Электрическое напряжение

Возьмём металлический проводник и подсоединим его к источнику электрического тока. Источник электрического тока создаст на одном конце проводника заряды положительного знака, а на другом – заряды отрицательного знака (рис.4.10). В проводнике возникнет электрический ток, то есть свободные электроны начнут направленно двигаться в сторону положительно заряженного конца проводника. Каждый электрон, придя на положительно заряженный конец проводника, нейтрализует один положительный заряд. Постепенно все положительные заряды могут нейтрализоваться пришедшими электронами, и ток прекратится. Чтобы это не произошло, сторонние силы источника F_ст будут переносить электроны, пришедшие на положительно заряженный конец проводника, на отрицательно заряженный конец проводника. При этом сторонние силы источника F_ст совершают работу по преодолению сил отталкивания F_от зарядов одного знака (в данном случае электронов).

Для характеристики явления электрического тока введена физическая величина, называемая напряжением.

Определение: напряжение – это физическая величина, численно равная отношению работы, которую совершают сторонние силы источника по перенесению зарядов против сил электрического поля, к величине этих зарядов.

Определяющая формула:

,

где U – напряжение на зажимах проводника, В;

А – работы, которую совершают сторонние силы источника по перенесению зарядов против сил электрического поля, Дж;

q – величина переносимых зарядов, Кл.

Единицей напряжения является вольт (В):

.

Величина напряжения, приложенного к проводнику, который выполнен из одинакового материала и имеет по всей длине одинаковое сечение, равномерно распределяется по всей его длине.

Пример 4.4 Сторонние силы источника совершают работу 10000 Дж по перенесению зарядов с одного конца проводника на другой против сил электрического поля. При этом переносится электрический заряд величиной 100 Кл. Определить напряжение на зажимах проводника.

Решение.

1. Составляем условие в основных единицах:

А = 10000 Дж

q = 100 Кл

U– ?

2. Напряжение на зажимах проводника находим, используя определяющую формулу:

,

.

3. Подставляем значения физических величин и находим напряжение на зажимах проводника:

, .

Напряжение измеряется электроизмерительным прибором – вольтметром, который включается параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение (рис.4.11). На данном рисунке вольтметр обозначен буквой V.

Пример 4.5 Для измерения напряжения на зажимах лампы накаливания (рис.1.22) использован вольтметр со следующими техническими данными: максимальное напряжение, которое может измерить вольтметр, составляет 300 В. Шкала амперметра имеет 150 делений. При измерении напряжения стрелка отклонилась на 40 делений. Определить измеренное напряжение.

Решение.

1. Составляем условие в основных единицах:

U_max = 300 В

n_max = 150 делений

n_изм. = 40 делений

U– ?

2. Цену одного деления шкалы вольтметра определяем по формуле:

,

где ц_д – цена деления шкалы вольтметра, В/дел.;

U_max – максимальное напряжение, которое может измерить вольтметр, В;

n_max – число делений шкалы вольтметра, дел.

.

3. Подставляем значения физических величин и находим цену деления шкалы вольтметра:

, .

4. Измеренное напряжение определяем по формуле:

,

где n_изм – число делений шкалы вольтметра, на которое отклонилась стрелка при измерении, дел.

5. Подставляем значения указанных величин и находим измеренное напряжение:

, .

Таким образом, даём общую характеристику физической величине – электрическому напряжению.

Введена для энергетической характеристики явления электрического тока.

Определение: электрическое напряжение – это физическая величина, численно равная отношению работы, которую совершают сторонние силы источника по перенесению зарядов против сил электрического поля, к величине этих зарядов.

Определяющая формула:

,

где U – напряжение на зажимах проводника, В;

А – работы, которую совершают сторонние силы источника по перенесению зарядов против сил электрического поля, Дж;

q – величина переносимых зарядов, Кл.

Буквенное обозначение – U.

Единица – В (вольт).

Величина – скалярная.

Определяется – расчётом или измерением с помощью вольтметра.

Таблица 4.10

№ п/п	Вопрос, задание	Номер правильного ответа
1	Что нужно для того, чтобы электрический ток в проводнике не прекращался?
2	Какую работу совершают сторонние силы источника тока?
3	Что такое напряжение на зажимах проводника?
4	Запишите определяющую формулу напряжения.
5	Что является единицей напряжения?
6	Сторонние силы источника совершают работу 20000 Дж по перенесению зарядов с одного конца проводника на другой против сил электрического поля. При этом переносится электрический заряд величиной 100 Кл. Определить величину напряжения на зажимах проводника (в вольтах).
7	Каким электроизмерительным прибором измеряется напряжение?
8	Как подключается вольтметр к участку цепи, на котором требуется измерить напряжение?
9	Для измерения напряжения на зажимах лампы накаливания (рис.4.11) использован вольтметр со следующими техническими данными: максимальное напряжение, которое может измерить вольтметр, составляет 200 В. Шкала амперметра имеет 100 делений. При измерении напряжения стрелка отклонилась на 80 делений. Определить величину измеренного напряжения (в вольтах).

нечёт. – чёт. = 21.

Таблица 4.11а

Номер правильного ответа	Правильный ответ
1	200.
2	.
3	Параллельно.
4	Необходимо, чтобы сторонние силы источника Fст переносили электроны, пришедшие на положительно заряженный конец проводника, на отрицательно заряженный конец проводника.
5	160.
6	По перенесению зарядов против сил электрического поля.
7	Физическая величина, численно равная отношению работы, которую совершают сторонние силы источника по перенесению зарядов против сил электрического поля, к величине этих зарядов.
8	Вольт.
9	Вольтметром.