Выходное напряжение в чем измеряется
Перейти к содержимому

Выходное напряжение в чем измеряется

  • автор:

Что такое напряжение?

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое обеспечивает движение заряженных электронов (ток) через проводящий контур, позволяя им выполнять полезную работу (например, обеспечивать свечение лампочки).

В кратком виде: напряжение = давление, оно измеряется в вольтах (В). Эта единица измерения названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827 гг.), который изобрел вольтов столб, ставший предшественником современной бытовой батареи.

Ранее напряжение называлось электродвижущей силой (эдс). Поэтому в ряде уравнений, например в законе Ома, напряжение обозначается символом E.

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

Что такое напряжение? – Заголовок

  1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (переведен во включенное положение).
  2. В источнике питания образуется напряжение («разность потенциалов» между двумя полюсами батареи), создавая давление, под действием которого поток электронов движется к отрицательной клемме батареи.
  3. Ток достигает лампочки, и лампочка начинает светиться.
  4. Ток возвращается в источник питания.

Различают напряжение переменного тока и постоянного тока. Отличия заключаются в следующем:

Напряжение переменного тока (на цифровом мультиметре обозначается символом ):

Генератор

  • распространяется равномерными синусоидальными волнами, как показано ниже:
  • меняет направление с регулярными интервалами.
  • обычно вырабатывается электростанциями с помощью генераторов, которые преобразуют механическую энергию, производимую вращением под действием протекающей воды, пара, ветра или тепла, в электрическую энергию.
  • более распространено, чем напряжение постоянного тока. Электростанции подают напряжение переменного тока в организации и дома, где большинство устройств работает на напряжении переменного тока.
  • Основные источники питания различаются в зависимости от страны. Например, в США напряжение источников равно 120 В.
  • Некоторые бытовые устройства, например телевизоры и компьютеры, используют напряжение постоянного тока. Они используют выпрямители (например, массивный блок шнуре портативного компьютера), которые преобразовывают напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а также переменный ток — в постоянный.

Напряжение постоянного тока (на цифровом мультиметре обозначается символами и ):

  • распространяется по прямой и только в одном направлении.
  • обычно вырабатывается источниками накапливаемой энергии, например батареями.
  • на источниках напряжения постоянного тока есть положительная и отрицательная клеммы. Клеммы определяют полярность в цепи. По полярности можно определить, является ли данная цепь цепью постоянного или переменного тока.
  • обычно используется в портативном оборудовании с питанием от батареи (фонарики, камеры).

Что такое разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» зачастую взаимозаменяемы. Разность потенциалов правильнее назвать разностью потенциальной энергии между двумя точками цепи. Величина разности (выраженная в вольтах) определяет величину потенциальной энергии, доступной для перемещения электронов из одной точки в другую. От этой величины зависит, какая работа потенциально может быть совершена в цепи.

Например, бытовая щелочная батарея типа AA обеспечивает напряжение 1,5 В. Обычные бытовые розетки обеспечивают напряжение 120 В. Чем выше напряжение в цепи, тем выше способность приводить в движение большое количество электронов и выполнять работу.

Напряжение/разность потенциалов можно сравнить с водой в резервуаре. Чем крупнее резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, возможная развиваемая скорость), тем сильнее будет способность воды оказать воздействие при открытии клапана, когда вода начинает течь, подобно электронам.

Почему нужно измерять напряжение

В большинстве случаев при проведении проверки технические специалисты знают, как должна работать цепь.

Цепи используются для передачи энергии на нагрузку: от небольших устройств и бытовой техники до промышленных двигателей. На нагрузках часто есть паспортная табличка, на которой указаны эталонные значения стандартных электрических параметров, в том числе напряжения и силы тока. Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) всех контуров нагрузки. Стандартные значения могут содержаться в руководствах.

Благодаря этим значениям технический специалист понимает, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определять отклонения от нормы. Однако и в этом случае технический специалист должен руководствоваться знаниями и опытом для определения причин, вызывающих подобные отклонения.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Входное напряжение в чем измеряется?

Напряжение, сопротивление, ток и мощность — основные электрические величины

В электротехнике не имеет смысла говорить просто «электричество». Здесь всегда необходимо конкретизировать, о чем именно идет речь. Мы можем иметь ввиду электрический заряд конденсатора, напряжение в розетке, ток текущий по проводам, либо например мощность, которую намотал за месяц электросчетчик в нашей квартире.

В любом случае, нет такой величины как электричество, есть величина «количество электричества», правильно называемая электрическим зарядом, который измеряется в кулонах. Это электрический заряд — движется по проводам, накапливается на пластинах конденсатора, периодически присутствует на клеммах (минимум — на фазном проводе) розетки, движется в форме тока при совершении электрической сетью работы. Основные электрические величины так или иначе связаны с зарядом. Об этих величинах мы сегодня и поговорим.

Напряжение

Электрическое напряжение U измеряется между двумя точками цепи. Чтобы в замкнутой цепи начало присутствовать устойчивое переменное или постоянное напряжение, необходим источник тока, который смог бы обеспечить поддержание этого напряжения на концах цепи. Данный источник будет служить источником ЭДС — электродвижущей силы, которая так же как и напряжение измеряется в вольтах.

Если к замкнутой цепи присоединен такой источник, то, во-первых, напряжение будет присутствовать между клеммами источника, то есть на концах цепи, а во-вторых, на концах всех участков данной цепи, если ее условно поделить на части.

В каждый момент времени электрическое напряжение, действующее на том или ином участке цепи, может иметь другую величину, нежели в предыдущий момент, если цепь питается от источника переменной ЭДС, либо ту же величину, если это — источник постоянной ЭДС, а цепь, соответственно, является цепью постоянного тока.

Напряжение на концах цепи постоянного тока подобно разности высот на склоне горы, а заряд в данных условиях — словно поднятая на высоту вода, только применительно к электрическому полю эта разность называется разностью электрических потенциалов, поскольку здесь не идет речи о гравитационном поле.

Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток величиной в 1 ампер при мощности в 1 ватт, но об этом далее.

Ток

Когда на концах участка цепи (проводника) присутствует электрическое напряжение, то есть когда имеет место разность электрических потенциалов, — это значит, что в проводнике (по длине рассматриваемого участка) действует электрическое поле. Электрическое поле действует силовым образом на заряженные частицы.

В металлах, например, свободные электроны являются носителями отрицательного заряда, и могут приходить в поступательное движение, если вдруг оказываются во внешнем электрическом поле, источником которого служит в данном случае источник ЭДС. Когда электроны приходят в движение под действием электрического поля, они становятся движущимся зарядом, то есть электрическим током I.

Количество заряда измеряется в кулонах, а ток характеризует скорость перемещения заряда через поперечное сечение проводника (за единицу времени). Когда через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит электрический заряд в один кулон, ток в проводнике равен 1 амперу. В аналогии с водой — чем больше воды проходит через сечение трубы за секунду — тем больше ток.

Сопротивление

Под действием электрического напряжения, заряд движется через поперечное сечение проводника, образуя ток, но движется он не беспрепятственно. Поскольку мы начали рассматривать металлический проводник, то с ним и продолжим.

Электроны в проводнике, двигаясь под действием электрического поля, натыкаются на препятствия внутри проводника — на атомы кристаллической решетки, а также друг на друга, из-за хаотической составляющей (тепловой) движения электронов и колебаний атомов.

Эти препятствия оказывают своего рода сопротивление, замедляют электроны, уменьшают ток по сравнению с тем, до какой величины он мог бы развиться если бы этих препятствий не было. Но такого рода сопротивление R в реальных проводниках (цепях) всегда есть.

Данная величина называется в электротехнике электрическим сопротивлением. Электрическое сопротивление измеряется в омах. Один Ом равен электрическому сопротивлению участка электрической цепи, между концами которого протекает постоянный электрический ток величиной в 1 ампер при напряжении на концах 1 вольт.

Чем больше сопротивление, характеризующее данный проводник, тем меньшим будет ток при одном и том же напряжении на концах этого проводника. Данная зависимость называется законом Ома для участка электрической цепи: величина тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Мощность

Говоря об электрической цепи, напряжении, сопротивлении и токе, нельзя не завершить тему основных электрических величин рассказом об электрической мощности P. Когда под действием напряжения в цепи устанавливается и продолжает течь ток, источник ЭДС совершает работу A над цепью.

По сути, работа совершается электрическим полем над электрическим зарядом, который в этом поле перемещается. Количество совершенной работы зависит от разности потенциалов, которую преодолел заряд и от величины этого заряда. Чем быстрее выполнялась работа — тем выше мощность процесса.

В случае с током мы говорим обычно о мощности источника, выполнившего работу, а также о мощности потребителя (цепи). Электрическая мощность, потраченная на совершение полезной работы, измеряется в ваттах. Для любого вида энергии, не только для электрической, 1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль.

Единица измерения напряжения

Напряжением в электрике называется работа, которую проделывает электрополе, чтобы элементарный заряд переместился по проводнику из одного места в другое. Каждый физик и электротехник должны знать, в каких единицах измеряется напряжение, как принято его обозначать и измерять.

Как возникает напряжение

Прежде, чем рассматривать единицы измерения электрического напряжения, необходимо выяснить природу этого явления. В составе атомов любого вещества имеются ядро, несущее «плюсовой» заряд, и быстро обращающиеся вокруг электроны с «минусовым». Поскольку число быстрых частиц идентично количеству протонов ядра, в обычном состоянии атом зарядом не обладает. Но при ликвидации одного или нескольких электронов атом начнет пытаться притянуть недостающие, образуя возле себя положительное поле. Отрицательный полевой потенциал возникает при появлении добавочных электронов.

Когда плюсовой и минусовой потенциалы сталкиваются, между ними возникает двустороннее притяжение. Чем более различаются потенциалы, тем активнее содержащиеся в отрицательно заряженном материале электроны переходят к имеющему обратный знак заряду, и тем, соответственно, больше напряжение электрического поля.

Когда соединяются потенциалы противоположно заряженных проводниковых элементов, появляется электрический ток. Так называется целенаправленное перемещение заряженных частиц, пытающееся ликвидировать потенциальную разность. Чтобы заряды двигались по проводнику, электрополе выполняет работу, характеризуемую напряжением.

В чем измеряется

Как обозначается напряжение в технической документации и на графических схемах? Единица измерения напряжения именуется вольт (В) по фамилии итальянского физика А. Вольта. Один вольт можно описать как потенциальную разницу двух точек поля, в котором с целью перемещения однокулонного заряда совершается работа в 1 джоуль.

Условное обозначение напряжения на схемах имеет вид заглавной латинской буквы V – символа единицы напряжения, заключенной в круг. Иногда вместо круга используется схематичное изображение измерительного прибора – вольтметра, идентифицируемое по литере V.

Важно! Если в некоторой сети имеется напряжение 220 В, это значит, что ее электрополе может затратить 220 джоулей с целью перемещения заряженных частиц через нагрузку и цепь. Для электрических приборов номинальное напряжение полагается обозначить в паспорте. Иногда оно указывается и в составе маркировки на передней панели корпуса (например, у счетчиков электроэнергии).

От чего зависит напряжение

Фиксируемый на участке электрической цепи показатель напряжения зависит от ряда факторов, например, от подсоединенной нагрузки (сопротивления). Также оказывают влияние характеристики вещества, из которого сделан проводниковый элемент, температура окружающего воздуха и самих компонентов сети.

Эффект Джозефсона

Так называется феномен сверхпроводящего тока, проходящего через слой диэлектрического материала малой толщины, изолирующий один сверхпроводящий предмет от другого. В научной работе деятеля, чьим именем назван эффект, было высказано предположение о том, что данное явление наблюдается только при использовании супертонкого слоя (значительно уступающего длине сверхпроводящей когерентности). Более поздние опыты продемонстрировали, что оно проявляет себя и при использовании куда более толстых слоев.

Применение данного феномена позволит производить высокоточные замеры напряжения, а также магнитных полей. Последнее делается возможным в силу огромной зависимости электротока, критичного для используемого в интерферометре соединения, от внешнего магнитного поля. Когда в джозефсонском переходе поддерживается константное напряжение, он может выступать в качестве генератора электромагнитного волнового излучения. Можно организовать и установку с противоположным, поглощающим эффектом. При этом как генерация, так и прием способны функционировать в частотном диапазоне, недоступном иным средствам.

Также ведутся исследования рассматриваемого эффекта и основанных на нем явлений переноса магнитного поля для передачи и накопления данных (квантовые компьютеры). Первый экспериментальный процессор такого типа был спроектирован японскими инженерами. В 2014 году работники физфака МГУ спроектировали микросхему для компьютера с использованием свойств сверхпроводников и данного эффекта.

Действующее значение напряжения

Значение электрического потенциала, имеющегося между двумя точками электросети, может быть определено по тому, какая работа была выполнена за некоторый временной отрезок, либо по выделенному количеству теплоты. В случае переменного напряжения поступают по-другому. Поскольку его характер колебаний имеет форму синусоидальной кривой, и максимальное значение показатель принимает на пике амплитуды (а при перемещении из плюсовой зоны кривой в минусовую напряжение нулевое), для вычислений применяют усредненный показатель. Именно его называют действующим, и он может быть приравнен к такому же значению постоянного напряжения.

Он меньше максимального допустимого показателя на величину, равную корню из двух от последнего (то есть примерно в 1,4 раза). У сети, имеющей номинальное напряжение 220 В, максимум, таким образом, будет равен 311 В. Эти показатели нужно учитывать, подбирая конденсаторы, диодные компоненты и другие подобные элементы для монтажа в ту или иную систему.

Определение величины напряжения

Выполняя электромонтажные работы, специалист сталкивается с разными типами напряжения. Например, розетки в квартирах и частных домах являются источниками переменного напряжения. Оно может быть понижено или повышено трансформатором, выпрямлено специальным устройством. Измерение напряжения трения производят в лабораторных условиях электрохимическим методом. Мастеру нужно знать об особенностях измерения разных видов напряжения.

Постоянное напряжение

Его можно измерить, используя магнитоэлектрические устройства. Сейчас в продаже можно найти высокоточные приборы, оснащенные цифровым дисплеем. Проще всего непосредственно подключить устройство к участку, на котором нужно провести измерения. При этом необходимо соблюдать следующие правила:

  1. Предельное значение должно превышать предполагаемый максимум. В случае, когда измерительные работы выполняются без знания этого параметра, полагается установить максимальный предел и постепенно снижать его.
  2. Учитывать полярность подсоединения. В противном случае у стрелочного прибора указатель наклонится в противоположную сторону, у цифрового – на экране высветится отрицательное число.

Переменное напряжение

В этом случае в ход идут измерительные приборы разных видов, за исключением магнитоэлектрических. Работают с такими аппаратами только посредством подключения к выходу выпрямителя.

Требования к измерительным приборам

Разобравшись, чем обычно измеряется напряжение, нужно понять, как решать проблему несоответствия прибора основополагающему требованию: достаточно высокому пределу измерения. Способы выхода из ситуации также зависят от тока, с которым работает мастер:

  1. При работе с постоянным током можно подключить внутреннее или внешнее дополнительное сопротивление. Еще один вариант – применять несколько сопротивлений для разных значений предела. Именно на этом принципе основано действие мультиметра.
  2. В случае переменного тока также можно подключить подходящее дополнительное сопротивление. Широко используют и трансформаторы напряжения.

Важно! Вольтметр, которым проводят измерения, должен иметь как можно более высокое сопротивление и низкий ток. Это нужно для минимизации влияния устройства на электросеть и потерь в кабелях, направляющихся к нему от источника питания.

Замеры разности потенциалов играют важную роль для отладки электросхем и электросетей. От правильно проведенных измерений зависит надежность функционирования техники, для их выполнения нужно знать о единицах измерения напряжения.

Видео

Электрическое напряжение. Определение, виды, единицы измерения

Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

  1. Как возникает напряжение?
  2. В чем измеряется
  3. От чего зависит напряжение?
  4. Виды напряжения
  5. Постоянное напряжение
  6. Переменное напряжение

Как возникает напряжение?

Все вещества состоят из атомов, представляющих собой положительно заряженное ядро, вокруг которого с большой скоростью кружатся более мелкие отрицательные электроны. В общем случае атомы нейтральны, так как количество электронов совпадает с числом протонов в ядре.

Однако если некоторое количество электронов отнять из атомов, то они будут стремиться притянуть такое же их количество, формируя вокруг себя плюсовое поле. Если же добавить электронов, то возникнет их избыток, и отрицательное поле. Формируются потенциалы – положительный и отрицательный.

При их взаимодействии возникнет взаимное притяжение.

Если соединить потенциалы с различными зарядами проводников, то возникнет электрический ток – направленное движение носителей заряда, стремящееся устранить разницу потенциалов. Для перемещения по проводнику зарядов силы электрического поля совершают работу, которая и характеризуется понятием электрического напряжения.

В чем измеряется

Единицей напряжения называют вольт (В). Один Вольт выражается в разности потенциалов двух точек электрического поля, силы которого совершают работу в 1 Дж для перемещения заряда в 1 Кл из первой точки во вторую. Измеряют напряжение специальным прибором — вольтметром.

От чего зависит напряжение?

Напряжение участка цепи зависит от:

Виды напряжения

Постоянное напряжение

Напряжение в электрической сети постоянно, когда с одной ее стороны всегда положительный потенциал, а с другой – отрицательный. Электрический ток в этом случае имеет одно направление и является постоянным.

Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах.

При подключении нагрузки в цепь постоянного тока важно не перепутать контакты, иначе устройство может выйти из строя. Классическим примером источника постоянного напряжения являются батарейки. Применяют сети постоянного тока, когда не требуется передавать энергию на большие расстояния: во всех видах транспорта – от мотоциклов до космических аппаратов, в военной технике, электроэнергетике и телекоммуникациях, при аварийном электрообеспечении, в промышленности (электролиз, выплавка в дуговых электропечах и т.д.).

Переменное напряжение

Если периодически менять полярность потенциалов, либо перемещать их в пространстве, то и электрический ток устремится в обратном направлении. Количество таких изменений направления за определенное время показывает характеристика, называемая частотой. Например, стандартные 50 герц означают, что полярность напряжения в сети меняется за секунду 50 раз.

Напряжение в электрических сетях переменного тока является временной функцией.

Чаще всего используется закон синусоидальных колебаний.

Так получается за счет того, что переменный ток возникает в катушке асинхронных двигателей за счет вращения вокруг нее электромагнита. Если развернуть вращение по времени, то получается синусоида.

Переменный ток применяют при необходимости передавать энергию на значительные расстояния. В этих случаях эффективно использование трехфазных сетей: потери электроэнергии в проводах минимальны, простая электрогенерация (благодаря трехфазным электродвигателям без коллектора), выгодно экономически.

Трехфазный ток получают в трехфазных электродвигателях.

В них имеются сразу три катушки проводов, расположенных равномерно по кругу – через 120 градусов. Поэтому и синусоиды трехфазного тока отстают друг от друга на этот угол. Геомертическое представление трехфазного напряжения и тока выглядит в виде векторной диаграммы.

Что такое ток и напряжение простыми словами

Электрическое напряжение: объяснение простыми словами

Электрическим напряжением обозначается физическая величина, равная разности потенциалов между двумя точками электрического поля при перемещении единичного заряда. Для простых пользователь такое обозначение не всегда понятно. Поэтому в этой статье мы попытаемся простым, доступным языком рассказать, что собой представляет электрическое напряжение, как оно измеряется и для чего это нужно.

Что такое разность потенциалов?

Для начала проанализируем рисунок:

В первой бутылке вода находится на уровне 300 мм, а во второй – на отметке 150 мм. Разница между уровнями воды в обоих емкостях составляет 150 мм. Если рассматривать это с точки зрения науки об электричестве, это и есть разность потенциалов.

Однако, что будет, если соединить обе бутылки шлангом, а внутрь поместить обычный пластиковый шарик?

Из школьного урока физики о принципе соединяющихся сосудах знаем, что из бутылки, где уровень воды больше, жидкость постепенно перетечет в бутылку с более низким уровнем. Под воздействием потока воды шарик внутри соединяющего шланга будет перемещаться. Процесс перетекания завершится после того, как в обоих бутылках уровень жидкости уравновесится, станет одинаковым.

Иными словами, в ситуации, когда в соединенных между собой емкостях уровень жидкости станет одинаковым, результатом разности потенциалов станет ноль. Шарик останется на месте за счет электродвижущей силы, которая, по итогам эксперимента, равна нулю.

Что такое электродвижущая сила?

Аналогично напряжению, единицей измерения электродвижущей силы (ЭДС) является Вольт.

Для проведения следующего эксперимента понадобится вольтметр (прибор, измеряющий вольты) и обычная батарейка.

При исходном замере прибор покажет 1.5 В (Вольта). Однако это не является напряжением – значение указывает на величину электродвижущей силы.

На следующем этапе эксперимента к батарейке подключаются две лампочки. А напряжение измеряется в разных участках электроцепи.

Внимание следует уделить следующим показателям: напряжение для одной лампочки составляет 1 Вольт, для другой же это значение 0.3 Вольта.

Напряжение в используемых нами осветительных устройствах напрямую зависит от их мощности, измеряемой в Ваттах.

Мощность=Напряжение*ток (Р=U*I)

Из этого следует, что чем больше будет значение мощности лампы, тем большее напряжение будет на ней.

Однако, как же получается: если мощность батарейки 1.5 Вольта, к которой подключены лампочки, разделена на 1 Вольт и 0.3 Вольта, куда направились еще 0.2 Вольта? Дело в том, что каждая батарейка наделена своим внутренним сопротивлением, поэтому недостающие 0.2 Вольта были направлены именно сюда.

Резюме

Электродвижущей силой определена физическая величина, характеризующая в источниках тока работу сторонних силовых ресурсов. Посредством электродвижущей силы мы можем определять, как переносится заряд от источника тока по всей электрической цепи. Напряжение показывает этот процесс лишь на отдельном участке этой цепи. Если проще: напряжение – это внешнее силовое воздействие, способствующее перемещению шарика в шланге, соединяющим сосуды из выше приведенного примера. В электричестве напряжение обозначено силой, которая обеспечивает перемещение электронов между атомами.

Рассмотрим еще один пример

Представьте, что вам по силам будет поднять камень, вес которого составляет 40 кг. Это означает, что вы обладаете подъемной силой, равной 40 кг – в электричестве это обозначается как электродвижущая сила. Вы следуете и на своем пути вам попадается камень весом 20 кг. Вы его также берете и переносите на расстояние 10 метров. Для осуществления этого действия вам понадобилось определенное количество энергии, что в электричестве представляется как напряжение. Далее вам попадается камень весом в 30 кг. Следовательно, для его переноса из одного места в другое вам понадобится больше энергии, чем для камня, масса которого не превышала 20 кг. Однако подъемная сила (в электричестве ЭДС), независимо от веса переносимого вами камня, остается всегда одинаковой. При этом, вес камня определяет количество энергии, которая тратится на проведение этого действия (в электричестве это обозначено напряжением). Таким образом, на каждом отрезке вашего пути вы будете испытывать разное напряжение в зависимости от веса камня, который вы намерены перенести.

Ток зависит от напряжения

Исходя из приведенной формулы следует: ток является прямо пропорциональным напряжению и обратно пропорциональным сопротивлению. Иными словами, чем больше величина электрического тока, тем больше напряжение, и наоборот.

В чем измеряется напряжение

Электрический ток характеризуется такими величинами, как сила тока, напряжение и сопротивление, связанными между собой. Прежде чем рассматривать вопрос, в чем измеряется напряжение необходимо точно выяснить, что это за величина, и какова ее роль в образовании тока.

  1. Как действует напряжение
  2. Единица измерения напряжения
  3. Как измерить напряжение и ток

Как действует напряжение

Общее понятие электрического тока заключается в направленном движении заряженных частиц. Эти частицы представляют собой электроны, перемещение которых происходит под действием электрического поля. Чем больше зарядов нужно переместить, тем большая работа совершается полем. На эту работу влияет не только сила тока, но и напряжение.

Физический смысл этой величины заключается в том, что работа тока на каком-либо участке цепи соотносится с величиной заряда, который проходит по данному участку. В процессе этой работы положительный заряд перемещается из точки, где имеется небольшой потенциал, в точку с большим значением потенциала. Таким образом, напряжение определяется в виде разности потенциалов или электродвижущей силы, а сама работа является энергией.

Работа электрического тока измеряется в джоулях (Дж), а величиной электрического заряда является кулон (Кл). В результате, напряжение представляет собой отношение 1 Дж/Кл. Полученная единица напряжения называется вольтом.

Чтобы наглядно объяснить физический смысл напряжения, нужно обратиться к примеру шланга, наполненного водой. В данном случае, объем воды будет играть роль силы тока, а ее давление будет эквивалентно напряжению. При движении воды без наконечника, она свободно и в большом количестве перемещается по шлангу, создавая невысокое давление. Если же конец шланга прижать пальцем, то произойдет уменьшение объема при одновременном повышении давления воды. Сама струя будет перемещаться на значительно большее расстояние.

В электричестве получается то же самое. Сила тока определяется количеством или объемом электронов, перемещающихся по проводнику. Значение напряжения, по сути, является силой, с которой происходит проталкивание этих электронов. Отсюда следует, что при условии одинакового напряжения, проводник, проводящий большее количество тока, должен обладать и большим диаметром.

Единица измерения напряжения

Напряжение может быть постоянным или переменным, в зависимости от тока. Эта величина может обозначаться в виде буквы В (русское обозначение) или V, соответствующее международному обозначению. Для обозначения переменного напряжения применяется значок «

», который ставится перед буквой. Для постоянного напряжения существует знак «-», однако на практике он почти не применяется.

Рассматривая вопрос, в чем измеряется напряжение, следует помнить, что для этого существуют не только вольты. Большие величины измеряются в киловольтах (кВ) и мегавольтах (мВ), что означает соответственно 1 тысячу и 1 миллион вольт.

Как измерить напряжение и ток

В чем измеряется работа тока

Что такое сила тока

Что такое напряжение тока

В чем измеряется мощность электрического тока

Измерение напряжения. Виды и принцип измерений. Особенности

Измерение напряжения. Виды и принцип измерений. Особенности

Измерение напряжения на практике приходится выполнять довольно часто. Напряжение измеряют в радиотехнических, электротехнических устройствах и цепях и т.д. Вид переменного тока может быть импульсным или синусоидальным. Источниками напряжения являются химические элементы или генераторы тока.

Измерение напряжения

Напряжение импульсного тока имеет параметры амплитудного и среднего напряжения. Источниками такого напряжения могут быть импульсные генераторы. Напряжение измеряется в вольтах, имеет обозначение «В» или «V». Если напряжение переменное, то впереди ставится символ «~», для постоянного напряжения указывается символ «-». Переменное напряжение в домашней бытовой сети маркируют ~220 В.

На аккумуляторах и гальванических элементах при указании напряжения знак «-» не используют, а ставят только цифры, например, «1,5 В». На корпусе гальванического элемента обязательно присутствует обозначение «+» возле положительного полюса. В практических электротехнических измерениях применяются кратные единицы: милливольты, киловольты и т.д.

Переменное напряжение имеет полярность, которая изменяется с течением времени. В бытовой сети напряжение изменяет полярность 50 раз за секунду, что означает частоту 50 герц. Постоянное напряжение имеет неизменную полярность. Поэтому для замеров напряжений переменного и постоянного тока применяют измерительные приборы, имеющие отличие в устройстве – вольтметры. Они могут быть цифровыми или аналоговыми (стрелочные). Однако существуют универсальные приборы, которые способны измерить постоянное и переменное напряжение, не переключая режимы.

Pribory dlia izmereniia

Для начала измерений измерительный прибор соединяют параллельно с выводами источника питания или нагрузки специальными щупами.

Izmerenie napriazheniia skhema

Кроме вольтметров для измерения напряжения используют электронные осциллографы.

Ostsillografy

Это приборы, предназначенные для измерения и контроля характеристик электрических сигналов. Осциллографы работают на принципе отклонения электронного луча, который выдает изображение значений переменных величин на дисплее.

Измерение напряжения в сети переменного тока

Согласно нормативным документам величина напряжения в бытовой сети должна быть равной 220 вольт с точностью отклонений 10%, то есть напряжение может меняться в интервале 198-242 вольта. Если в вашем доме освещение стало более тусклым, лампы стали часто выходить из строя, либо бытовые устройства стали работать нестабильно, то для выяснения и устранения этих проблем для начала необходимо измерение напряжения в сети.

Перед измерением следует подготовить имеющийся измерительный прибор к работе:
  • Проверить целостность изоляции контрольных проводов со щупами и наконечниками.
  • Установить переключатель на переменное напряжение, с верхним пределом 250 вольт или выше.
  • Вставить наконечники контрольных проводов в гнезда измерительного прибора, например, мультиметра. Чтобы не ошибиться, лучше смотреть на обозначения гнезд на корпусе.
  • Включить прибор.

На мультиметре выбрана граница измерений 700 вольт. Некоторые приборы требуют для измерения напряжения устанавливать в нужное положение несколько разных переключателей: вид тока, вид измерений, а также вставить наконечники проводов в определенные гнезда. Конец черного наконечника в мультиметре воткнут в гнездо СОМ (общее гнездо), красный наконечник вставлен в гнездо с обозначением «V». Это гнездо является общим для измерения любого вида напряжения. Гнездо с маркировкой «ma» применяется для замеров небольших токов. Гнездо с обозначением «10 А» служит для измерения значительной величины тока, который может достичь 10 ампер.

Если измерять напряжение со вставленным проводом в гнездо «10 А», то прибор выйдет из строя, или сгорит предохранитель. Поэтому при выполнении измерительных работ следует быть внимательным. Наиболее часто ошибки возникают в случаях, когда сначала измеряли сопротивление, а затем, забыв переключить на другой режим, начинают измерение напряжения. При этом внутри прибора сгорает резистор, отвечающий за измерение сопротивления.

После подготовки прибора, можно начинать измерения. Если при включении мультиметра на индикаторе ничего не появляется, это означает, что элемент питания, расположенный внутри прибора, отслужил свой срок и требует замены. Чаще всего в мультиметрах стоит «Крона», выдающая напряжение 9 вольт. Срок ее службы составляет около года, в зависимости от производителя. Если мультиметром долго не пользовались, то крона все равно может быть неисправной. Если батарейка исправна, то мультиметр должен показать единицу.

Щупы проводов необходимо вставить в розетку или прикоснуться ими к оголенным проводам.

Izmerenie napriazheniia 220v

На дисплее мультиметра сразу появится величина напряжения сети в цифровом виде. На стрелочном приборе стрелка отклонится на некоторый угол. Стрелочный тестер имеет несколько градуированных шкал. Если их внимательно рассмотреть, то все становится понятным. Каждая шкала предназначена для определенных измерений: тока, напряжения или сопротивления.

Граница измерений на приборе была выставлена на 300 вольт, поэтому нужно отсчитывать по второй шкале, имеющий предел 3, при этом показания прибора необходимо умножить на 100. Шкала имеет цену деления, равной 0,1 вольта, поэтому получаем результат, изображенный на рисунке, около 235 вольт. Этот результат находится в допустимых пределах. Если при измерении показания прибора постоянно меняются, возможно, плохой контакт в соединениях электрической проводки, что может привести к искрению и неисправностям в сети.

Измерение постоянного напряжения

Источниками постоянного напряжения являются аккумуляторы, низковольтные блоки питания или батарейки, напряжение которых не более 24 вольт. Поэтому прикосновение к полюсам батарейки не опасно, и нет необходимости в специальных мерах безопасности.

Для оценки работоспособности батарейки или другого источника, необходимо измерение напряжения на его полюсах. У пальчиковых батареек полюсы питания расположены на торцах корпуса. Положительный полюс маркируется «+».

Izmerenie napriazheniia batareika

Постоянный ток измеряется аналогичным образом, как и переменный. Отличие заключается только в настройке прибора на соответствующий режим и соблюдении полярности выводов.

Напряжение батарейки обычно обозначено на корпусе. Но результат измерения еще не говорит об исправности батарейки, так как при этом измеряется электродвижущая сила батарейки. Продолжительность эксплуатации прибора, в котором будет установлен элемент питания, зависит от его емкости.

Для точной оценки работоспособности батарейки, необходимо проводить измерение напряжения при подключенной нагрузке. Для пальчиковой батарейки в качестве нагрузки подойдет обычная лампочка для фонарика на 1,5 вольта. Если напряжение при включенной лампочке снижается незначительно, то есть, не более, чем на 15%, следовательно, батарейка пригодна для работы. Если напряжение падает значительно сильнее, то такая батарейка может еще послужить только в настенных часах, которые расходуют очень мало энергии.

Похожие темы:
  • Измерение тока. Виды и приборы. Принцип измерений и особенности
  • Измерение сопротивления изоляции. Методика и приборы. Порядок
  • Ток и напряжение. Виды и правила. Работа и характеристики
  • Измерение магнитных полей. Виды и применение. Особенности
  • Электрометр. Виды и устройство. Работа и особенности

Входное и выходное напряжение

Входное напряжение (Uв) — это напряжение, которое поступает на вход преобразующего устройства. Стандартной единицей измерения этой величины принято считать вольт. Уровень входного напряжения напрямую зависит от источника. Например, в бытовой сети оно составляет 220 В, в то время как на подстанции этот показатель равен 10 кВ.

Схема передачи электроэнергии

Схема передачи электроэнергии

Как формируется входное напряжение

Входное напряжение вырабатывается различными источниками питания. Для бытовых и промышленных электросетей ими являются генераторы на электростанции. По электрическим линиям Uв поступает к потребителям.

При расчете электронных схем необходимо точно определить величину входного напряжения, иначе это может привести к перегрузке подключаемых устройств или же отсутствии питания, необходимого для их стабильной работы.

Формула напряжения зависит от его формы сигнала. Например, для синусоидального переменного напряжения формула имеет вид:

Формула напряжения

Формула напряжения

Формула переменного напряжения описывает его изменение во времени и является основой для анализа и расчета электрических цепей и устройств, работающих с переменным напряжением. Она представляет систему в идеальном состоянии. В реальных условиях работы электросети эти параметры немного искажаются.

Различия между переменным и постоянным входным напряжением

Переменное напряжение меняется по времени и имеет форму волны, которая может быть синусоидальной, квадратной или другой. Например, входное напряжение в розетке является переменным, поскольку заряд там постоянно меняется. Стандартная частота изменения данного параметра в бытовых сетях составляет 50 Гц.

Постоянное входное напряжение не изменяется со временем. Бесперебойные источники питания, аккумуляторы выдают именно такой ток. Некоторые устройства могут работать только с постоянным напряжением, в то время как другие могут работать только с переменным напряжением. Также существует электротехника, которая может работать с обоими типами напряжения.

Графики переменного и постоянного напряжений

Графики переменного и постоянного напряжений

Как входное напряжение влияет на работу электроники

Входное и выходное электрическое напряжение — два параметра, которые важны для стабильной работы электроустройств. Слишком низкое входное напряжение может привести к неполадкам и отказам в работе электронных устройств, а также к нестабильности их работы. Слишком высокое входное напряжение может привести к перегрузкам, перегревам, выходу из строя компонентов и повреждению устройства в целом.

Кроме того, различные устройства могут иметь свои особенности работы с различными формами входного напряжения (например, с постоянным или переменным напряжением, с различными частотами и формами сигналов). При проектировании и эксплуатации электроники важно учитывать параметры входного напряжения и обеспечивать соответствующие защитные меры (например, использование стабилизаторов напряжения, фильтров и т.д.), чтобы обеспечить надежную и безопасную работу устройства.

Схема преобразования напряжения

Схема преобразования напряжения

Значимость входного напряжения в электронных микросхемах

В каждом компьютере и бытовом приборе находятся электронные микросхемы. Они отвечают за разные функции, в том числе отключения и включения устройства. Правильность функционирования электронных микросхем зависит от значения напряжения на входе. Для каждого компонента определяется пороговое значение этого параметра.

Если напряжение на входе ниже требуемого уровня, то микросхема не будет работать. В случае значительного превышения рекомендуемого значения она просто расплавится. Другие параметры микросхем, на которые влияет входное напряжение:

  • Энергопотребление. Если через розетку подается более 220 В, микросхема будет использовать больше электроэнергии. Это приведет к ее перегреву и повреждению других компонентов техники.
  • Скорость работы. При недостаточно высоком напряжении производительность микросхемы падает, что приведет к проблемам со стабильным функционированием всего устройства.
  • Корректность обработки данных. Если напряжение недостаточно высокое, микросхема может неверно расшифровывать поступающие от пользователя сигналы. В итоге это приведет к тому, что техника будет работать некорректно.

Современные производители сложных, высокотехнологических устройств разработали способы дополнительной защиты микросхем от скачков тока. Если входное напряжение превышает заданный уровень, компонент автоматически отключается.

Схема подключения защитного устройства

Схема подключения защитного устройства

Как измеряется входное напряжение

Большинство параметров электрического тока измеряется мультиметром. С его помощью можно определить величину напряжения, сопротивления, силу тока, емкость конденсаторов и пр. Чтобы измерить переменное напряжение в розетке, необходимо:

  1. Выставить мультиметр в нужный режим (ACV).
  2. Указать предел измерений (750 В). На дисплее прибора отобразится указанный диапазон значений.
  3. Подключить щупы для замера параметров электрического тока.
  4. Подсоединить щупы к розетке.
  5. Дождаться появления результатов измерений.

Замер напряжения в розетке

Замер напряжения в розетке

С помощью мультиметра можно определить заряд аккумулятора или обычной батарейки. Для этого необходимо:

  1. Выставить мультиметр в режим DCV.
  2. Указать предел измерений 1000 В.
  3. Подсоединить красный щуп к плюсу, а черный к минусу.
  4. Дождаться появления на дисплее устройства результатов измерения.

Различные проблемы, связанные с входным напряжением

Входное напряжение в сети часто не соответствует установленным нормативам, т. е. оно может быть меньше или больше нужных параметров. Потребители электроэнергии косвенно влияют на это. В большинстве случаев проблема именно в подстанции или сетях, используемых для доставки электричества. Причины низкого входного напряжения:

  • Недостаточная мощность трансформатора на подстанции.
  • Непропорциональная (завышенная) нагрузка по 3 фазам.
  • Сечение ЛЭП и абонентских кабельных линий не соответствует проводимому току.
  • Ошибки монтажа в распределительном щитке.

Для определения конкретной причины несоответствия заявленных параметров тока фактическим следует пригласить специалиста из энергораспределительной компании или непосредственно от поставщика электроэнергии.

Входящее напряжение может быть повышенным из-за технологических и аварийных причин:

  • Нагрузка неравномерно распределяется между фазами. На одной фазе напряжение будет чрезмерно низким, в то время как на других начнет расти.
  • Обрыв линии электропередач или повреждение кабеля. При обрыве нейтрального провода (нуля) ток высокого напряжения попадает к обычным бытовым потребителям.
  • Целенаправленное повышение выходного напряжения на электроподстанции. Это делается для того, чтобы удаленные от ЛЭП абоненты смогли полноценно пользоваться электричеством.

Способы нормализации входного напряжения

Низкое входное напряжение можно нормализовать, подключив объект к сети через один мощный стабилизатор напряжения или же подсоединив отдельные электроприборы к локальным стабилизаторам. Эти устройства поддерживают параметры тока в заданных пределах.

Пример схемы стабилизатора

Пример схемы стабилизатора

Современные производители изготавливают стабилизаторы для однофазных и трехфазных сетей. Мощность устройств зависит от технических характеристик и бывает от 5 Вт до 10 МВт. В промышленности самыми ходовыми моделями считаются стабилизаторы на 6 МВт. Трехфазные устройства могут быть с независимой регулировкой по каждой фазе или же с настройкой среднефазного напряжения на входе.

Внешний вид одного из стабилизаторов

Внешний вид одного из стабилизаторов

Помимо стабилизаторов используют устройства защиты от перенапряжений, ограничители напряжений, реле (УЗО). Все эти приборы подключаются к сети для того, чтобы прекратить подачу электрического тока при значительном превышении предельных рабочих значений. Например, если напряжение вместо 220-230 В внезапно станет 280 В, при срабатывании защитного устройства подача электроэнергии на объект прекратится. Это сохранит подключенную к сети технику от перегрева и выгорания микросхем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *