Osnovna jedinica napona. Električna struja, napon - čak i dijete će razumjeti! Kako se mjeri napon

U ovom članku ćemo detaljno analizirati šta je napon, koliko ga je lako predstaviti i izmjeriti.

Definicija

Napon je elektromotorna sila koja gura slobodne elektrone s jednog atoma na drugi u istom smjeru.

U ranim danima električne energije, napon je bio poznat kao elektromotorna sila(EMF). Zbog toga se u jednadžbama kao što je , napon predstavlja simbolom E.

Alessandro Volta

Jedinica za električni potencijal je volt, nazvana po Alessandru Volti, italijanskom fizičaru koji je živio između 1745. i 1827. godine.

Alessandro Volta bio je jedan od pionira dinamičkog elektriciteta. Istražujući osnovna svojstva električne energije, on je izumio prve baterije i produbio razumijevanje elektriciteta.

Prikaz napona

Najlakši način da se shvati stres je zamisliti pritisak u cijevi. Pri većem naponu (pritisku) teći će jača struja. Iako je važno shvatiti da napon (pritisak) može postojati bez struje (protoka), struja ne može postojati bez napona (pritiska).

Napon se često naziva razlika potencijala jer će postojati razlika u potencijalnoj energiji elektrona između bilo koje dvije točke u krugu. Kako elektroni prolaze kroz bateriju, njihova potencijalna energija se povećava, ali kako prolaze kroz sijalicu, njihova potencijalna energija će se smanjiti, ova energija će napustiti krug kao svjetlost i toplina.

Uzmite za primjer običnu 1,5 voltnu AA bateriju, između dva terminala (+ i -) postoji razlika potencijala od 1,5 volti.

Napon ili razlika potencijala je jednostavno mjerenje količine energije (u džulima) po jedinici naboja (kulonima). Na primjer, u AA bateriji od 1,5 volti, svaki privjesak (punjenje) će dobiti 1,5 volti ili džula energije.

Napon = [Joule ÷ Coulomb]

1 volt = 1 džul po privesku

100 volti = 100 džula po privjesku

1 privjesak = 6.200.000.000.000.000.000 elektrona (6,2 × 10 18)

Kako se mjeri napon

Napon mjerimo u jedinicama "Volti", koje su obično samo slovo "V" na crtežima i tehničkoj literaturi. Često je potrebno kvantificirati veličinu napona, to se radi prema SI jedinicama, najčešće veličine napona koje ćete vidjeti su:

• megavolt (mV)
• kilovolt (kV)
• volt (V)
• milivolt (mV)
• mikrovolt (µV)

Napon se uvijek mjeri na dvije tačke pomoću uređaja tzv voltmetar. Voltmetri su digitalni ili analogni, pri čemu je potonji najprecizniji. Voltmetri su obično ugrađeni u ručne digitalne multimetarske uređaje kao što je prikazano u nastavku, oni su uobičajen i često bitan alat za svakog električara ili inženjera elektrotehnike. Obično ćete naći analogne voltmetre na starijim električnim pločama kao što su centrale i generatori, ali gotovo sva nova oprema će se standardno isporučiti sa digitalnim mjeračima.

Na električnim dijagramima vidjet ćete voltmetarske uređaje označene slovom V unutar kruga ispod:

Proračun napona

U električnim krugovima, napon se može izračunati prema Ohmov trougao. Da biste pronašli napon (V), jednostavno pomnožite struju (I) sa otporom (R).

Napon (V) = struja (I) * Otpor (R)

V = I*R

Primjer

Struja kola (I) = 10 A
Otpor kruga (R) = 2 oma

Napon (V) = 10 A * 2 oma

Odgovor: V = 20V

Sažetak

• Napon je sila koja pomiče elektrone od jednog atoma do drugog
• Napon je poznat i kao razlika potencijala
• Napon se mjeri u jedinicama "volti" (V)
• Baterije povećavaju potencijalnu energiju elektrona
• Sijalice i druga opterećenja smanjuju potencijalnu energiju elektrona
• Napon se mjeri voltmetrom
• Napon kola se može izračunati množenjem struje i otpora

Sigurno je svako od nas, bar jednom u životu, imao pitanja šta je struja, voltaža, naboj, itd. Sve su to komponente jednog velikog fizičkog koncepta - elektriciteta. Pokušajmo, na najjednostavnijim primjerima, proučiti osnovne zakone električnih pojava.

Šta je struja.

Elektricitet je skup fizičkih pojava povezanih s nastankom, akumulacijom, interakcijom i prijenosom električnog naboja. Prema većini istoričara nauke, prve električne pojave otkrio je starogrčki filozof Tales u sedmom veku pre nove ere. Tales je uočio efekat statičkog elektriciteta: privlačenje lakih predmeta i čestica ćilibaru protrljanom vunom. Da biste sami ponovili ovo iskustvo, potrebno je da protrljate bilo koji plastični predmet (na primjer, olovku ili ravnalo) o vunenu ili pamučnu tkaninu i prinesete ga fino isječenim komadićima papira.

Prvi ozbiljni naučni rad koji opisuje proučavanje električnih pojava bio je traktat engleskog naučnika Williama Gilberta „O magnetu, magnetnim tijelima i velikom magnetu – Zemlji“ objavljen 1600. godine. U ovom radu autor je opisao rezultate njegove eksperimente s magnetima i naelektriziranim tijelima. Ovdje se po prvi put spominje i pojam električna energija.

Istraživanja W. Gilberta dala su ozbiljan podsticaj razvoju nauke o elektricitetu i magnetizmu: od početka 17. do kraja 19. veka izveden je veliki broj eksperimenata i formulisani osnovni zakoni koji opisuju elektromagnetne pojave. . A 1897. godine engleski fizičar Joseph Thomson otkrio je elektron, elementarnu nabijenu česticu koja određuje električna i magnetska svojstva materije. Elektron (na starogrčkom, elektron je ćilibar) ima negativan naboj približno jednak 1,602 * 10-19 C (Coulomb) i masu jednaku 9,109 * 10-31 kg. Zahvaljujući elektronima i drugim nabijenim česticama, u tvarima se odvijaju električni i magnetski procesi.

Šta je stres.

Razlikovati direktnu i naizmjeničnu električnu struju. Ako se nabijene čestice stalno kreću u jednom smjeru, tada u krugu postoji jednosmjerna struja i, prema tome, konstantan napon. Ako se smjer kretanja čestica povremeno mijenja (kreću se u jednom ili drugom smjeru), onda je to naizmjenična struja i nastaje u prisustvu naizmjeničnog napona (tj. kada razlika potencijala promijeni svoj polaritet ). Za naizmjeničnu struju karakteristična je periodična promjena veličine struje: uzima ili maksimalnu ili minimalnu vrijednost. Ove trenutne vrijednosti su amplituda ili vrh. Učestalost promjene polariteta napona može biti različita. Na primjer, kod nas je ova frekvencija 50 Herca (tj. napon mijenja polaritet 50 puta u sekundi), au SAD frekvencija naizmjenične struje je 60 Hz (Hertz).

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

Napon na krajevima vodiča uzima se kao jedinica napona, pri čemu je rad za pomicanje 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 uzemljenja 100 000 V. Ako je ova žica povezana nekim provodnikom sa zemljom, onda kada kroz nju prođe električni naboj od 1 C, rad jednak Biće urađeno 100.000 J. Otprilike isti rad će napraviti teret od 1000 kg pri padu sa visine od 10 m. Može izazvati velika razaranja. Ovaj primjer pokazuje zašto je struja visokog napona tako opasna.

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

Ali morate biti oprezni kada radite sa nižim naponima. Čak i nekoliko desetina volti može biti opasno u zavisnosti od uslova. Za rad u zatvorenom prostoru, napon ne veći od 42 V smatra se sigurnim.

Galvanske ćelije stvaraju nizak napon. Dakle, 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?

Razmotrimo osnovne električne veličine koje proučavamo prvo u školi, zatim u srednjim i visokim obrazovnim institucijama. Radi praktičnosti, sažimamo sve podatke u maloj tabeli. Nakon tabele će biti date definicije pojedinačnih vrijednosti, u slučaju nesporazuma.

Postoje decimalni prefiksi koji se koriste u nazivu vrijednosti i služe za pojednostavljenje opisa. Najčešći od njih: mega, miles, kilo, nano, pico. U tabeli su prikazani i ostali prefiksi, osim navedenih.

Jačina struje u 1A- ovo je vrijednost jednaka omjeru naboja od 1 C, koji je prošao kroz površinu (provodnik) za 1 s vremena, i vremena kada je naboj prošao kroz površinu. Da bi struja tekla, kolo mora biti zatvoreno.

Jačina struje se mjeri u amperima. 1A=1Kl/1s

U praksi postoje

1uA = 0,000001A

električni napon je razlika potencijala između dvije tačke električnog polja. Veličina električnog potencijala se mjeri u voltima, dakle, napon se mjeri u voltima (V).

1 volt je napon potreban za oslobađanje 1 vata energije u vodiču kada kroz njega teče struja od 1 ampera.

U praksi postoje

Električni otpor- karakteristika provodnika da spriječi protok električne struje kroz njega. Definira se kao omjer napona na krajevima vodiča i struje u njemu. Mjeri se u omima (Ohm). U nekim granicama, vrijednost je konstantna.

1 ohm je otpor vodiča kada kroz njega teče jednosmjerna struja od 1A i na krajevima nastaje napon od 1V.

Iz školskog kursa fizike svi se sjećamo formule za jednolični provodnik konstantnog poprečnog presjeka:

R=ρlS - otpor takvog vodiča zavisi od poprečnog presjeka S i dužine l

gdje je ρ otpor materijala provodnika, tabelarna vrijednost.

Između tri gore opisane veličine, postoji Ohmov zakon za jednosmjerno kolo.

Struja u kolu je direktno proporcionalna naponu u kolu i obrnuto proporcionalna otporu kola -.

električni kapacitet Sposobnost provodnika da pohrani električni naboj naziva se.

Kapacitet se mjeri u faradima (1F).

1F je kapacitet kondenzatora između ploča čiji napon od 1V nastaje sa nabojem od 1C.

U praksi postoje

1pF = 0,000000000001F

1nF = 0,000000001F

Induktivnost- ovo je vrijednost koja karakterizira sposobnost kola kroz koje teče električna struja da stvori i akumulira magnetsko polje.

Induktivnost se mjeri u henrima.

1H = (V * s) / A

1H je vrijednost jednaka EMF-u samoindukcije koja se javlja kada se struja u kolu promijeni za 1A za 1 sekundu.

U praksi postoje

1mH = 0,001H

električna provodljivost- vrijednost koja pokazuje sposobnost tijela da provodi električnu struju. Recipročan otpor.

Električna provodljivost se mjeri u Siemensu.

Najnoviji članci

Najpopularniji

Jedna od fizičkih veličina koja je uvedena za karakterizaciju djelovanja električnog polja je napon. Električno polje djeluje silom na nabijene čestice, pokreće ih i stvara električnu struju. Kada se naboji kreću, rad se obavlja, što dovodi do promjene energije.

U kojoj jedinici se mjeri napon?

Odnos rada koji izvrši proizvoljno električno polje pri pomicanju pozitivnog naboja iz jedne tačke polja u drugu, i veličine naboja naziva se napon između ovih tačaka:

$ U = ( A\preko q ) $ (1)

U- voltaža,

A— posao, J,

q- naboj, Cl.

Dakle, rad električnog polja pri kretanju naboja jednak je proizvodu napona U između bodova po punjenju q:

$ A = ( q*U ) $ (2)

Rice. 1. Rad električnog polja na kretanju naelektrisanja.

Sa nabojem jednakim 1 C, jednakost $ U = A $ će biti ispunjena.

Jedinica mjere za napon naziva se volt. Ukratko, piše se velikim slovom B. Jedinica je dobila ime u čast italijanskog naučnika Alessandra Volte (1745-1827), koji je dao značajan doprinos razumijevanju prirode električnih pojava.

Iz razmatranja dimenzije veličina i formule (1) slijedi da:

$$ [V] = ( [J]\preko ) $$

Dakle, jedinica napona (1 Volt) je takav napon na dijelu strujnog kola ili na krajevima vodiča na kojem se vrši rad da se pomjeri električni naboj od 1 C (1 kulon) jednak 1 J (1 Joule).

Više jedinica mjerenja napona

Stvarne vrijednosti izmjerenih napona mogu biti desetine hiljada puta veće ili manje od jednog volta. Stoga su, radi lakšeg snimanja (fiksiranja), dodatno uvedene sljedeće višestruke i podvišestruke jedinice:

• 1 nanovolt - 1 nV \u003d 10 -9 V;
• 1 mikrovolt - 1 μV \u003d 10 -6 V;
• 1 milivolt - 1 mV \u003d 10 -3 V;
• 1 kilovolt - 1 kV \u003d 10 3 V;
• 1 megavolt - 1 MV \u003d 10 6 V.

Mora se imati na umu da je visoki napon velika opasnost za ljudsko zdravlje. Napon od 42 V u normalnim uslovima i 12 V u uslovima sa povećanom opasnošću (vlažnost, metalni podovi, visoka temperatura) smatra se sigurnom vrednošću za ljudski organizam.

Kako se mjeri napon

Napon se mjeri pomoću uređaja koji se zove voltmetar. Različiti modeli voltmetara mogu izgledati različito jedni od drugih, ali zajednički princip za njih je princip rada, zasnovan na elektromagnetnom djelovanju struje. Latinsko slovo V koristi se za označavanje uređaja na električnim krugovima i na mjernim skalama voltmetara.

Rice. 2. Oznaka voltmetra i dijagram priključka voltmetra za mjerenje napona.

Prilikom merenja potrebno je uzeti u obzir sledeće tačke:

• Voltmetri za mjerenje istosmjernog napona se razlikuju od voltmetara za mjerenje AC napona. Za voltmetre za mjerenje jednosmjernih napona na mjernoj skali mora biti prisutan znak “-”, a za naizmjenični napon znak “~”. Nedavno se oznaka često koristi pomoću skraćenica od slova engleske abecede AC / DC (Alternativna struja - naizmjenična struja, istosmjerna struja - istosmjerna struja);
• Priključci voltmetra za jednosmjerni napon označeni su znakovima “+” i “-” ili su istaknuti bojom (plus - crveno, minus - plavo). Prilikom mjerenja mora se poštovati polaritet, inače će strelica indikatora odstupiti u drugom smjeru;
• Voltmetar je uvek povezan paralelno sa delom kola gde se vrše merenja;
• Preporučuje se da prvo instalirate sve elemente električnog kruga, a voltmetar priključite na samom kraju.

Rice. 3. Primjeri različitih voltmetara

Svi merni uređaji ne bi trebalo da utiču na rezultat merenja, odnosno da imaju minimalnu grešku merenja. Da bi ispunili ovaj zahtjev, voltmetri imaju vrlo veliki ulazni otpor, tako da je struja koja teče kroz njih mnogo manja od struje u mjerenom dijelu kola. Tada pad napona na voltmetru postaje beznačajan.

Šta smo naučili?

Dakle, naučili smo da je napon fizička veličina jednaka radu pomicanja naboja od 1 C u električnom polju. Napon se mjeri u jedinicama koje se nazivaju volti. Voltmetri se koriste za mjerenje napona.

Tematski kviz

Report Evaluation

Prosječna ocjena: 4.5. Ukupno primljenih ocjena: 60.