A feszültség alapegysége. Elektromos áram, feszültség - még egy gyerek is megérti! Hogyan történik a feszültség mérése

Ebben a cikkben részletesen elemezzük, mi a feszültség, mennyire könnyű bemutatni és mérni.

Meghatározás

A feszültség olyan elektromotoros erő, amely a szabad elektronokat ugyanabban az irányban tolja egyik atomról a másikra.

Az elektromosság korai napjaiban a feszültséget ún elektromos erő(EMF). Ezért az olyan egyenletekben, mint a , a feszültséget a szimbólum jelöli E.

Alessandro Volta

Az elektromos potenciál mértékegysége a volt, amelyet Alessandro Volta olasz fizikusról neveztek el, aki 1745 és 1827 között élt.

Alessandro Volta a dinamikus elektromosság egyik úttörője volt. Az elektromosság alapvető tulajdonságait feltárva találta fel az első akkumulátort és elmélyítette az elektromosság megértését.

Feszültségábrázolás

A stressz megértésének legegyszerűbb módja, ha elképzeljük a nyomást a csőben. Magasabb feszültségnél (nyomásnál) erősebb áram folyik. Bár fontos megérteni, hogy a feszültség (nyomás) létezhet áram (áramlás) nélkül, az áram nem létezhet feszültség (nyomás) nélkül.

A feszültséget gyakran potenciálkülönbségnek nevezik, mivel az áramkör bármely két pontja között különbség lesz az elektronok potenciális energiájában. Ahogy az elektronok átáramolnak az akkumulátoron, a potenciális energiájuk növekszik, de ahogy átáramlik egy izzón, csökken a potenciális energiájuk, ez az energia fényként és hőként távozik az áramkörből.

Vegyünk például egy közönséges 1,5 V-os AA elemet, 1,5 V potenciálkülönbség van a két kivezetés között (+ és -).

A feszültség vagy a potenciálkülönbség egyszerűen a töltésegységenkénti (coulomb) energiamennyiség mérése (joule-ban). Például egy 1,5 V-os AA akkumulátorban minden függő (töltés) 1,5 V vagy joule energiát kap.

Feszültség = [Joule ÷ Coulomb]

1 volt = 1 joule medálonként

100 volt = 100 joule medálonként

1 medál = 6 200 000 000 000 000 000 elektron (6,2 × 10 18)

Hogyan történik a feszültség mérése

A feszültséget „Volt” egységekben mérjük, amelyek általában csak „V” betűk a rajzokon és a műszaki irodalomban. Gyakran szükség van a feszültség nagyságának számszerűsítésére, ez SI mértékegységek szerint történik, a leggyakoribb feszültségnagyságok, amelyeket látni fog:

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

A feszültséget mindig két ponton mérjük egy ún voltmérő. A voltmérők digitálisak vagy analógok, az utóbbi a legpontosabb. A feszültségmérőket általában a kézi digitális multiméterekbe építik be, amint az alább látható, általános és gyakran nélkülözhetetlen eszköz minden villanyszerelő vagy villamosmérnök számára. Az analóg voltmérőket általában régebbi elektromos paneleken, például kapcsolótáblákon és generátorokon találja, de szinte minden új berendezéshez alapfelszereltségként digitális mérőórák tartoznak.

Az elektromos diagramokon betűvel megjelölt voltmérő eszközöket láthat V a körön belül az alábbi:

Feszültség számítás

Az elektromos áramkörökben a feszültség a szerint számítható Ohm háromszöge. A feszültség (V) meghatározásához egyszerűen szorozza meg az áramot (I) az ellenállással (R).

Feszültség (V) = Áram (I) * Ellenállás (R)

V = I*R

Példa

Áramköri áram (I) = 10 A
Áramköri ellenállás (R) = 2 ohm

Feszültség (V) = 10 A * 2 ohm

Válasz: V = 20V

Összegzés

• A feszültség az az erő, amely az elektronokat egyik atomról a másikra mozgatja
• A feszültséget potenciálkülönbségnek is nevezik
• A feszültség mértékegysége "volt" (V)
• Az akkumulátorok növelik az elektronok potenciális energiáját
• Az izzók és más terhelések csökkentik az elektronok potenciális energiáját
• A feszültséget voltmérővel mérik
• Az áramköri feszültség az áram és az ellenállás szorzásával számítható ki

Bizonyára mindannyiunknak, legalább egyszer az életben, voltak kérdései arról, hogy mi az áram, feszültség, töltés, stb. Mindezek egyetlen nagy fizikai fogalom, az elektromosság összetevői. A legegyszerűbb példákon próbáljuk meg tanulmányozni az elektromos jelenségek alaptörvényeit.

Mi az elektromosság.

Az elektromosság az elektromos töltés keletkezésével, felhalmozódásával, kölcsönhatásával és átadásával kapcsolatos fizikai jelenségek összessége. A legtöbb tudománytörténész szerint az első elektromos jelenségeket Thalész ókori görög filozófus fedezte fel a Kr.e. hetedik században. Thales megfigyelte a statikus elektromosság hatását: a könnyű tárgyak és részecskék vonzását a gyapjúval dörzsölt borostyánhoz. Ha ezt az élményt saját maga is meg szeretné ismételni, dörzsöljön bármilyen műanyag tárgyat (például tollat ​​vagy vonalzót) egy gyapjú- vagy pamutszövetre, és finomra vágott papírdarabokra vigye.

Az első komoly tudományos munka, amely leírja az elektromos jelenségek tanulmányozását, William Gilbert angol tudós „A mágnesről, a mágneses testekről és a nagy mágnesről – a Földről” című értekezése volt 1600-ban. Ebben a munkában a szerző ismertette mágnesekkel és villamosított testekkel végzett kísérletei. Az elektromosság kifejezés is itt szerepel először.

W. Gilbert kutatásai komoly lökést adtak az elektromosság és mágnesesség tudományának fejlődéséhez: a 17. század elejétől a 19. század végéig nagyszámú kísérletet végeztek, és megfogalmazták az elektromágneses jelenségeket leíró alaptörvényeket. . 1897-ben pedig Joseph Thomson angol fizikus felfedezte az elektront, egy elemi töltött részecskét, amely meghatározza az anyag elektromos és mágneses tulajdonságait. Egy elektron (az ógörögben az elektron borostyánsárga) negatív töltése körülbelül 1,602 * 10-19 C (Coulomb), tömege pedig 9,109 * 10-31 kg. Az elektronoknak és más töltött részecskéknek köszönhetően az anyagokban elektromos és mágneses folyamatok mennek végbe.

Mi a stressz.

Különbséget kell tenni az egyenáram és a váltakozó elektromos áram között. Ha a töltött részecskék folyamatosan egy irányba mozognak, akkor az áramkörben egyenáram van, és ennek megfelelően állandó feszültség. Ha a részecskék mozgási iránya periodikusan változik (egyik vagy másik irányba mozognak), akkor ez egy váltakozó áram, és ez váltakozó feszültség jelenlétében keletkezik (azaz amikor a potenciálkülönbség megváltoztatja a polaritását) ). A váltakozó áramra jellemző az áram nagyságának periodikus változása: maximum vagy minimum értéket vesz fel. Ezek az áramértékek amplitúdó vagy csúcs. A feszültség polaritásváltásának frekvenciája eltérő lehet. Például nálunk ez a frekvencia 50 Hertz (azaz a feszültség másodpercenként 50-szer változtatja polaritását), az USA-ban pedig 60 Hz (Hertz) a váltakozó áramú frekvencia.

A feszültség mértékegységét voltnak (V) nevezték el, Alessandro Volta olasz tudós tiszteletére, aki megalkotta az első galvánelemet.

A feszültség mértékegysége egy olyan elektromos feszültség a vezető végein, amelynél az 1 C-os elektromos töltés e vezető mentén történő mozgatása 1 J.

1 V = 1 J/C

A volton kívül ennek rész- és többszöröseit is használják: millivolt (mV) és kilovolt (kV).

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

A nagy (nagy) feszültség életveszélyes. Tegyük fel, hogy a nagyfeszültségű távvezeték egyik vezetéke és a föld között a feszültség 100 000 V. Ha ezt a vezetéket valamilyen vezető köti a földhöz, akkor amikor 1 C-os elektromos töltés halad át rajta, akkor a munka egyenlő: 100.000 J lesz megcsinálva.Körülbelül ugyanennyi munka 10m magasságból zuhanva 1000kg terhelést jelent.Nagy károkat okozhat. Ez a példa bemutatja, miért olyan veszélyes a nagyfeszültségű áram.

Volta Alessandro (1745-1827)
Egy olasz fizikus, az elektromos áram elméletének egyik megalapozója megalkotta az első galvánelemet.

De óvatosan kell eljárni, ha alacsonyabb feszültséggel dolgozik. A körülményektől függően akár néhány tíz volt is veszélyes lehet. Beltéri munkához legfeljebb 42 V feszültség tekinthető biztonságosnak.

A galvanikus cellák alacsony feszültséget hoznak létre. Ezért a világítási hálózat olyan generátorokból származó elektromos áramot használ, amelyek 127 és 220 V feszültséget hoznak létre, vagyis sokkal több energiát termelnek.

Kérdések

1. Mi a feszültség mértékegysége?
2. Milyen feszültséget használnak a világítási hálózatban?
3. Mekkora a feszültség a szárazelem és a savas akkumulátor pólusain?
4. A volton kívül milyen feszültségegységeket használnak a gyakorlatban?

Tekintsük azokat az alapvető elektromos mennyiségeket, amelyeket először az iskolában, majd a közép- és felsőoktatási intézményekben tanulunk. A kényelem kedvéért az összes adatot egy kis táblázatban foglaljuk össze. A táblázatot félreértések esetén az egyes értékek definíciói követik.

Vannak decimális előtagok, amelyek az érték nevében használatosak, és a leírás egyszerűsítését szolgálják. A leggyakoribbak közülük: mega, miles, kilo, nano, pico. A táblázat a többi előtagot is mutatja, kivéve a megnevezetteket.

Áramerősség 1A-ban- ez egy olyan érték, amely egyenlő a felületen (vezetőn) 1 s idő alatt áthaladó 1 C-os töltés és a töltés felületen való áthaladásának arányával. Az áram áramlásához az áramkört zárni kell.

Az áramerősséget amperben mérik. 1A=1Kl/1s

A gyakorlatban vannak

1uA = 0,000001A

elektromos feszültség az elektromos tér két pontja közötti potenciálkülönbség. Az elektromos potenciál nagyságát voltban mérik, ezért a feszültséget voltban (V) mérik.

1 volt az a feszültség, amely 1 watt energia felszabadításához szükséges egy vezetőben, ha 1 amperes áram folyik át rajta.

A gyakorlatban vannak

Elektromos ellenállás- a vezető jellemzője, hogy megakadályozza az elektromos áram átáramlását rajta. Ezt a vezető végén lévő feszültség és a benne lévő áram arányaként határozzák meg. Ohmban (Ohm) mérik. Bizonyos határokon belül az érték állandó.

1 ohm egy vezető ellenállása, amikor 1A egyenáram folyik át rajta, és a végein 1V feszültség keletkezik.

Az iskolai fizika tanfolyamból mindannyian emlékszünk az állandó keresztmetszetű egységes vezető képletére:

R=ρlS - egy ilyen vezető ellenállása az S keresztmetszettől és az l hossztól függ

ahol ρ a vezető anyagának ellenállása, táblázatos értéke.

A fent leírt három mennyiség között létezik egy egyenáramú áramkör Ohm-törvénye.

Az áramkörben lévő áram egyenesen arányos az áramkör feszültségével és fordítottan arányos az áramkör ellenállásával -.

elektromos kapacitás A vezető elektromos töltés tárolására való képességét ún.

A kapacitást faradokban (1F) mérik.

Az 1F annak a kondenzátornak a kapacitása, amelynek lemezei között 1C töltés mellett 1V feszültség keletkezik.

A gyakorlatban vannak

1pF = 0,000000000001F

1nF = 0,000000001F

Induktivitás- ez az érték egy olyan áramkör azon képességét jellemzi, amelyen keresztül elektromos áram folyik, hogy mágneses teret hozzon létre és halmozzon fel.

Az induktivitás mérése henryben történik.

1H = (V*s)/A

Az 1H az önindukció EMF-jével egyenlő érték, amely akkor következik be, amikor az áramkörben az áram 1 másodpercig 1 A-rel változik.

A gyakorlatban vannak

1mH = 0,001H

elektromos vezetőképesség- egy test elektromos áramvezetési képességét mutató érték. Az ellenállás kölcsönössége.

Az elektromos vezetőképesség mérése Siemensben történik.

Legfrissebb cikkek

Legnepszerubb

Az egyik fizikai mennyiség, amelyet az elektromos tér hatásának jellemzésére vezettek be, a feszültség. Az elektromos tér erőt fejt ki a töltött részecskékre, mozgásba hozza őket, és elektromos áramot hoz létre. Amikor a töltések mozognak, munka történik, ami energiaváltozáshoz vezet.

Milyen mértékegységben mérik a feszültséget?

A tetszőleges elektromos tér által a pozitív töltésnek a mező egyik pontjáról a másikba történő mozgatásakor végzett munka arányát a töltés nagyságához e pontok közötti feszültségnek nevezzük:

$ U = ( A\fölött q ) $ (1)

U- feszültség,

A- munka, J,

q- töltés, Cl.

Tehát az elektromos tér munkája a töltés mozgatásakor egyenlő a feszültség szorzatával U töltésenkénti pontok között q:

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

Rizs. 1. Az elektromos tér munkája a töltések mozgására.

1 C-os töltéssel teljesül a $ U = A $ egyenlőség.

A feszültség mértékegységét voltnak nevezzük. Röviden írva, nagy B betűvel írják. Az egység nevét Alessandro Volta (1745-1827) olasz tudós tiszteletére kapta, aki jelentősen hozzájárult az elektromos jelenségek természetének megértéséhez.

A mennyiségek méretének és az (1) képletnek a figyelembevételéből az következik, hogy:

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

Így a feszültség mértékegysége (1 Volt) egy olyan feszültség az áramkör egy szakaszán vagy egy vezető végein, amelynél 1 C (1 coulomb) elektromos töltés mozgatása történik, amely egyenlő 1 J (1) Joule).

Több feszültségmérés mértékegysége

A mért feszültségek valós értékei több tízezerszer nagyobbak vagy kisebbek lehetnek, mint egy volt. Ezért a rögzítés (rögzítés) kényelme érdekében a következő többszörös és többszörös egységeket is bevezettük:

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

Emlékeztetni kell arra, hogy a magas feszültség nagy veszélyt jelent az emberi egészségre. Az emberi szervezet számára biztonságos érték normál körülmények között a 42 V, fokozottan veszélyes körülmények között (páratartalom, fémpadló, magas hőmérséklet) a 12 V.

Hogyan történik a feszültség mérése

A feszültség mérése egy voltmérő nevű eszközzel történik. A voltmérők különböző modelljei eltérhetnek egymástól, de a közös alapelv a működési elv, amely az áram elektromágneses hatásán alapul. A latin V betű a készülék jelölésére szolgál az elektromos áramkörökön és a voltmérők mérőskáláin.

Rizs. 2. A voltmérő megnevezése és a feszültségmérő feszültségmérő bekötési rajza.

A méréseknél a következő pontokat kell figyelembe venni:

• A DC feszültség mérésére szolgáló voltmérők eltérnek a váltakozó feszültség mérésére szolgáló voltmérőktől. Az egyenfeszültség mérésére szolgáló voltmérőknél a mérőskálán a „-”, váltakozó feszültségnél a „~” jelnek kell lennie. A közelmúltban a megnevezést gyakran használják az angol ábécé AC / DC (Alternatív áram - váltóáram, Egyenáram - egyenáram) betűiből származó rövidítésekkel;
• Az egyenfeszültség feszültségmérő kivezetései „+” és „-” jelekkel vannak jelölve, vagy színnel kiemelve (plusz - piros, mínusz - kék). A mérésnél figyelni kell a polaritásra, különben a jelző nyíl a másik irányba tér el;
• A voltmérő mindig párhuzamosan csatlakozik az áramkör azon szakaszához, ahol méréseket végeznek;
• Javasoljuk, hogy először telepítse az elektromos áramkör összes elemét, és csatlakoztassa a voltmérőt a legvégén.

Rizs. 3. Példák különféle voltmérőkre

Minden mérőeszköz ne befolyásolja a mérési eredményt, azaz legyen minimális mérési hibája. Ennek a követelménynek a teljesítése érdekében a voltmérők nagyon nagy bemeneti ellenállással rendelkeznek, így a rajtuk átfolyó áram sokkal kisebb, mint az áramkör mért szakaszán lévő áram. Ekkor a voltmérő feszültségesése jelentéktelenné válik.

Mit tanultunk?

Tehát megtanultuk, hogy a feszültség olyan fizikai mennyiség, amely megegyezik az 1 C-os töltés elektromos térben történő mozgatásának munkájával. A feszültség mértékegysége, az úgynevezett volt. A feszültség mérésére voltmérőket használnak.

Téma kvíz

Jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.5. Összes beérkezett értékelés: 60.