Що вимірюється в вольтах?
Правильних відповідей на питання, що вимірюється в вольтах, кілька. За допомогою одиниці СІ, що іменується в честь італійського вченого Алессандро Вольта, висловлюють чисельні значення наступних електричних величин: потенціалу, напруги (різниці потенціалів) і електрорушійної сили. Спробуємо розібратися, який фізичний зміст кожної з них.
Відео: Базові одиниці виміру при роботі зі струмом
- Що таке потенціал, напруга, електрорушійна сила?
- Значення напруг і ЕРС в вольтах для різних об`єктів
Що таке потенціал, напруга, електрорушійна сила?
Електричне поле відноситься до потенційних, оскільки робота по переміщенню заряду за деякою замкнутої траєкторії в ньому дорівнює нулю. Інакше це властивість можна сформулювати так: енергія, витрачена на перенос заряду з одного місця поля в інше, не залежить від форми шляху, а визначається тільки його початковим і кінцевим пунктом. Дане твердження дає можливість ввести особливу енергетичну характеристику електричного поля, яку називають різницею потенціалів або напругою, чисельно що представляє собою відношення роботи, витраченої на переміщення зарядженої частинки, до величини її заряду. Звідси можна висловити вольт через дві інші одиниці СІ: джоуль і кулон (1 В = 1 Дж / Кл). Якщо йдеться про різниці потенціалів між поточною точкою поля і деякої заздалегідь обраної, положення якої можна прийняти, наприклад, на поверхні Землі або в нескінченності, то говорять просто про її потенціал.
Пояснимо це за допомогою картинки, на якій представлені поля, створювані одним (a) і двома (c) точковими позитивними зарядами, а також системою з однакових за величиною і протилежних за знаком зарядів - диполем (b). Червоними стрілками тут позначені напрямки силових ліній поля, а кожна синя крива визначає так звану еквіпотенціальною поверхнею - всі належні їй точки мають рівний потенціал . Для перенесення пробного заряду уздовж силової лінії поля з однієї еквіпотенційної поверхні 1 на іншу 2 потрібно зробити роботу, величина якої буде пропорційна різниці потенціалів 1- 2.
Відео: Фізика - Кулон. Ампер. вольт
Можна помітити, що лінії напруженості орієнтовані «від плюса до мінуса», тобто саме в такому напрямку поле буде переміщати пробний позитивний заряд. Це ж напрям прийнято за нормальний в разі, коли визначають, звідки і куди тече електричний струм, який представляє собою впорядкований рух заряджених частинок.
Розглянемо електричний ланцюг, в якій необхідно забезпечити тривале існування струму, що складається з джерела і опору навантаження R (на зображенні). Помітно, що в останній струм тече в правильному напрямку, але тоді виходить, що всередині батарейки плюсові заряди повинні переміщатися «від мінуса до плюса». З цим електричне поле самостійно впоратися не може. Тому потрібні сторонні сили неелектричних походження (наприклад, хімічної природи), які здатні переносити позитивні частинки від точки з меншим потенціалом до точки з великим потенціалом. Кількісною характеристикою подібного процесу, що відбувається в джерелах живлення, є електрорушійна сила (ЕРС) - відношення роботи сторонніх сил, витраченої на переміщення електричного заряду по замкнутому контуру, до величини цього заряду. З даного визначення також стає ясно, що дана фізична величина хоч і називається силою, але вимірюється, як і різниця потенціалів, в вольтах.
Відео: Як виміряти напругу в розетці 220 Вольт мультиметром: корисне відео від Electronoff
Значення напруг і ЕРС в вольтах для різних об`єктів
- Майже будь-який знає з дитинства, що в розетці побутової електромережі напруга становить 220 В. Однак це справедливо не скрізь: в різних країнах світу стандартне значення даного показника варіюється від 110 до 240 В.
- Едс нікель-кадмиевого елемента живлення дорівнює 1,2 В, лужного елемента - 1,5 В, батарейки типу «Крона» - 9 В, напруга без навантаження на клемах акумулятора легкового автомобіля - 12 В.
- Контактна мережа наземного електротранспорту (тролейбуси, трамваї) характеризується постійною напругою 600 В- для харчування електровозів, рушійних поїзди, необхідно 3 кВ при постійному струмі або 25 кВ при змінному.
- Напруга на магістральних лініях електропередач (ЛЕП) - від 110 до 1150 кВ. Такі високі значення даного параметра обумовлені тим, що передача великих потужностей в цьому випадку супроводжується найменшими втратами.
- Напруга в розряді блискавки може становити від 107 до 109 В.
