§ 28. Електрична напруга. одиниця напруги. вольтметр

Кожний, напевне, чув застережливе «Не підходь — там висока напруга!», обурене «Знову впала напруга в мережі!», запитальне «На яку напругу розрахований цей прилад?». Із даного параграфа ви дізнаєтеся, що таке напруга і чому на всіх електротехнічних пристроях наводять її значення.

Даємо означення електричної напруги

У § 23 було доведено, що напрямлений рух вільних заряджених частинок (електричний струм) можливий завдяки дії на ці частинки сили з боку електричного поля. А з курсу фізики 7 класу вам відомо, що коли тіло рухається внаслідок дії певної сили і напрямок руху тіла збігається з напрямком дії цієї сили, то сила виконує роботу. Отже, коли в певній ділянці кола існує струм, то електричне поле виконує роботу. Цю роботу прийнято називати роботою струму.

Робота, яку може виконати або виконує електричне поле, переміщуючи заряд по даній ділянці кола, визначається електричною напругою.

Електрична напруга на певній ділянці кола — це фізична величина, яка чисельно дорівнює роботі електричного поля з переміщення одиничного позитивного заряду по цій ділянці.

де А — робота, яку виконує (або може виконати) електричне поле з переміщення заряду q по даній ділянці кола.

Одиницею напруги в CI є вольт (названа на честь італійського вченого А. Вольти):

Крім вольта, на практиці часто застосовують кратні й частинні одиниці напруги: мікровольт(мкВ), мілівольт(мВ) та кіловольт(кВ):

Так, електрична напруга на клітинній мембрані або мікрочипі становить кілька мікровольтів, а між хмарами під час грози — сотні кіловольтів.

А чи знаєте ви, яка напруга подається у ваш будинок? на акумулятор вашого мобільного телефона під час його зарядки?

Проводимо аналогію

Рис. 28.1. Деякі види вольтметрів: а — шкільний демонстраційний; б — шкільний лабораторний

Рис. 28.2. Вимірювання вольтметром напруги на лампі: о — загальний вигляд; б — схема електричного кола

Рис. 28.3. Вимірювання вольтметром напруги на полюсах джерела струму

Звернувшись до аналогії між електричним струмом і плином води (див. § 26), можна визначити, що напруга аналогічна різниці рівнів води в посудинах. Якщо рівні води в обох посудинах однакові, то вода з однієї посудини в іншу не переливатиметься. Аналогічно, якщо на кінцях ділянки електричного кола відсутня напруга, то струму в ділянці не буде.

Чим більшою є різниця рівнів води в посудинах, тим більшу роботу виконає сила тяжіння під час падіння води масою 1 кг. Відповідно чим більшою є напруга на кінцях ділянки кола, тим більшу роботу виконає сила, що діє з боку електричного поля, для переміщення заряду 1 Кл.

Вимірюємо напругу, знайомимося з вольтметром

Для вимірювання напруги використовують прилад, який називають вольтметром (рис. 28.1). Зовні вольтметр дуже схожий на амперметр.

Як і будь-який вимірювальний прилад, вольтметр має не впливати на значення вимірюваної величини. Тому вольтметр сконструйований таким чином, що в разі приєднання його до певної ділянки електричного кола значення напруги на цій ділянці кола практично не змінюється.

Правила, яких необхідно дотримуватися під час вимірювання напруги вольтметром

1.    Вольтметр приєднують паралельно до тієї ділянки кола, на якій необхідно виміряти напругу (рис. 28.2).

2.    Клему вольтметра, біля якої стоїть знак «+», слід з’єднувати з проводом, який іде від позитивного полюса джерела струму; клему зі знаком «-» — із проводом, що йде від негативного полюса джерела струму.

3.    Для вимірювання напруги на полюсах джерела струму вольтметр приєднують безпосередньо до клем джерела (рис. 28.3).

Учимося розв'язувати задачі

Задача. Напруга на клемах автомобільного акумулятора становить 12 В. З якої висоти має впасти вантаж масою 36 кг, щоб сила тяжіння виконала таку саму роботу, яку виконує електричне поле, переміщуючи заряд 300 Кл по одному з електричних кіл автомобіля?

Аналіз фізичної проблеми. За умовою задачі робота сили тяжіння дорівнює роботі електричного струму: A= A_cxpyму. Знайшовши вираз для визначення роботи сили тяжіння і роботи струму, обчислимо висоту падіння вантажу.

Підбиваємо підсумки

Фізична величина, яка чисельно дорівнює роботі електричного поля з переміщення одиничного позитивного заряду по певній ділянці кола, називається електричною напругою на цій ділянці кола.

А

Напругу позначають символом U й визначають за формулою U = — ,

Ч

де А — робота, яку виконує (або може виконати) електричне поле для переміщення заряду q по даній ділянці кола.

Прилад для вимірювання напруги називають вольтметром. Вольтметр приєднують паралельно тій ділянці кола, напругу на якій необхідно виміряти.

Контрольні запитання

1. Доведіть, що коли в провіднику тече струм, електричне поле виконує роботу. 2. Що називають напругою на певній ділянці кола? 3. За якою формулою визначають електричну напругу? 4. У яких одиницях вимірюють напругу? 5. Дайте означення одиниці напруги. 6. Який прилад використовують для вимірювання напруги? Яких правил необхідно дотримуватися під час вимірювання напруги?

Вправа № 28

1.    На рис. 1 зображено пікали різних вольтметрів. Визначте ціну поділки кожної пікали і напругу, що відповідає показам цих приладів.

2.    На рис. 2 зображено схему електричного кола. Перерисуйте схему в зошит і покажіть на ній, де потрібно приєднати вольтметр, щоб виміряти напругу на лампі. Позначте полярність клем вольтметра.

3.    У процесі переміщення по ділянці кола заряду, що дорівнює 3 Кл, електричне поле виконало роботу в 0,12 кДж. Визначте напругу на цій ділянці кола.

4.    Електричне поле, переміщуючи по електричному колу заряд 60 Кл, виконує таку саму роботу, яку виконує сила тяжіння під час падіння тіла масою 200 г з висоти 360 м. Чому дорівнює напруга на клемах джерела струму в цьому колі?

5.    На рис. З зображено схему електричного кола. Визначте роботу електричного струму в лампі за 1 год, якщо покази амперметра і вольтметра становлять 0,5 А і 220 В відповідно.

6.    Скориставшись додатковими джерелами інформації, складіть задачу на визначення роботи електричного струму в певному електротехнічному пристрої.

7.    За графіком залежності сили пружності (F_lipy3ic) від видовження (х) пружини визначте жорсткість (k) пружини (рис. 4). Чи залежить жорсткість пружини від сили пружності? від видовження?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бар'яхтар