Šiame puslapyje trumpai apibendrinami pagrindiniai elektros srovės dydžiai. Jei reikia, puslapis bus atnaujintas naujomis reikšmėmis ir formulėmis.

Srovės stiprumas– kiekybinis elektros srovės, tekančios laidininko skerspjūviu, matas. Kuo storesnis laidininkas, tuo daugiau srovės gali tekėti juo. Srovė matuojama prietaisu, vadinamu ampermetru. Matavimo vienetas yra amperas (A). Srovės stiprumas rodomas raide - aš.

Reikia pridurti, kad per visą laidininko skerspjūvį teka žemo dažnio nuolatinė ir kintamoji srovė. Aukšto dažnio kintamoji srovė teka tik palei laidininko paviršių – odos sluoksnį. Kuo didesnis srovės dažnis, tuo plonesnis odos sluoksnis laidininkas, kuriuo teka aukšto dažnio srovė. Tai taikoma bet kokiems aukšto dažnio elementams - laidininkams, induktoriams, bangolaidžiams. Todėl norint sumažinti aktyviąją laidininko varžą aukšto dažnio srovei, pasirenkamas didelio skersmens laidininkas, be to, jis yra sidabruotas (kaip žinoma, sidabras turi labai mažą varžą).

Įtampa (įtampos kritimas)– kiekybinis potencialų skirtumo (elektros energijos) tarp dviejų elektros grandinės taškų matas. Srovės šaltinio įtampa yra potencialų skirtumas srovės šaltinio gnybtuose. Įtampa matuojama voltmetru. Matavimo vienetas yra voltas (V). Įtampa nurodoma raide - U, maitinimo šaltinio įtampa (elektrovaros jėgos sinonimas) gali būti žymima raide – E.

Kur U– įtampos kritimas elektros grandinės elemente, aš– srovė, tekanti grandinės elementu.

Elektros grandinės elemento išsklaidyta (sugerta) galia– grandinės elemente išsklaidytos galios vertė, kurią elementas gali absorbuoti (atlaikyti) nepakeisdamas savo vardinių parametrų (gedimas). Rezistorių galios išsklaidymas nurodytas jo pavadinime (pavyzdžiui: dviejų vatų rezistorius - OMLT-2, dešimties vatų vielinis rezistorius - PEV-10). Skaičiuojant grandinės schemas, reikiamos grandinės elemento galios sklaidos vertė apskaičiuojama naudojant formules:

Norint patikimai veikti, elemento išsklaidytos galios vertė, nustatyta pagal formules, dauginama iš koeficiento 1,5, atsižvelgiant į tai, kad turi būti užtikrintas galios rezervas.

Grandinės elemento laidumas– grandinės elemento gebėjimas pravesti elektros srovę. Laidumo vienetas yra Siemens (Cm). Laidumas žymimas raide - σ . Laidumas yra pasipriešinimo abipusis dydis ir yra susijęs su juo pagal formulę:

Jei laidininko varža yra 0,25 omo (arba 1/4 omo), laidumas bus 4 siemenai.

Elektros srovės dažnis– kiekybinis matas, apibūdinantis elektros srovės krypties kitimo greitį. Yra sąvokų - žiedinis (arba ciklinis) dažnis – ω, kuris lemia elektrinio (magnetinio) lauko fazinio vektoriaus kitimo greitį ir elektros srovės dažnis - f, apibūdinantis elektros srovės krypties kitimo greitį (laikai arba svyravimai) per sekundę. Dažnis matuojamas prietaisu, vadinamu dažnio matuokliu. Matavimo vienetas yra hercas (Hz). Abu dažniai yra susiję vienas su kitu per išraišką:

Elektros srovės laikotarpis– grįžtamoji dažnio reikšmė, parodanti, kiek laiko elektros srovė sukelia vieną ciklinį virpesį. Laikotarpis matuojamas, dažniausiai naudojant osciloskopą. Laikotarpio vienetas yra sekundė (s). Elektros srovės virpesių laikotarpis žymimas raide - T. Laikotarpis yra susijęs su elektros srovės dažniu pagal išraišką:

Aukšto dažnio elektromagnetinio lauko bangos ilgis– matmenų dydis, apibūdinantis vieną elektromagnetinio lauko svyravimų erdvėje periodą. Bangos ilgis matuojamas metrais (m). Bangos ilgis žymimas raide - λ . Bangos ilgis yra susijęs su dažniu ir nustatomas pagal šviesos greitį:

Induktoriaus reaktyvumas (droselis)– induktoriaus vidinės varžos kintamajai harmoninei srovei tam tikru dažniu vertė. Žymima induktoriaus reaktyvioji varža X L ir nustatoma pagal formulę:

Virpesių grandinės rezonansinis dažnis– harmoninės kintamosios srovės dažnis, kai virpesių grandinė turi ryškią amplitudės-dažnio atsaką (AFC). Virpesių grandinės rezonansinis dažnis nustatomas pagal formulę:

Virpesių grandinės kokybės koeficientas- charakteristika, nustatanti rezonanso dažninės charakteristikos plotį ir parodanti, kiek kartų energijos atsargos grandinėje yra didesnės už energijos nuostolius per vieną svyravimo periodą. Kokybės koeficientas atsižvelgia į aktyvios apkrovos pasipriešinimo buvimą. Kokybės faktorius žymimas raide - K.

Nuoseklinei virpesių grandinei RLC grandinėse, kurioje visi trys elementai yra sujungti nuosekliai, apskaičiuojamas kokybės koeficientas:

Kur R, L Ir C- atitinkamai rezonansinės grandinės varža, induktyvumas ir talpa.

Lygiagrečiai svyruojančiai grandinei, kurioje lygiagrečiai sujungti induktyvumas, talpa ir varža, apskaičiuojamas kokybės koeficientas:

Impulsinis darbo ciklas yra impulsų pasikartojimo laikotarpio ir jų trukmės santykis. Impulsų darbo ciklas nustatomas pagal formulę.

Įtampos vienetas pavadintas voltu (V) italų mokslininko Alessandro Voltos, sukūrusio pirmąjį galvaninį elementą, garbei.

Įtampos vienetu laikoma elektros įtampa laidininko galuose, kuriai esant 1 C elektros krūvio perkėlimas išilgai šio laidininko yra lygus 1 J.

1 V = 1 J/C

Be volto, naudojami jo daliniai ir kartotiniai: milivoltai (mV) ir kilovoltai (kV).

1 mV = 0,001 V;
1 kV = 1000 V.

Aukšta (aukšta) įtampa yra pavojinga gyvybei. Darykime prielaidą, kad įtampa tarp vieno aukštos įtampos perdavimo linijos laido ir žemės yra 100 000 V. Jeigu šis laidas kokiu nors laidininku bus sujungtas su žeme, tai per jį praeinant 1 C elektros krūviui, bus atliktas darbas. atliktas lygus 100 000 J. Maždaug toks pat darbas atlaikys 1000 kg sveriantį krovinį, kai jis nukrito iš 10 m aukščio. Gali sukelti didelį sunaikinimą. Šis pavyzdys parodo, kodėl aukštos įtampos srovė yra tokia pavojinga.

Volta Alessandro (1745–1827)
Italų fizikas, vienas iš elektros srovės doktrinos įkūrėjų, sukūrė pirmąjį galvaninį elementą.

Tačiau taip pat reikia būti atsargiems dirbant su žemesne įtampa. Priklausomai nuo sąlygų, net kelių dešimčių voltų įtampa gali būti pavojinga. Darbams patalpose saugia laikoma ne didesnė kaip 42 V įtampa.

Galvaniniai elementai sukuria žemą įtampą. Todėl apšvietimo tinkle naudojama elektros srovė iš generatorių, kurie sukuria 127 ir 220 V įtampą, t.y. generuoja žymiai daugiau energijos.

Klausimai

1. Kas yra įtampos vienetas?
2. Kokia įtampa naudojama apšvietimo tinkle?
3. Kokia įtampa sauso elemento ir rūgšties akumuliatoriaus poliuose?
4. Kokie įtampos vienetai, išskyrus voltą, naudojami praktikoje?

Mokslo ir technologijų pažangos era reikalauja viską išmatuoti. Ne išimtis ir elektros tinklai. Norint atlikti šiuos matavimus, svarbu žinoti, kokiais vienetais matuojama įtampa. Labiausiai paplitusioje SI sistemoje įtampos matavimo vienetas žymimas 1 voltu arba sutrumpintas kaip 1 V. Taip pat gali būti žymimas 1V. Šis pavadinimas buvo pasirinktas italų fiziko Alessandro Voltos garbei.

Kas yra elektros įtampa

Jis negali egzistuoti atskirai, kaip ir svoris. Yra du atvejai, kai reikia jį išmatuoti:

• Tarp skirtingų elektros grandinės mazgų arba laidininko galų. 1 voltas yra potencialas, kuriam esant 1 ampero srovė sukuria 1 vatą galios;
• Elektrostatinio lauko stiprumas matuojamas tarp dviejų lauko taškų. Įtampos vienetas, 1 voltas, yra potencialas, kuriame 1 kulono krūvis atlieka 1 džaulį.

Josephsono efektas

Nuo 1990 m. atsirado kitas elektros įtampos apibrėžimas. Jo vertė yra susijusi su dažnio standartu ir cezio laikrodžiu. Šiuo atveju naudojamas nestacionarus Josephsono efektas, kai speciali matrica apšvitinama spinduliuote 10-80 GHz dažniu, joje atsiranda potencialas, kurio vertė nepriklauso nuo eksperimento sąlygų.

RMS įtampa

Elektrinio potencialo dydį tarp tinklo atkarpų lemia šilumos kiekis arba atliktas darbas per tam tikrą laiką. Bet tai galioja tik nuolatinei srovei. Kintamoji įtampa yra sinusinės formos. Esant didžiausiai amplitudei, jis yra didžiausias, o pereinant nuo teigiamos pusbangos prie neigiamos - lygus nuliui.

Todėl skaičiavimams naudojama vidutinė vertė, kuri vadinama „efektyviąja verte“, kuri skaičiavimuose prilyginama tos pačios vertės konstantai.

Jis skiriasi nuo maksimalaus 1,4 karto arba √2. 220 V tinkle didžiausia vertė yra 311 V. Tai svarbu renkantis kondensatorius, diodus ir kitus elektroninių grandinių elementus.

Įtampos nustatymas

Kaip matuojama įtampa? Tai atliekama specialiu prietaisu – voltmetru. Jis gali būti kitokio dizaino, būti skaitmeninis arba rodyklės, bet jo varža turi būti kuo didesnė, o srovė minimali. Tai būtina siekiant sumažinti įrenginio įtaką tinklui ir nuostolius laiduose, einančius nuo maitinimo šaltinio iki voltmetro.

DC tinklas

Šie matavimai atliekami magnetoelektriniais prietaisais. Pastaruoju metu plačiai naudojami įrenginiai su skaitmeniniais ekranais.

Lengviausias būdas yra tiesiogiai prijungti įrenginį prie matavimo vietos. Tai įmanoma laikantis kelių sąlygų:

• Matavimo riba yra didesnė už numatomą maksimumą. Jei iki matavimų pradžios ji nežinoma, tuomet reikia pasirinkti didžiausią ribą ir palaipsniui ją sumažinti;
• Išlaikykite jungties poliškumą. Jei ryšys netinkamas, rodyklė pasisuks priešinga kryptimi, o skaitmeniniame ekrane bus rodoma neigiama reikšmė.

Jei matavimo riba yra nepakankama, ją galima išplėsti naudojant papildomą varžą. Jis gali būti išorinis arba vidinis. Galite naudoti kelias varžas ir jas perjungti, kad pakeistumėte įrenginio ribą. Taip veikia multimetras.

kintamoji srovė

Įtampa kintamos elektros srovės tinkle matuojama visų tipų prietaisais, išskyrus magnetoelektrinius. Šiuos įrenginius galima naudoti tik prijungus juos prie lygintuvo išvesties.

Yra keletas būdų, kaip padidinti matavimo ribą. Norėdami tai padaryti, prie įrenginio papildomai prijungiamas vienas iš įrenginių:

• papildomas atsparumas;
• esant pastoviam tinklo dažniui, vietoj varžos naudojami kondensatoriai;
• Dažniausias variantas yra naudoti įtampos transformatorių.

Reikalavimai matavimo prietaisams ir papildomiems priedams yra tokie patys kaip ir nuolatinės srovės prietaisams.

Į elektrinį lauką patekusios įkrautos dalelės pradeda tvarkingai judėti tam tikra kryptimi. Dalelės įgauna tam tikrą energiją, tai yra dirbama. Nustatyti darbo kiekį elektros krūviams perkelti elektriniame lauke, kurio stiprumas E reikėjo įvesti kitą fizikinį dydį – elektros įtampą U.

Kokį darbą atlieka elektrinis laukas?

Darbo požiūris A atlieka bet koks elektrinis laukas perkeliant teigiamą krūvį iš vieno lauko taško į kitą, iki krūvio dydžio q vadinama elektros įtampa U tarp šių taškų:

$$ U = ( A \virš q ) $$

Galime sakyti, kad elektros įtampa lygi darbui, atliktam perkeliant 1 kulono krūvį iš vieno elektrinio lauko taško į kitą.

Tada, norėdami nustatyti lauko atlikto darbo kiekį, galime gauti tokią išraišką:

$$ A = ( q * U ) $$

Ryžiai. 1. Elektronai elektriniame lauke.

Vienetai

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) įtampos vienetas (V) pavadintas italų tyrinėtojo Alessandro Voltos (1745–1827), kuris labai prisidėjo prie elektros prigimties supratimo, vardu. Kadangi darbas matuojamas džauliais (J), o krūvis – kulonais (K), tada:

$$ =( \over ) $$

Įtampa gali skirtis plačiame diapazone, todėl nesisteminiai įrenginiai, tokie kaip:

• 1 mikrovoltas (µV) = 0,0000001 V;
• 1 milivoltas (mV) = 0,001 V;
• 1 kilovoltas (kV) = 1000 V;
• 1 MV (megavoltas) = ​​1 000 000 V.

DC ir kintamoji įtampa

Yra dviejų tipų įtampa – pastovi ir kintamoji. Nuolatinės įtampos šaltinio pavyzdys – paprastos baterijos, naudojamos buitiniuose prietaisuose: nuotolinio valdymo pultuose, telefonuose ir kt. Simboliai „-“ ir „+“ visada yra ant baterijų paviršiaus.

Tai reiškia, kad akumuliatoriaus kuriamo elektrinio lauko kryptis visą laiką bus pastovi. Kintamosios srovės įtampos šaltiniai buvo išrasti vėliau ir labai išplito dėl to, kad kintamąją srovę lengviau transformuoti (stiprinti, susilpninti) ir perduoti dideliais atstumais.

Ryžiai. 2. Tiesioginių ir kintamųjų įtampų grafikai.

Grafikai rodo, kad pastovi įtampa nepriklauso nuo laiko,

$$U(t) = pastovus $$

Kintamoji įtampa keičiasi, eidama per nulinę reikšmę, ženklą „+“ pakeičiant į „-“. Elektros įtampos formulei U(t) puikiai tinka sinuso arba kosinuso trigonometrinės funkcijos:

$$ U(t) = U_А * sin(ω*t) $$

kur U A — kintamosios įtampos amplitudė, tai yra maksimali įtampos vertė;

ω - kintamosios įtampos dažnis, rodantis, kiek kartų per vieną sekundę keičiasi įtampos ženklas, tai yra, „pliusas“ pasikeičia į „minusą“. Dažnio reikšmė parodo, kokiu greičiu (kaip dažnai) keičiasi įtampos poliškumas. Pavyzdžiui, mūsų butų elektros lizduose įtampa kinta 50 kartų per sekundę (50 hercų dažniu).

Elektros įtampos poveikis, pradedant nuo tam tikrų verčių, tampa nesaugus žmonėms. Sausose patalpose saugia laikoma įtampa iki 36 V. Patalpose, kuriose padidėjęs drėgnumas, ši vertė dar mažesnė – 12 V. Todėl dirbdami ir tvarkydami elektros prietaisus visada turite laikytis saugos priemonių.

Kaip ir kokia įtampa matuojama

Įtampa matuojama naudojant prietaisą, vadinamą voltmetru. Voltmetras yra prijungtas lygiagrečiai su elektros grandinės elementu, kuriame turi būti matuojamas įtampos kritimas. Voltmetras diagramose nurodytas kaip apskritimas, kurio viduje yra raidė V.

Ryžiai. 3. Įvairūs voltmetrai ir jų žymėjimai diagramose.

Anksčiau visi voltmetrai buvo surenkami voltmetrai, o įtampos vertė buvo rodoma instrumento skalėje rodykle, ant kurios buvo atspausdintos skaitmeninės vertės. Dabar dauguma šių įrenginių gaminami su elektroniniu ekranu (LED arba skystųjų kristalų). Pats voltmetras neturėtų turėti įtakos matavimo rezultatui, todėl jo paties varža yra labai didelė, kad per jį praktiškai netekėtų krūviai (elektros srovė).

Ko mes išmokome?

Taigi, mes sužinojome, kad elektros įtampa yra fizinis dydis, apibūdinantis elektrinio lauko jėgos darbą elektros krūviams perkelti. Įtampa gali būti pastovi arba kintama. Įtampai matuoti naudojami voltmetrai.

Testas tema

Ataskaitos vertinimas

Vidutinis reitingas: 4.8. Iš viso gautų įvertinimų: 44.

Pamoka skirta elektros įtampos sampratai, jos žymėjimui ir matavimo vienetams. Antroji pamokos dalis visų pirma skirta grandinės atkarpoje esančių įtampos matavimo prietaisų ir jų savybių demonstravimui.

Jei pateiksime standartinį pavyzdį apie gerai žinomo užrašo „220 V“ reikšmę ant bet kokių buitinių prietaisų, tai reiškia, kad grandinės atkarpoje atliekama 220 J darbo, kad būtų galima perkelti 1 C įkrovą.

Įtampos apskaičiavimo formulė:

Krūvio perdavimo elektrinio lauko darbas, J;

Įkrovimas, Cl.

Todėl įtampos vienetas gali būti pavaizduotas taip:

Tarp įtampos ir srovės apskaičiavimo formulių yra ryšys, į kurį turėtumėte atkreipti dėmesį: ir. Abiejose formulėse yra elektros krūvio reikšmė, kuri gali būti naudinga sprendžiant kai kurias problemas.

Norėdami išmatuoti įtampą, prietaisas vadinamas voltmetras(2 pav.).

Ryžiai. 2. Voltmetras ()

Pagal taikymo ypatybes voltmetrų yra įvairių, tačiau jų veikimo principas pagrįstas elektromagnetiniu srovės poveikiu. Visi voltmetrai žymimi lotyniška raide, kuri nurodoma ant prietaiso ciferblato ir naudojama schematiškai pavaizduojant įrenginį.

Pavyzdžiui, mokyklose naudojami voltmetrai, pavaizduoti 3 paveiksle. Jie naudojami elektros grandinėse įtampai matuoti atliekant laboratorinius darbus.

()	()	()

Ryžiai. 3. Voltmetrai

Pagrindiniai demonstracinio voltmetro elementai yra korpusas, skalė, rodyklė ir gnybtai. Gnybtai dažniausiai žymimi pliusu arba minusu ir aiškumo dėlei yra paryškinti skirtingomis spalvomis: raudona – plius, juoda (mėlyna) – minusas. Tai buvo padaryta siekiant užtikrinti, kad įrenginio gnybtai būtų aiškiai prijungti prie atitinkamų laidų, prijungtų prie šaltinio. Skirtingai nuo ampermetro, kuris prie atviros grandinės jungiamas nuosekliai, voltmetras prie grandinės yra prijungtas lygiagrečiai.

Žinoma, bet koks elektrinis matavimo prietaisas turėtų turėti minimalią įtaką tiriamai grandinei, todėl voltmetras turi tokias konstrukcines savybes, kad per jį teka minimali srovė. Šis efektas užtikrinamas pasirinkus specialias medžiagas, kurios prisideda prie minimalaus įkrovimo srauto per įrenginį.

Scheminis voltmetro vaizdas (4 pav.):

Ryžiai. 4.

Nubraižykime, pavyzdžiui, elektros grandinę (5 pav.), kurioje prijungtas voltmetras.

Ryžiai. 5.

Grandinėje yra beveik minimalus elementų rinkinys: srovės šaltinis, kaitrinė lempa, jungiklis, nuosekliai sujungtas ampermetras ir lygiagrečiai elektros lemputei prijungtas voltmetras.

komentuoti. Geriau pradėti montuoti elektros grandinę su visais elementais, išskyrus voltmetrą, ir prijungti jį pabaigoje.

Yra daug įvairių tipų voltmetrų su skirtingomis skalėmis. Todėl įrenginio kainos apskaičiavimo klausimas šiuo atveju yra labai aktualus. Labai paplitę mikrovoltmetrai, milivoltmetrai, tiesiog voltmetrai ir t.t.. Jų pavadinimai leidžia suprasti, kokiu dažniu atliekami matavimai.

Be to, voltmetrai skirstomi į nuolatinės ir kintamosios srovės įtaisus. Nors miesto tinkle yra kintamoji srovė, tačiau šiame fizikos studijų etape susiduriame su nuolatine srove, kurią tiekia visi galvaniniai elementai, todėl domėsis atitinkamais voltmetrais. Tai, kad prietaisas skirtas kintamosios srovės grandinėms, ciferblate dažniausiai vaizduojama kaip banguota linija (6 pav.).

Ryžiai. 6. Kintamosios srovės voltmetras ()

komentuoti. Jei mes kalbame apie įtampos vertes, tada, pavyzdžiui, 1 V įtampa yra maža vertė. Pramonėje naudojama daug didesnė įtampa, matuojama šimtais voltų, kilovoltų ir net megavoltų. Kasdieniame gyvenime naudojama 220 V ar mažesnė įtampa.

Kitoje pamokoje sužinosime, kokia yra laidininko elektrinė varža.

Bibliografija

1. Gendenšteinas L. E., Kaidalovas A. B., Koževnikovas V. B. Fizika 8 / Red. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010 m.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselevas D. F. Fizika 8. - M.: Švietimas.

Papildomas prekomenduojamos nuorodos į interneto išteklius

1. Šauni fizika ().
2. „YouTube“ ().
3. „YouTube“ ().

Namų darbai