Prístroj na meranie napätia. Ako merať napätie pomocou multimetra. Elektrické napätie. Definícia, typy, jednotky merania Ako merať napätie v obvode
Elektrický prúd je charakterizovaný veličinami ako prúd, napätie a odpor, ktoré sú vzájomne prepojené. Pred zvážením otázky, ako sa meria napätie, je potrebné presne zistiť, čo je toto množstvo a aká je jeho úloha pri tvorbe prúdu.
Ako funguje napätie?
Všeobecný pojem elektrického prúdu je riadený pohyb nabitých častíc. Tieto častice sú elektróny, ktorých pohyb nastáva pod vplyvom elektrického poľa. Čím viac nábojov je potrebné presunúť, tým viac práce vykoná pole. Táto práca je ovplyvnená nielen prúdom, ale aj napätím.
Fyzikálny význam tejto hodnoty je, že práca vykonaná prúdom v ktorejkoľvek časti obvodu koreluje s množstvom náboja, ktorý prechádza touto časťou. V procese tejto práce sa kladný náboj pohybuje z bodu, kde je malý potenciál, do bodu s vysokým potenciálom. Napätie je teda definované ako elektromotorická sila a samotná práca je energia.
Práca vykonaná elektrickým prúdom sa meria v jouloch (J) a množstvo elektrického náboja je coulomb (C). Výsledkom je, že napätie je v pomere 1 J/C. Výsledná jednotka napätia sa nazýva volt.
Aby ste jasne vysvetlili fyzikálny význam stresu, musíte sa obrátiť na príklad hadice naplnenej vodou. V tomto prípade bude objem vody hrať úlohu sily prúdu a jeho tlak bude ekvivalentný napätiu. Keď sa voda pohybuje bez špičky, je voľná a dnu veľké množstvá sa pohybuje pozdĺž hadice a vytvára nízky tlak. Ak stlačíte koniec hadice prstom, objem sa zníži, zatiaľ čo tlak vody sa zvýši. Samotný prúd prejde oveľa väčšiu vzdialenosť.
To isté sa deje v elektrine. Sila prúdu je určená počtom alebo objemom elektrónov pohybujúcich sa cez vodič. Hodnota napätia je v podstate sila, ktorou sú tieto elektróny pretláčané. Z toho vyplýva, že pri rovnakom napätí musí mať vodič, ktorý vedie väčšie množstvo prúdu, aj väčší priemer.
Jednotka napätia
Napätie môže byť konštantné alebo premenlivé v závislosti od prúdu. Táto hodnota môže byť označená ako písmeno B ( Ruské označenie) alebo V, zodpovedajúce medzinárodnému označeniu. Na označenie striedavého napätia sa používa symbol „~“, ktorý je umiestnený pred písmenom. Pre konštantné napätie existuje znak „-“, ale v praxi sa takmer nikdy nepoužíva.
Pri zvažovaní otázky, ako sa meria napätie, treba pamätať na to, že na to nie sú len volty. Väčšie množstvá sa merajú v kilovoltoch (kV) a megavoltoch (mV), čo znamená 1 tisíc a 1 milión voltov.
Ako merať napätie a prúd
Nabité častice vstupujúce do elektrického poľa sa začnú pohybovať usporiadaným spôsobom v určitom smere. Častice získavajú určitú energiu, to znamená, že práca je vykonaná. Určiť množstvo práce na pohyb elektrických nábojov v elektrickom poli so silou E si vyžiadalo zavedenie ďalšej fyzikálnej veličiny – elektrického napätia U.
Akú prácu vykoná elektrické pole?
Pracovný postoj A vykonávané akýmkoľvek elektrickým poľom pri presune kladného náboja z jedného bodu poľa do druhého, na množstvo náboja q nazývané elektrické napätie U medzi týmito bodmi:
$$ U = ( A \over q ) $$
Môžeme povedať, že elektrické napätie sa rovná práci vykonanej na presun náboja 1 coulomb z jedného bodu v elektrickom poli do druhého.
Potom, aby sme určili množstvo práce vykonanej poľom, môžeme získať nasledujúci výraz:
$$ A = ( q * U ) $$
Ryža. 1. Elektróny v elektrickom poli.
Jednotky
V Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) je jednotka napätia (V) pomenovaná po talianskom prieskumníkovi Alessandrovi Voltovi (1745-1827), ktorý výrazne prispel k pochopeniu podstaty elektriny. Keďže práca sa meria v jouloch (J) a náboj v coulombách (K), potom:
$$ =( \over ) $$
Napätie sa môže meniť v širokom rozsahu, takže nesystémové jednotky, ako napríklad:
- 1 mikrovolt (µV) = 0,0000001 V;
- 1 milivolt (mV) = 0,001 V;
- 1 kilovolt (kV) = 1000 V;
- 1 MV (megavolt) = 1 000 000 V.
Jednosmerné a striedavé napätie
Existujú dva typy napätí - konštantné a striedavé. Príkladom zdroja konštantného napätia sú bežné batérie používané v domácich spotrebičoch: diaľkové ovládače, telefóny atď. Symboly „-“ a „+“ sa vždy nachádzajú na povrchu batérií.
To znamená, že smer elektrického poľa vytvoreného batériou bude po celý čas konštantný. Zdroje striedavého napätia boli vynájdené neskôr a veľmi sa rozšírili vďaka tomu, že striedavý prúd sa ľahšie transformuje (zosilňuje, zoslabuje) a prenáša na veľké vzdialenosti.
Ryža. 2. Grafy jednosmerných a striedavých napätí.
Z grafov je zrejmé, že konštantný tlak nezávisí od času,
$$U(t) = konšt. $$
Striedavé napätie sa mení, prechádza cez nulovú hodnotu a mení znamienko „+“ na „-“. Pre elektrické napätie sú vhodné vzorce U(t). goniometrické funkcie sínus alebo kosínus:
$$ U(t) = U_А * sin(ω*t) $$
kde U A — amplitúda striedavého napätia, to znamená maximálna hodnota napätia;
ω - frekvencia striedavého napätia, ktorá ukazuje, koľkokrát za sekundu sa znamienko napätia zmení, to znamená, že „plus“ sa zmení na „mínus“. Hodnota frekvencie ukazuje, akou rýchlosťou (ako často) sa mení polarita napätia. Napríklad v elektrických zásuvkách našich bytov sa napätie mení 50-krát za sekundu (s frekvenciou 50 Hertzov).
Účinok elektrického napätia, počnúc od určitých hodnôt, sa stáva pre človeka nebezpečným. V suchých miestnostiach sa za bezpečné považuje napätie do 36 V. Pre miestnosti so zvýšenou vlhkosťou je táto hodnota ešte nižšia - 12 V. Preto pri práci a manipulácii s elektrickými spotrebičmi musíte vždy dodržiavať bezpečnostné opatrenia.
Ako a s akým napätím sa meria
Napätie sa meria pomocou prístroja nazývaného voltmeter. Voltmeter je pripojený paralelne k prvku elektrického obvodu, kde sa má merať pokles napätia. Voltmeter je na obrázkoch označený ako kruh s písmenom V umiestneným vo vnútri.
Ryža. 3. Rôzne voltmetre a ich označenia na schémach.
Predtým boli všetky voltmetre číselníkové voltmetre a hodnota napätia bola znázornená šípkou na stupnici prístroja s digitálnymi hodnotami vytlačenými na nej. Teraz sa väčšina týchto zariadení vyrába s elektronickým displejom (LED alebo tekuté kryštály). Samotný voltmeter by nemal ovplyvňovať výsledok merania, takže jeho vlastný odpor je veľmi veľký, takže ním nepretekajú prakticky žiadne náboje (elektrický prúd).
Čo sme sa naučili?
Takže sme sa dozvedeli, že elektrické napätie je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje prácu sily elektrického poľa pri pohybe elektrických nábojov. Napätie môže byť konštantné alebo premenlivé. Na meranie napätia sa používajú voltmetre.
Test na danú tému
Vyhodnotenie správy
Priemerné hodnotenie: 4.8. Celkový počet získaných hodnotení: 26.
Uvažujme o základných elektrických veličinách, ktoré študujeme najskôr v škole, potom na strednej a vysokej škole. vzdelávacie inštitúcie. Pre pohodlie zhrnieme všetky údaje do malej tabuľky. Definície jednotlivých veličín budú v prípade nedorozumení uvedené za tabuľkou.
| Rozsah | jednotka SI | Názov elektrickej veličiny |
|---|---|---|
| q | Kl - prívesok | poplatok |
| R | Om - om | odpor |
| U | V – volt | Napätie |
| ja | A – ampér | Sila prúdu (elektrický prúd) |
| C | F – farad | Kapacita |
| L | Gn - Henry | Indukčnosť |
| sigma | CM - Siemens | Elektrická vodivosť |
| e0 | 8,85418781762039*10 -12 F/m | Elektrická konštanta |
| φ | V – volt | Bodový potenciál elektrického poľa |
| P | W – watt | Aktívna sila |
| Q | VAR – volt-ampér-reaktívny | Jalový výkon |
| S | Va – voltampér | Plný výkon |
| f | Hz - hertz | Frekvencia |
Existujú desatinné predpony, ktoré sa používajú v názve množstva a slúžia na zjednodušenie popisu. Najbežnejšie z nich sú: mega, míle, kilo, nano, piko. V tabuľke sú uvedené ďalšie predpony okrem uvedených.
| Desatinný násobiteľ | Výslovnosť | Označenie (ruské/medzinárodné) |
|---|---|---|
| 10 -30 | cuecto | q |
| 10 -27 | ronto | r |
| 10 -24 | iocto | a/y |
| 10 -21 | zepto | s/z |
| 10 -18 | atto | a |
| 10 -15 | femto | f/f |
| 10 -12 | piko | p/p |
| 10 -9 | nano | n/n |
| 10 -6 | mikro | μ/μ |
| 10 -3 | Milli | m/m |
| 10 -2 | centi | c |
| 10 -1 | deci | d/d |
| 10 1 | zvuková doska | áno/da |
| 10 2 | hekto | g/h |
| 10 3 | kilo | k/k |
| 10 6 | mega | M |
| 10 9 | giga | G/G |
| 10 12 | tera | T |
| 10 15 | peta | P/P |
| 10 18 | exa | E/E |
| 10 21 | zeta | Z/Z |
| 10 24 | yotta | Y/Y |
| 10 27 | Ronna | R |
| 10 30 | quecca | Q |
Prúdová sila je 1A- je to hodnota rovnajúca sa pomeru náboja 1 C, ktorý prejde plochou (vodičom) za 1 s času k času prechodu náboja cez plochu. Aby prúd pretekal, okruh musí byť uzavretý.
Prúdová sila sa meria v ampéroch. 1A = 1Kl/lc
V praxi existujú
1uA = 0,000001A
Elektrické napätie– potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi elektrického poľa. Veľkosť elektrického potenciálu sa meria vo voltoch, preto sa napätie meria vo voltoch (V).
1 volt je napätie, ktoré je potrebné na uvoľnenie 1 wattu energie vo vodiči, keď ním preteká prúd 1 ampér.
V praxi existujú
Elektrický odpor– charakteristika vodiča, ktorá zabraňuje pretekaniu elektrického prúdu cez vodič. Je definovaný ako pomer napätia na koncoch vodiča k prúdu v ňom. Merané v ohmoch (ohmoch). V rámci určitých limitov je hodnota konštantná.
1 Ohm je odpor vodiča, keď ním preteká jednosmerný prúd 1A a na koncoch vznikne napätie 1V.
Zo školského kurzu fyziky si všetci pamätáme vzorec pre homogénny vodič konštantného prierezu:
R=ρlS – odpor takéhoto vodiča závisí od prierezu S a dĺžky l
kde ρ je odpor materiálu vodiča, tabuľková hodnota.
Medzi tromi vyššie opísanými veličinami existuje Ohmov zákon pre jednosmerný obvod.
Prúd v obvode je priamo úmerný napätiu v obvode a nepriamo úmerný odporu obvodu - .
Elektrická kapacita je schopnosť vodiča akumulovať elektrický náboj.
Kapacita sa meria vo faradoch (1F).
1F je kapacita kondenzátora medzi doskami, ktorého napätie je 1V pri nabíjaní 1C.
V praxi existujú
1pF = 0,000000000001F
1nF = 0,000000001F
Indukčnosť je veličina, ktorá charakterizuje schopnosť obvodu, ktorým preteká elektrický prúd, vytvárať a akumulovať magnetické pole.
Indukčnosť sa meria v henry.
1Gn = (V*s)/A
1H je hodnota rovnajúca sa samoindukčnému emf, ku ktorému dochádza, keď sa prúd v obvode zmení o 1A v priebehu 1 sekundy.
V praxi existujú
1 mH = 0,001 H
Elektrická vodivosť– hodnota označujúca schopnosť telesa viesť elektrický prúd. Recipročný odpor.
Elektrická vodivosť sa meria v siemens.
Najnovšie články
Najpopulárnejší
Elektrický prúd (I) je smerový pohyb elektrických nábojov (ióny v elektrolytoch, vodivé elektróny v kovoch).
Nevyhnutnou podmienkou pre tok elektrického prúdu je uzavretý obvod.
Elektrický prúd sa meria v ampéroch (A).
Odvodené jednotky prúdu sú:
1 kiloampér (kA) = 1000 A;
1 miliampér (mA) 0,001 A;
1 mikroampér (µA) = 0,000001 A.
Človek začína pociťovať, že jeho telom prechádza prúd 0,005 A. Prúd väčší ako 0,05 A je nebezpečný pre ľudský život.
Elektrické napätie (U) sa nazýva potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi v elektrickom poli.
Jednotka rozdiel elektrického potenciálu je volt (V).
1 V = (1 W): (1 A).
Odvodené jednotky napätia sú:
1 kilovolt (kV) = 1000 V;
1 milivolt (mV) = 0,001 V;
1 mikrovolt (µV) = 0,00000 1 V.
Odpor časti elektrického obvodu je veličina, ktorá závisí od materiálu vodiča, jeho dĺžky a prierezu.
Elektrický odpor sa meria v ohmoch (ohmoch).
1 Ohm = (1 V): (1 A).
Odvodené jednotky odporu sú:
1 kiloOhm (kOhm) = 1000 Ohm;
1 megaohm (MΩ) = 1 000 000 ohmov;
1 miliOhm (mOhm) = 0,001 Ohm;
1 mikroOhm (µOhm) = 0,00000 1 Ohm.
Elektrický odpor ľudského tela sa v závislosti od množstva podmienok pohybuje od 2000 do 10 000 Ohmov.
Elektrický odpor (ρ) sa nazýva odpor drôtu s dĺžkou 1 m a prierezom 1 mm2 pri teplote 20 ° C.
Prevrátená hodnota merného odporu sa nazýva elektrická vodivosť (γ).
Výkon (P) je veličina, ktorá charakterizuje rýchlosť premeny energie alebo rýchlosť, ktorou sa vykonáva práca.
Výkon generátora je veličina, ktorá charakterizuje rýchlosť, ktorou sa mechanická alebo iná energia premieňa v generátore na elektrickú energiu.
Výkon spotrebiča je veličina, ktorá charakterizuje rýchlosť, ktorou sa elektrická energia premieňa v jednotlivých úsekoch obvodu na iné. užitočné druhy energie.
Jednotkou výkonu systému SI je watt (W). Rovná sa výkonu, pri ktorom sa vykoná 1 joul práce za 1 sekundu:
1W = 1J/1s
Odvodené jednotky merania elektrickej energie sú:
1 kilowatt (kW) = 1000 W;
1 megawatt (MW) = 1 000 kW = 1 000 000 W;
1 miliwatt (mW) = 0,001 W; o1i
1 konská sila (hp) = 736 W = 0,736 kW.
Jednotky merania elektrickej energie sú:
1 watt-sekunda (W sec) = 1 J = (1 N) (1 m);
1 kilowatthodina (kW h) = 3,6 106 W sek.
Príklad. Prúd spotrebovaný elektromotorom pripojeným na 220 V sieť bol 10 A počas 15 minút. Určte energiu spotrebovanú motorom.
W*sec alebo vydelením tejto hodnoty číslom 1000 a 3600 dostaneme energiu v kilowatthodinách:
W = 1980000/(1000*3600) = 0,55 kWh
Stôl 1. Elektrické veličiny a jednotky
