Что такое напряжение: краткое объяснение и определение

Электричество окружает нас повсюду. Без него невозможно представить современный мир. Но мало кто задумывается, что же такое электрическое напряжение, благодаря которому работают все электроприборы. В этой статье мы разберемся, что представляет собой напряжение, объясним этот термин простыми словами и рассмотрим основные виды напряжения.

Что такое напряжение: простое объяснение

Напряжение - одна из базовых величин в электротехнике. Это физическая величина, характеризующая электрическое поле в проводнике или между проводниками.

По определению, напряжение - это работа электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки цепи в другую. Иными словами, напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле, чтобы перенести положительный заряд в 1 кулон из пункта A в пункт B.

Напряжение является причиной возникновения электрического тока в цепи. Именно благодаря разности потенциалов (напряжению) электроны начинают двигаться по проводнику, образуя электрический ток.

U = A / Q

где U - напряжение, В (вольт);
A - работа электрического поля, Дж (джоуль); Q - величина перемещаемого заряда, Кл (кулон).

Для наглядности можно провести аналогию с водой в сосудах, находящихся на разной высоте. Если соединить эти сосуды трубкой, вода потечет из более высокого сосуда в более низкий под действием силы тяжести. Чем больше будет разница высот сосудов, тем интенсивнее будет поток воды. Аналогично в электрической цепи - чем выше напряжение, тем сильнее электрический ток.

Виды электрического напряжения

Различают два основных вида электрического напряжения:

  1. Постоянное напряжение
  2. Переменное напряжение

При постоянном напряжении полярность потенциалов в цепи не меняется. Классическим примером источника постоянного напряжения является батарейка или аккумулятор. Напряжение на их выводах всегда имеет постоянную величину и направление (от "+" к "-").

Переменное напряжение периодически изменяет свою полярность. Это происходит за счет вращения катушек в электрогенераторах. Наиболее распространен переменный ток промышленной частоты 50 Гц, когда полярность меняется 50 раз в секунду.

Переменный ток может быть однофазным или трехфазным. В бытовой сети используется однофазный переменный ток. А вот для промышленных установок чаще применяют трехфазный ток, который эффективнее передает энергию.

Для описания переменного напряжения используют такие понятия как амплитудное, действующее (эффективное) и мгновенное значения:

  • Амплитудное - максимальное мгновенное значение;
  • Действующее - среднеквадратичное за период;
  • Мгновенное - текущее значение в данный момент времени.
Подробный вид сверху на промышленную электростанцию в солнечный день.

Единицы измерения напряжения

В СИ напряжение измеряется в вольтах (В).

1 В - это напряжение, при котором работа по переносу заряда в 1 Кл составляет 1 Дж.

Другие распространенные единицы напряжения:

  • 1 мВ = 0.001 В
  • 1 кВ = 1000 В
  • 1 МВ = 106 В

Напряжение бытовой электросети в России составляет 220 В. А вот для передачи электроэнергии на большие расстояния используют высоковольтные линии с напряжением в сотни киловольт.

Портрет на крупном плане рабочего-электрика в каске, проверяющего высоковольтное соединение на опоре ЛЭП во время заката.

Измерение напряжения

Для измерения напряжения в электрических цепях используется прибор, называемый вольтметр. Он позволяет определить величину электрического напряжения между двумя точками цепи.

При измерении постоянного напряжения нужно следить за правильностью подключения прибора - его плюс должен быть соединен с положительным полюсом источника напряжения, а минус - с отрицательным.

Порядок измерения напряжения с помощью вольтметра:

  1. Выбрать нужный предел измерения
  2. Подсоединить прибор параллельно участку цепи
  3. Снять показания

Типичные значения напряжений различных источников:

  • Батарейка АА - 1,5 В
  • Автомобильный аккумулятор - 12 В
  • Бытовая розетка - 220 В
  • Линия электропередач - 110 кВ

что такое напряжение и Закон Ома

Напряжение тесно связано с двумя другими важными характеристиками электрической цепи - электрическим током и сопротивлением. Их взаимозависимость описывается законом Ома:

U = I * R

где U - напряжение, В; I - сила тока, А; R - сопротивление, Ом.

Из этой формулы видно, что при постоянном напряжении сила тока зависит от величины сопротивления. Чем больше сопротивление - тем меньше ток в цепи при таком напряжении.

Для потребителя важна не только величина напряжения, но и сила тока, поскольку от этого зависит мощность by выражена формулой:

P = U * I

Распределение напряжения в электрической цепи

Как распределяется общее напряжение источника по различным участкам цепи, зависит от типа соединения.

При последовательном соединении проводников напряжение источника делится между элементами пропорционально их сопротивлениям согласно закону Ома.

А в цепи с параллельным соединением напряжение на всех участках одинаково и равно напряжению источника. Поэтому для измерения напряжения вольтметр всегда включают параллельно.

Применение напряжения различной величины

В зависимости от области применения используется напряжение различной величины:

  • Малое напряжение (до 42 В) - бытовая техника, автомобили
  • Среднее напряжение (до 10 кВ) - распределительные сети в городах
  • Высокое напряжение (десятки-сотни кВ) - магистральные ЛЭП
  • Сверхвысокое напряжение (мегавольты) - линии электропередачи на большие расстояния

Чем выше напряжение, тем меньше потери энергии при передаче. Поэтому для снижения потерь на большие расстояния целесообразно использовать именно высокое напряжение.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.