§ 31. Електрична напруга. Вольтметр

Що характеризує механічна робота; потужність?

Якщо повернутися до дослідів, у яких спостерігалися дії електричного струму, то можна зробити ще один висновок, дуже важливий для подальшого викладу: електричний струм у всіх розглянутих випадках здійснював роботу. При його проходженні нагрівався провідник, поверталася рамка і т. д. За роботою струму можна судити і про його потужність. Пригадаємо, що потужність — величина, яка кількісно дорівнює роботі, виконаній за одиницю часу.

Щоб з’ясувати, від чого залежить потужність електричного струму, звернемося до досліду.

Складемо електричне коло, що складається з лампочки, батареї акумуляторів, з’єднувальних провідників і ключа (рис. 104).

Спочатку як джерело використаємо один елемент акумулятора (з’єднання 1). Лампочка не горить. Потім візьмемо два елементи акумулятора (з’єднання 2), лампочка загориться, але дуже тьмяно. Нарешті, якщо підключити всі три елементи (з’єднання 3), лампочка починає яскраво світитися. Джерело струму, що складається з трьох елементів акумулятора, стало досить потужним, щоб створити необхідну для світіння лампочки силу струму.

Отже, кожне джерело струму можна охарактеризувати особливою фізичною величиною, яку називають напругою.

Щоб краще зрозуміти, що таке напруга, скористаємося такою аналогією. Неважко собі уявити, що електричний струм подібний до потоку води в річці. Але, як вам відомо, вода в річці сама по собі тече тільки з вищого рівня на нижчий. Отже, для існування електричного струму також повинні бути створені певні умови. Різниця рівнів води аналогічна напрузі джерела струму. Чим вища напруга (чим більша різниця в рівнях річки), тим більша сила струму в колі (тим швидше тече вода в річці).

Як ви пам’ятаєте, джерело струму створює електричне поле, яке приводить в рух заряджені частинки. Чим більша напруга джерела струму, тим сильнішим є створене ним поле. Тому можна сказати, що напру-

га характеризує електричне поле, яке діє в колі і створює електричний струм.

Звернемося тепер ще до двох дослідів, порівняння яких дозволить нам визначити понятая напруги.

На рисунку 105, а) зображено електричне коло, що складається з лампочки кишенькового ліхтаря, джерела струму, ключа і демонстраційного амперметра. На рисунку 105, б) — аналогічне коло, але з лампою розжарення, підключеною до міської освітлювальної мережі. Обидва амперметра показують, що сила струму в колах однакова і дорівнює 0,2 А. Проте лампа, включена в мережу, дає набагато більше і тепла, і світла, ніж лампочка кишенькового ліхтаря.

Чому при одному і тому ж значенні сили струму дії електричного струму настільки різні? Очевидно, що енергія, необхідна для того, щоб розжарити нитку лампи, включеної в мережу, набагато більша за ту, що витрачається в лампочці кишенькового ліхтаря. Можна сказати, що потужність лампи розжарювання набагато більша за потужність лампи кишенькового ліхтаря.

Єдиною відмінністю двох кіл е те, що в них використані різні джерела струму: напруга міської освітлювальної мережі набагато більша за напругу джерела струму. Різна напруга подається і на лампи. На ділянці кола з лампою, включеною в мережу, напруга вища, ніж на ділянці кола, що містить лампочку кишенькового ліхтаря.

Фізичну величину, яка дорівнює відношенню роботи електричного поля на певній ділянці кола до електричного заряду q, що пройшов по цій ділянці, називають електричною напругою.

Напругу прийнято позначати літерою U.

де А — робота, що виконує електричне поле при протіканні електричного струму, q — заряд, що пройшов по ділянці кола.

Напруга характеризує електричне поле, що створює струм.

Одиницею напруги є вольт (1В). Назву одиниці напруги дано на честь італійського вченого Вольта.

У практиці використовують також частинні і кратні одиниці: кіловольт (1 кВ), мілівольт(1 мВ).

1 кВ = 1000 В,

1мВ = 0,001 В.

Оцінимо напругу, рівну 1 В. Вона висока чи низька? Чи небезпечна вона для життя людини? Напруга в I В безпечна. Вважається, що напруга до 12 В абсолютно безпечна. І навіть напруга до 42 В, з якою ви будете працювати в класі, за нормальних умов нешкідлива. А напруга 220 В, тобто напруга освітлювальної мережі, може виявитися для людини смертельно небезпечною. Тому завжди будьте дуже обережні з електричними приладами, особливо тими, що працюють під високою напругою.

Напруги, з якими мають справу в техніці, коливаються від часток мікровольт до мільйонів вольт. У таблиці ІЗ представлені деякі приклади напруг, що зустрічаються в природі і техніці.

Таблиця 13

Напруга
На полюсах елемента Вольта
Одного елемента лужного акумулятора
Одного елемента кислотного акумулятора
На лабораторному столі (максимальна)
В освітлювальній мережі
В елсктрофориій машині (при відстані між кулями 1 см)
При виникненні блискавки

Прилад, за допомогою якого вимірюють напругу на полюсах джерела струму або на будь-якій ділянці кола, називають вольтметром.

Як зовнішній вигляд демонстраційною вольтметра, так і його будова дуже подібні до гальванометра і амперметра, тільки вольтметр призначений для вимірювання напруги. Те ж саме можна сказати і про лабораторний вольтметр — він подібний на лабораторний амперметр (див. рис. 97, б). Тому для тою, щоб відрізниш BOJibTMe^rIp від інших вимірювальних приладів, на йою шкалі ставлять букву V. Зовнішній вигляд і умовне позначення

вольтметра на схемах показано на рисунку 106. Так само, як і в амперметра, в одною затискача вольтметра стоїть знак «+», в іншою — «-». Іноді на приладах стоїть тільки один знак «+». Потрібно обов’язково стежити за правильним включенням вольтметра в електричне коло, інакше стрілка може відхилишся в протилежну сторону і прилад зіпсується.

Затискачі воJLbTMeipa підключають до двох точок кола, між якими треба виміряти напругу. Так, якщо нам потрібно визначити напругу на лампі, вольтметр підключають до затискачів лампи (рис. 107). Якщо ж

ми хочемо з’ясувати, яка напруга на ділянці кола, де знаходиться дзвінок, — вольтметр підключають до дзвінка.

Для вимірювання напруги на джерелі струму вольтметр підключають до затискачів джерела.

Вольтметр підключається паралельно тій ділянці кола, на якій вимірюють напругу.

Вольтметр побудований так, що струм, який проходить через нього, дуже малий у порівнянні зі струмом у колі.

Запитання для самоперевірки

1. Що характеризує напруга?

Q. Яку аналогію використовують для ілюстрації поняття «напруга»?

3.    Який висновок можна зробити в результаті аналізу досліду, зображеного на рисунку 104?

4.    Як ви можете пояснити той факт, що при одному і тому самому значенні сили струму розжарення лампи і лампочки різне (див. рис. 105)?

5.    Як називають прилад для вимірювання напруги?

6.    Як включають вольтметр для вимірювання напруги на ділянці кола?

Що спільного і чим відрізняються один від одного амперметр і вольтметр?

Завдання 31

1. Сила струму, що протікає через два однакові провідники, однакова, але в одному з них виділилося у 2 рази більше енергії (провідник нагрівся, наприклад, у 2 рази сильніше). Яка причина подібного явища? На якому з провідників напруга більша?

Q. При протіканні електричного струму в спіралі електроплитки електричним полем виконується робота 11 кДж при напрузі в мережі 220 В. Якою має бути напруга,

щоб при протіканні електричного струму виконалася робота 22 кДж, якщо заряд, який пройшов по спіралі, такий самий?

3.    Визначте ціну поділки шкали вольтметра, зображеного на рисунку 108. Яка межа вимірювань цього приладу? Чому дорівнює напруга на електричній лампочці?

4.    Розташуйте на схемі (рис. 109) символи відповідних приладів.

5. Уважно розгляньте схеми на рисунку 110. Чи все в них правильно? Якщо виявите помилки, вкажіть на них і накресліть правильні схеми кіл.

Робота з комп’ютером

Вивчіть матеріал уроку і виконайте запропоновані в електронному додатку завдання.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун