Jak se měří napětí a proud?

Aby se ve vodiči objevil elektrický proud, musí se vytvořit elektrické pole. Úkol vytvoření a udržení elektrického pole je proveden aktuální zdroje.

Po vytvoření elektrického pole začnou na volné nabité částice ve vodiči působit elektrické síly, které je uvedou do pohybu.

Ukazuje se, že máme síly a částice, které se pod jejich vlivem pohybují. To znamená, že se něco děje práce. Stejný fakt nám říká, že elektrické pole nějaké má energie.

V této lekci se blíže podíváme na to, jakou práci elektrické pole vykonává, na čem závisí a dojdeme k definici další důležité charakteristiky v elektřině – elektrické napětí.

Aktuální práce

Uveďme rovnou novou definici.

Proudová práce je práce vykonaná silami elektrického pole, které vytvářejí elektrický proud.

V procesu této práce se energie elektrického proudu přeměňuje na další různé druhy energie (mechanickou, vnitřní atd.). Mluvili jsme o tom podrobněji, když jsme se podívali na účinky proudu.

Na čem závisí práce proudu?

Je logické předpokládat, že práce proudu bude záviset na tom, kolik náboje proteče obvodem za určitý čas. to znamená, práce vykonaná proudem bude záviset na síle proudu.

Pojďme si to ověřit jednoduchým experimentem. Sestavme obvod skládající se z klíče, zdroje proudu, ampérmetru a nataženého niklového drátu připojeného k vodičům (obrázek 1).

Použitím jednoho zdroje proudu bylo v obvodu určité množství proudu. Drát je horký.

Pokud vyměníme proudový zdroj, který nám dává větší proudovou sílu než ten předchozí, zaznamenáme určité změny. Náš drát se mnohem více zahřívá. Zde je vizuální důkaz, že tepelný efekt (a tedy aktuální práce) se projevuje silněji s rostoucím proudem v obvodu.

Faktem však je, že síla proudu není jedinou charakteristikou, na které závisí provoz proudu. Další (a neméně důležitá) veličina je tzv elektrické napětí nebo jednoduše napětí.

Elektricheskoe napryazhenie

Napětí je fyzikální veličina, která charakterizuje elektrické pole.

Elektrické napětí je označeno písmenem $U$.

Podívejme se na experiment, který nám názorně ukáže, jak nám tato veličina dokáže popsat elektrické pole.

Sestavme elektrický obvod složený z klíče, zdroje proudu, elektrické lampy a ampérmetru. Jako zdroj proudu vezmeme malou baterii (galvanický článek) a z baterky si vezmeme elektrickou lampu (obrázek 2).

Nyní sestavíme podobný řetěz. Vyměňme žárovku baterky za velkou lampu pro vnitřní osvětlení. Vyměníme i baterii. Nyní je náš aktuální zdroj síť městského osvětlení (obrázek 3).

Podívejte se na hodnoty ampérmetru v těchto dvou obvodech. Jsou stejní!

Síla proudu v obvodech je stejná, ale velká lampa dává mnohem více světla a tepla než malá lampa z baterky. Zde se objevuje naše nová hodnota – Napětí.

Vztah mezi proudem a napětím

Naše experimenty jsou vysvětleny následovně.

Při stejné síle proudu je práce vykonaná proudem v těchto částech obvodu při pohybu elektrického náboje rovnajícímu se $1 prostoru Kl$ odlišná.

Ukazuje se, že tato práce proudu určuje naši novou fyzikální veličinu – elektrické napětí.

Nyní můžeme plně vysvětlit naše experimenty. Napětí vytvořené baterií v prvním okruhu je menší než napětí sítě městského osvětlení. Proto lampa připojená k síti poskytuje více světla a tepla. V tomto případě je síla proudu v obou obvodech stejná. Celým důvodem rozdílů je vytvořené napětí.

Napětí ukazuje, jakou práci vykoná elektrické pole, když přesune jednotkový kladný náboj z jednoho bodu do druhého.

Vzorec pro výpočet napětí

Známe-li práci proudu $A$ v uvažovaném úseku obvodu a celého elektrického náboje $q$, který jím prošel, pak můžeme spočítat napětí $U$. Z fyzikálního hlediska definujeme práce proudu při pohybu jednotkového elektrického náboje.

Z tohoto vzorce také použijeme dva jeho důsledky:

To je zajímavé: fakta o elektřině a napětí

Jednotka napětí je elektrické napětí na koncích vodiče, při kterém se práce vykonaná pro přesun elektrického náboje v $1 prostoru Kl$ podél tohoto vodiče rovná $1 prostoru J$:
$1 mezera B = 1 frac$.

Dílčí a násobky jednotek napětí

Jaké jednotky napětí, kromě voltu, se v praxi používají? Jedná se o dílčí násobky a násobky voltů: milivolt ($mV$) и kilovolt ($kV$).

$ 1 prostor mV = 0.001 prostor V $,
$1 prostor kV = 1000 prostor V$.

Hodnota napětí pro některá zařízení a přírodní jevy

Tabulka 1 uvádí některé hodnoty napětí pro vaši referenci.

Na grafu vybereme body, které nám vyhovují s přesnými hodnotami náboje a práce. Pro graf $I$ vybereme bod s hodnotami $q = 0.35 mezera Kl$ a $A = 70 mezera J$. Pro graf $II$: $q = 0.35 prostoru Kl$ a $A = 40 prostoru J$. Zapišme si podmínky problému a vyřešme jej.

Vzhledem k:
$q_1 = q_2 = 0.35 mezera Cl$
$A_1 = 70 mezera J$
$A_2 = 40 mezera J$

Ukaž řešení a odpověz

řešení:

Napětí pro tyto vodiče vypočítáme pomocí vzorce $U = frac$.

Odpověď: $U_1 = 200 prostor В$, $U_2 přibližně 114 prostor В$.