Электрическое напряжение

Определение

Электрическое напряжение — это скалярная физическая величина, равная отношению работы электрического поля по перемещению электрического заряда к величине этого заряда.

Формула

U = A / q

• U — электрическое напряжение
• A — работа электрического поля по перемещению заряда
• q — величина электрического заряда

Единицы измерения: вольт (В)

Как это работает

Напряжение можно представить как «давление» в электрической цепи, которое заставляет электроны двигаться. Представьте водопровод: чем больше разница высот между началом и концом трубы (перепад давления), тем сильнее вода будет течь. В электричестве похожая ситуация: чем больше напряжение между двумя точками, тем больше «сила», которая двигает заряды. Эта «сила» — это работа, которую совершает электрическое поле, перемещая каждый единичный заряд.

Источники напряжения

Напряжение не возникает само по себе. Для его создания нужны источники электрической энергии. Это могут быть батарейки, аккумуляторы, генераторы на электростанциях. Они создают разность электрических потенциалов (то есть, разделяют заряды) между своими полюсами. На одном полюсе накапливаются избыточные положительные заряды, на другом — отрицательные. Эта разница и создаёт напряжение, которое готово «толкать» заряды, как только цепь замкнётся.

Влияние напряжения

От величины напряжения зависит, насколько интенсивным будет электрический ток при одном и том же сопротивлении. Чем выше напряжение, тем больше энергии передаётся электроприборам и тем активнее они работают. Например, для питания лампочки нужен определённый уровень напряжения. Если напряжение слишком низкое, лампочка будет светить тускло или не загорится вовсе. Слишком высокое напряжение может повредить прибор.

Измерение напряжения

Для измерения напряжения используется прибор, который называется вольтметр. Его всегда подключают параллельно тому участку цепи, где нужно измерить напряжение. Это значит, что контакты вольтметра подсоединяются к двум разным точкам, между которыми измеряется разность потенциалов. Вольтметр показывает числовое значение напряжения в вольтах.

Как найти и применять

1. Определите известные величины: работу электрического поля (А) и величину заряда (q).
2. Убедитесь, что работа измеряется в джоулях (Дж), а заряд — в кулонах (Кл).
3. Разделите значение работы на значение заряда (U = A / q).
4. Запишите полученный результат с указанием единицы измерения — вольт (В).

Разбор задач

Задача 1

Электрическое поле совершило работу в 60 Дж при перемещении заряда в 5 Кл. Каково напряжение между точками, между которыми перемещался заряд?

1. Запишем известные величины: работа A = 60 Дж, заряд q = 5 Кл. 2. Используем формулу для напряжения: U = A / q. 3. Подставим значения: U = 60 Дж / 5 Кл = 12 В. 4. Напряжение равно 12 вольт.

Ответ: 12 В

Где это встречается

• Бытовая электросеть — В розетках вашей квартиры напряжение обычно 220 В. Это напряжение обеспечивает работу всех домашних электроприборов, от телевизоров до холодильников.
• Батарейки — Обычные пальчиковые батарейки создают напряжение 1.5 В, а аккумуляторы мобильных телефонов – около 3.7 В. Этого достаточно для питания портативной электроники.
• Линии электропередач (ЛЭП) — По высоковольтным ЛЭП электричество передается на очень высоких напряжениях (десятки и сотни тысяч вольт), чтобы уменьшить потери энергии при транспортировке на большие расстояния.
• Автомобильный аккумулятор — Аккумулятор в машине обычно выдает 12 В. Это напряжение используется для запуска двигателя, работы фар, радио и других электрических систем автомобиля.

Типичные ошибки

Не путать

• Сила тока — Напряжение — это «напор», а сила тока — количество электричества, проходящего через сечение проводника за единицу времени. Напряжение измеряется в вольтах, сила тока — в амперах.
• Электрический заряд — Электрический заряд — это свойство частиц, определяющее их способность к электромагнитному взаимодействию (измеряется в кулонах). Напряжение — это работа, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного заряда.
• Электрическое сопротивление — Электрическое сопротивление — это свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока (измеряется в омах). Напряжение же заставляет ток течь через это сопротивление.

Откуда взялось понятие

Понятие электрического напряжения (и единица его измерения — вольт) названо в честь итальянского учёного Алессандро Вольты, который в 1800 году изобрёл химический источник тока — вольтов столб.

Как запомнить

Напряжение — это «толчок», который заставляет электричество двигаться.