Давайте воспользуемся постоянным напряжением. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения также представляет собой прямую линию, параллельную оси времени. Это говорит нам о том, что значение постоянного напряжения не меняется со временем, что еще раз доказывает осциллограмма.
Как выглядит электрическое напряжение
Чтобы объяснить это, мы можем сравнить электрический ток в проводнике с потоком воды в трубе из-за разницы в высоте. Поток воды будет тем больше, чем больше разница в высоте, что создает высоту (аналог напряжения) в трубе. Работа, совершаемая водой, зависит от ее массы и высоты, с которой она упала. Объем воды, прошедшей через участок трубы за определенное время, можно сравнить с количеством заряда, прошедшего через проводник. Аналогично, работа тока будет пропорциональна количеству протекающего заряда и напряженности электрического поля в цепи.
Таким образом, если в цепи нет напряжения, то не будет и электричества, так же как в закрытом озере, где вода находится на одном уровне, не будет токов.
Единица измерения напряжения
Единицей измерения напряжения является вольт. Эта физическая величина названа в честь выдающегося итальянского физика Алессандро Вольта, который изучал природу электрических явлений.
Алессандро Вольта первым изобрел и изготовил источник постоянного тока – прототип современных "батареек", которые люди используют в быту и промышленности. Источником заряда были химические реакции. Вольта назвал свое изобретение гальваническим элементом в честь знаменитого ученого Луиджи Гальвани.
В Международной системе единиц (СИ) вольт обозначается заглавной латинской буквой Vа в нашей стране используется буква русского алфавита В.
Используя уравнение (1) и размерности величин для работы (Джоуль) и заряда (Кулон), мы получим размерность для единицы напряжения:
На практике, для удобства, кратные единицы часто используются в дополнение к вольтам, когда напряжение либо намного меньше одного вольта, либо намного больше:
- микровольт: 1 мкВ=0,000001 В;
- милливольт: 1 мВ=0,001 В;
- Киловольт: 1 кВ=1000 В.
Электрическое напряжение
Это давление на дно одинаково напряжение (аналогично гидравлике). В этом случае на дне башни находится ноль – начальный опорный уровень. В электронике за исходный уровень принимается емкость батареи или аккумулятора со знаком 'минус'. Можно даже сказать, что уровень "башни давления" в 12-вольтовом автомобильном аккумуляторе выше, чем уровень воды в 1,5-вольтовой кнопочной батарейке.
Таким образом, по аналогии с электроникой, это давление называется напряжение. Например, вы наверняка не раз слышали фразу типа "источник питания может выдавать напряжение от 0 до 30 вольт". Или, говоря детским языком, производить "электрическое давление" на своих клеммах (отмеченных на рисунке) от 0 до 30 вольт. Ноль, от которого отсчитывается электрическое давление, отмечен минусом.
Электрическое напряжение не означает, что в электрической цепи течет электрический ток. Для того чтобы возник электрический ток, электроны должны двигаться в одном направлении, а они сейчас стоят тупо на месте. А раз нет движения электронов, то нет и электрического тока.
С точки зрения электроники, на одном силовом щупе есть давление, а на другом его нет. Так что это субстрат, на котором стоит башня, если воспользоваться аналогией гидравлики. Именно поэтому положительный щуп силового агрегата и вообще всего оборудования стараются сделать красным, так как берегитесь, здесь высокое давление! Отрицательный зонд – черный или синий.
В электронике, чтобы указать, какой провод имеет большее "электрическое давление", а какой меньшее, ставятся два знака: плюс и минуссоответственно положительный и отрицательный. На плюсе находится избыточное "давление", а на минусе – нулевое.
Напряжение тока – что это значит?
Этот термин очень часто можно услышать в повседневной речи. Ток, в данном случае, – это электрический ток. Получается, что напряжение тока – это напряжение электрического тока. Просто так мы его сокращаем. Как я уже говорил выше, ток бывает переменный и постоянный. Постоянный ток и постоянное напряжение – это синонимы, как и переменный ток и переменное напряжение. Получается, что выражение "напряжение тока" говорит нам о том, каково напряжение между двумя точками или проводами в электрической цепи.
Например, на вопрос "какое напряжение тока в розетке" можно уверенно ответить "220 В переменного тока", а на вопрос "какое напряжение тока в аккумуляторе автомобиля" – "12 В постоянного тока". Так что не пугайтесь).
Как измеряется напряжение
Напряжение измеряется с помощью прибора, называемого вольтметром. Различные модели вольтметров могут отличаться по внешнему виду, но их объединяет принцип работы, основанный на электромагнитном действии тока. Латинская буква V используется для обозначения прибора на электрических схемах и на измерительных шкалах вольтметра.
При проведении измерений необходимо учитывать следующие моменты:
- Вольтметры для измерения постоянного напряжения отличаются от вольтметров для измерения переменного напряжения. Вольтметры для измерения постоянного напряжения должны иметь знак "-" на шкале, а для переменного напряжения – знак "~". В последние годы часто используются аббревиатуры AC/DC (переменный ток, постоянный ток);
- Клеммы вольтметра для постоянного напряжения маркируются знаками "+" и "-" или цветами (плюс – красный, минус – синий). При измерении необходимо соблюдать полярность, иначе стрелка индикатора отклонится в другую сторону;
- Вольтметр всегда должен быть подключен параллельно измеряемой части цепи;
- Рекомендуется сначала установить все компоненты цепи, а вольтметр подключать в последнюю очередь.
Все измерительные приборы не должны влиять на результат измерения, т.е. они должны иметь минимальную погрешность измерения. Для выполнения этого требования вольтметры имеют очень высокое входное сопротивление, поэтому ток, протекающий через них, намного меньше тока в измеряемой цепи. Тогда падение напряжения на вольтметре становится пренебрежимо малым.
Типы напряжений
В электрических цепях используются два основных напряжения электрического тока: постоянное напряжение и переменное напряжение.
Постоянное во времени напряжение создается источниками тока (батареями, аккумуляторами), на концах которых длительное время поддерживается одна и та же разность потенциалов (ЭДС).
Электрический ток в этом случае также постоянен во времени и течет в одном направлении. Постоянное напряжение используется, когда электричество не нужно переносить на большие расстояния: в электрических цепях, на транспорте, в военных и космических приложениях и т.д.
При изменении полярности потенциалов на зажимах источника электрический ток также меняет свое направление (колеблется), согласно закону Ома о временных колебаниях напряжения. Количество таких колебаний за определенный промежуток времени (период) называется частотой. Наиболее часто используемой частотой является синусоидальная зависимость тока от времени.
В России стандартная частота составляет 50 герц, что соответствует изменению полярности напряжения (и направления тока) 50 раз в секунду. Эти мерцания (пульсации) не воспринимаются человеческим глазом при использовании в системах освещения. Однако в телевизорах и компьютерных мониторах эта частота увеличена (от 85 Гц и выше), так как длительный просмотр утомляет глаза.
Переменный ток используется для передачи электроэнергии на большие расстояния. Для этого лучше всего подходят трехфазные сети, подключенные к электростанциям (тепловым, атомным, гидроэлектростанциям), в которых турбины вырабатывают переменный тип электрического напряжения.
Единицы измерения
В Международной системе единиц (СИ) единица измерения напряжения (В) названа в честь итальянского исследователя Алессандро Вольта (1745-1827). Работа измеряется в джоулях (Дж), а заряд – в кулонах (К):
Единицей измерения силы тока является ампер. Это одна из семи основных единиц в системе СИ. Сила тока может изменяться (и измеряться) в широком диапазоне, поэтому вне системы СИ используются такие единицы, как:
- 1 наноампер (нА) = 10-9 А;
- 1 микроампер (мкА) = 0,000001 A;
- 1 миллиампер (мА) = 0,001 A
- 1 килоампер (кА) = 1000 A.