Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Един от най-фундаменталните термини в електротехниката е терминът "електрическо напрежение" . В тази статия ще обясним какво представлява и как да го изчислим.

Обяснение с прости думи

Електрическото напрежение U е самата причина, която "принуждава" електрическия ток I да тече. Електрическото напрежение винаги възниква, когато зарядите са разделени един от друг, т.е. всички отрицателни заряди от едната страна и всички положителни заряди от другата. Ако свържете тези две страни с електропроводим материал, ще тече електрически ток.

Общоприетата дефиниция на термина "електрическо напрежение" .

Електрическото напрежение (или само напрежение) е потенциалната разлика между две точки в електрическо поле. Това е движещата сила за електрическия заряд.

Потенциалът в електрическо поле е енергията на заредено тяло, независимо от неговия електрически заряд. За пояснение можете да погледнете сравнението с водната верига точно по-долу в статията.

Има още едно определение (от учебника по физика за 8 клас):

Напрежението е физическа величина, характеризираща електрическото поле. Електрическото напрежение между две точки на електрическото поле е числено равно на работата, извършена при прехвърляне на заряд от 1 C между тях от силите на електрическото поле.

Сравнение чрез модел на водния поток.

Добра аналогия, която да ви помогне да визуализирате напрежението и потенциала, е водна верига. В тази схема имате два басейна на различни височини, които са свързани с тръба.В тази тръба водата може да тече от горния басейн към долния. След това водата се изпомпва обратно в горния басейн с помощта на помпа, както е показано на снимката по-долу.

Електрическо напрежение - сравнение с помощта на модел на воден поток

В мислите си вече можете лесно да сравните помпа с източник на електрическо напрежение. Освен това водният поток може да се сравни с електрически ток. Помпата транспортира вода от долния басейн към горния. Оттам тече самостоятелно обратно в долния басейн. В този пример помпата е задвижването на потока. Колкото по-голяма е разликата във височината, толкова по-силен е потокът. Решаващият фактор е потенциалната енергия на горния басейн. Можете да сравните разликата в енергията между два басейна с разликата в електрическия потенциал. Просто казано, по-голямата разлика във височината съответства на по-голямо електрическо напрежение.

Формула

Формулата за електрическо напрежение U, съгласно закона на Ом за участък от верига, е

U=RI .

Както можете да видите от тази формула, ако електрическото напрежение остане непроменено, тогава колкото по-голямо е електрическото съпротивление (R), толкова по-малък е токът (I).

Друга формула за изчисляване на електрическото напрежение е:

U=P / I .

Тоест напрежението U е равно на мощността, разделена на тока I.

Единица за електрическо напрежение

Единица SI за електрическо напрежение е волт, съкратено като V (в чест на италианския учен А. Волта).

1 волт (1 V) е напрежението между две точки на електрическото поле, при прехвърляне на заряд от 1 C между тях се получава 1 J.

[U]=1 V

Сега можете да обясните значението на 4,5 V или 9 V на кръгла или монетна клетъчна батерия. Въпросът е, че при прехвърляне на заряд от 1 C от един полюс на източника към друг (през спирала на електрическа крушка или друг проводник), силите на електрическото поле могат да извършат работа съответно от 4,5 J или 9 J.

В електротехниката напрежението може да варира между микроволта (1 uV=110-6V) и миливолта (1 mV=10-3V), до киловолта (1 kV=1103V) и мегаволта (1 MV=106 V)

Можете да конвертирате отделни единици по този начин:

1V=1000mV, 1mV=1000µV, 1MV=1000kV, 1kV=1000V.

Електрическо напрежение във веригата

Един от следните символи обикновено се използва за източници на напрежение във вериги.

Източници на напрежение и електрическа верига

Източник на напрежение винаги има две връзки/полюса. Плюс полюс и минус полюс. Самото напрежение се обозначава със стрелката за напрежение (UQ). За източници винаги се показва от плюс към минус.

Спадът на напрежението върху резистор може също да бъде обозначен със стрелка за напрежение (отбелязана като червена стрелка на диаграмата UR). Това показва техническата посока на електрическия ток.

Можете също така често да чуете термина "напрежение на отворена верига" или "напрежение на източника" . Това е изходното напрежение на ненатоварен източник, т.е. източник, към който нищо не е свързано. Ако веригата е затворена с товар, тогава може да се измери само напрежението на полюсите на източника.

Електрически напрежения при последователно и паралелно свързване

Вече имаме статия за последователно и паралелно окабеляване, където обсъждаме тази тема по-подробно. Ето защо тук ще разгледаме само някои от основите.

Когато са свързани последователно, компонентите са свързани последователно.

Електрическо напрежение при серийно свързване

Тук напрежението на източника е разделено на резистори. Тази точка също е описана от второто правило на Кирхоф. Тук важи следното:

UQ=U1+ U2+ U3

тоест напрежението на източника е равно на сумата от електрическите напрежения на отделните резистори. Източникът на напрежение се разпределя по различен начин между различните резистори.

В паралелна електрическа верига компонентите са разположени съответно успоредно един на друг. Това може да се види на следната диаграма.

Електрическо напрежение в паралелна верига

Много по-лесно е да се определят електрическите напрежения на резисторите, тъй като при паралелно свързване:

UQ=U1=U2=U3

Следователно напрежението на резисторите е толкова високо, колкото напрежението на източника.

Измерване на електрическо напрежение

Волтомерите, наричани още волтметри, винаги се свързват успоредно на консуматора, на който ще се измерва напрежението.

Един от най-често използваните волтметри е цифров мултиметър (DMM), така че ще ви покажем процедурата за измерване на напрежение с DMM. Първо трябва да зададете вида на електрическото напрежение (DC - постоянен ток или AC - променлив ток).

За постоянен ток трябва да обърнете внимание на правилния поляритет, т.е. свържете плюса към положителния полюс. Следващата стъпка е да изберете правилния диапазон на измерване. Ако не можете да прецените колко голяма е стойността, която измервате, задайте диапазона на най-големия възможен диапазон и продължете оттам, докато намерите правилния. И накрая, трябва само да "четете" електрическото напрежение с устройството.

Примери за типични стойности на напрежението

За някои приложения, съответното електрическо напрежение може да се намери в таблицата по-долу.

LED1.2 - 1.5 V
USB зарядно5 B
Напрежение на акумулатора на автомобила12, 4 - 12,8 V
Изходно напрежение (RMS или RMS)230 V
Електропроводи за високо напрежение (TL)60 kV - 1 MW

Можете да видите, че има напрежение до мегаволта по линиите с високо напрежение. Такива високи електрически напрежения се използват за намаляване на загубите в дълги линии.

Решаващият фактор за потребителя е мощността P, която може да се изчисли за постоянно напрежение по формулата:

P=UI

Това означава, че електрическият ток I е толкова важен за потребителя, колкото и електрическото напрежение. Според закона на Ом връзката между ток и напрежение е:

U=RI .

Ако напрежението остане същото, съпротивлението определя количеството ток. За да илюстрирате това, представете си следното. Имате три различни басейна, които са пълни с еднакво количество вода. Всеки басейн има дренаж, който се различава по сечение, т.е. в единия басейн дренажната тръба е много малка, а в другия е много голяма.

Постоянното електрическо напрежение може да се определи от факта, че всички контейнери са напълнени на еднаква височина. Ако дренажът е тесен в долната част, той представлява голямо съпротивление. Течението тук може да тече само бавно. Ако напречното сечение на дренажната тръба е по-голямо, тогава съпротивлението е по-малко и съответно може да тече повече ток.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Електротехник