Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольтметр. Измерение напряжения. 8-й класс. Измеряется электрическое напряжение
Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольтметр. Измерение напряжения. 8 класс. Физика. - Объяснение нового материала.
Комментарии преподавателя
Мы знаем, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем, а оно при этом совершает работу. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. В процессе такой работы энергия электрического поля превращается в другой вид энергии — механическую, внутреннюю и др.
От чего же зависит работа тока? Можно с уверенностью сказать, что она зависит от силы тока, т. е. от электрического заряда, протекающего по цепи в 1 с. В этом мы убедились, знакомясь с различными действиями тока. Например, пропуская ток по железной или никелиновой проволоке, мы видели, что чем больше была сила тока, тем выше становилась температура проволоки, т. е. сильнее было тепловое действие тока.
Но не только от одной силы тока зависит работа тока. Она зависит ещё и от другой величины, которую называют электрическим напряжением или просто напряжением.
Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Оно обозначается буквой U. Чтобы ознакомиться с этой очень важной физической величиной, обратимся к опыту.
На рисунке изображена электрическая цепь, в которую включена лампочка от карманного фонарика. Источником тока здесь служит батарейка. На рисунке б показана другая цепь, в неё включена лампа, используемая для освещения помещений. Источником тока в этой цепи является городская осветительная сеть. Амперметры, включённые в указанные цепи, показывают одинаковую силу тока в обеих цепях. Однако лампа, включённая в городскую сеть, даёт гораздо больше света и тепла, чем лампочка от карманного фонаря. Объясняется это тем, что при одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного 1 Кл, различна. Эта работа тока и определяет новую физическую величину, называемую электрическим напряжением.
Рис. Различное свечение ламп при одной и той же силе тока: а — источник тока — батарейка; б — источник тока — городская сеть
Напряжение, которое создаёт батарейка, значительно меньше напряжения городской сети. Именно поэтому при одной и той же силе тока лампочка, включённая в цепь батарейки, даёт меньше света и тепла.
Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.
Зная работу тока А на данном участке цепи и весь электрический заряд q, прошедший по этому участку, можно определить напряжение U, т. е. работу тока при перемещении единичного электрического заряда:
U = A / q
Следовательно, напряжение равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку.
Из предыдущей формулы можно определить:
A = Uq, q = A / U.
Электрический ток подобен течению воды в реках и водопадах, т. е. течению воды с более высокого уровня на более низкий. Здесь электрический заряд (количество электричества) соответствует массе воды, протекающей через сечение реки, а напряжение — разности уровней, напору воды в реке. Работа, которую совершает вода, падая, например, с плотины, зависит от массы воды и высоты её падения. Работа тока зависит от электрического заряда, протекающего через сечение проводника, и от напряжения на этом проводнике. Чем больше разность уровней воды, тем большую работу совершает вода при своём падении; чем больше напряжение на участке цепи, тем больше работа тока. В озёрах и прудах уровень воды всюду одинаков, и там вода не течёт; если в электрической цепи нет напряжения, то в ней нет и электрического тока.
Единица напряжения названа вольтом (В) в честь итальянского учёного Алессандро Вольта, создавшего первый гальванический элемент.
За единицу напряжения принимают такое электрическое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл по этому проводнику равна 1 Дж.
1 В = 1 Дж / Кл
Кроме вольта применяют дольные и кратные ему единицы: милливольт (мВ) и киловольт (кВ).
1 мВ = 0,001 В; 1 кВ = 1000 В.
Высокое (большое) напряжение опасно для жизни. Допустим, что напряжение между одним проводом высоковольтной линии передачи и землёй 100 000 В. Если этот провод соединить каким-нибудь проводником с землёй, то при прохождении через него электрического заряда в 1 Кл будет совершена работа, равная 100 000 Дж. Примерно такую же работу совершит груз массой 1000 кг при падении с высоты 10 м. Он может произвести большие разрушения. Этот пример показывает, почему так опасен ток высокого напряжения.
Вольта Алессандро (1745-1827) Итальянский физик, один из основателей учения об электрическом токе, создал первый гальванический элемент.
Но осторожность надо соблюдать и в работе с более низкими напряжениями. В зависимости от условий напряжение даже в несколько десятков вольт может оказаться опасным. Для работы в помещении безопасным считают напряжение не более 42 В.
Напряжение в некоторых технических устройствах и в природе
Гальванические элементы создают невысокое напряжение. Поэтому в осветительной сети используется электрический ток от генераторов, создающих напряжение 127 и 220 В, т. е. вырабатывающих значительно большую энергию.
Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют прибор, называемый вольтметром.
Вольтметр, используемый в школьных опытах, показан на рисунке а, в лабораторных работах — на рисунке в.
Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (рис. б).
Рис. Вольтметр
Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+». Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону.
Вольтметр включается иначе, чем амперметр. На рисунке а изображена электрическая цепь, в которую включены электрическая лампа, амперметр и вольтметр. На рисунке б показана схема такой цепи. Амперметром в этой цепи измеряют силу тока в лампе, для этого он включён в цепь последовательно с ней. Вольтметр должен показывать напряжение, существующее на зажимах лампы.
Рис. Подключение вольтметра и амперметра в цепь
Поэтому его включают в цепь не последовательно с лампой, а так, как показано на рисунке а и на схеме (см. рис. б). Зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение. Такое включение прибора называют параллельным. Сила тока, проходящего через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи, поэтому он почти не изменяет напряжение между теми точками, к которым подключён.
Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр подключают непосредственно к зажимам источника тока так, как показано на рисунке.
Рис. Подключение вольтметра к источнику тока
Домашняя работа
Задание 1. Ответь на вопросы.
- Как называют прибор для измерения напряжения?
- Как включают вольтметр для измерения напряжения на участке цепи?
- Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?
- Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?
- Что принимают за единицу напряжения?
- Какое напряжение используют в осветительной сети?
- Чему равно напряжение на полюсах сухого элемента и кислотного аккумулятора?
- Какие единицы напряжения, кроме вольта, применяют на практике?
- Опишите опыт, который доказывает, что работа тока зависит не только от силы тока, но и от напряжения.
- Что такое электрическое напряжение?
- Как можно определить его через работу тока и электрический заряд?
Задание 2. Разгадай ребус.
К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.
Использованные источники: http://www.tepka.ru/fizika_8, http://class-fizika.narod.ru
www.kursoteka.ru
Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольтметр. Измерение напряжения. 8-й класс
Разделы: Физика
Цель урока: дать понятие напряжение как физической величины характеризующей электрическое поле, создающее электрический ток, вести единицу напряжения.
Оборудование: амперметры двух видов, вольтметры двух видов, портрет Алессандро Вольта.
Ход урока
I. Актуализация знаний.
Проверка домашнего задания. Слайд 2.
- Что такое сила тока? Какой буквой она обозначается?
- По какой формуле находится сила тока?
- Как называется прибор для измерения силы тока? Как он обозначается в схемах?
- Как называется единица силы тока? Как она обозначается?
- Какими правилами следует руководствоваться при включении амперметра в цепь?
- По какой формуле находится электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, если известны сила тока и время его прохождения?
- Индивидуальные задания:
1) Через поперечное сечение проводника в 1 с проходит 6*10-19 электронов. Какова сила тока в проводнике? Заряд электрона 1,6*10-19Кл. 2) Определите силу тока в электрической лампе, если через нее за 10 мин проходит электрический заряд, равный 300 Кл. 3) Какой электрический заряд протекает за 5 мин через амперметр при силе тока в цепи 0,5 А.
- Проверочная работа (по карточкам):
Вариант I
1.Сколько миллиампер в 0,25 А?
а) 250 мА; б)25мА; в) 2,5мА; г) 0,25мА; д)0,025мА;
2.Выразите 0,25мА в микроамперах.
а) 250 мкА; б)25мкА; в) 2,5мкА; г) 0,25мкА; д)0,025мкА;
На рис. 1 изображена схема электрической цепи.
3. Где на этой схеме у амперметра знак “+”?
Рис.1
а) у точки М б) у точки N
4. Какое направление имеет ток в амперметре?
а) от точки М к N б) от точки N к М
Вариант II
1.Выразите 0,025 А в амперметрах.
а) 250 мА; б)25мА; в) 2,5мА; г) 0,25мА; д)0,025мА;
2.Сколько микроампер в 0,025мА?
а) 250 мкА; б)25мкА; в) 2,5мкА; г) 0,25мкА; д)0,025мкА;
На рис. 2 изображена схема электрической цепи.
3. Где на этой схеме у амперметра знак “+”?
Рис.2
а) у точки М б) у точки N
4. Какое направление имеет ток в амперметре?
а) от точки М к N б) от точки N к М
9) Проверка теста. Слайд 3
II. Изучение нового материала.
1. Диск Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Уроки физики Кирилла и Мефодия, 8 класс.
1) Что такое электрический ток?
Ответ учащихся: Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.
2) Каковы условия существования электрического тока?
Ответ учащихся: 1 условие – свободные заряды,
2 условие – должен быть в цепи источник тока.
3) Объяснение учителя:
Направленное движение заряженных частиц создаётся электрическим полем, которое при этом совершает работу. Работа, которую совершает электрический ток при перемещении заряда в 1 Кл по участку цепи, называется электрическим напряжением (или просто напряжением).
U = A/q,
где U – напряжение (В)
А – работа (Дж)
q – заряд (Кл)
Напряжение измеряется в вольтах (В): 1В = 1Дж/Кл.
4) Сообщение ученика: Историческая справка об Алессандро Вольта.
ВОЛЬТА Алессандро (1745-1827), итальянский естествоиспытатель, физик, химик и физиолог. Его важнейшим вкладом в науку явилось изобретение принципиально нового источника постоянного тока, сыгравшее определяющую роль в дальнейших исследованиях электрических и магнитных явлений. В честь него названа единица разности потенциалов электрического поля – вольт.
Вольта был членом-корреспондентом Парижской академии наук, членом-корреспондентом академии наук и литературы в Падуе и членом Лондонского Королевского общества.
В 1800 г. Наполеон открыл университет в Павии, где Вольта был назначен профессором экспериментальной физики. По предложению Бонапарта ему была присуждена золотая медаль и премия первого консула. В 1802 г. Вольта избирается в академию Болоньи, через год – членом-корреспондентом Института Франции и удостаивается приглашения в Петербургскую академию наук (избран в 1819). Папа назначает ему пенсию, во Франции его награждают орденом Почетного Легиона. В 1809 Вольта становится сенатором Итальянского королевства, а в следующем году ему присваивается титул графа. В 1812 г. Наполеон из ставки в Москве назначает его президентом коллегии выборщиков.
С 1814 г, Вольта – декан философского факультета в Павии. Австрийские власти даже предоставляют ему право исполнять обязанности декана без посещения службы и подтверждают законность выплаты ему пенсий почётного профессора и экс-сенатора.
5) Дольные и кратные единицы:
1 мВ = 0,001 В; 1 мкВ = 0, 000 001 В; 1 кВ = 1 000 В.
6) Работа с учебником.
Работа с таблицей №7 в учебнике на стр.93.
7) Рабочее напряжение в осветительной сети жилых домов, социальных объектов – 127 и 220 В.
Опасность тока высокого напряжения.
Правила безопасности при работе с электричеством и электроприборами. Слайд 4.
8) Прибор для измерения напряжения называется вольтметром.
На схемах изображается знаком:
Правила включения вольтметра в цепь найдите в учебнике.
Слайд 5:
1. Зажимы вольтметра присоединяются к тем точкам цепи, между которыми надо измерить напряжение (параллельно соответствующему участку цепи).
2. Клемму вольтметра со знаком “+” следует соединять с той точкой цепи, которая соединена с положительным полюсом источника тока, а клемму со знаком “ – ” с точкой, которая соединена с отрицательным полюсом источника тока.
Демонстрация двух типов вольтметров.
Отличие вольтметра от амперметра по внешнему виду.
Определение цены деления демонстрационного вольтметра, лабораторного вольтметра.
9) Работа с учебником: (задание по вариантам)
Найдите в учебнике (§ 41) ответы на вопросы:
А) Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?
Б) Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?
III. Закрепление изученного материала.
Слайд 6.
- Выразите в вольтах напряжение, равное:
А) U =2 000 мВ = Б) U = 100 мВ = В) U = 55 мВ = Г) U = 3 кВ = Д) U = 0,5 кВ = Е) U = 1,3 кВ =
2. Выразите в мВ напряжение, равное:
А) U = 0,5 В = Б) U = 1,3 В = В) U = 0,1 В = Г) U = 1 В = Д) U = 1 кВ = Е) U = 0,9 кВ =
3. Решим задачки: Слайд 7. (работа у доски)
А) На участке цепи при прохождении электрическогозаряда25 Кл совершена работа 500 Дж.Чему равно напряжении на этом участке?
Б) Напряжение на концах проводника 220 В. Какая работа будет совершена при прохождении по проводнику электрического заряда, равного 10 Кл?
4. Вопросы на закрепление:
1) Что показывает напряжение в электрической цепи? 2) В каких единицах измеряется напряжение? 3) Кто такой Алессандро Вольта? 4) Как называют прибор для измерения напряжения? 5) Назовите правила включения вольтметра для измерения напряжения на участке цепи?
IV. Домашнее задание.
§ 39 – 41. Упр.16. Подготовиться к лабораторной работе №4 (с.172).
V. Итог урока.
Литература:
- Пёрышкин А.В. Физика. 8кл.: учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.:Дрофа, 2007.
- Шевцов В.А. Физика. 8кл.: поурочные планы по учебнику А.В.Пёрышкина.-Волгоград: Учитель, 2007. – 136с.
- Марон А.Е. Физика. 8кл.: учебно-методическое пособие /А.Е.Марон, Е.А.Марон.-6-е изд., стереотип. – М.:Дрофа, 2008.-125с.:ил.-(Дидактические материалы)
- Учебный диск “Кирилла и Мефодия”. Физика.8 класс.
Презентация
Поделиться страницей:xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai
Электрическое напряжение - это... Что такое Электрическое напряжение?
У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение.Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда.
При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда). В потенциальном электрическом поле эта работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд.
В этом случае электрическое напряжение между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.Альтернативное определение —
— интеграл от проекции поля эффективной напряжённости поля (включающего сторонние поля) на расстояние между точками A и B вдоль заданной траектории, идущей из точки A в точку B. В электростатическом поле значение этого интеграла не зависит от пути интегрирования и совпадает с разностью потенциалов.
Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт.
Напряжение в цепях постоянного тока
Напряжение в цепи постоянного тока определяется так же, как и в электростатике.
Напряжение в цепях переменного тока
Для описания цепей переменного тока применяются следующие понятия:
Мгновенное напряжение
Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Оно является функцией времени:
Амплитудное значение напряжения
Амплитуда напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:
Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:
Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратичным значением 220 В амплитудное равно приблизительно 311,127 В.
Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.
Среднее значение напряжения
Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) определяется за весь период колебаний, как:
Для чистой синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.
Среднеквадратичное значение напряжения
Среднеквадратичное значение (устаревшее наименование: действующее, эффективное) наиболее удобно для практических расчётов, так как на линейной активной нагрузке оно совершает ту же работу (например, лампа накаливания имеет ту же яркость свечения, нагревательный элемент выделяет столько же тепла), что и равное ему постоянное напряжение:
Для синусоидального напряжения справедливо равенство:
В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно эта величина, и все вольтметры проградуированы исходя из её определения. Однако конструктивно большинство приборов фактически измеряют не среднеквадратичное, а средневыпрямленное (см. ниже) значение напряжения, поэтому для несинусоидального сигнала их показания могут отличаться от истинного значения.
Средневыпрямленное значение напряжения
Средневыпрямленное значение есть среднее значение модуля напряжения:
Для синусоидального напряжения справедливо равенство:
На практике используется редко, однако большинство вольтметров переменного тока (те, в которых ток перед измерением выпрямляется) фактически измеряют именно эту величину, хотя их шкала и проградуирована по среднеквадратичным значениям.
Напряжение в цепях трёхфазного тока
В цепях трёхфазного тока различают фазное и линейное напряжения. Под фазным напряжением понимают среднеквадратичное значение напряжения на каждой из фаз нагрузки, а под линейным — напряжение между подводящими фазными проводами. При соединении нагрузки в треугольник фазное напряжение равно линейному, а при соединении в звезду (при симметричной нагрузке или при глухозаземлённой нейтрали) линейное напряжение в раз больше фазного.
На практике напряжение трёхфазной сети обозначают дробью, в знаменателе которой стоит линейное напряжение, а в числителе — фазное при соединении в звезду (или, что то же самое, потенциал каждой из линий относительно земли). Так, в России наиболее распространены сети с напряжением 220/380 В; также иногда используются сети 127/220 В и 380/660 В.
Стандарты
Объект Тип напряжения Значение (на вводе потребителя) Значение (на выходе источника)| Электрокардиограмма | Импульсное | 1-2 мВ | - |
| Телевизионная антенна | Переменное высокочастотное | 1-100 мВ | - |
| Батарейка AA («пальчиковая») | Постоянное | 1,5 В | - |
| Литиевая батарейка | Постоянное | 3 В - 1,8 В (в исполнении пальчиковой батарейки , на примере Varta Professional Lithium, AA) | - |
| Управляющие сигналы компьютерных компонентов | Импульсное | 3,5 В, 5 В | - |
| Батарейка типа 6F22 («Крона») | Постоянное | 9 В | - |
| Силовое питание компьютерных компонентов | Постоянное | 12 В | - |
| Электрооборудование автомобиля | Постоянное | 12/24 В | - |
| Блок питания ноутбука и жидкокристаллических мониторов | Постоянное | 19 В | - |
| Сеть «безопасного» пониженного напряжения для работы в опасных условиях | Переменное | 36-42 В | - |
| Напряжение наиболее стабильного горения свечи Яблочкова | Постоянное | 55 В | - |
| Напряжение в телефонной линии (при опущенной трубке) | Постоянное | 60 В | - |
| Напряжение в электросети Японии | Переменное трёхфазное | 100/172 В | - |
| Напряжение в домашних электросетях США | Переменное трёхфазное | 120 В / 240 В (сплит-фаза) | - |
| Напряжение в электросети России | Переменное трёхфазное | 220/380 В | 230/400 В |
| Разряд электрического ската | Постоянное | до 200—250 В | - |
| Контактная сеть трамвая и троллейбуса | Постоянное | 550 В | 600 В |
| Разряд электрического угря | Постоянное | до 650 В | - |
| Контактная сеть метрополитена | Постоянное | 750 В | 825 В |
| Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, постоянный ток) | Постоянное | 3 кВ | 3,3 кВ |
| Распределительная воздушная линия электропередачи небольшой мощности | Переменное трёхфазное | 6-20 кВ | 6,6-22 кВ |
| Генераторы электростанций, мощные электродвигатели | Переменное трёхфазное | 10-35 кВ | - |
| Анод кинескопа | Постоянное | 7-30 кВ | - |
| Статическое электричество | Постоянное | 1-100 кВ | - |
| Свеча зажигания автомобиля | Импульсное | 10-25 кВ | - |
| Контактная сеть электрифицированной железной дороги (Россия, переменный ток) | Переменное | 25 кВ | 27,5 кВ |
| Пробой воздуха на расстоянии 1 см | 10-20 кВ | - | |
| Катушка Румкорфа | Импульсное | до 50 кВ | - |
| Пробой трансформаторного масла на расстоянии 1 см | 100-200 кВ | - | |
| Воздушная линия электропередачи большой мощности | Переменное трёхфазное | 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ, 330 кВ | 38 кВ, 120 кВ, 240 кВ, 360 кВ |
| Электрофорная машина | Постоянное | 50-500 кВ | - |
| Воздушная линия электропередачи сверхвысокого напряжения (межсистемные) | Переменное трёхфазное | 500 кВ, 750 кВ, 1150 кВ | 545 кВ, 800 кВ, 1250 кВ |
| Трансформатор Тесла | Импульсное высокочастотное | до нескольких МВ | - |
| Генератор Ван де Граафа | Постоянное | до 7 МВ | - |
| Грозовое облако | Постоянное | От 2 до 10 ГВ | - |
См. также
Ссылки
biograf.academic.ru
- Какое в розетке напряжение переменное или постоянное
- Какое напряжение в розетке переменное или постоянное
- Что представляет собой система tn для электроустановок напряжением до 1 кв
- Обозначение в физике напряжение
- Напряжение холостого хода это
- Измеряется электрическое напряжение
- Обозначение в физике напряжение
- Как повысить напряжение в сети до 220 своими руками
- Разность потенциалов напряжение
- Межфазное напряжение в трехфазной цепи
- Как проверить напряжение мультиметром на генераторе
Поделиться с друзьями: