Электрическое напряжение.

Определение, виды, единицы измерения.

Электростанция, опоры линий электропередач на фоне города в сине-желтых тонах

Определения.

Электрическое напряжение, в науке и практической сфере имеются различные определения данной характеристики:

1. Электрическое напряжение в физике - это отношение совершаемой электрическим полем работы по перемещению помещенного в него заряда на определенное расстояние.
Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

2. Электрическое напряжение в электротехнике это разность потенциалов между двумя точками цепи.
Электрическое напряжение - это величина, численно равная работе по перемещению единицы электрического заряда между двумя произвольными точками электрической цепи.

3. Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

4. Напряжение — это электродвижущая сила, которая толкает свободные электроны от одного атома к другому в том же направлении.

Как возникает напряжение?

Все вещества состоят из атомов, представляющих собой положительно заряженное ядро, вокруг которого с большой скоростью кружатся более мелкие отрицательные электроны. В общем случае атомы нейтральны, так как количество электронов совпадает с числом протонов в ядре.

Однако если некоторое количество электронов отнять из атомов, то они будут стремиться притянуть такое же их количество, формируя вокруг себя плюсовое поле. Если же добавить электронов, то возникнет их избыток, и отрицательное поле. Формируются потенциалы – положительный и отрицательный. При их взаимодействии возникнет взаимное притяжение.

Чем больше будет величина различия – разность потенциалов – тем сильнее электроны из материала с их избыточным содержанием будут перетягиваться к материалу с их недостатком. Тем сильнее будет электрическое поле и его напряжение.

Если соединить потенциалы с различными зарядами проводников, то возникнет электрический ток – направленное движение носителей заряда, стремящееся устранить разницу потенциалов. Для перемещения по проводнику зарядов силы электрического поля совершают работу, которая и характеризуется понятием электрического напряжения.

В чем измеряется.

Единицей напряжения называют вольт (В). Один Вольт выражается в разности потенциалов двух точек электрического поля, силы которого совершают работу в 1 Дж для перемещения заряда в 1 Кл из первой точки во вторую. Измеряют напряжение специальным прибором — вольтметром.

Таким образом, значение 220 В подразумевает, что электрическое поле данной сети способно совершить работу (потратить энергию) в 220 Дж для «протаскивания» зарядов через цепь и нагрузку.

Виды напряжения.

Схема постоянного и переменного тока
Виды напряжения

Постоянное напряжение.

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический ток в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки. Применяют сети постоянного тока, когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический ток устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 герц означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.

Схема переменного тока

Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что переменный ток возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Переменный ток применяют при необходимости передавать энергию на значительные расстояния. В этих случаях эффективно использование трехфазных сетей: потери электроэнергии в проводах минимальны, простая электрогенерация (благодаря трехфазным электродвигателям без коллектора), выгодно экономически.

Схема трехфазного генератора
Трехфазный синхронный генератор.

Электрическую энергию трехфазного тока получают в синхронных трехфазных генераторах. Три обмотки 2 статора 1 смещены между собой в пространстве на угол 120°. Их начала обозначены буквами А, В, С, а концы – x, y, z. Ротор 3 выполнен в виде постоянного электромагнита, магнитное поле которого возбуждает постоянный ток I, протекающий по обмотке возбуждения 4. Ротор принудительно приводится во вращение от постороннего двигателя. При вращении магнитное поле ротора последовательно пересекает обмотки статора и индуктирует в них ЭДС, сдвинутые (но уже во времени) между собой на угол 120°.

Трехфазная электросеть состоит из четырех проводов – трех фазных и одного нулевого, напряжение между проводами нулевым и фазным равно 220 В и называется фазным. Между фазными напряжение также существует, называется линейным и равно 380 В (разность потенциалов между двумя фазными проводами). В зависимости от вида подключения в трехфазной сети можно получить или фазное напряжение, или линейное.

_____ 27

Кулон (русское обозначение: Кл; международное: C) — единица измерения электрического заряда (количества электричества).

Кулон равен количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.

1C = 1A * 1s

Единица названа в честь французского физика и инженера Шарля Кулона.

_____ 28

Герц (русское обозначение: Гц, международное обозначение: Hz) — единица частоты периодических процессов (например, колебаний)

1 Гц означает одно исполнение (реализацию) такого процесса за одну секунду, другими словами — одно колебание в секунду.

10 Гц — десять исполнений такого процесса, или десять колебаний за одну секунду.

Назван в честь немецкого учёного-физика XIX века Генриха Герца, который внёс важный вклад в развитие электродинамики.

  1. Слушать на английском:
  2. Названия комплектующих ПК.
  3. Названия аббревиатур и смайликов.
  4. Произношение названий тегов HTML.
  5. Дескрипторы и атрибуты CSS.
  6. Порядковые числительные.
  7. Десятичные дроби.
  8. Название IT профессий на английском.
  9. Слова и фразы IT тематики на английском.
Оглавление раздела
  1. Электричество
  2. Электрическое напряжение
  3. Электрическая цепь
  4. Виды электрических цепей
  5. Импульсный источник питания
    1. Схема генератора импульсов регулируемой ширины
    2. Схема импульсного источника питания
    3. Сетевой импульсный источник питания
    4. Корректор коэффициента мощности
  6. Оглавление раздела «Электричество»