Что такое электрическое напряжение простыми словами

На уроках по физике затрагивается большое количество тем, но одни из самых трудных выпадают на 8–9 класс. Старшеклассникам зачастую тяжело понять их, а разобраться нужно, так как без этого невозможно дальше изучать предмет. Поэтому сегодня мы разберем, что называют напряжением, чем оно измеряется, как обозначается и как вычисляется.

Основатель учения об электротоке

Что называют напряжением

На схемах и в формулах напряжение обозначается буквой U. Измеряется оно вольтами. Сокращенное обозначение этой единицы — В. Единица измерения напряжения получила свое название в честь Алессандро Вольта. Именно этот ученый смог создать первый в мире источник постоянного тока.

Напряжение электрического тока — это физическая величина, равная отношению работы электрического поля, затраченной на перемещение заряда, к величине этого заряда. Поскольку в отправной точке траектории движущегося электрона и в конечной присутствуют разные потенциалы энергии, то работа по перемещению зарядов совпадает с разностью этих потенциалов. Поэтому термины напряжение и разность потенциалов могут быть взаимозаменяемыми.

Это утверждение справедливо, если на участке электроцепи отсутствуют сторонние силы. В общем случае напряжение отличается от разницы потенциалов на величину, соответствующую работе сторонних сил, которую они совершили при перемещении единичного заряда. Такая работа называется электродвижущей силой (ЭДС). Она обозначается буквой Е и измеряется так же, как и электрическое напряжение, то есть, единица измерения ЭДС — это вольт.

Что такое напряжение

Объясняя, что такое напряжение простыми словами для чайников можно сказать, что оно характеризует ту причину, по которой возникает ток. Напряжение появляется, когда все положительные заряды оказываются на одной стороне, а отрицательные — на другой. Ток начинает течь, когда эти две стороны соединяют проводником.

Как появляется

Чтобы показать, каким образом появляется напряжение, школьникам на уроках физики принято демонстрировать эксперимент с электрофорной машинкой (второе ее название — динамо-машина). Она состоит из двух колес, которые вращаются в разные стороны, создавая электрический заряд.

Когда диск крутится, можно заметить искру. Это и есть электрический ток, который появляется из-за разного количества ионов на шариках. В итоге образуется разность потенциалов. Отрицательные заряды пытаются переместиться туда, где их мало. При этом они ударяются о соседние заряженные частицы. Возникает эффект домино, а импульс передается дальше по цепочке. В результате появляется электрический ток.

Электрофорная машина

Следовательно, чтобы в электроцепи появилось напряжение, необходимо к ней подключить устройство, способное генерировать электрическую энергию из других видов энергии. Это могут быть:

• Генераторы. Они способны вырабатывать электричество за счет сжигания топлива разного вида, а также за счет энергии воды и ветра.
• Аккумуляторы. В них электрическая энергия появляется в результате химических реакций.
• Солнечные батареи.

Виды напряжения

Существует 2 вида напряжения. Первое — постоянное. Оно возникает в цепях постоянного тока. Второе — переменное. Появляется в цепях, в которых протекает синусоидальный либо переменный ток. В этом случае выделяют линейное и фазное напряжение. Линейное — это то, которое проходит между фазными проводами, а фазное — между фазным проводом и землей либо нейтралью. В РФ нормальная величина первого 380 В, а второго — 210–230 В.

Виды напряжения

Как определить

Есть официальная формула напряжения, которая выглядит так:

Формула напряжения

Но следует сказать, что в электротехнике она применения не имеет. Чтобы на практике рассчитать напряжение на участке цепи, используют формулу, выведенную через закон Ома:

Определение напряжения из закона Ома

Напряжение можно выразить еще и через мощность:

Вычисление через мощность

Величина напряжения зависит от способа соединения элементов электроцепи. Они могут соединяться друг с другом последовательно или параллельно. При последовательном соединении все элементы ставят в ряд.

Последовательное соединение

В этом случае напряжение можно найти по такой формуле:

Вычисление при последовательном соединении

При параллельном соединении все компоненты ставятся напротив друг друга.

Параллельное соединение

Тогда напряжение вычисляем следующим образом:

Формула для параллельного соединения

Из этого следует, что напряжение в резисторах и в источнике одинаково.

Как измеряется

Для измерения напряжения используется вольтметр. Его принцип работы заключается в том, что ток, который появляется при подключении к источнику питания, вертит стрелку прибора. То, насколько сильно стрелка будет перемещаться, зависит от величины напряжения. Если она не двигается, значит, оно отсутствует.

Вольтметр

Обозначение на схемах

Источники напряжения обозначаются на схемах одним из знаков, изображенных на рисунке ниже.

Обозначение источников на схемах

Источник всегда обладает двумя полюсами, которые обозначаются плюсом и минусом. Направление напряжения показывает стрелка, возле которой размещаются буквы U_Q. Оно идет от положительного полюса к отрицательному.

Комбинацией букв U_R указывается напряжение на резисторе (элементе эл. цепи). Направление стрелки возле резистора указывает на техническое направление тока, то есть, на движение положительно заряженных частиц. Напряжение холостого тока получают на выходе источника, к которому не подключен ни один прибор.

Видео по теме