Volt je mjerna jedinica napona u mreži. Jedinica mjere za napon. Napon je podijeljen u nekoliko vrsta, ovisno o vrsti struje

Nastava je posvećena razmatranju pojma električnog napona, njegove oznake i mjernih jedinica. Drugi dio lekcije posvećen je uglavnom demonstraciji uređaja za mjerenje napona u odjeljku strujnog kruga i njihovim značajkama.

Ako damo standardni primjer o značenju dobro poznatog natpisa na bilo kojem kućanskom aparatu "220 V", onda to znači da se na dijelu kruga vrši rad od 220 J kako bi se pomaknuo naboj od 1 C.

Formula za izračun naprezanja:

Rad električnog polja za prijenos naboja, J;

Naboj, Kl.

Stoga se jedinica napona može predstaviti na sljedeći način:

Između formula za izračun napona i jakosti struje postoji odnos na koji treba obratiti pažnju: i. Obje formule sadrže veličinu električnog naboja, što može biti korisno u rješavanju nekih problema.

Uređaj koji se koristi za mjerenje napona naziva se voltmetar(slika 2).

Riža. 2. Voltmetar ()

Postoje različiti voltmetri prema značajkama njihove primjene, ali princip njihova rada temelji se na elektromagnetskom djelovanju struje. Svi voltmetri označeni su latiničnim slovom, koje se nanosi na brojčanik instrumenta i koristi se u shematskom prikazu instrumenta.

U školskim se uvjetima, primjerice, koriste voltmetri prikazani na slici 3. Uz njihovu pomoć tijekom laboratorijskog rada provode se mjerenja napona u električnim krugovima.

() () ()

Riža. 3. Voltmetri

Glavni elementi pokaznog voltmetra su tijelo, skala, pokazivač i terminali. Terminali su obično potpisani s plusom ili minusom i istaknuti su različitim bojama radi jasnoće: crvena - plus, crna (plava) - minus. To je učinjeno kako bi se svjesno ispravno spojili terminali uređaja na odgovarajuće žice spojene na izvor. Za razliku od ampermetra koji je spojen serijski, voltmetar je spojen paralelno.

Naravno, svaki električni mjerni uređaj trebao bi imati minimalan učinak na strujni krug koji se proučava, stoga voltmetar ima takve značajke dizajna da kroz njega teče minimalna struja. Taj je učinak osiguran odabirom posebnih materijala koji doprinose minimalnom protoku punjenja kroz uređaj.

Shematski prikaz voltmetra (slika 4):

Riža. 4.

Na primjer, oslikajmo električni krug (slika 5) u koji je spojen voltmetar.

Riža. 5.

Krug ima gotovo minimalan skup elemenata: izvor struje, žarulju sa žarnom niti, ključ, ampermetar spojen u seriju i voltmetar spojen paralelno na žarulju.

Komentar. Bolje je započeti sastavljanje električnog kruga sa svim elementima osim voltmetra i spojiti ga na kraju.

Postoji mnogo različitih vrsta voltmetara s različitim skalama. Stoga je pitanje izračuna cijene uređaja u ovom slučaju vrlo relevantno. Vrlo su česti mikrovoltmetri, milivoltmetri, samo voltmetri itd. Po njihovim je nazivima jasno s kojim se višestrukim mjerenjima rade.

Osim toga, voltmetri se dijele na uređaje istosmjerne i izmjenične struje. Iako u gradskoj mreži postoji izmjenična struja, ali u ovoj fazi studija fizike imamo posla s istosmjernom strujom koju napajaju sve galvanske ćelije, stoga će nas zanimati odgovarajući voltmetri. Činjenica da je uređaj namijenjen za AC krugove obično je prikazana na brojčaniku u obliku valovite linije (slika 6).

Riža. 6. AC voltmetar ()

Komentar. Ako govorimo o vrijednostima napona, onda je, na primjer, napon od 1 V mala vrijednost. U industriji se koriste mnogo veći naponi, mjereni u stotinama volti, kilovolti, pa čak i megavolti. U svakodnevnom životu koristi se napon od 220 V ili manje.

U sljedećoj lekciji naučit ćemo koliki je električni otpor vodiča.

Bibliografija

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

Dodatni strpreporučene veze na internetske resurse

  1. Cool fizika ().
  2. youtube().
  3. youtube().

Domaća zadaća

Zapravo, ovaj se pojam odnosi na razliku potencijala, a jedinica napona je volt. Volt je ime znanstvenika koji je postavio temelje svemu što danas znamo o elektricitetu. Ovaj čovjek se zvao Alessandro.

Ali to se tiče električne struje, t.j. onaj s kojim rade nam poznati kućanski električni aparati. Ali postoji i koncept mehaničkog parametra. Sličan parametar mjeri se u pascalima. Ali sada se ne radi o njemu.

Što je volt

Ovaj parametar može biti konstantan ili varijabilan. Samo izmjenična struja "teče" u stanove, zgrade i strukture, kuće i organizacije. Električni napon je amplituda val, naznačen na grafikonima kao sinusoida.

Izmjenična struja je na dijagramima označena simbolom "~". A ako govorimo o tome čemu je jednak jedan volt, onda možemo reći da se radi o električnom djelovanju u strujnom krugu gdje se, kada teče naboj jednak jednom privjesku (C), vrši rad jednak jednom džulu (J).

Standardna formula po kojoj se može izračunati je:

U = A:q, gdje je U točno tražena vrijednost; “A” je rad koji električno polje (u J) obavlja za prijenos naboja, a “q” je sam naboj, u kulonima.

Ako govorimo o konstantnim vrijednostima, onda se one praktički ne razlikuju od varijabli (s izuzetkom rasporeda izgradnje) i također se proizvode od njih pomoću ispravljačkog diodnog mosta. Diode, bez prolaska struje u jednom od smjerova, dijele sinusoidu, takoreći, uklanjajući iz nje poluvalove. Kao rezultat, umjesto faze i nule dobivaju se plus i minus, ali izračun ostaje u istim voltima (V ili V).

Mjerenje napona

Prije se za mjerenje ovog parametra koristio samo analogni voltmetar. Sada se na policama trgovina električne energije nalazi vrlo širok raspon takvih uređaja već u digitalnom obliku, kao i multimetri, analogni i digitalni, uz pomoć kojih se mjeri napon tzv. Takav uređaj može mjeriti ne samo veličinu, već i snagu struje, otpor kruga, pa čak i postaje moguće provjeriti kapacitet kondenzatora ili izmjeriti temperaturu.

Naravno, analogni voltmetri i multimetri ne daju takvu točnost kao digitalni, na čijem se zaslonu prikazuje jedinica napona do stotinke ili tisućinke.

Prilikom mjerenja ovog parametra, voltmetar je spojen na strujni krug paralelno, t.j. ako je potrebno, izmjerite vrijednost između faze i nule, sonde se primjenjuju jedna na prvu žicu, a druga na drugu, za razliku od mjerenja jakosti struje, gdje je uređaj spojen na strujni krug serijski.

U krugovima je voltmetar označen slovom V, zaokruženim. Različite vrste takvih uređaja osim volta mjere i različite jedinice napona. Općenito se mjeri u sljedećim jedinicama: milivolt, mikrovolt, kilovolt ili megavolt.

Vrijednost napona

Vrijednost ovog parametra električne struje u našem životu je vrlo visoka, jer ovisi o tome odgovara li on propisanom, koliko će žarulje sa žarnom niti gorjeti u stanu, a ako su ugrađene kompaktne fluorescentne svjetiljke, onda se postavlja pitanje hoće li oni će uopće izgorjeti ili neće. Trajnost svih svjetlosnih i kućanskih električnih uređaja ovisi o njegovim skokovima, pa stoga prisutnost voltmetra ili multimetra kod kuće, kao i mogućnost korištenja, postaje nužnost u našem vremenu.

Pod električnim naponom podrazumijeva se rad električnog polja da pomakne naboj od 1 C (privjesak) s jedne točke vodiča na drugu.

Kako nastaje napetost?

Sve tvari sastoje se od atoma, koji su pozitivno nabijena jezgra, oko koje velikom brzinom kruže manji negativni elektroni. Općenito, atomi su neutralni jer je broj elektrona isti kao i broj protona u jezgri.

Međutim, ako se atomima oduzme određeni broj elektrona, tada će oni težiti privući isti broj njih, stvarajući oko sebe pozitivno polje. Ako dodamo elektrone, onda će ih biti višak, i negativno polje. Formiraju se potencijali – pozitivni i negativni.

Kada budu u interakciji, doći će do međusobne privlačnosti.

Što je veća vrijednost razlike – razlike potencijala – to će se jače elektroni iz materijala sa svojim viškom sadržaja povući u materijal s njihovim nedostatkom. Jači će biti električno polje i njegov napon.

Ako povežete potencijale s različitim nabojima vodiča, tada će nastati električni - usmjereno kretanje nositelja naboja, nastojeći eliminirati potencijalnu razliku. Za pomicanje naboja duž vodiča rade sile električnog polja, što je karakterizirano konceptom električnog napona.

Što se mjeri

Temperature;

Vrste napona

Stalni pritisak

Napon u električnoj mreži je konstantan, kada je s jedne strane uvijek pozitivan potencijal, a s druge negativan potencijal. Električni u ovom slučaju ima jedan smjer i konstantan je.

Napon u istosmjernom krugu definiran je kao razlika potencijala na njegovim krajevima.

Prilikom spajanja opterećenja na DC krug, važno je ne pomiješati kontakte, inače uređaj može pokvariti. Baterije su klasičan primjer izvora konstantnog napona. Mreže se koriste kada nije potrebno prenositi energiju na velike udaljenosti: u svim vrstama transporta - od motocikala do svemirskih letjelica, u vojnoj opremi, elektroenergetici i telekomunikacijama, s napajanjem u nuždi, u industriji (elektroliza, taljenje u elektrolučnim pećima itd.) .

AC napon

Ako povremeno mijenjate polaritet potencijala ili ih pomičete u prostoru, električni će juriti u suprotnom smjeru. Broj takvih promjena smjera u određenom vremenu prikazan je karakteristikom koja se zove frekvencija. Na primjer, standard 50 znači da se polaritet napona u mreži mijenja 50 puta u sekundi.


Napon u izmjeničnim električnim mrežama je privremena funkcija.

Najčešće se koristi zakon sinusnih oscilacija.

To je zbog činjenice da se u svitku asinkronih motora događa zbog rotacije elektromagneta oko njega. Proširite li rotaciju na vrijeme, dobit ćete sinusoidu.

Sastoji se od četiri žice - tri faze i jedne nule. napon između nulte i fazne žice je 220 V i naziva se faza. Postoji i napon između faza, koji se naziva linearan i jednak 380 V (razlika potencijala između dvije fazne žice). Ovisno o vrsti priključka u trofaznoj mreži, može se dobiti ili fazni ili linearni napon.

Što je napon i struja

Napon i struja kvantitativni su koncepti koje uvijek treba imati na umu kada su u pitanju elektronički sklopovi. Obično se mijenjaju s vremenom, inače rad kruga nije od interesa.

napon(simbol: U, ponekad E). Napon između dviju točaka je energija (ili rad) koja ide u pomicanje jednog pozitivnog naboja od točke niskog potencijala do točke visokog potencijala (tj. prva točka ima negativniji potencijal od druge). Drugim riječima, to je energija koja se oslobađa kada jedinični naboj "klizi" s visokog potencijala na niski. Napon se također naziva razlika potencijala ili elektromotorna sila(e.d.s). Jedinica mjere za napon je volt. Obično se napon mjeri u voltima (V), kilovoltima (1 kV = 10 3 V), milivoltima (1 mV = 10 -3 V) ili mikrovoltima (1 μV = 10 -6 V). Da bi se naboj od 1 kulona pomaknuo između točaka s potencijalnom razlikom od 1 volta, potrebno je obaviti rad od 1 džula. (Kulon je jedinica električnog naboja i jednak je naboju od približno 6*10 18 elektrona.) Napon izmjeren u nanovoltima (1 nV = 10 -9 V) ili megavoltima (1 MV = 10 6 V) je rijedak.

Trenutno(simbol: I). Struja je brzina kojom se električni naboj kreće u točki. Jedinica struje je amper. Obično se struja mjeri u amperima (A), miliamperima (1 mA = 10 -3 A), mikroamperima (1 μA = 10 -6 A), nanoamperima (1 nA = 10 -9 A) i ponekad u pikoamperima (1 pkA = 10 -12 A). Struja od 1 ampera nastaje pomicanjem naboja od 1 kulona u vremenu od 1 s. Složili smo se smatrati da struja u krugu teče od točke s pozitivnijim potencijalom do točke s negativnijim potencijalom, iako se elektron kreće u suprotnom smjeru.

Zapamtite: napon se uvijek mjeri između dvije točke u krugu, struja uvijek teče kroz točku u krugu ili kroz bilo koji element kruga.

Nemoguće je reći "napon u otporniku" - to je nepismeno. Međutim, često se govori o naponu u bilo kojoj točki u krugu. U ovom slučaju uvijek se podrazumijeva napon između ove točke i "zemlje", odnosno takva točka kruga, čiji je potencijal svima poznat. Uskoro ćete se naviknuti na ovakav način mjerenja napona.

Napon nastaje djelovanjem na električne naboje u uređajima kao što su baterije (elektrokemijske reakcije), generatori (interakcija magnetskih sila), solarne ćelije (fotonaponski učinak energije fotona) itd. Struju dobivamo primjenom napona između točaka strujnog kola.

Ovdje se, možda, može postaviti pitanje: što je napon i struja, zapravo, kako izgledaju? Za odgovor na ovo pitanje najbolje je koristiti elektronički uređaj kao što je osciloskop. Može se koristiti za promatranje napona (a ponekad i struje) kao funkcije vremena.

U stvarnim strujnim krugovima povezujemo elemente zajedno pomoću žica, metalnih vodiča, od kojih svaki ima isti napon u svakoj od svojih točaka (u odnosu na, recimo, masu). U području visokih frekvencija ili niske impedancije, ova izjava nije u potpunosti istinita. Uzmimo sada ovu pretpostavku na temelju vjere. To smo spomenuli kako biste razumjeli da pravi krug ne mora izgledati kao njegov shematski prikaz, budući da se žice mogu spojiti na različite načine.

Zapamtite nekoliko jednostavnih pravila o struji i naponu:

    Zbroj struja koje teku u točku jednak je zbroju struja koje izlaze iz nje (očuvanje naboja). Ovo pravilo se ponekad naziva Kirchhoffovim zakonom za struje. Inženjeri takvu točku u krugu vole zvati čvorom. Iz ovog pravila slijedi posljedica: u serijskom strujnom krugu (koji je skupina elemenata koji imaju dva kraja i tim krajevima su međusobno povezani), struja je ista u svim točkama.

    Kada su elementi spojeni paralelno (slika 1), napon na svakom od elemenata je isti. Drugim riječima, zbroj padova napona između točaka A i B, izmjeren duž bilo koje grane strujnog kruga koji povezuje ove točke, jednak je i jednak naponu između točaka A i B. Ponekad se ovo pravilo formulira na sljedeći način: zbroj padova napona u bilo kojem zatvorenom krugu kruga je nula. Ovo je Kirchhoffov zakon za naprezanja.

    Snaga (rad u jedinici vremena) koju troši krug definirana je na sljedeći način:

    P=UI

Prisjetimo se kako smo odredili napon i struju, i dobili smo da je snaga jednaka: (rad / punjenje) * (naboj / jedinica vremena). Ako se napon U mjeri u voltima, a struja I u amperima, tada će snaga P biti izražena u vatima. Snaga 1 vata je rad od 1 džula izvršen u 1 s (1 W = 1 J/s).

Snaga se raspršuje u obliku topline (obično) ili se ponekad troši u mehaničkom radu (motori), pretvara u energiju zračenja (lampe, ne-radijatori) ili se akumulira (baterije, kondenzatori). Prilikom projektiranja složenog sustava, jedno od glavnih pitanja je određivanje njegovog toplinskog opterećenja (uzmimo, na primjer, računalo u kojem su nusproizvod nekoliko stranica rezultata rješenja problema mnogo kilovata električne energije raspršene u prostor u obliku toplina).

U budućnosti, proučavajući periodično promjenjive struje i napone, generalizirat ćemo jednostavan izraz P=UI. U ovom obliku vrijedi za određivanje trenutne vrijednosti snage. Usput, zapamtite da ne trebate zvati struju trenutnom snagom - to je nepismeno.

Jedinica za napon nazvana je volt (V) u čast talijanskog znanstvenika Alessandra Volte, koji je stvorio prvu galvansku ćeliju.

Jedinica za napon je takav električni napon na krajevima vodiča, pri kojem je rad na pomicanju električnog naboja od 1 C duž ovog vodiča 1 J.

1 V = 1 J/C

Osim volta, koriste se podmultipleri i višekratnici: milivolt (mV) i kilovolt (kV).

1 mV = 0,001 V;
1 kV = 1000 V.

Visok (veliki) napon je opasan po život. Pretpostavimo da je napon između jedne žice visokonaponskog dalekovoda i zemlje 100 000 V. Ako je ova žica spojena nekim vodičem sa zemljom, onda kada kroz nju prođe električni naboj od 1 C, rad jednak Učinit će se 100 000 J. Približno isti rad napravit će teret od 1000 kg pri padu s visine od 10 m. Može uzrokovati velike štete. Ovaj primjer pokazuje zašto je struja visokog napona tako opasna.

Volta Alessandro (1745.-1827.)
Talijanski fizičar, jedan od utemeljitelja teorije električne struje, stvorio je prvu galvansku ćeliju.

Ali pri radu s nižim naponima treba biti oprezan. Čak i nekoliko desetaka volti može biti opasno ovisno o uvjetima. Za rad u zatvorenom prostoru, napon ne veći od 42 V smatra se sigurnim.

Galvanske ćelije stvaraju nizak napon. Stoga rasvjetna mreža koristi električnu struju iz generatora koji stvaraju napone od 127 i 220 V, odnosno proizvode mnogo više energije.

Pitanja

  1. Koja je jedinica napona?
  2. Koji se napon koristi u rasvjetnoj mreži?
  3. Koliki je napon na polovima suhe ćelije i kiselinske baterije?
  4. Koje se jedinice napona, osim volta, koriste u praksi?