Электрическое напряжение. Измерение напряжения

На одном из прошлых уроков мы с вами говорили об электрическом поле. Давайте вспомним, что эта особая форма материи, посредством которой взаимодействуют заряженные тела. Реальность существования электрического поля подтверждается его конкретным действием: оно действует на внесённый заряд с определённой силой.

Примером может служить электрический ток, то есть упорядоченное движение заряженных частиц, которое создаётся электрическим полем. Следовательно, электрическое поле способно совершить работу, которую называют работой тока.

Рассматривая перемещение электрического заряда в поле другого заряда и совершаемую при этом работу, очень полезно прибегнуть к сравнению с перемещением тел в поле тяготения Земли. Действительно, при падении какого-либо тела, сила тяжести будет разгонять его, увеличивая кинетическую энергию, и, тем самым, совершая положительную работу. Подобно этому, электрическое поле, созданное, например, отрицательно заряженным шаром, будет действовать на помещённый в любую точку положительный заряд и также, совершая положительную работу, будет увеличивать его кинетическую энергию. В обоих случаях величина работы будет зависеть от положения начальной и конечной точек.

Для удобства расчёта работы в электрическом поле вводят особую величину — электрическое напряжение, или просто напряжение.

Напряжение — это физическая величина, характеризующая электрическое поле. Обозначается оно латинской буквой U.

Каждый из вас, конечно же, видел строгое предупреждение: «Внимание! Высокое напряжение! Опасно для жизни!». Возникают закономерные вопросы. Во-первых, почему используют слово «высокое»? А во-вторых (что самое главное), почему высокое напряжение опасно для жизни?

Для лучшего понимания этой величины познакомимся с международной единицей электрического напряжения. Она называется вольтом (В), в честь итальянского учёного А. Вольта, впервые создавшего источник электрического.

1 В — это напряжение между такими двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда в 1 Кл совершается работа 1 Дж.

В практике используются также кратные и дольные ему единицы:

Таким образом, напряжение — это характеристика работоспособности электрического поля на рассматриваемом участке. С точки же зрения математики можно говорить о прямой зависимости произведённой работы от напряжения.

А если будет перемещаться не единичный заряд в 1 Кл, а заряд, в два, три, пять раз больший? Во столько же раз будет больше и произведённая работа.

Значит, работа сил электрического поля может быть найдена как произведение значений перенесённого заряда и напряжения:

A = qU.

Вернёмся к аналогии поля тяготения и электрического поля. Напряжение в определённой мере можно сравнить с изменением высоты, с которой падает тело. Мы знаем, что чем выше находится тело, тем бо́льшую работу совершит сила тяжести. Поэтому неудивительно, что часто вместо того, чтобы говорить «маленькое напряжение», говорят «низкое напряжение», а вместо «большое напряжение» — «высокое напряжение».

Вы уже знакомы с прибором для измерения силы тока — амперметром, показания которого зависят от ежесекундно протекающего в цепи заряда. А для измерения напряжения служит другой прибор, называемый вольтметром.

Но каков принцип измерения напряжения, то есть что такое вольтметр? Ответ на этот вопрос вас, безусловно, удивит: напряжение можно измерять прибором, конструкция, а значит, и внешний вид которого абсолютно не отличается от конструкции амперметра. Разберёмся в этой непростой ситуации внимательно. Пусть есть простейшая электрическая цепь из источника тока, нагрузки (лампочки) и ключа.

Для измерения силы тока мы должны разорвать цепь в какой-либо точке и включить туда прибор, через который потечёт весь ток цепи. Такой прибор — это уже известный нам амперметр. А теперь возьмём ещё один электроизмерительный прибор и подключим его, не разрывая цепи, к выводам нагрузки. Такое подключение прибора называют параллельным подключением.

А покажет ли что-нибудь этот прибор? Конечно же, да. Ведь если мы на некотором участке параллельно руслу реки пророем достаточной глубины канал, то часть воды пойдёт и по прорытому каналу. Так и в нашей цепи ток пройдёт через подключённый нами прибор. Этот прибор и называют вольтметром. На электрических схемах он обозначается кружочком, в центре которого расположена буква V:

Так же, как и у амперметра, у одного зажима вольтметра стоит знак «плюс», а у другого — «минус». Поэтому нужно обязательно следить за правильным включением вольтметра в электрическую цепь.

Пример решения задачи.

Задача. В электроприборе при напряжении 220 В за 1 мин перемещается заряд 160 Кл. Каково значение мощности электроприбора?