانگذاران نظریه جریان الکتریکی، اولین سلول گالوانیکی را ایجاد کرد.

اما هنگام کار با ولتاژهای پایین تر باید مراقب بود. حتی چند ده ولت بسته به شرایط می تواند خطرناک باشد. برای کار در داخل خانه، ولتاژ بیش از 42 ولت ایمن در نظر گرفته می شود.

سلول های گالوانیکی ولتاژ کم ایجاد می کنند. بنابراین، شبکه روشنایی از جریان الکتریکی ژنراتورهایی استفاده می کند که ولتاژهای 127 و 220 ولت ایجاد می کنند، یعنی انرژی بسیار بیشتری تولید می کنند.

سوالات

1. واحد ولتاژ چیست؟
2. چه ولتاژی در شبکه روشنایی استفاده می شود؟
3. ولتاژ قطب های سلول خشک و باتری اسیدی چقدر است؟
4. چه واحدهای ولتاژ به غیر از ولت در عمل استفاده می شود؟