Народна Освіта » Фізика » § 28. Электрическое напряжение. Единица напряжения. Вольтметр

НАРОДНА ОСВІТА

§ 28. Электрическое напряжение. Единица напряжения. Вольтметр

Каждый, наверное, слышал предостерегающее «Не подходи — там высокое напряжение!», возмущенное «Снова упало напряжение в сети!», вопросительное «На какое напряжение рассчитан этот прибор?». Из данного параграфа вы узнаете, что такое напряжение и почему на всех электротехнических устройствах приводят его значение.

Даём определение электрического напряжения

В § 23 было доказано, что направленное движение свободных заряженных частиц (электрический ток) возможно благодаря действию на эти частицы силы со стороны электрического поля. А из курса физики 7 класса вы знаете, что когда тело движется в результате действия силы и направление движения тела совпадает с направлением этой силы, то сила выполняет работу. Следовательно, когда в участке цепи идет ток, то электрическое поле выполняет работу. Эту работу называют работой тока.

Работа, которую может выполнить или выполняет электрическое поле, перемещая заряд по данному участку цепи, определяется электрическим напряжением.

Электрическое напряжение на участке цепи — это физическая величина, которая численно равна работе электрического поля по перемещению единичного заряда по данному участку цепи.

Напряжение обозначают символом Uи определяют по формуле:

 

где A— работа, которую выполняет (или может выполнить) электрическое поле по перемещению заряда qпо данному участку цепи.

Единица напряжения в СИ— вольт (названа в честь А. Вольты):

[U] = 1 В.

 

1 В — это такое напряжение на участке цепи, при котором электрическое поле выполняет работу1 Дж, перемещая по данному участку заряд, равный1 Кл:

Кроме вольта на практике часто применяют кратные и дольные единицы напряжения: микровольт(мкВ), милливольт(мВ), киловольт(кВ):

Так, электрическое напряжение на клеточной мембране или микрочипе составляет несколько микровольт, а между облаками во время грозы — сотни киловольт.

А знаете ли вы, какое напряжение подается в ваш дом? на аккумулятор вашего мобильного телефона во время его зарядки?

Проводим аналогию

 

Обратившись к аналогии между электрическим током и течением воды (см. § 26), можно сделать вывод, что напряжение аналогично разности уровней воды в сосудах. Если уровни воды в сосудах одинаковы, то вода течь не будет. Аналогично, если на концах участка электрической цепи отсутствует напряжение, то тока в участке не будет.

Чем больше разница уровней воды в сосудах, тем большую работу выполнит сила тяжести при падении воды массой 1 кг. Соответственно чем больше напряжение на концах участка цепи, тем большую работу выполнит электрическая сила при перемещении заряда 1 Кл.

Измеряем напряжение, знакомимся с вольтметром

Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр (рис. 28.1). Вольтметр очень похож на амперметр — и внешне, и по принципу действия.

(^V) — условное обозначение вольтметра на электрических схемах.

Как и любой измерительный прибор, вольтметр не должен влиять на значение измеряемой величины. В случае параллельного присоединения вольтметра к определенному участку электрической цепи значение напряжения на этом участке практически не изменяется. Правила измерения напряжения вольтметром

1.    Вольтметр присоединяют параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение (рис. 28.2).

2.    Клемму вольтметра, возле которой стоит знак «+», следует соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока; клемму со знаком «-» — с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

3.    Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр присоединяют непосредственно к клеммам источника (рис. 28.3).

Учимся решать задачи

Задача. Напряжение на клеммах автомобильного аккумулятора равно 12 В. С какой высоты должен упасть груз массой 36 кг, чтобы сила тяжести выполнила такую же работу, какую выполняет электрическое поле, перемещая заряд 300 Кл по одной из электрических цепей автомобиля?

Анализ физической проблемы. По условию задачи работа силы тяжести равна работе электрического тока: A=Атока. Записав формулу для работы силы тяжести и формулу для работы тока, определим высоту падения груза.

 

Подводим итоги

Физическую величину, численно равную работе электрического ПОЛЯ по перемещению единичного заряда по участку цепи, называют электрическим напряжением на данном участке цепи.

Напряжение обозначают символом U и определяют по формуле A

U = —, где A — работа, которую выполняет (или может выполнить) элек-

q

трическое поле при перемещении заряда q по данному участку цепи.

 

Единица напряжения в СИ — вольт (В). Один вольт — это такое напряжение на участке цепи, при котором электрическое поле выполняет работу 1 Дж, перемещая по данному участку заряд, равный

Прибор для измерения напряжения называется вольтметром. Вольтметр присоединяют параллельно тому участку цепи, напряжение на котором необходимо измерить.

Контрольные вопросы    —

1. Докажите, что если в проводнике течет ток, то электрическое поле выполняет работу. 2. Что называют напряжением на участке цепи? 3. По какой формуле определяют электрическое напряжение? 4. В каких единицах измеряют напряжение? 5. Дайте определение единицы напряжения. 6. Какой прибор используют для измерения напряжения? Какие правила необходимо соблюдать при измерении напряжения?

Упражнение № 28

1.    На рис. 1 изображены шкалы разных вольтметров. Определите цену деления каждой шкалы и напряжение на каждом вольтметре.

2.    На рис. 2 изображена схема электрической цепи. Перенесите схему в тетрадь и покажите на ней, где следует присоединить вольтметр, чтобы измерить напряжение на лампе. Обозначьте полярность клемм вольтметра.

3.    Во время перемещения по участку цепи заряда, равного 3 Кл, электрическое поле выполнило работу 0,12 кДж. Определите напряжение на участке цепи.

4.    Электрическое поле, перемещая по участку цепи заряд 60 Кл, выполняет такую же работу, какую выполняет сила тяжести при падении тела массой 200 г с высоты 360 м. Чему равно напряжение на участке?

5.    На рис. 3 изображена схема электрической цепи. Определите работу электрического тока в лампе за 1 ч, если показания амперметра и вольтметра соответственно 0,5 А и 220 В.

6.    Воспользовавшись дополнительными источниками информации, составьте задачу на определение работы электрического тока в некотором электротехническом устройстве.

7.    По графику зависимости силы упругости Fynp от удлинения х пружины определите жесткость k пружины (рис. 4). Зависит ли жесткость пружины от силы упругости? от удлинения пружины?

Категорія: Фізика

Автор: admin от 26-09-2016, 20:59, Переглядів: 1599