Меню

Электрическое напряжение обозначается буквой используй буквы латинского алфавита единица измерения



Единица измерения напряжения — обозначение, формулы и виды величины

Для характеристики действия электрического поля используют понятие «напряжение». Электрическое напряжение является физической величиной, обозначающей величину работы, которую совершает электрическое поле для изменения координаты (из точки A в точку B) заряда напряжённостью в 1 кулон. Единицу измерения напряжения принято называть Вольтом, в честь известного физика итальянского происхождения Алессандро Вольта.

Единица измерения напряжения - обозначение, формулы и виды величины

О сути явления

Природа этого явления достаточно проста. Атомы, участвующие в построении любого вещества, имеют положительно заряженное ядро, вокруг которого быстро вращаются электроны, несущие отрицательный заряд. В обычном состоянии, в тот момент, когда число электронов соизмеримо с числом протонов в ядре, отвечающих за положительную составляющую заряда, сам атом в целом является нейтрально заряженным, то есть не обладает зарядом.

Отсутствие отрицательно заряженных электронов приводит атом в состояние недостатка этих частиц, и он будет стремиться вернуться в исходное состояние, обладая вокруг себя положительным зарядом. Обратная ситуация — возникновение лишних электронов в атоме ведёт к появлению отрицательного заряда (потенциала) в целом. Стоит отметить, что протоны не могут подвергаться удалению в этом случае, так как это изменить всю конфигурацию атома, и он в этом случае превратиться в иной.

Единица измерения напряжения - обозначение, формулы и виды величины

Положительный и отрицательный потенциалы испытывают по отношению друг к другу притяжение, причём чем разность этих потенциалов больше, тем сильней действует это явление. Электрический ток появляется в том случае, когда потенциалы проводников, имеющие противоположные заряды, соединяются. Возникает так называемое целенаправленное передвижение частиц, обладающих зарядом, которые пытаются ликвидировать разность потенциалов.

Измерение напряжения

Напряжение в физике — это электродвижущая сила (ЭДС), которая «передвигает» электроны от одного атом к другому в определённом направлении. Первые дни электричества были связаны именно с этим определением, поэтому в некоторых уравнениях, например, в законе Ома, напряжение обозначается буквой E. Во всех остальных случаях принято применять значок U.

В нынешней Международной системе единиц (СИ) обозначено в каких единицах измеряется напряжение: вольт является единицей измерения. В России вольт обозначается с помощью кириллицы — В, а международным обозначением является буква латинского алфавита — V.

Один вольт может определяться по-разному:

Единица измерения напряжения - обозначение, формулы и виды величины

  • 1 В = 1 Дж/1 Кл — самое распространённое, где единица напряжения равна работе в 1 джоуль, совершаемой над зарядом в 1 кулон при изменении координаты этого заряда;
  • 1 В = 1 Вт/1 А — напряжение, вызывающее в цепи постоянный ток силой в 1 ампер и мощностью 1 ватт.

Размерность 1 В можно масштабировать приставками: 1 В = 1 000 мВ = 1 000 000 мкВ.

Измерить разность потенциалов можно посредством специального прибора — вольтметра. Этот инструмент служит для непосредственного подсчёта ЭДС или U в цепях электрического тока. Он подключается к контуру параллельно нагрузке, источнику электрической энергии.

Существуют разные типы напряжения — постоянное и переменное. Например, в розетках, находящихся в обычной квартире или частном доме, наблюдается переменное напряжение, а в обычных «пальчиковых» (AA) или «мизинчиковых» (AAA) батарейках — постоянное. Переменное можно повысить или понизить посредством трансформатора или выпрямить (сделать постоянным) другим специальным устройством. Для удачного измерения напряжения необходимо знать о некоторых особенностях различных его видов.

Постоянный ток

Измерение такого вида напряжения возможно при использовании магнитоэлектрических устройств. На сегодняшний день существует множество высокоточных устройств подобного типа, некоторые из которых оснащены даже цифровым дисплеем. Самым простым вариантом будет являться непосредственное подключение прибора к контуру цепи, но при этом следует соблюсти следующие правила:

Единица измерения напряжения - обозначение, формулы и виды величины

  • Предельное значение на шкале устройства должно быть больше предполагаемого максимума.
  • Необходимо учитывать, какова полярность подсоединения, иначе шкала будет отклоняться в противоположную сторону.

    Читайте также:  Нервное напряжение 2 месяц

    Переменный ток

    В этом случае магнитоэлектрические устройства будут непригодными для осуществления замеров, но существует огромный арсенал других приборов разнообразных видов, способных выполнить задачу измерения. Осуществляют работу с такими аппаратами с помощью подсоединения к выходу выпрямителя.

    Факторы, влияющие на напряжение

    Значение показателя, которое фиксируется на участке цепи, может зависеть от ряда факторов. Таких, как например:

    Единица измерения напряжения - обозначение, формулы и виды величины

    • подсоединённая нагрузка, то есть сопротивление цепи;
    • природа и физические характеристики вещества, из которого сделан материал проводника;
    • условия окружающей среды (температура и прочее);
    • другие факторы.

    Джозефсонский эффект

    Необходимо упомянуть и про эффект Джозефсона — феномен сверхпроводящего тока, который проходит сквозь слой диэлектрического вещества небольшой толщины, изолирующий два сверхпроводящих предмета. Учёный в своём научном труде высказал предположение о том, что это явление можно наблюдать только при использовании супертонкого слоя, который значительно должен быть меньше длине сверхпроводящей когерентности, но опыты, исполненные позже, показали возможность осуществления и при использовании гораздо более толстых прослоек.

    Единица измерения напряжения - обозначение, формулы и виды величины

    Знание об этом феномене позволило осуществлять высокоточное измерение как напряжения, так и магнитных полей. Замер магнитного поля делается возможным, так как существует сильная зависимость электрического тока, критичного для используемого в интерферометре соединения, от внешнего магнитного поля.

    Джозефсонский переход может также являться производителем электромагнитного волнового напряжения. Это происходит, когда в нём поддерживается постоянное напряжение. Также возможно соорудить установку с обратным эффектом. При этом как производство, так и поглощение проявляют способность работать в таком диапазоне частот, который недоступен другим инструментам.

    Таким образом, целенаправленным движением частиц, обладающих зарядом, называется электрический ток. Напряжение может выражаться разностью потенциалов или ЭДС, а обозначается оно знаками E или U. Измеряется оно вольтметром и другими приборами. Существует ряд факторов, которые могут повлиять на разность потенциалов в проводнике.

    Источник

    Закон Ома: как связаны между собой напряжение, ток и сопротивление

    Первая и, возможно, самая важная взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением называется законом Ома, который был открыт Георгом Симоном Омом и опубликован в его статье 1827 года «Гальваническая цепь, исследованная математически».

    Напряжение, ток и сопротивление

    Электрическая цепь образуется, когда создается проводящий путь, позволяющий электрическому заряду непрерывно перемещаться. Это непрерывное движение электрического заряда по проводникам цепи называется током, и о нем часто говорят как о «потоке», как о потоке жидкости через полую трубу.

    Сила, побуждающая носители заряда «течь» по цепи, называется напряжением. Напряжение – это особая мера потенциальной энергии, которая всегда относительна между двумя точками. Когда мы говорим об определенной величине напряжения, присутствующего в цепи, мы имеем в виду измерение потенциальной энергии для перемещения носителей заряда из одной конкретной точки этой цепи в другую конкретную точку. Без упоминания двух конкретных точек термин «напряжение» не имеет значения.

    Ток, как правило, проходит через проводники с некоторой степенью трения или противодействия движению. Это противодействие движению правильнее называть сопротивлением. Величина тока в цепи зависит от величины напряжения и величины сопротивления в цепи, препятствующего прохождению тока. Как и напряжение, сопротивление – это величина, измеряемая между двумя точками. По этой причине величины напряжения и сопротивления часто указываются как «между» двумя точками в цепи.

    Единицы измерения: вольт, ампер и ом

    Чтобы иметь возможность делать осмысленные утверждения об этих величинах в цепях, нам нужно уметь описывать их количества так же, как мы могли бы количественно определить массу, температуру, объем, длину или любые другие физические величины. Для массы мы можем использовать единицы «килограмм» или «грамм». Для температуры мы можем использовать градусы Фаренгейта или градусы Цельсия. В таблице ниже приведены стандартные единицы измерения электрического тока, напряжения и сопротивления:

    «Символ», присвоенный каждой величине, представляет собой стандартную букву латинского алфавита, используемую для представления этой величины в формулах. Подобные стандартизированные буквы распространены во всех физических и технических дисциплинах и признаны во всем мире. «Сокращение единицы измерения» для каждой величины представляет собой алфавитный символ(ы), используемый в качестве сокращенного обозначения конкретной единицы измерения.

    Каждая единица измерения названа в честь известного экспериментатора в области электричества: ампер в честь француза Андре М. Ампера, вольт в честь итальянца Алессандро Вольта, а ом в честь немца Георга Симона Ома.

    Математический символ для каждой величины также имеет значение. «R» для сопротивления и «V» для напряжения говорят сами за себя («Resistance» и «Voltage», соответственно), тогда как «I» для тока кажется немного странным. Предполагается, что буква «I» должна представлять «интенсивность» («Intensity»)(потока заряда). Судя по исследованиям, которые мне удалось провести, кажется, что есть некоторые разногласия по поводу значения слова «I». Другой символ напряжения, «E», означает «электродвижущую силу» («Electromotive force»). Символы «E» и «V» по большей части взаимозаменяемы, хотя в некоторых текстах «E» зарезервировано для обозначения напряжения на источнике (таком как батарея или генератор), а «V»– для обозначения напряжения на любом другом элементе.

    Все эти символы выражаются заглавными буквами, за исключением случаев, когда величина (особенно напряжение или ток) описывается в терминах короткого периода времени (так называемые «мгновенные» значения). Например, напряжение батареи, которое стабильно в течение длительного периода времени, будет обозначаться заглавной буквой «E», тогда как пиковое напряжения при ударе молнии в тот самый момент, когда она попадает в линию электропередачи, скорее всего, будет обозначаться строчной буквой «е» (или строчной буквой «v»), чтобы отметить это значение как имеющееся в один момент времени. Это же соглашение о нижнем регистре справедливо и для тока: строчная буква «i» представляет ток в некоторый момент времени. Однако большинство измерений в цепях постоянного тока, которые стабильны во времени, будут обозначаться заглавными буквами.

    Кулон и электрический заряд

    Одна из основных единиц электрических измерений, которую часто преподают в начале курсов электроники, но нечасто используют впоследствии, – это кулон – единица измерения электрического заряда, пропорциональная количеству электронов в несбалансированном состоянии. Один кулон заряда соответствует 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Символом количества электрического заряда является заглавная буква «Q», а единица измерения кулонов обозначается «Кл». Единица измерения тока, ампер, равна 1 кулону заряда, проходящему через заданную точку в цепи за 1 секунду. В этом смысле, ток – это скорость движения электрического заряда через проводник.

    Как указывалось ранее, напряжение – это мера потенциальной энергии на единицу заряда, доступная для стимулирования протекания тока из одной точки в другую. Прежде чем мы сможем точно определить, что такое «вольт», мы должны понять, как измерить эту величину, которую мы называем «потенциальной энергией». Общей метрической единицей измерения энергии любого вида является джоуль, равный количеству работы, совершаемой силой в 1 ньютон при движении на 1 метр (в том же направлении). В этих научных терминах 1 вольт равен 1 джоулю электрической потенциальной энергии на (деленному на) 1 кулон заряда. Таким образом, 9-вольтовая батарея выделяет 9 джоулей энергии на каждый кулон заряда, проходящего через цепь.

    Эти единицы и символы электрических величин станут очень важны, когда мы начнем исследовать отношения между ними в цепях.

    Формула закона Ома

    Основное открытие Ома заключалось в том, что величина электрического тока, протекающего через металлический проводник в цепи, при любой заданной температуре прямо пропорциональна напряжению, приложенному к нему. Ом выразил свое открытие в виде простого уравнения, описывающего взаимосвязь напряжения, тока и сопротивления:

    В этом алгебраическом выражении напряжение (E) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Используя алгебру, мы можем преобразовать это уравнение в других два варианта, решая его для I и R соответственно:

    Анализ простых схем с помощью закона Ома

    Давайте посмотрим, как эти формулы работают, чтобы помочь нам анализировать простые схемы:

    Рисунок 1 Пример простой схемы Рисунок 1 – Пример простой схемы

    В приведенной выше схеме есть только один источник напряжения (батарея слева) и только один источник сопротивления току (лампа справа). Это позволяет очень легко применить закон Ома. Если мы знаем значения любых двух из трех величин (напряжения, тока и сопротивления) в этой цепи, мы можем использовать закон Ома для определения третьей.

    В этом первом примере мы вычислим величину тока (I) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и сопротивления (R):

    Рисунок 2 Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы Рисунок 2 – Пример 1. Известны напряжение источника и сопротивление лампы

    Какая величина тока (I) в этой цепи?

    Во втором примере мы вычислим величину сопротивления (R) в цепи, учитывая значения напряжения (E) и тока (I):

    Рисунок 3 Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи Рисунок 3 – Пример 2. Известны напряжение источника и ток в цепи

    Какое сопротивление (R) оказывает лампа?

    В последнем примере мы рассчитаем величину напряжения, подаваемого батареей, с учетом значений тока (I) и сопротивления (R):

    Рисунок 4 Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы Рисунок 4 – Пример 3. Известны ток в цепи и сопротивление лампы

    Какое напряжение обеспечивает батарея?

    \[E = IR = (2 \ А)(7 \ Ом) = 14 \ В\]

    Метода треугольника закона Ома

    Закон Ома – очень простой и полезный инструмент для анализа электрических цепей. Он так часто используется при изучении электричества и электроники, что студент должен запомнить его. Если вы не очень хорошо умеете работать с формулами, то для его запоминания существует простой прием, помогающий использовать его для любой величины, зная две других. Сначала расположите буквы E, I и R в виде треугольника следующим образом:

    Рисунок 5 Треугольник закона Ома Рисунок 5 – Треугольник закона Ома

    Если вы знаете E и I и хотите определить R, просто удалите R с картинки и посмотрите, что осталось:

    Рисунок 6 Закон Ома для определения R Рисунок 6 – Закон Ома для определения R

    Если вы знаете E и R и хотите определить I, удалите I и посмотрите, что осталось:

    Рисунок 7 Закон Ома для определения I Рисунок 7 – Закон Ома для определения I

    Наконец, если вы знаете I и R и хотите определить E, удалите E и посмотрите, что осталось:

    Рисунок 8 Закон Ома для определения E Рисунок 8 – Закон Ома для определения E

    В конце концов, вам придется научиться работать с формулами, чтобы серьезно изучать электричество и электронику, но этот совет может облегчить запоминание ваших первых вычислений. Если вам удобно работать с формулами, всё, что вам нужно сделать, это зафиксировать в памяти E = IR и вывести из нее две другие формулы, когда они вам понадобятся!

    Источник