Электри́ческое напряже́ние между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки

При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда). Напряжение в общем случае формируется из вкладов двух работ: работы электрических сил A A B e l {\displaystyle A_{AB}^{el}} и работы сторонних сил A A B e x {\displaystyle A_{AB}^{ex}} . Если на участке цепи не действуют сторонние силы (то есть, A A B e x = 0 {\displaystyle A_{AB}^{ex}=0} ), работа по перемещению включает только работу потенциального электрического поля A A B e l {\displaystyle A_{AB}^{el}} (которая не зависит от пути, по которому перемещается заряд), и электрическое напряжение U A B {\displaystyle U_{AB}} между точками A и B совпадает с разностью потенциалов между этими точками (поскольку φ A − φ B = A A B e l / q {\displaystyle \varphi _{A}-\varphi _{B}=A_{AB}^{el}/q} ). В общем случае напряжение U A B {\displaystyle U_{AB}} между точками A и B отличается от разницы потенциалов между этими точками^[2] на работу сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда. Эту работу называют электродвижущей силой E A B {\displaystyle {\mathcal {E}}_{AB}} на данном участке цепи: E A B = A A B e x / q . {\displaystyle {\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.}

U A B = φ A − φ B + E A B . {\displaystyle U_{AB}=\varphi _{A}-\varphi _{B}+{\mathcal {E}}_{AB}.}

Определение электрического напряжения можно записать в другой форме. Для этого нужно представить работу A A B e f {\displaystyle A_{AB}^{ef}} как интеграл вдоль траектории L, проложенной из точки A в точку B.

U A B = ∫ L E → e f d l → {\displaystyle U_{AB}=\int \limits _{L}{\vec {E}}_{ef}d{\vec {l}}} — интеграл от проекции эффективной напряжённости поля E → e f {\displaystyle {\vec {E}}_{ef}} (включающего сторонние поля) на касательную к траектории L, направление которой в каждой точке траектории совпадает с направлением вектора d l → {\displaystyle d{\vec {l}}} в данной точке. В электростатическом поле, когда сторонних сил нет, значение этого интеграла не зависит от пути интегрирования и совпадает с разностью потенциалов.

Размерность электрического напряжения в Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ), на которой основана Международная система единиц (СИ), — L²MT^-3I^-1. Единицей измерения напряжения в СИ является вольт (русское обозначение: В; международное: V).

Понятие напряжение ввёл Георг Ом в работе 1827 года, в которой предлагалась гидродинамическая модель электрического тока для объяснения открытого им в 1826 году эмпирического закона Ома: U = I R {\displaystyle U\!=IR} .

Напряжение в цепях постоянного тока

Напряжение в цепи постоянного тока между точками A и B — работа, которую совершает электрическое поле при переносе пробного положительного заряда из точки A в точку B.

Напряжение в цепях переменного тока

Для описания цепей переменного тока применяются следующие напряжения:

• мгновенное напряжение;
• амплитудное значение напряжения;
• среднее значение напряжения;
• среднеквадратичное значение напряжения;
• средневыпрямленное значение напряжения.

Мгновенное напряжение есть разность потенциалов между двумя точками, измеренная в данный момент времени. Зависит от времени (является функцией времени):

u = u ( t ) . {\displaystyle u=u(t).}

Амплитудное значение напряжения есть максимальное по модулю значение мгновенного напряжения за весь период колебаний:

U M = max ( | u ( t ) | ) . {\displaystyle U_{M}=\max(|u(t)|).}

Для гармонических (синусоидальных) колебаний напряжения мгновенное значение напряжения выражается как:

u ( t ) = U M sin ⁡ ( ω t + ϕ ) . {\displaystyle u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).}

Для сети переменного синусоидального напряжения со среднеквадратичным значением 220 В амплитудное напряжение равно приблизительно 311,127 В.

Амплитудное напряжение можно измерить с помощью осциллографа.

Среднее значение напряжения (постоянная составляющая напряжения) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

U m = 1 T ∫ 0 T u ( t ) d t . {\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.}

Для синусоиды среднее значение напряжения равно нулю.

Среднеквадратичное значение напряжения (устаревшие наименования: действующее, эффективное) есть напряжение, определяемое за весь период колебаний, как:

U q = 1 T ∫ 0 T u 2 ( t ) d t . {\displaystyle U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt}}.}

Среднеквадратичное значение напряжения 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:

U q = 1 2 U M ≈ 0 , 707 U M ; U M = 2 U q ≈ 1 , 414 U q . {\displaystyle U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q}\approx 1,414U_{q}.}

В технике и быту при использовании переменного тока под термином «напряжение» имеется в виду именно среднеквадратичное значение напряжения, и все вольтметры проградуированы исходя из его 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 есть среднее значение модуля напряжения:

U m = 1 T ∫ 0 T | u ( t ) | d t . {\displaystyle U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.}

Для синусоидального напряжения справедливо равенство:

U m = 2 π U M ( ≈ 0 , 637 U M ) = 2 2 π U q ( ≈ 0 , 9 U q ) . {\displaystyle U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0,9U_{q}).}

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 относительно нейтрали, 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 3 {\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше фазного.

На практике напряжение трёхфазной сети обозначают дробью, в числителе которой стоит фазное при соединении в звезду (или, что то же самое, потенциал каждой из линий относительно земли), а в знаменателе — линейное напряжение. Так, в России наиболее распространены сети с напряжением 220/380 В; также иногда используются сети 127/220 В и 380/660 В.

Характерные значения и стандарты

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Разница между Током и Напряжением

Главное различие между Током и Напряжением состоит в том, что Ток — это скорость потока зарядов (электронов) между двумя точками, вызванная напряжением, тогда как Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая вызывает ток в цепи.

Ток и напряжение — это два разных электрических понятия, но они связаны друг с другом. Важно знать основы напряжения и тока для электротехники и электроники, а также все, что связано с электричеством.

Содержание

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое Ток
3. Что такое Напряжение
4. Различные схемы подключения
5. В чем разница между Током и Напряжением
6. Заключение

Что такое Ток?

Ток — это скорость потока заряда (электронов), проходящего через точку в цепи, вызванную напряжением. Ток обозначается символом “I”.  Единицей измерения тока является ампер, который обозначается буквой «А». Величина тока в один ампер соответствует заряду в один кулон проходящему за одну секунду. Ток величиной в 1 Ампер (1А) является носителем заряда 6,24 × 10 ¹⁸ электронов. Электрический ток течет в противоположном направлении движения электронов, т.е. от анода к катоду. Кроме того, при возникновении электрического тока всегда создаётся магнитное поле. Причём, чем больше ток, тем магнитное поле будет более интенсивным .

Основными видами тока являются переменный и постоянный. Переменный ток (AC) меняет свое направление и величину в течение времени. Постоянный ток (DC) имеет постоянную величину, которая не меняет свою полярность или направление в течение времени.

Основная электрическая формула для тока: I = Q/t , где  I — ток в амперах, Q — заряд в кулонах, t — время в секундах

Ток в цепях постоянного тока можно рассчитать по закону ома:  I = U/R, где  I — ток в амперах, U — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах

Что такое Напряжение?

Необходимое количество энергии для перемещения единицы заряда из одной точки в другую называется напряжением. Другими словами, напряжение — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая вызывает ток в цепи, т.е. напряжение является основной причиной, а ток — следствием из-за напряжения. Кроме того, при наличии напряжения создаётся электростатическое поле. Причём при увеличении напряжения между двумя точками, возникает более интенсивное электростатическое поле.  При увеличении расстояния между этими точками, соответственно интенсивность поля уменьшается.

Наглядно, напряжение можно представить в виде силы, проталкивающей электроны в проводнике, и при большем напряжении эта проталкивающая способность увеличивается. Так как энергия выполняет работу, то данная потенциальная энергия является работой в джоулях по перемещению электронов, чем и является электрический ток, по электрической цепи. При этом, разница напряжения в между узлами электрической цепи будет называться как разность потенциалов, как правило она называется падение напряжения.

Существует два основных типа напряжения: переменное напряжение и постоянное напряжение. Переменное напряжение постоянно меняет направление и величину. Переменные напряжения могут генерироваться генераторами. Постоянное напряжение имеет постоянную величину, которая не меняет свою полярность в течение времени. Постоянное напряжение может генерироваться электрохимическими элементами, батареями и аккумуляторами.

Основная формула для напряжения

Напряжение в цепях постоянного тока можно рассчитать по формулам U=I*R, где U — напряжение в вольтах, I — ток в амперах, R — сопротивление в омах

Различные схемы подключения

Последовательное подключение. При последовательной схеме подключения напряжения источников складываются. Ток на любом компоненте последовательной электрической цепи одинаковый.

Пример. Батарея 2 В и батарея 6 В последовательно подключены к светодиоду и резистору, на всех компонентах будет ток одинаковый (15 мА), тогда как напряжения  на них будут отличаться (напряжение 5 В будет на резисторе и напряжение 3 В на будет на светодиоде). Суммарно напряжения на светодиоде и резисторе составят будут соответствовать напряжениям батареи 2 В и батареи 6 В: 2 В + 6 В = 5 В + 3 В.

Параллельное подключение. При параллельной схеме подключения компонентов их токи будут складываться. Причём напряжение на каждом компоненте схемы будет одинаковым.

Пример. Если те же самые, батареи параллельно подключить к светодиоду и резистору, то светодиоде и резисторе напряжение будет одинаковое (8 В). А проходящий ток 40 мА разобьётся на две ветви 15 и 25 мА в зависимости от сопротивления компонентов.

В чем разница между Током и Напряжением

Заключение

Напряжение и ток являются двумя основными аспектами электричества. Основное различие между током и напряжением заключается в том, что ток — это скорость потока электрических зарядов, а напряжение — это разница электрического потенциала между двумя точками.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Напряжение — это то, что заставляет электрические заряды двигаться. Это «толчок», который вызывает движение зарядов в проводе или другом электрическом проводнике. Это можно рассматривать как силу, которая выдвигает заряды, но это не сила. Напряжение может вызывать движение зарядов, а поскольку движущиеся заряды являются током, напряжение может вызывать ток.

Разность электрических потенциалов является истинным научным термином, но обычно называется напряжением.Неформально разность напряжения или электрического потенциала иногда называют «разницей потенциалов». Напряжение также называют при определенных обстоятельствах электродвижущей силой (ЭДС).

Напряжение — это разность электрических потенциалов, разность электрических потенциалов между двумя местами. Единицей разницы электрического потенциала или напряжения является вольт. Вольт назван в память об Алессандро Вольте. Один вольт равен одному джоулю на кулон. Символ для единичного вольта пишется с заглавной буквы V, как в (9V).Согласно правилам Международной системы единиц, символ для единицы с именем, полученным из собственного имени человека, является заглавным.

Обратите внимание, что вольт и вольт — это две разные вещи. Вольт — это единица измерения, которую мы измеряем. И электрический потенциал, и напряжение — это то, что мы измеряем, а вольт — это единица измерения для обоих. Символ для единицы вольт записывается с V (9 вольт или 9 В). Когда напряжение используется в формуле, оно может быть набрано курсивом, т.е.грамм., В знак равно 9 В {\ displaystyle V = 9 \, {\ text {V}}} или написано курсивом. Если есть только один буквенный символ, можно использовать строчную букву v, например, напряжение знак равно ток × сопротивление {\ displaystyle {\ text {Voltage}} = {\ text {current}} \ times {\ text {сопротивление}}} или v знак равно инфракрасный {\ displaystyle {\ text {v}} = {\ text {ir}}} ,Инженеры-электрики используют символ е {\ displaystyle e} для напряжения, например, е знак равно я р {\ displaystyle e = ir} , чтобы сделать разницу между напряжением и вольт очень ясно.

Технически, напряжение представляет собой разницу в электрическом потенциале между двумя точками и всегда измеряется между двумя точками. например между положительным и отрицательным концами батареи, между проводом и землей, или между проводом или точкой цепи и точкой в ​​другой части цепи.При повседневном использовании с бытовой электроэнергией в США напряжение чаще всего составляет 120 В. Это напряжение измеряется от электрического провода к земле.

Обратите внимание, что для передачи энергии (энергии) должно быть напряжение и ток . Например, провод может иметь высокое напряжение, но если он не подключен, ничего не произойдет. Птицы могут приземляться на линиях высокого напряжения, таких как 12 кВ и 16 кВ, не умирая, потому что ток не течет через птицу.

Существует два типа напряжения: напряжение постоянного тока и напряжение переменного тока.Напряжение постоянного тока (напряжение постоянного тока) всегда имеет одинаковую полярность (положительную или отрицательную), например, в батарее. Напряжение переменного тока (напряжение переменного тока) чередуется между положительным и отрицательным. Например, напряжение от сетевой розетки меняет полярность 60 раз в секунду (в Америке) или 50 раз в секунду (в Великобритании и Европе). Постоянный ток обычно используется для электроники, а переменный ток для двигателей.

Напряжение — это изменение электрического потенциала между двумя местами
или изменение электрической потенциальной энергии на кулон между двумя местами.

В знак равно Δ ( Е п Е / Q ) знак равно ( Е п Е / Q ) 2 — ( Е п Е / Q ) 1 {\ displaystyle V = \ Delta (EPE / q) = (EPE / q) _ {2} — (EPE / q) _ {1}}

, где В, = напряжение, EPE = электрическая потенциальная энергия, q = заряд, ∆ = разница в.

Напряжение всегда измеряется между двумя точками, и одну из них часто называют точкой заземления, или точкой нулевого напряжения (0 В). В большинстве электрических установок переменного тока есть соединение с землей. Соединение с реальной землей осуществляется через водопроводную трубу, заземленный стержень, заглубленный или загнанный в землю, или удобный металлический проводник (не газовая труба), заглубленный под землей. Это соединение осуществляется в точке входа электрической системы в здание, на каждом полюсе, где есть трансформатор на улице (часто на электрическом столбе) и в других местах системы. Вся планета Земля используется в качестве контрольной точки для измерения напряжения. В здании эта земля подается на каждое электрическое устройство по двум проводам. Одним из них является «заземляющий проводник» (зеленый или неизолированный провод), который используется в качестве безопасного заземления для соединения металлических частей оборудования с землей. Другой используется в качестве одного из электрических проводников в цепях системы и называется «нейтральным проводником». Этот провод с потенциалом земли замыкает все цепи, передавая ток от любого электрооборудования назад к точке входа систем в здания, а затем к трансформатору, обычно на улице.Во многих местах за пределами зданий становится ненужным иметь провод для замыкания цепей и передачи тока от зданий к генераторам. Обратный путь, который несет весь ток обратно, — это сама земля.
В цепях постоянного тока отрицательный конец генератора или батареи часто называют точкой «заземления» или нулевой вольт (0 В), даже если соединение с землей может или не может быть. На одной и той же печатной плате (PCB) может быть несколько оснований, например, с чувствительными аналоговыми цепями, эта часть схемы может использовать «аналоговое заземление», а цифровая часть — «цифровое заземление».
В электрическом оборудовании точка 0 вольт может представлять собой металлическое шасси, называемое заземлением шасси, или соединение с фактическим заземлением, называемым заземлением, каждое со своим собственным символом, используемым на электрических принципиальных чертежах (схемах).

Некоторыми инструментами для измерения напряжения являются вольтметр и осциллограф.

Вольтметр измеряет напряжение между двумя точками и может быть установлен в режим постоянного тока или режим переменного тока. Вольтметр может измерять напряжение постоянного тока батареи, например (обычно 1.5 В или 9 В), или переменное напряжение от розетки на стене (обычно 120 В).

Для более сложных сигналов можно использовать осциллограф для измерения постоянного и / или переменного напряжения, например, для измерения напряжения на динамике.

Напряжение или разность потенциалов от точки а до точки b — это количество энергии в джоулях (в результате электрического поля), необходимое для перемещения 1 кулона положительного заряда из точки а в точку b. Отрицательное напряжение между точками a и b — это напряжение, в котором требуется 1 кулон энергии для перемещения отрицательного заряда из точки a в b.Если вокруг заряженного объекта имеется однородное электрическое поле, отрицательно заряженные объекты будут тянуться к более высоким напряжениям, а положительно заряженные объекты будут тянуться к более низким напряжениям. Разность потенциалов / напряжение между двумя точками не зависит от пути, по которому можно добраться из точки a в b. Таким образом, напряжение от a до b + напряжение от b до c всегда будет равно напряжению от a до c.