Часто на практике мы сталкиваемся с такими понятиями, как напряжение, сила тока. Знания о том, что означают данные величины и как их находить, являются необходимыми в наше время развития информационных технологий и приборостроения.
Пронаблюдаем изменение силы тока в цепи. Подключим к цепи источник питания и измерим установившееся значение силы тока в нем. Если далее подсоединить к цепи еще два источника питания, то можно заметить увеличение силы тока, протекающее по этой цепи. Это связано с тем, что чем больше источников тока последовательно включены в цепь, тем сильнее электрическое поле. В подсоединенной электрической цепи возникает и действует электрическая сила на каждый свободный электрон проводника, и под действием этой силы свободные частицы движутся вдоль проводника от одной точке к другой, совершив работу по перемещению свободно заряженных частиц. Это говорит о том, что работа электрического поля определяет силу тока в цепи. Для полной характеристики работы электрического поля по перемещению заряда введем величину – электрическое напряжение.
Электрическое напряжение - скалярная физическая величина, равная отношению работы электрической силы по перемещению свободно заряженных частиц к величине заряда, перемещаемого из одной точки проводника в другую.
Буквенное обозначение напряжения – U.
Исходя из определения, запишем формулу для расчета напряжения:
где А - работа электрического поля по перенесению заряда, Дж; q - заряд, Кл.
В системе СИ [U]= Дж/Кл = В(Вольт)- единица измерения напряжения названа в честь итальянского ученого Алессанро Вольта .
1В– напряжение между концами проводника, при котором работа электрической силы по перемещению положительного заряда один Кл равна одному Дж.
Для удобства применяют другие единицы напряжения: киловольт (кВ), 1кВ=1000В; милливольт (мВ), 1мВ=0,001В.
Выясним, каков физический смысл напряжения: значение напряжения указывает на значение работы электрической силы, совершенной при перемещении положительного заряда, равного 1Кл, с одного конца проводника на другой.
Всем, наверное, известно стандартное значение напряжения на домашних бытовых приборах - «220 В». Что оно означает? На участке цепи совершается работа 220 Дж по перемещению заряда 1 Кл.
Можно заметить связь между формулами для вычисления силы тока и напряжения.
Формула силы тока I=q/tи формула напряжения U=A/q.
Как видно, в обеих формулах записана одна и та же величина – электрический заряд, это означает, что можно напряжение выразить через другие параметры. Выразим из формулы силы тока заряд: q=It, подставим в формулу для напряжения, тогда формула примет вид:
U=A/It.
Для решения задач выражения одних величин через другие оказываются полезными.
Раз силу тока можно измерить с помощью амперметра, то оказывается, что для измерения напряжения тоже существует прибор.
Вольтметр– прибор, предназначенный для измерения напряжения между концами любого участка цепи.
Существуют различные вольтметры в зависимости от их применения. Принцип их работы основан на электромагнитном действии тока. На циферблате приборов можно увидеть латинскую букву V.
На схеме вольтметр обозначают в виде значка:
Вольтметры используют при выполнении лабораторных работ для измерения напряжения в электрических цепях.
Демонстрационный вольтметр имеет корпус, шкалу, стрелку и клеммы. Клеммы выделены разными цветами: красный – плюс, черный (синий) – минус. Это для того, чтобы правильно подключать клеммы прибора с проводами, подключенными к источнику.
Чтобы подключить прибор к цепи необходимо, знать правила пользования:
1) вольтметр подсоединяют всегда параллельно тому участку цепи, между концами которого надо измерить напряжение;
2) соблюдать полярность.
Изобразим для примера электрическую схему.
В цепи: источник тока, лампа накаливания, ключ, амперметр, подключенный последовательно, и вольтметр, подключенный параллельно к лампочке.
При сборке цепей необходимо вначале соединить все элементы, а в последнюю очередь - вольтметр.
Рассмотрим решение задачи на нахождение напряжения участка цепи.
Задача.На участке цепи при прохождении электрического заряда в 25 Кл совершена работа 500 Дж. Чему равно напряжение на этом участке?
Решение:
Запишем данные, которые известны: q=25 Кл, А=500Дж. Обозначим неизвестную величину – U -? Запишем решение задачи. Формула для нахождения напряжения: U=A/q. Все величины известны, следовательно, можно найти числовое значение неизвестной величины. U=500Дж/25Кл=20В. Запишем ответ.
Ответ: U=20В.
Итак, мы познакомились с еще одной величиной – электрическое напряжение, выяснили, с помощью какого прибора можно измерить его. Также узнали правила подключения вольтметра к участку цепи.
Подпишись и будь в курсе новых событий и новостей!