Электрическое напряжение. Как найти электрическое напряжение

Электрическое напряжение

Электрическое напряжение существует тогда когда между двумя точками, например, между полюсами аккумуляторной батареи, имеется некоторая разность между количествами электронов. Величина напряжения зависит от величины разности между количествами электронов. Электрическое напряжение генерируется путем разделения заряда в источнике напряжения (рис. 1).

Рис. 1. Генерирование напряжения путем разделения заряда

На отрицательном полюсе имеется избыточное количество электронов, а на положительном полюсе – недостаточное.

Электроны между отрицательным и положительным полюсами стремятся к равновесию, т.е. при соединении двух полюсов электроны от отрицательного полюса перетекают через нагрузку к положительному полюсу и при этом совершают работу электрического тока (рис. 2).

Рис. 2. Поток электронов в электрической цепи

Электрическое напряжение – это стремление к уравновешиванию различных количеств заряда. Оно является причиной протекания электрического тока.

На соединительных клеммах генератора в состоянии покоя отсутствует напряжение, т.е. свободные электроны в обмотках распределены равномерно, и поэтому обмотки являются электрически нейтральными. Когда генератор приходит в движение, свободные электроны начинают двигаться к отрицательному полюсу; при этом на отрицательном полюсе возникает избыток электронов по сравнению с положительным полюсом, а, значит, – электрическое напряжение.

Единицей напряжения U является вольт (В).

Электрический ток

Причиной возникновения электрического тока является электрическое напряжение.

Электрический ток представляет собой направленное движение свободных электронов.

Цепь электрического тока (рис. 3). Электрический ток может протекать только в замкнутой электрической цепи. Электрическая цепь состоит как минимум из генератора напряжения, нагрузки и проводов. Электрическая цепь может замыкаться или размыкаться с помощью выключателя. В схемах электрических соединений выключатели чаще всего изображаются в выключенном состоянии.

Рис. 3. Электрическая цепь

Предохранители(рис. 4).Предохранители включаются в электрическую цепь. Предохранители для защиты распределительных электросетей защищают провода от перегрузки и короткого замыкания. Предохранители для защиты электроприборов защищают отдельные приборы, например, блоки управления, радиоприемники в случае каких-либо дефектов.

Рис. 4. Плавкие предохранители в автомобиле

Электронная электропроводимость(рис. 5). Возникает во всех электрических проводниках, состоящих из какого-либо металла. Атомы металла отдают электроны. Эти «свободные» электроны легко перемещаются между прочно закрепленными атомами атомной решетки металла. При замыкании электрической цепи все свободные электроны проводника и нагрузки одновременно приводятся в направленное движение под воздействием поданного напряжения. По цепи протекает электрический ток.

Рис. 5. Направленное движение свободных электронов

Ионная электропроводимость(рис. 1). Обеспечивает передачу тока посредством направленного движения заряженных частиц материала (ионов). При этом положительные ионы называются катионами, так как они движутся к отрицательному электроду, катоду. Отрицательные ионы называются анионами, так как они движутся к положительному электроду, аноду.

Ионными проводниками являются химические соединения, которые расщепляются на положительные и отрицательные составные элементы.

Расщепление газов на отрицательные и положительные частицы вещества называется ионизацией. Она может быть вызвана воздействием облучения, нагрева или электрических полей.

При ионизации воздушно-топливной смеси в воздушном зазоре между электродами свечи зажигания под воздействием сильного электрического поля смесь становится электропроводной, и через неё проскакивает искра (рис. 1).

Рис. 1. Ионизация в свече зажигания

Направление тока

Направление электронного тока. На отрицательном полюсе источника напряжения существует избыток электронов, а на положительном полюсе – их недостаток. Если соединить отрицательный полюс источника напряжения с его положительным полюсом через какую-либо нагрузку, то во внешней электрической цепи электроны будут течь от отрицательного полюса источника напряжения к его положительному полюсу через нагрузку (рис. 2).

Рис. 2. Аккумуляторная батарея в качестве насоса электронов

Техническое направление тока. Из-за незнания направления электронного тока за направление тока в электротехнике было принято направление тока от положительного полюса к отрицательному (рис. 2).

Сила тока I. Под силой тока понимается количество электронов, протекающих за одну секунду через поперечное сечение проводника.

Единицей силы тока I является ампер (A).

Плотность тока J. Под плотностью тока понимается ток, протекающий через один квадратный миллиметр площади поперечного сечения A проводника.

Допустимая плотность тока в проводниках зависит в частности от способности поверхности проводника к охлаждению (таблица 1). У тонких проводов отношение площади поверхности к площади поперечного сечения больше, чем у толстых проводов, поэтому через 1 мм2 площади их поперечного сечения может протекать больший ток.

Таблица 1

Нагрузочная способность медных проводов
A мм2	Iмакс A	J A/mm2
1,0		20,0
2,5		13,6
6,0		9,5
16,0		6,5

Виды тока

Постоянный ток (DC1, символ –). В электрической цепи с постоянным напряжением и сопротивлением протекает постоянный ток, когда в ней каждую секунду в одном и том же направлении движется равное количество электронов (рис. 3).

Рис. 3. Постоянный ток

Переменный ток (AC2, символ~).В электрической цепи с постоянным напряжением и сопротивлением протекает переменный ток, когда свободные электроны в ней движутся в обоих направлениях на одно и то же расстояние (рис. 4).

Рис. 4. Переменный ток

1) DC от Direct Current (англ.) = постоянный ток

2) AC от Alternating Current (англ.) = переменный ток

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

Электрическое напряжение - это... Что такое Электрическое напряжение?

У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение.

В этом случае электрическое напряжение между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.

Альтернативное определение —

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

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:

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения

Для чистой синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.

Среднеквадратичное значение напряжения

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Средневыпрямленное значение напряжения

Средневыпрямленное значение есть среднее значение модуля напряжения:

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

Напряжение в цепях трёхфазного тока

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	-