Яка величина називається електричною напругою. Вимірювання напруги, струму, споротівленія, ємності, індуктивності, потужності в електричних ланцюгах. Як виникає напруга

Електричним струмом (I) називається спрямований рух електричних зарядів (іонів - в електролітах, електронів провідності в металах).
Необхідною умовою для протікання електричного струму є замкнутість електричного кола.

Електричний струм вимірюється в амперах (А).

Похідними одиницями вимірювання струму є:
1 кілоампер (кА) \u003d 1000 А;
1 міліампер (мА) 0,001 А;
1 мікроампер (мкА) \u003d 0,000001 А.

Людина починає відчувати проходить через його тіло струм в 0,005 А. Струм більше 0,05 А небезпечний для життя людини.

Електричною напругою (U) називається різниця потенціалів між двома точками електричного поля.

одиницею різниці електричних потенціалів є вольт (В).
1 В \u003d (1 Вт): (1 А).

Похідними одиницями вимірювання напруги є:

1 кіловольт (кВ) \u003d 1000 В;
1 мілівольт (мВ) \u003d 0,001 В;
1 мікровольт (мкВ) \u003d 0,00000 1 В.

Опором ділянки електричного кола називається величина, що залежить від матеріалу провідника, його довжини і поперечного перерізу.

Електричний опір вимірюється в Омаха (Ом).
1 Ом \u003d (1 В): (1 А).

Похідними одиницями вимірювання опору є:

1 кіло (кОм) \u003d 1000 Ом;
1 Мега (МОм) \u003d 1 000 000 Ом;
1 Міллі (мОм) \u003d 0,001 Ом;
1 мікро (мкОм) \u003d 0,00000 1 Ом.

Електричний опір тіла людини в залежності від ряду умов коливається від 2000 до 10 000 Ом.

Питомим електричним опором (ρ) називається опір дроту довжиною 1 м і перерізом 1 мм2 при температурі 20 ° С.

Величина, зворотна питомому опору, називається питомою електричну провідність (γ).

Потужністю (Р) називається величина, що характеризує швидкість, з якою відбувається перетворення енергії, або швидкість, з якою відбувається робота.
Потужністю генератора називається величина, що характеризує швидкість, з якою механічна або інша енергія перетворюється в генераторі в електричну.
Потужністю споживача називається величина, що характеризує швидкість, з якою відбувається перетворення електричної енергії в окремих ділянках ланцюга в інші корисні види енергії.

Системної одиницею потужності в системі СІ є ват (Вт). Він дорівнює потужності, при якій за 1 секунду виконується робота в 1 джоуль:

1Вт \u003d 1Дж / 1 сек

Похідними одиницями виміру електричної потужності є:

1 кіловат (кВт) \u003d 1000 Вт;
1 мегават (МВт) \u003d 1000 кВт \u003d 1 000 000 Вт;
1 милливатт (мВт) \u003d 0,001 Вт; о1i
1 кінська сила (к. С.) \u003d 736 Вт \u003d 0,736 кВт.

Одиницями виміру електричної енергії є:

1 ват-секунда (Вт сек) \u003d 1 Дж \u003d (1 Н) (1 м);
1 кіловат-годину (кВт год) \u003d 3, б 106 Вт сек.

Приклад. Струм, споживаний електродвигуном, приєднаним до мережі 220 В, становив 10 А протягом 15 хвилин. Визначити енергію, спожиту двигуном.
Вт * сек, або, розділивши цю величину на 1000 і 3600 отримаємо енергію в кіловат-годинах:

W \u003d 1980000 / (1000 * 3600) \u003d 0,55кВт * год

Таблиця 1. Електричні величини і одиниці

Напевно, у кожного з нас, хоча б раз в житті, виникали питання про те, що таке струм, напруга струму, Заряд і ін. Все це складові одного великого фізичного поняття - електрику. Давайте, на найпростіших прикладах, спробуємо вивчити основні закономірності електричних явищ.

Що таке електрика.

Електрика - це сукупність фізичних явищ, пов'язаних з виникненням, накопиченням, взаємодією і перенесенням електричного заряду. На думку більшості істориків науки, перші електричні явища були відкриті давньогрецьким філософом Фалесом в сьомому столітті до нашої ери. Фалес спостерігав дію статичної електрики: тяжіння до натертого шерстю янтарю легких предметів і частинок. Щоб повторити цей досвід самостійно вам необхідно потерти про вовняну або бавовняну тканину будь-пластиковий предмет (наприклад, ручку або лінійку) і піднести його до мелконарезанним шматочках паперу.

Першою серйозною науковою роботою, в якій описані дослідження електричних явищ став трактат англійського вченого Вільяма Гілберта «Про магніті, магнітних тілах і великому магніті - Землі» виданий в 1600 р У цій роботі автор описав результати своїх дослідів з магнітами і наелектризованими тілами. Тут же вперше згадується термін електрику.

Дослідження У. Гілберта дали серйозний поштовх розвитку науки про електрику і магнетизм: за період з початку 17 до кінця 19 століття було проведено велику кількість експериментів і сформульовані основні закони, що описують електромагнітні явища. А в 1897 році англійський фізик Джозеф Томсон відкрив електрон - елементарну заряджену частинку, яка визначає електричні і магнітні властивості речовини. Електрон (давньогрецькою мовою електрон - це янтар) має негативний заряд приблизно рівний 1,602 * 10-19 Кл (Кулона) і масу рівну 9,109 * 10-31 кг. Завдяки електронам і іншим зарядженим частинкам відбуваються електричні та магнітні процеси в речовинах.

Що таке напруга.

Розрізняють постійний і змінний електричні струми. Якщо заряджені частинки постійно рухаються в одному напрямку, то в ланцюзі - постійний струм і, відповідно, постійна напруга струму. Якщо напрямок руху частинок періодично змінюється (вони переміщаються то в одному, то в іншому напрямку), то це - змінний струм і виникає він, відповідно, при наявності змінної напруги (т. Е. Коли різниця потенціалів змінює свою полярність). Для змінного струму характерно періодичне зміна величини сили струму: вона приймає те максимальне, то мінімальне значення. Ці значення сили струму є амплітудними, або піковими. Частота зміни полярності напруги може бути різною. Наприклад, в нашій країні ця частота дорівнює 50 Герц (т. Е. Напруга змінює свою полярність 50 раз в секунду), а в США частота змінного струму - 60 Гц (Герц).

Урок присвячений розгляду поняття електричної напруги, його позначення та одиницях виміру. Друга частина уроку відведена переважно для демонстрації приладів вимірювання напруги на ділянці кола і їх особливостям.

Якщо привести стандартний приклад про сенс всім відомого напису на будь-яких домашніх побутових приладах «220 В», то вона означає, що на ділянці ланцюга відбувається робота 220 Дж по переміщенню заряду 1 Кл.

Формула для розрахунку напруги:

Робота електричного поля по перенесенню заряду, Дж;

Заряд, Кл.

Отже, одиницю виміру напруги можна змалювати таку картину:

Між формулами для обчислення напруги і сили струму існує взаємозв'язок, на яку слід звернути увагу: і. В обох формулах присутня величина електричного заряду, що може виявитися корисним при вирішенні деяких завдань.

Для вимірювання напруги використовують прилад, який називається вольтметр (Рис. 2).

Рис. 2. Вольтметр ()

Існують різні вольтметри за особливостями їх застосування, але в основі принципу їх роботи лежить електромагнітне дію струму. Позначаються всі вольтметри латинською буквою, яка наноситься на циферблат приладів і використовується в схематичному зображенні приладу.

У шкільних умовах використовуються, наприклад, вольтметри, зображені на малюнку 3. З їх допомогою проводяться вимірювання напруги в електричних ланцюгах при проведенні лабораторних робіт.


()	()	()

Рис. 3. Вольтметри

Основними елементами демонстраційного вольтметра є корпус, шкала, стрілка і клеми. Клеми зазвичай підписані плюсом чи мінусом і для наочності виділені різними кольорами: червоний - плюс, чорний (синій) - мінус. Зроблено це з метою того, щоб свідомо правильно підключати клеми приладу до відповідних проводам, підключеним до джерела. На відміну від амперметра, який включається в розрив ланцюга послідовно, вольтметр включається в ланцюг паралельно.

Безумовно, будь-який електричний вимірювальний прилад повинен мінімально впливати на досліджувану ланцюг, тому вольтметр має такі конструктивні особливості, що його через нього йде мінімальний струм. Забезпечується такий ефект підбором спеціальних матеріалів, які сприяють мінімального протіканню заряду через прилад.

Схематичне зображення вольтметра (рис. 4):

Рис. 4.

Зобразимо для прикладу електричну схему (рис. 5), в якій підключений вольтметр.

Рис. 5.

У ланцюзі майже мінімальний набір елементів: джерело струму, лампа розжарювання, ключ, амперметр, підключений послідовно, і вольтметр, підключений паралельно до лампочки.

зауваження. Краще починати збірку електричного кола з усіх елементів, крім вольтметра, а його вже підключати в кінці.

Існує безліч різних видів вольтметрів з различающимися шкалами. Тому питання про обчислення ціни приладу в даному випадку дуже актуальне. Дуже поширені Мікровольтметр, мілівольтметри, просто вольтметри і т. Д. За їх назвами зрозуміло, з якою кратністю проводяться вимірювання.

Крім того, вольтметри ділять на прилади постійного струму і змінного струму. Хоча в міській мережі та змінний струм, але на даному етапі вивчення фізики ми займаємося постійним струмом, який подають все гальванічні елементи, тому нас і будуть цікавити відповідні вольтметри. Те, що прилад призначений для ланцюгів змінного струму, прийнято зображати на циферблаті у вигляді хвилястої лінії (рис. 6).

Рис. 6. Вольтметр змінного струму ()

зауваження. Якщо говорити про значення напруг, то, наприклад, напруга 1 В є невеликою величиною. У промисловості використовуються набагато більші значення напруг, що вимірюються сотнями вольт, кіловольт і навіть МегаВольт. У побуті ж використовується напруга 220 В і менше.

На наступному занятті ми дізнаємося, що таке електричний опір провідника.

Список літератури

Генденштейн Л. Е, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Фізика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройз І. І. - М .: Мнемозина.
Перишкін А. В. Фізика 8. - М .: Дрофа, 2010 року.
Фадєєва А. А., Засов А. В., Кисельов Д. Ф. Фізика 8. - М .: Просвещение.

додаткові рекомендованние посилання на ресурси мережі Інтернет

Класна фізика ().
YouTube ().
YouTube ().

Домашнє завдання

Навантаження в електричному ланцюзі характеризується силою струму, вимірювання електричного струму. Силу струму іноді доводиться вимірювати для перевірки допустимої величини навантаження на кабель. Для прокладки електричної лінії застосовуються кабелі різного перерізу. Якщо кабель працює з навантаженням вище допустимої величини, то він нагрівається, а ізоляція поступово руйнується. В результаті це призводить до і заміні кабелю.

Після прокладки нового кабелю необхідно виміряти проходить через нього струм при всіх працюючих електричних пристроях.
Якщо до старої електропроводки підключена додаткове навантаження, то також слід перевірити величину струму, яка не повинна перевищувати допустимі межі.
При навантаженні, рівної верхньому допустимому межі, перевіряється відповідність струму, що протікає через. Його величина не повинна перевищувати номінальне значення робочого струму автоматів. В іншому випадку автоматичний вимикач знеструмить мережу через перевантаження.
Вимірювання струму також необхідно для визначення режимів експлуатації електричних пристроїв. Вимірювання струмового навантаження електродвигунів виконується не тільки для перевірки їх працездатності, а й для виявлення перевищення навантаження вище допустимої, яка може виникнути через велику механічного зусилля при роботі пристрою.
Якщо виміряти струм в ланцюзі працюючого, то він покаже справність.
Працездатність в квартирі також перевіряється вимірюванням струму.

потужність струму

Крім сили струму, існує поняття потужності струму. Цей параметр визначає роботу струму, виконану в одиницю часу. Потужність струму дорівнює відношенню виконаної роботи до проміжку часу, за який ця робота була виконана. Позначають буквою «Р» і вимірюють у ватах.

Потужність розраховується шляхом перемноження напруги мережі на силу струму, споживаного підключеними електричними пристроями: Р \u003d U х I. Зазвичай на електроприладах вказують споживану потужність, за допомогою якої можна визначити струм. Якщо ваш телевізор має потужність 140 Вт, то для визначення струму ділимо цю величину на 220 В, в результаті отримуємо 0,64 ампера. Це значення максимального струму, на практиці струм може бути менше при зниженні яскравості екрану або інші зміни налаштувань.

Вимірювання струму приладами

Для визначення споживання електричної енергії з урахуванням експлуатації споживачів в різних режимах, необхідні електричні вимірювальні прилади, здатні виконати вимірювання параметрів струму.

. Для вимірювання величини струму в ланцюзі використовують спеціальні прилади, які називаються амперметрами. Вони включаються в вимірювану ланцюг по послідовній схемі. Внутрішній опір амперметра дуже мало, тому він не впливає на параметри роботи цепі.Шкала амперметра може бути розмічена в амперах або інших частках ампера: мікроамперах, міліамперах і т.д. Існує кілька видів амперметрів: електронні, механічні і т.д.

є електронним вимірювальним приладом, здатним виміряти різні параметри електричного кола (опір, напруга, обрив провідника, придатність батарейки і т.д.), в тому числі і силу струму. Існують два види мультиметров: цифровий та аналоговий. У мультиметри є різні настройки вимірювань.

Порядок вимірювання сили струму мультиметром:

З'ясувати, який інтервал вимірювання вашого мультиметра. Кожен прилад розрахований на вимір струму в деякому інтервалі, який повинен відповідати вимірюваної електричного кола. Найбільший допустимий струм вимірювання повинен бути зазначений в інструкції.
Вибрати відповідний режим вимірювань. Багато мультиметри здатні працювати в різних режимах, і вимірювати різні величини. Для вимірів сили струму потрібно переключитися на відповідний режим, з огляду на вид струму (постійний чи змінний).
Встановити на приладі необхідний інтервал вимірювань. Краще встановити верхню межу сили струму трохи вище передбачуваної величини. Знизити цю межу можна в будь-який час. Зате буде гарантія, що ви не виведете прилад з ладу.
Вставити вимірювальні штекери проводів в гнізда. У комплекті приладу є два дроти з щупами і роз'ємами. Гнізда повинні бути відзначені на приладі або зображені в паспорті.

Для початку вимірювання необхідно підключити мультиметр в ланцюг. При цьому слід дотримуватися правил безпеки і не торкатися струмоведучих частин незахищеними частинами тіла. Не можна проводити вимірювання у вологому середовищі, так як волога проводить електричний струм. На руки слід надіти гумові рукавички. Щоб розірвати ланцюг для проведення вимірювань, слід розрізати провідник і зачистити ізоляцію на обох кінцях. Потім під'єднати щупи мультиметра до зачищені кінців проводу і переконатися в хорошому контакті.
Включити живлення ланцюга і зафіксувати показання приладу. У разі необхідності відкоригувати верхня межа вимірювань.
Відключити живлення ланцюга і від'єднати мультиметр.
. Якщо необхідно провести вимірювання струму без розриву електричного кола, то вимірювальні кліщі будуть відмінним варіантом для виконання цього завдання. Цей прилад випускають декількох видів, і різної конструкції. Деякі моделі можуть вимірювати і інші параметри ланцюга. Користуватися вимірювальними струмовими кліщами дуже зручно.

Способи вимірювання струму

Для вимірювання сили струму в електричному ланцюзі, необхідно один висновок амперметра або іншого приладу, здатного вимірювати силу струму, підключити до позитивної клеми джерела струму або, а інший висновок до проводу споживача. Після цього можна вимірювати силу струму.

При вимірах необхідно дотримувати акуратність, так як при розмиканні діючої електричного кола може виникнути електрична дуга.

Для вимірювання сили струму електричних пристроїв, що підключаються безпосередньо до розетки або кабелю побутової мережі, вимірювальний прилад налаштовується на режим змінного струму з підвищеною верхньою межею. Потім вимірювальний прилад підключають в розрив проводу фази.

Всі роботи по підключенню і відключення допускається проводити тільки в знеструмленій ланцюга. Після всіх підключень можна подавати живлення і вимірювати силу струму. При цьому не можна торкатися оголених струмоведучих частин, щоб уникнути ураження електричним струмом. Такі методи вимірювання незручні і створюють певну небезпеку.

Значно зручніше проводити вимірювання струмовимірювальні кліщі, які можуть виконувати всі функції мультиметра, в залежності від виконання приладу. Працювати такими кліщами дуже просто. Необхідно налаштувати режим вимірювання постійного або змінного струму, розвести вуса і охопити ними фазний провід. Потім потрібно проконтролювати щільність прилягання вусів між собою і виміряти струм. Для правильних показань необхідно охоплювати вусами тільки фазний провід. Якщо охопити відразу два дроти, то вимірювання не вийде.

Струмовимірювальні кліщі служать тільки для замірів параметрів змінного струму. Якщо їх використовувати для вимірювання постійного струму, то вуса стиснуться з великою силою, і розсунути їх можна буде тільки шляхом відключення основного живлення.

Не маючи певних початкових знань про електрику, важко собі уявити, як працюють електричні прилади, чому взагалі вони працюють, чому треба включати телевізор в розетку, щоб він запрацював, а ліхтарику вистачає маленької батарейки, щоб він світив у темряві.

І так будемо розбиратися у всьому по порядку.

Електрика

Електрика - це природне явище, яке підтверджує існування, взаємодію і рух електричних зарядів. Електрика вперше було виявлено ще в VII столітті до н.е. грецьким філософом Фалесом. Фалес звернув увагу на те, що якщо шматочок бурштину потерти об вовну, він починає притягувати до себе легкі предмети. Янтар на давньогрецькому - електрон.

Ось так і уявляю собі, сидить Фалес, тре шматок бурштину про свій гиматий (це вовняна верхній одяг у стародавніх греків), а потім з спантеличеним виглядом дивиться, як до янтарю притягуються волосся, обривки ниток, пір'я і клаптики паперу.

Дане явище називається статичною електрикою. Ви можете повторити цей досвід. Для цього гарненько потріть вовняною тканиною звичайну пластмасову лінійку і піднесіть її до дрібних паперовим шматочках.

Слід зазначити, що довгий час це явище не вивчалося. І тільки в 1600 році в своєму творі «Про магніті, магнітних тілах і про великий магніт - Землю» англійський натураліст Вільям Гілберт ввів термін - електрику. У своїй роботі він описав свої досліди з наелектризованими предметами, а також встановив, що наелектризовувати можуть і інші речовини.

Далі протягом трьох століть найпередовіші вчені світу досліджують електрику, пишуть трактати, формулюють закони, винаходять електричні машини і тільки в 1897 році Джозеф Томсон відкриває перший матеріальний носій електрики - електрон, частку, завдяки якій можливі електричні процеси в речовинах.

електрон - це елементарна частинка, має негативний заряд приблизно рівний -1,602 · 10 -19 Кл (Кулон). позначається е або е -.

напруга

Щоб змусити переміщатися заряджені частинки від одного полюса до іншого необхідно створити між полюсами різниця потенціалів або - напруга. Одиниця виміру напруги - вольт (В або V). У формулах і розрахунках напруга позначається буквою V . Щоб отримати напруга величиною 1 В потрібно передати між полюсами заряд в 1 Кл, зробивши при цьому роботу в 1 Дж (Джоуль).

Для наочності наведемо резервуар з водою розташований на деякій висоті. З резервуара виходить труба. Вода під природним тиском залишає резервуар через трубу. Давайте домовимося, що вода - це електричний заряд, Висота водяного стовпа (тиск) - це напруга, А швидкість потоку води - це електричний струм.

Таким чином, чим більше води в баку, тим вище тиск. Аналогічно з електричної точки зору, чим більше заряд, тим вище напруга.

Почнемо зливати воду, тиск при цьому буде зменшуватися. Тобто рівень заряду опускається - величина напруги зменшується. Таке явище можна спостерігати в ліхтарику, лампочка світить все тьмяніше в міру того як розряджаються батарейки. Зверніть увагу, чим менше тиск води (напруга), тим менше потік води (струм).

Електричний струм

Електричний струм - це фізичний процес спрямованого руху заряджених частинок під дією електромагнітного поля від одного полюса замкнутому електричному ланцюзі до іншого. Як частинок, що переносять заряд, можуть виступати електрони, протони, іони і дірки. При відсутності замкнутого кола струм неможливий. Частинки здатні переносити електричні заряди існують не у всіх речовинах, ті в яких вони є, називаються провідниками і напівпровідниками. А речовини, в яких таких частинок немає - діелектриками.

Одиниця виміру сили струму - ампер (А). У формулах і розрахунках сила струму позначається буквою I . Струм в 1 Ампер утворюється при проходженні через точку електричного кола заряду в 1 Кулон (6,241 х 10 18 електронів) за 1 секунду.

Знову звернімося до нашої аналогії вода - електрика. Тільки тепер візьмемо два резервуари і наповнимо їх рівною кількістю води. Відмінність між баками в діаметрі вихідний труби.

Відкриємо крани і переконаємося, що потік води з лівого бака більше (діаметр труби більше), ніж з правого. Такий досвід - явний доказ залежності швидкості потоку від діаметра труби. Тепер спробуємо зрівняти два потоки. Для цього додамо в правий бак води (заряд). Це дасть більший тиск (напруга) і збільшить швидкість потоку (струм). В електричному ланцюзі в ролі діаметра труби виступає опір.

Проведені експерименти наочно демонструють взаємозв'язок між напругою, струмом і опором. Детальніше про опір поговоримо трохи пізніше, а зараз ще кілька слів про властивості електричного струму.

Якщо напруга не змінює свою полярність, плюс на мінус, і струм тече в одному напрямку, то - це постійний струм і відповідно постійна напруга. Якщо джерело напруги змінює свою полярність і струм тече то в одному напрямку, то в іншому - це вже змінний струм і змінна напруга. Максимальні і мінімальні значення (на графіку позначені як Io ) - це амплітудні або пікові значення сили струму. У домашніх розетках напруга змінює свою полярність 50 раз в секунду, тобто ток коливається то туди, то сюди, виходить, що частота цих коливань становить 50 Герц або скорочено 50 Гц. У деяких країнах, наприклад в США прийнята частота 60 Гц.

опір

електричний опір - фізична величина, яка визначає властивість провідника перешкоджати (пручатися) проходженню струму. Одиниця виміру опору - Ом (позначається Ом або грецькою буквою омега Ω ). У формулах і розрахунках опір позначається буквою R . Опором в 1 Ом володіє провідник до полюсів якого прикладена напруга 1 В і протікає струм 1 А.

Провідники по-різному проводять струм. їх провідність залежить, в першу чергу, від матеріалу провідника, а також від перетину і довжини. Чим більше перетин, тим вище провідність, але, чим більше довжина, тим провідність нижче. Опір - це зворотне поняття провідності.

На прикладі водопровідної моделі опір можна уявити як діаметр труби. Чим він менше, тим гірше провідність і вище опір.

Опір провідника проявляється, наприклад, в нагріванні провідника при протіканні в ньому струму. Причому, чим більше струм і менше перетин провідника - тим сильніше нагрівання.

потужність

Електрична потужність - це фізична величина, яка визначає швидкість перетворення електроенергії. Наприклад, ви не раз чули: «лампочка на стільки-то ват». Це і є потужність споживана лампочкою за одиницю часу під час роботи, тобто перетворенні одного виду енергії в інший з деякою швидкістю.

Джерела електроенергії, наприклад генератори, також характеризується потужністю, але вже вироблюваної в одиницю часу.

Одиниця виміру потужності - Ватт (позначається Вт або W). У формулах і розрахунках потужність позначається буквою P . Для ланцюгів змінного струму застосовується термін повна потужність, одиниця виміру - Вольт-ампер (В · А або V · A), Позначається буквою S .

І на завершення про електричний ланцюг. Дана ланцюг являє собою деякий набір електричних компонентів, здатних проводити електричний струм і з'єднаних між собою відповідним чином.

Що ми бачимо на цьому зображенні - елементарний електроприлад (ліхтарик). Під дією напруги U (В) джерела електроенергії (батарейки) по провідниках і інших компонентів володіють різними опорами 4.59 (237 голосів)