§ 36. Електрична напруга. Вольтметр

Ви вже знаєте, що електричний струм проявляється за тепловою, магнітною, хімічною діями. Під час цих дій електричне поле виконує роботу.

Розглянемо електричний струм у металевому провіднику. За відсутності електричного поля вільні

електрони у провіднику рухаються хаотично. Ви вже знаєте, що під дією електричного поля вільні електрони починають рухатися з певною швидкістю у певному напрямі. Кінетична енергія електронів зростає. Таким чином, електричне поле виконує роботу. Крім того, протягом впорядкованого руху електрони стикаються з йонами кристалічних ґраток металу, віддаючи їм частину енергії. Иони починають коливатися більш інтенсивно. Унаслідок цього внутрішня енергія кристалу металу зростає, підвищується температура провідника.

Розглянемо електричне коло, яке складається із трьох однакових нагрівальних елементів увімкнених послідовно (мал. 81). Розділимо коло на дві ділянки. До першої ділянки AB увійде один нагрівальний елемент, до другої BC — два. Якщо виміряти силу струму у всіх ділянках кола амперметром, то вона буде однаковою, проте теплова дія цього струму буде різною. Два нагрівальні елементи, що входять до другої ділянки кола, дадуть удвічі більше тепла, ніж один елемент першої ділянки. Отже, робота, яку виконує електричний струм, залежить не тільки від сили струму, а й іншої величини, яка має назву електрична напруга.

Як відомо, умовою виникнення електричного струму є різниця електричних зарядів на кінцях провідника чи на полюсах джерела струму. Чим

більше відрізняються електричні заряди на кінцях провідника і, отже, електричні поля, тим більшу роботу електричне поле здатне виконати по переміщенню одиниці електричного заряду. Ця робота характеризується напругою.

Напруга визначає роботу, яка виконується електричним струмом під час переміщення на ділянці кола (між двома точками кола) заряду в 1 кулон:

За одиницю напруги в CI прийнято 1 вольт (1 В). IВ — це напруга на кінцях провідника (між двома точками кола), за якої для перенесення заряду в 1 Кл виконується робота в 1 Дж:

На споживачах струму і джерелах струму позначена напруга, на яку вони розраховані.

Крім вольта, застосовують частинні й кратні йому одиниці напруги: 1 мілівольт (1 мВ), 1 кіловольт (1 кВ).

1 мВ = 0,001 В; 1 кВ = 1000 В.

Напруга деяких джерел струму та споживачів електричного струму.

Таблиця 6

Пам'ятайте! Треба бути обережним і під час роботи із низькими напругами, адже навіть напруга у кілька десятків вольт може виявитися небезпечною.

Для роботи у вологому приміщенні безпечною вважають напругу до 12 В, сухому — до 36 В.

Прилад, яким вимірюють напругу, називають вольтметром.

На мал. 82 показано вольтметри, якими користуються в шкільних дослідах ( мал. 82 а) та в лабораторних роботах (мал. 82 б).

Вольтметри своїм зовнішнім виглядом дуже схожі на амперметри. Біля шкали вольтметрів ставлять букву V. На схемах вольтметр зображають кружечком з буквою V усередині (мал. 82 б, в).

Як і в амперметра, біля одного затискача вольтметра ставлять знак «плюс» (« + »). Цей затискач треба обов’язково з’єднувати з провідником, що йде від позитивного полюса джерела струму. Інакше стрілка приладу відхилятиметься у зворотний бік.

Вольтметр вмикають інакше, ніж амперметр. Розгляньте електричне коло, у яке ввімкнено електричну лампу, амперметр і вольтметр (мал. 83 а), та схему такого кола (мал. 83 б). Як бачите, амперметр в коло ввімкнено послідовно. Вольтметр має показувати напругу, яка є на затискачах лампи. Тому його вмикають у коло паралельно до лампи (мал. 83 б). Затискачі вольтметра приєднують до тих точок кола,

між якими потрібно виміряти напругу. Зовні амперметр і вольтметр дуже схожі. Але внутрішня будова у них різна. Через вольтметр при паралельному його вмиканні проходить дуже малий струм, тобто він майже не змінює напруги між точками, до яких його включають.

Для визначення напруги на полюсах джерела струму вольтметр вмикають безпосередньо до затискачів джерела струму.

Перш ніж включати вольтметр в електричне коло, слід розглянути, для якого струму він призначений та які його межі вимірювання. На вольтметрах для вимірювання напруги в колі постійного струму стоїть знак «-».

Напруга визначає роботу, яка виконується електричним струмом під час переміщення на ділянці кола (між двома точками кола) заряду в 1 кулон. Одиницею напруги в CI є 1 вольт.

1. Що таке напруга? 2. Як напруга пов’язана з умовами існування електричного струму в колі? 3. Які ви знаєте одиниці напруги? 4. Яку напругу використовують в освітлювальній мережі? 5. Чому дорівнює напруга на полюсах сухого елемента й кислотного акумулятора? 6. Які одиниці напруги, крім вольта, застосовують на практиці? 7. Яким приладом вимірюють напругу? 8. Як вмикають вольтметр для вимірювання напруги на ділянці кола? 9. Як вольтметром виміряти напругу на полюсах джерела струму? 10. Як визначити межі вимірювання вольтметра та ціну його поділки?

? 1. Чому у вологому приміщенні небезпечною вважається напруга понад 12 В, а в сухому — понад 36 В?

2. Поясніть, чому при одній і тій же силі струму в колі (мал. 81) лампи випромінюють різну світлову енергію.

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз