Электрический ток характеризуется такими величинами, как сила тока, напряжение и сопротивление, связанными между собой. Прежде чем рассматривать вопрос, в чем измеряется напряжение необходимо точно выяснить, что это за величина, и какова ее роль в образовании тока.
Как действует напряжение
Общее понятие электрического тока заключается в направленном движении заряженных частиц. Эти частицы представляют собой электроны, перемещение которых происходит под действием электрического поля. Чем больше зарядов нужно переместить, тем большая работа совершается полем. На эту работу влияет не только сила тока, но и напряжение.
Физический смысл этой величины заключается в том, что работа тока на каком-либо участке цепи соотносится с величиной заряда, который проходит по данному участку. В процессе этой работы положительный заряд перемещается из точки, где имеется небольшой потенциал, в точку с большим значением потенциала. Таким образом, напряжение определяется в виде или электродвижущей силы, а сама работа является энергией.
Работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж), а величиной электрического заряда является кулон (Кл). В результате, напряжение представляет собой отношение 1 Дж/Кл. Полученная единица напряжения называется вольтом.
Чтобы наглядно объяснить физический смысл напряжения, нужно обратиться к примеру шланга, наполненного водой. В данном случае, объем воды будет играть роль силы тока, а ее давление будет эквивалентно напряжению. При движении воды без наконечника, она свободно и в большом количестве перемещается по шлангу, создавая невысокое давление. Если же конец шланга прижать пальцем, то произойдет уменьшение объема при одновременном повышении давления воды. Сама струя будет перемещаться на значительно большее расстояние.
В электричестве получается то же самое. Сила тока определяется количеством или объемом электронов, перемещающихся по проводнику. Значение напряжения, по сути, является силой, с которой происходит проталкивание этих электронов. Отсюда следует, что при условии одинакового напряжения, проводник, проводящий большее количество тока, должен обладать и большим диаметром.
Единица измерения напряжения
Напряжение может быть постоянным или переменным, в зависимости от тока. Эта величина может обозначаться в виде буквы В (русское обозначение) или V, соответствующее международному обозначению. Для обозначения переменного напряжения применяется значок «~», который ставится перед буквой. Для постоянного напряжения существует знак «-», однако на практике он почти не применяется.
Рассматривая вопрос, в чем измеряется напряжение, следует помнить, что для этого существуют не только вольты. Большие величины измеряются в киловольтах (кВ) и мегавольтах (мВ), что означает соответственно 1 тысячу и 1 миллион вольт.
Как измерить напряжение и ток
Для измерения напряжения служат вольтметры, милливольтметры, микровольтметры различных систем. Эти приборы включаются параллельно нагрузке, поэтому сопротивление их должно быть как можно больше (примерно на два порядка больше сопротивления любого элемента цепи).
Рисунок 6 Рисунок 7
Для расширения пределов измерения вольтметра (в k раз) в цепях постоянного тока напряжением до 500В обычно применяют добавочные сопротивления R d , включаемые в цепь последовательно с вольтметром.
Из соотношения
определим
,
Где U max - наибольшее значение напряжения, которое может быть измерено вольтметром с добавочным сопротивлением;
U вн - предельное (номинальное) значение шкалы вольтметра при отсутствии R д.
Величина фактически измеряемого напряжения U определяется из соотношения:
;
,
где U в - показание вольтметра.
В цепях переменного тока для изменения пределов измерения вольтметра применяют трансформаторы напряжения.
Измерение мощности. Измерение мощности в цепях постоянного и однофазного токов
Мощность в цепях постоянного тока, потребляемая данным участком электрической цепи, равна:
и может быть измерена амперметром и вольтметром.
Помимо неудобства одновременного отсчёта показаний двух приборов, измерение мощности этим способом производится с неизбежной погрешностью. Удобнее измерять мощность в цепях постоянного тока ваттметром.
Измерить активную мощность в цепи переменного тока амперметром и вольтметром нельзя, т.к. мощность такой цепи зависит и от соsφ:
Поэтому в цепях переменного тока активная мощность измеряется только ваттметром.
Рисунок 8
Неподвижная обмотка 1-1 (токовая) включается последовательно, а подвижная 2-2 (обмотка напряжения) параллельно с нагрузкой.
Для правильного включения ваттметра один из зажимов токовой обмотки и один из зажимов обмотки напряжения отмечают звёздочкой (*). Эти зажимы, называемые генераторными, необходимо включать со стороны источника питания, объединив их вместе. В этом случае ваттметр будет показывать мощность, идущую со стороны сети (генератора) к приёмнику электрической энергии.
Измерение активной мощности в цепях трёхфазного тока
При измерении мощности трёхфазного тока применяют различные схемы включения ваттметров в зависимости от:
системы проводки (трёх- или четырёхпроводная);
нагрузки (равномерная или неравномерная);
схемы соединения нагрузки (звезда или треугольник).
а) измерение мощности при симметричной нагрузки; система проводки трех- или четырехпроводная:
Рисунок 9 Рисунок10
В этом случае мощность всей цепи можно измерить одним ваттметром (рисунки 9,10), который покажет мощность одной фазы Р=3P ф =3U ф I ф соsφ
б) при несимметричной нагрузке мощность трёхфазного потребителя можно измерить тремя ваттметрами:
Рисунок 11
Общая мощность потребителя равна:
в) измерение мощности методом двух ваттметров:
Рисунок 12
Применяется в 3-х проводных системах трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения потребителей. При этом токовые обмотки ваттметров включаются в фазы А и В (например), а параллельные на линейные напряжения U АС и U ВС (или А и С U АВ и U СА), (рис. 12).
Общая мощность P=P 1 +P 2 .
Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.
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 – 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
Температуры;
Виды напряжения
Постоянное напряжение
Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический 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 , 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 устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.
Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.
Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.
Так получается за счет того, что возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.
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.
Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.
И так будем разбираться во всем по порядку.
Электричество
Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.
Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.
Данное явление называется статическим электричеством . Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.
Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.
Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.
Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10 -19 Кл (Кулон). Обозначается е или е – .
Напряжение
Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение . Единица измерения напряжения – Вольт (В или V ). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V . Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).
Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд , высота водяного столба (давление) – это напряжение , а скорость потока воды – это электрический ток .
Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.
Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).
Электрический ток
Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками . А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками .
Единица измерения силы тока – Ампер (А ). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I . Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·10 18 электронов) за 1 секунду.
Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.
Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление .
Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением , током и сопротивлением . Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.
Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение . Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение . Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io ) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц .
Сопротивление
Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω ). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R . Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.
Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.
На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.
Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W ). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P . Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность , единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A ), обозначается буквой S .
И в завершение про Электрическую цепь . Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями 4.59 (227 Голосов)
Единица измерения напряжения
В начале, мы коротко вспомним понятие напряжения и единицы измерения напряжения. Электрический ток можно рассматривать как направленное движение электронов, вызванное воздействием электрического поля.
Единица измерения напряжения
Чем больше количество перемещающихся электронов, тем больше совершается работа электрическим полем. Кроме тока на работу электрического поля влияет и напряжение.
Эта работа заключается в перемещении электронов из точки с небольшим потенциалом в точку, где заряд электронов больше. Иными словами напряжение можно рассматривать как разность потенциалов, и определяется оно отношением:
U = A/q где: A — выражается в джоулях как работа электрического поля, а q — заряд электронов в кулонах.
Откуда единица измерения напряжения определяется как:
1В = 1 Дж/1Кл. То есть за единицу измерения напряжения принят 1 Вольт.
В электрической сети жилых домов принят стандарт фазного напряжения 220 В или линейного трехфазного напряжения 380 В.
Измерение напряжения мультиметром
Для измерения напряжения необходим мультиметр, тестер или вольтметр. Мультиметром удобно пользоваться при монтаже электропроводки, прозвонки кабелей, ремонте розеток, люстр и выключателей. Таким образом, мультиметр стал необходимым прибором в каждом доме.
Существует три вида напряжения — это переменное напряжение (ACV), постоянное напряжение (DCV) и импульсное. Импульсное напряжение имеет несколько параметров и его лучше проверять осциллографом. Мультиметром можно проверить импульсное напряжение в положении переключателя DCV, но лишь чисто условно. При ремонте импульсных блоков питания пользуются осциллографом.
В квартирах и домах в большинстве электрическая сеть имеет 220 В. Измеряя переменное напряжение, переключатель вида измерений ставят положение V ~. Если измеряемое переменное напряжение известно, то предел измерения ставят соответствующее положение, а если величина его не известна, то переключатель ставят на максимальный предел 750 V.
Положение переключателя при измерении напряжения
Перед измерением напряжения мультиметром, чёрный щуп вставляют в гнездо COM, а красное гнездо в VΩmA. При измерении нельзя касаться руками металлических частей щупов и закорачивать их, во избежание короткого замыкания. Гнездо мультиметра 10А предназначено для измерения постоянного тока до 10А.
При этом красный щуп вставляется в гнездо 10 A, чёрный остается в гнезде COM, а переключатель устанавливается в положении 10 A. При измерении постоянного напряжения щупы ставят в те же гнезда что и при измерении переменного напряжения, а выбор режима измерения ставят в положение V — соответствующего предела.
Используемые гнезда для измерения напряжения
Щупы при этом должны устанавливаться на соответствующую полярность, красный щуп на плюс (+) измеряемого источника, а чёрный на минус (-). Если щупы перепутать, то ничего страшного не произойдет, только мультиметр покажет знак минус (-) перед цифрой. Для переменного напряжения полярность щупов не имеет значения. В быту измерение постоянного напряжения проводят при проверке батареек, аккумуляторов, ремонте бытовой техники.
Как в розетке проверить напряжение мультиметром
Чтобы измерить напряжение в розетке нужно провести те же операции с мультиметром, что и при измерении переменного напряжения. Так как к розетке подведено переменное напряжение 220 В, с некоторым разбросом, то предел измерения ставят в положение 750 V. Черный щуп должен находиться в гнезде COM, а красной в VΩmA. Осторожно, не касаясь руками металлических концов щупов, вставляют их в гнезда розетки. На дисплее высветится сетевое напряжение.
Измерение напряжения в розетке
Мультиметром также, можно определить фазу в розетке. Для этого один щуп прикладывается к заземлению, на третий заземляющий контакт розетки, а другой щуп по очереди вставляется в гнезда розетки, пока на дисплее не появится напряжение сети. В этом гнезде и будет находиться фаза, а в другом нейтраль. Возможен вариант, когда напряжение будет отсутствовать в этой розетке. Это указывает на неисправность самой розетки или в подведенных к ней электрических проводах.
