Напряжение это разность: Напряжение. Разность потенциалов. Эдс

Электрическое напряжение. Разность потенциалов. Напряжение тока. « ЭлектроХобби

Пожалуй, одним из самых часто употребляемых выражений у электриков, является понятие электрическое напряжение. Его так же называют разность потенциалов и не совсем верное словосочетание, такое как напряжение тока, ну смысл у названий по сути общий. А что на самом деле обозначает это понятие? Пожалуй, для начала приведу книжную формулировку: электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля зарядов при передачи пробного заряда из точки 1 в точку 2. Ну а простыми словами говоря, это объясняется так.

Напомню Вам, что заряды бывают двух видов, это положительные со знаком «+» и отрицательные со знаком «-». Большинство из нас в детстве игрались с магнитиками, которые были честно добыты из очередной сломанной машинки с электромоторчиком, где они и стояли. Так вот когда мы пытались приблизить эти самые магниты друг к другу, то в одном случае они притягивались, а если развернуть один из них наоборот, то соответственно отталкивались.

Это происходило, потому что у любого магнита существует два полюса, это южный и северный. В том случае, когда полюса одинаковые, то магнитики будут отталкиваться, ну а когда разноименные, притягиваться. То же самое происходит и с электрическими зарядами, причем сила взаимодействия зависит от количества и разноимённости этих заряженных частиц. Проще говоря, чем на одном предмете больше «плюса», а на другом соответственно «минуса», тем сильнее они будут притягиваться друг к другу. Либо наоборот, отталкиваться при одинаковом заряде (+ и + или — и -).

Теперь представим, что у нас есть два небольших железных шарика. Если мысленно заглянуть в них, можно увидеть огромное множество маленьких частичек, которые расположены друг от друга на не большом расстоянии и неспособны к свободному передвижению, это ядра нашего вещества. Вокруг этих частичек с невероятно большой скоростью вращаются более мелкие частички, под названием электроны. Они могут оторваться от одних ядер и присоединятся к другим, тем самым путешествуя по всему железному шарику. В случае, когда количество электронов соответствует количеству протонов в ядре, шарики электрически нейтральны.

А вот если каким-то образом забрать некоторое количество, такой шарик будет стремиться притянуть к себе это самое, недостающее количество электронов, тем самым образуя вокруг себя положительное поле со знаком «+». Чем больше не хватает электронов, тем сильней будет это положительное поле. В соседнем шарике сделаем на оборот и добавим лишних электронов. В итоге получим избыток и соответственно такое же электрическое поле, но со знаком «-».

В результате получим два потенциала, один из которых жаждет получить электроны, ну а второй от них избавится. В шаре с избытком возникает теснота и эти частицы, вокруг которых существует  поле, толкаются и выталкивают друг друга из шара. А там где их недостаток, соответственно происходит что-то наподобие вакуума, который пытается втянуть в себя эти

электроны. Это наглядный пример разности потенциалов и не что иное как напряжение между ними. Но, стоит только эти железные шары соединить между собой, как произойдёт обмен и напряжение пропадёт, поскольку образуется нейтральность.

Грубо говоря, эта сила стремления заряженных частиц, перейти от более заряженных частей к менее заряженным между двумя точками и будет разностью потенциалов. Давайте мысленно представим провода, которые подключены к батарейке от обычного карманного фонарика. В самой батарейке происходит химическая реакция, в результате которой возникает избыток электронов («-»), внутри батареи они выталкиваются на отрицательную клемму. Эти электроны стремятся, вернутся на своё место, откуда их до этого и вытолкали.

Внутри батареи у них не получается, значит остаётся ждать момента, когда им сделают мостик в виде электрического проводника и по которому они быстро перебегут на плюсовую клемму батареи, куда их притягивает. А пока мостика нет, то и будет желание перейти в виде этого самого

электрического напряжения или разности потенциалов (напряжение тока).

Приведу некоторый аналогичный пример на ином представлении. Имеется обычный водопроводный кран с водой. Кран закрыт и, следовательно, вода не пойдёт из него, но внутри вода всё равно есть и более того, она там находится под некоторым давлением, она из-за этого давления стремится вырваться наружу, но ей мешает закрытый кран. И как только Вы повернёте ручку краника, вода тут же побежит. Так вот это давление и можно приблизительно сравнить с напряжением, а воду с заряженными частицами. Сам поток воды будет в данном примере выступать как электрический ток в самих проводах, а закрытый краник в роли электрического выключателя. Этот пример я привел только лишь для наглядности, и он не является полной аналогией!

Как ни странно, но люди не тесно связанные с профессией электрика, довольно часто называют электрическое напряжение , выражением напряжение тока и это является неправильной формулировкой, поскольку напряжение, как мы выяснили это разность потенциалов электрических зарядов, а ток, это сам поток этих заряженных частиц. И получается что, произнося напряжение тока в итоге небольшое несоответствие самого понятия.

Напряжение, так же как и все иные величины, имеет свою единицу измерения. Она измеряется в Вольтах. Это те самые вольты, которые пишутся на устройствах и источниках питания. Например, в обычной домашней розетки 220 В, или купленная вами батарейка с напряжением 1.5 В. В общем, думаю, вы поняли в общих чертах, что же такое это самое электрическое напряжение. В этой статье я основывался лишь на простом понимании этого термина и не вдавался в глубины формулировок и формул, чтобы не усложнять понимание. На самом деле эту тему можно гораздо шире изучить, но это уже зависит от Вас и Вашего желания.

P.S. Будьте внимательны при работе с электричеством, высокое напряжение опасно для жизни.

Электрическое напряжение или разность потенциалов

Под напряжением понимают разность потенциалов между точками участка электрической цепи. 

Напряжение – это энергия, которая затрачивается на перемещение единичного положительного заряда из точки a в точку b. Это скалярная физическая величина. Единица измерения — Вольт (В).

Другое определение понятия «напряжение» — это энергия, которую заряд тратит в потребителе, численно равная разности потенциалов на зажимах потребителя.

 

Считается, что электрический ток всегда течёт от более высокого потенциала к более низкому. Следовательно, на участке ((φаb) величина падения напряжения (IR) или (φаb +IR), откуда (φаb=Uab=IR)). Данная выкладка соответствует участку без источника ЭДС. Напряжение чаще всего называют падением напряжения. Его направление совпадает с направление протекания тока.

 

С учетом ЭДС напряжение Uac равно φac. Выражая φb через φс получаем:

φb= φс-E,

φab+IR= φc-E+IR,

откуда Uab= φa— φc=IR-E.

В случае изменения напряжения, ЭДС

φb= φс+E;

φa= φb+IR= φc+E+IR;

откуда φa— φc=IR+E=Uac (Bольт).

По выбранному направлению тока Uca= φc— φa= -Uac= -( φac)= φc— φa.

Следовательно, изменение чередования индексов равносильно изменению знака.

 

В общем случае Uac=Σ(IkRk)+ΣEk, где со знаком плюс в первую сумму входят IR, совпадающие с выбранным направлением. С минусом, если не совпадают.

Во вторую сумму ЭДС входят с минусом, если их направление совпадает с выбранным направлением, а с плюсом наоборот.

Урок 27. напряжённость и потенциал электростатического поля. разность потенциалов — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 27. Напряжённость и потенциал электростатического поля. Разность потенциалов

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Теория дальнодействия;

2) Теория близкодействия;

3) Электрическое поле;

4) Скорость электрического поля;

5) Напряжённость электрического поля;

6) Однородное и неоднородное электрическое поле;

7) Принцип суперпозиции полей;

8) Диэлектрическая проницаемость;

9) Электростатическая защита

10) Работа электрического поля;

11) Потенциал и разность потенциалов.

Глоссарий по теме:

Напряжённость отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду.

Потенциал точки электростатического поля -отношение потенциальной энергии заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду.

Напряжение – разность потенциалов.

Потенциальное поле – поле, работа которого по перемещению заряда по замкнутой траектории всегда равна нулю.

Напряжённость направлена в сторону убывания потенциала.

Эквипотенциальные поверхности – поверхности равного потенциала.

Свободные зарядызаряженные частицы, способные свободно перемещаться в проводнике под влиянием электрического поля.

Электростатическая индукция – явление разделения зарядов и их распределение по поверхности проводника во внешнем электрическом поле.

Основная и дополнительная литература

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 290 – 320.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 9 – 11 класс. М. Дрофа, 1999 – С. 93 — 102

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создаёт в окружающем пространстве электрическое поле.

Электрическое поле — это особый вид материи, посредством которой происходит взаимодействие зарядов. Скорость распространения электрического поля в вакууме равна 300000 км/с.

Напряжённость Е — силовая характеристика электрического поля.

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках, называется однородным. Поле между параллельными пластинами однородно

Главное свойство электрического поля – это действие его на электрические заряды с некоторой силой.

Напряжённость-это отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля точечный заряд, к этому заряду.

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают поля, напряжённости которых Е1, Е2, то результирующая напряжённость поля в этой точке равна геометрической сумме напряжённостей этих полей. В этом состоит принцип суперпозиции полей.

Заряд, помещенный в электрическое поле обладает потенциальной энергией.

Потенциалом φ точки электростатического поля называют отношение потенциальной энергии Wn заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду q.

Напряжение – это работа, совершаемая полем при перемещении заряда 1Кл.

Примеры и разбор решения заданий

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

ФОРМУЛЫ

Напряженность

Потенциал

Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле

Разность потенциалов

qΕd

Решение: вспомнив формулы величин, можем установить:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ

ФОРМУЛЫ

Напряженность

Потенциал

Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле

qΕd

Разность потенциалов

2. В однородном электрическом поле напряжённостью 1 В/м переместили заряд -25 нКл в направлении силовой линии на 2 см. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии заряда и напряжение между начальной и конечной точками перемещения.

Решение.

Работа электрического поля при перемещении заряда вдоль силовой линии:

ΔA = — qΕΔd,

при этом изменение потенциальной энергии равно:

Напряжение между начальной и конечной точками перемещения равно:

Вычисления:

ΔA = -25 · 10-9 Kл · 103 B/м · 0,02 м = -0,5 мкДж;

Ответ:

1.4. Электрическое напряжение. Разность электрических потенциалов

Если частица с зарядом q переносится в электрическом поле вдоль некоторого пути, то действующие на нее силы поля совершают работу. Отношение этой работы к переносимому заряду представляет физическую величину, называемую электрическим напряжением. При перемещении частицы по пути dl (рис. 1.1) силы поля совершают работу

Через обозначен вектор, равный по величине элементу пути dl и направленный по касательной к пути в сторону перемещения заряженной частицы. Угол a есть угол между векторами и.

Работа, совершаемая силами поля при перемещении частицы вдоль всего пути от точки А до точки В (рис. 1.1), равна

Она пропорциональна линейному интегралу напряженности поля вдоль заданного пути. Этот линейный интеграл равен электрическому напряжению вдоль заданного пути от А до В. Принято обозначать напряжение буквой u.

Таким образом,

Следовательно,

Таким образом, электрическое напряжение представляет собой физическую величину, характеризующую электрическое поле вдоль рассматриваемого пути и равную линейному интегралу напряженности электрического поля вдоль этого пути.

Единицей напряжения является вольт (В).

Из сказанного вытекает, что значение напряженности электрического поля равно падению напряжения, отнесенного к единице длины линии напряженности поля.

Рассмотрим теперь величины, именуемые электрическим потенциалом и разностью электрических потенциалов.

В электростатическом поле линейный интеграл напряженности поля по любому замкнутому контуру равен нулю:

(1.3)

или в дифференциальной форме

,

(1.4)

где l – контур интегрирования. Величина, стоящая в левой части последнего уравнения называется вихрем или ротором.

Это важное свойство электростатического поля вытекает из принципа сохранения энергии.

Условие (1.3) или (1.4) говорит о том, что в электростатическом поле линейный интеграл от вектора напряженности поля, взятый от любой точки А до любой точки В, не зависит от выбора пути интегрирования и полностью определяется в заданном поле положением точек А и В. Это обстоятельство позволяет ввести понятие о потенциале электростатического поля. Потенциал электростатического поля в точке А определяется как линейный интеграл вектора , взятый от точки А до некоторой точки Р

.

(1.5)

Потенциал в точке Р равен нулю.

Линейный интеграл вектора напряженности поля вдоль некоторого пути от точки А до точки В есть разность потенциалов в точках А и В:

.

(1.6)

Электрическое напряжение и потенциал

А В

В поле заряда Q поместим пробный заряд q. Под действием электрического поля Q, q начнет двигаться от точки А до бесконечности, значит электрическое поле совершает работу, то есть обладает энергией. Энергетическими характеристиками поля является потенциал и напряжение.

Электрические потенциал — это работа совершаемая силами поля по перемещению единичного заряда из одной точки поля в бесконечность.

φ— потенциал измеряется в вольтах (В)

Запишем потенциал точек А и В ;.

Электрическое напряжение— это работа, совершаемая силами поля по перемещению единичного заряда из одной точки поля в другую.

[U]=В ;

напряжение между двумя точками есть разность потенциалов этих точек

Потенциал Земли равен 0.

Электрический ток

Электрический ток — это направленное движение зарядов под действием электрического поля.

Чтобы ток шел нужно иметь замкнутую цепь, состоящую из источника и приемника электрической энергии и соединительных проводов. За направление тока принимаем направление движение положительного заряда. Поэтому во внешней цепи ток направлен от зажима «+» к зажиму «-», а внутри источника наоборот.

[I]=A

1 мА=10-3А

1мкА=10-6А

Сила тока — количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за 1с.

; ; Ток равен скорости изменения зарядасимвол производной.

При прохождении тока проводник нагревается и совершается работа.

; [А]= Дж

[Р]= Вт — мощность — это работа в единицу времени.

1 мВт =10-3Вт

1 мкВт =10-6Вт

1 кВт =103Вт

Тестовые задания:

Задание

Варианты ответов

1.Является ли электрический потенциал энергетической характеристикой электрического поля?

Да;

Нет.

Понятие об источниках

Источник- это устройство, которое выдает в цепь электрическую энергию.

Различают источники напряжения и источники тока.

Источник напряжения — это источник, ЭДС которого не зависит от сопротивления нагрузки.

Е— ЭДС;

Ri-внутреннее сопротивление источника.

Схемное изображение

источника напряжения

Источник тока- это источник, ток которого не зависит от сопротивления нагрузки.

— ток источника тока

Схемное изображение

источника тока

Источниками тока являются электронные лампы, транзисторы. Чтобы получить источник тока на практике надо к источнику напряжения подключить очень большое внутреннее сопротивление.

При расчетах возникает необходимость преобразовать источник тока в источник напряжений и наоборот.

Рис. Схема с источником напряжения

Чтобы получить схему с эквивалентным источником тока надо ток источника тока рассчитать по формуле: и внутреннее сопротивление источника напряжения, включенного последовательно, включить к источнику тока параллельно.

Рис. Эквивалентная схема с источником тока.

Параметры электрических сигналов

Сигналы бывают периодическими и непериодическими. Периодические повторяются через определенные промежутки времени. Непериодические возникают один раз и больше не повторяются.

1 Мгновенным называется значение сигнала в любой момент времени u, i, e;

2 Максимальными называется наибольшее из мгновенных значений Um, Im, Em;

3 Размах— это разность между максимальным и минимальным значением сигнала Up, Ip, Ep,

4 Период — это наименьший промежуток времени. через который, значение переменной повторяется [T]=с;

5 Циклическая частота — это количество колебаний переменной за 1 с.

[f]=Гц

1кГц=103Гц

1МГц=106Гц

Сигналы различной формы

1 Сигнал не изменяющийся во времени — это постоянное напряжение или ток.

2 Сигнал гармонической формы изменяется по закону sin или cos

3 Сигнал треугольной формы.

4 Сигнал пилообразной формы.

5 Сигнал прямоугольной формы (биполярный импульс)

6 Однополярный импульс

tu— длительность импульса

скважность— отношение периода к длительности импульса

7 Сигнал на выходе однополупериодного выпрямителя

8 Сигнал на выходе двухполупериодного выпрямителя

Тестовые задания:

Задание

Варианты ответов

1Является ли скважность понятием, которое характеризует гармонический сигнал?

Да;

Нет.

2 Укажите какой отрезок на временной диаграмме соответствует размаху сигнала?

Задание

Виды сигналов

Временные диаграммы

4.Укажите какие временные диаграммы соответствуют перечисленным видам сигналов.

  1. однополярный импульс;

  2. гармонический сигнал;

  3. сигнал пилообразной формы;

  4. сигнал треугольной формы.

ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Резистивное сопротивление — это участок цепи, в которой происходит процесс необратимого преобразования электрической энергии в тепловую.

[R]=Ом

1кОм=103 Ом

1МОм=106 Ом

Элемент, который обладает электрическим сопротивлением, называется резистор

,

где ρ— удельное сопротивление

l— длина проводника.

S— площадь поперечного сечения

Электрическая проводимость- это способность тела проводить электрический ток.

[G]= См (Сименс)

Индуктивность- это способность тела накапливать энергию магнитного поля.

[L]=Гн (Генри)

1мГн= 10-3Гн

1мкГн= 10-6Гн

Формула индуктивности , где;- потокосцепление катушки

Ф— магнитный поток, N— число витков катушки

Элемент который обладает индуктивностью, называется катушка индуктивности.

Для тороидальной катушки запишем расчетную формулу ее индуктивности

lср— длина средней магнитной силовой линии

— магнитная постоянная, μ— относительная магнитная проницаемость.

Запишем формулу энергии магнитного поля .

Емкость- это способность тела накапливать энергию электрического поля

[C]— Ф (фарад)

С— электрическая емкость.

1мкФ=10-6 Ф

1нФ=10-9Ф

1пФ=10-12 Ф

Элемент обладающий емкостью называют конденсатором. Конденсатор — это две металлические пластины, разделенные слоем диэлектрика.

Формула емкости плоского конденсатора

ε0— электрическая постоянная, ε0= 8,85·10-12Ф/м

ε— относительная диэлектрическая проницаемость

d— расстояние между пластинами

S— площадь одной пластины

Запишем формулу энергии электрического поля

Тестовые задания:

Задание

Варианты ответов

2.Укажите какие из приведенных математических выражений соответствуют понятию индуктивность.

а) ; б); в); г); д);

3.Выберите из перечисленных величин величины, соответстствующие 25мкФ.

а) 25·10-6 Ф; б) 25·106 Ф;

в) 25·103 нФ; г) 25·106 пФ;

д) 25·10-9 нФ; е) 25·10-12 пФ.

Нахождение разности потенциалов. Электрическое напряжение. Разность потенциалов. Напряжение тока

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем. Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно. При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность , где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.

Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

В заряженном проводнике все точки на его поверхности обладают одинаковым потенциалом. То же значение имеется и во внутренних точках проводника.

Проводники, имеющие различные потенциалы, соединенные между собой с помощью металлической проволоки. На ее концах появляется напряжение или разность потенциалов, поэтому вдоль всей проволоки наблюдается действие электрического поля. Свободные электроны начинают двигаться в направлении увеличения потенциала, что вызывает появление электрического тока.

Падение потенциала вдоль проводника

Разностью потенциалов между точками 1 и 2 называется работа, совершаемая силами поля при перемещении единичного положительного заряда по произвольному пути из точки 1 в точку 2. для потенциальных полей эта работа не зависит от формы пути, а определяется только положениями начальной и конечной точек

потенциал определен с точностью до аддитивной постоянной. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда q по произвольному пути из начальной точки 1 в конечную точку 2 определяется выражением

Практической единицей потенциала является вольт. Вольт есть разность потенциалов между такими точками, когда при перемещении одного кулона электричества из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в один джоуль.

1 и 2 — бесконечно близкие точки, расположенные на оси х, так что Х2 — х1 = dx.

Работа при перемещении единицы заряда из точки 1 в точку 2 будет Ех dx. Та же работа равна . Приравнивая оба выражения, получим


— градиент скаляра


Градиент функцииесть вектор, направленный в сторону максимального возрастания этой функции, а его длина равна производной функциив том же направлении. Геометрический смысл градиента– эквипотенциальные поверхности (поверхности равного потенциала) поверхность, на которой потенциал остается постоянным.

13 Потенциал зарядов

Потенциал поля точечного заряда q в однородном диэлектрике .

— электрическое смещение точечного заряда в однородном диэлектрикеD –вектор электрической индукции или электрического смещения



В качестве постоянной интегрирования следует взять нуль, чтобы при потенциал обратился в ноль, тогда

Потенциал поля системы точечных зарядов в однородном диэлектрике.

Используя принцип суперпозии получаем:


Потенциал непрерывно распределенных электрических зарядов.

элементы объема и заряженных поверхностей с центрами в точке

В случае если диэлектрик неоднороден, то интегрирование надо распространить и на поляризационные заряды. Включение таких

зарядов автоматически учитывает влияние среды, и величину вводить не надо

14 Электрическое поле в веществе

Электрическое поле в веществе. Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля и внутреннего поля, создаваемого заряженными частицами вещества. Вещество многообразно по своим электрическим свойствам. Наиболее широкие классы вещества составляют проводники и диэлектрики. Проводник — это тело или материал, в котором электрические заряды начинают перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому эти заряды называют свободными. В металлах свободными зарядами являются электроны, в растворах и расплавах солей (кислот и щелочей) — ионы. Диэлектрик — это тело или материал, в котором под действием сколь угодно больших сил заряды смещаются лишь на малое, не превышающее размеров атома расстояние относительно своего положения равновесия. Такие заряды называются связанными. Свободные и связанные заряды. СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ 1) избыточные электрич. заряды, сообщённые проводящему или непроводящему телу и вызывающие нарушение его электронейтральности. 2) Электрич. заряды носителей тока. 3) положит. электрич. заряды атомных остатков в металлах. СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ Электрич. заряды частиц, входящих в состав атомов и молекул диэлектрика, а также заряды ионов в кристаллич. диэлектриках с ионной решёткой.

Тема: что такое электрическое напряжение тока и разность потенциалов.

Пожалуй, одним из самых часто употребляемых выражений у электриков, является понятие электрическое напряжение. Его так же называют разность потенциалов и не совсем верное словосочетание, такое как напряжение тока, ну смысл у названий по сути общий. А что на самом деле обозначает это понятие? Пожалуй, для начала приведу книжную формулировку: электрическое напряжение — это отношение работы электрического поля зарядов при передачи пробного заряда из точки 1 в точку 2 . Ну а простыми словами говоря, это объясняется так.

Напомню Вам, что заряды бывают двух видов, это положительные со знаком «+» и отрицательные со знаком «-». Большинство из нас в детстве игрались с магнитиками, которые были честно добыты из очередной сломаной машинки с электромоторчиком, где они и стояли. Так вот когда мы пытались приблизить эти самые магниты друг к другу, то в одном случае они притягивались, а если развернуть один из них наоборот, то соответственно отталкивались.

Это происходило, потому что у любого магнита существует два полюса, это южный и северный. В том случае, когда полюса одинаковые, то магнитики будут отталкиваться, ну а когда разноименные, притягиваться. То же самое происходит и с электрическими зарядами, причем сила взаимодействия зависит от количества и разноимённости этих заряженных частиц. Проще говоря, чем на одном предмете больше «плюса», а на другом соответственно «минуса», тем сильнее они будут притягиваться друг к другу. Либо наоборот, отталкиваться при одинаковом заряде (+ и + или — и -).

Теперь представим, что у нас есть два небольших железных шарика. Если мысленно заглянуть в них, можно увидеть огромное множество маленьких частичек, которые расположены друг от друга на не большом расстоянии и неспособны к свободному передвижению, это ядра нашего вещества. Вокруг этих частичек с невероятно большой скоростью вращаются более мелкие частички, под названием электроны . Они могут оторваться от одних ядер и присоединятся к другим, тем самым путешествуя по всему железному шарику. В случае, когда количество электронов соответствует количеству протонов в ядре, шарики электрически нейтральны.

А вот если каким-то образом забрать некоторое количество, такой шарик будет стремиться притянуть к себе это самое, недостающее количество электронов, тем самым образуя вокруг себя положительное поле со знаком «+». Чем больше не хватает электронов, тем сильней будет это положительное поле . В соседнем шарике сделаем на оборот и добавим лишних электронов. В итоге получим избыток и соответственно такое же электрическое поле , но со знаком «-».

В результате получим два потенциала, один из которых жаждет получить электроны, ну а второй от них избавится. В шаре с избытком возникает теснота и эти частицы, вокруг которых существует поле, толкаются и выталкивают друг друга из шара. А там где их недостаток, соответственно происходит что-то наподобие вакуума, который пытается втянуть в себя эти электроны . Это наглядный пример разности потенциалов и не что иное как напряжение между ними. Но, стоит только эти железные шары соединить между собой, как произойдёт обмен и напряжение пропадёт, поскольку образуется нейтральность.

Грубо говоря, эта сила стремления заряженных частиц, перейти от более заряженных частей к менее заряженным между двумя точками и будет разностью потенциалов. Давайте мысленно представим провода, которые подключены к батарейке от обычного карманного фонарика. В самой батарейке происходит химическая реакция, в результате которой возникает избыток электронов («-»), внутри батареи они выталкиваются на отрицательную клемму. Эти электроны стремятся, вернутся на своё место, откуда их до этого и вытолкали.

Внутри батареи у них не получается, значит остаётся ждать момента, когда им сделают мостик в виде электрического проводника и по которому они быстро перебегут на плюсовую клемму батареи, куда их притягивает. А пока мостика нет, то и будет желание перейти в виде этого самого электрического напряжения или разности потенциалов (напряжение тока).

Приведу некоторый аналогичный пример на ином представлении. Имеется обычный водопроводный кран с водой. Кран закрыт и, следовательно, вода не пойдёт из него, но внутри вода всё равно есть и более того, она там находится под некоторым давлением, она из-за этого давления стремится вырваться наружу, но ей мешает закрытый кран. И как только Вы повернёте ручку краника, вода тут же побежит. Так вот это давление и можно приблизительно сравнить с напряжением, а воду с заряженными частицами. Сам поток воды будет в данном примере выступать как электрический ток в самих проводах, а закрытый краник в роли электрического выключателя. Этот пример я привел только лишь для наглядности, и он не является полной аналогией!

Как ни странно, но люди не тесно связанные с профессией электрика, довольно часто называют электрическое напряжение , выражениемнапряжение тока и это является неправильной формулировкой, поскольку напряжение, как мы выяснили это разность потенциалов электрических зарядов, а ток, это сам поток этих заряженных частиц. И получается что, произнося напряжение тока в итоге небольшое несоответствие самого понятия.

Напряжение , так же как и все иные величины, имеет свою единицу измерения. Она измеряется в Вольтах. Это те самые вольты, которые пишутся на устройствах и источниках питания. Например, в обычной домашней розетки 220 В, или купленная вами батарейка с напряжением 1.5 В. В общем, думаю, вы поняли в общих чертах, что же такое это самое электрическое напряжение. В этой статье я основывался лишь на простом понимании этого термина и не вдавался в глубины формулировок и формул, чтобы не усложнять понимание. На самом деле эту тему можно гораздо шире изучить, но это уже зависит от Вас и Вашего желания.

P.S. Будьте внимательны при работе с электричеством, высокое напряжение опасно для жизни.

Разность потенциалов между двумя точками в схеме представляет со­бой разность их напряжений (относительно общей точки, обычно зе­мли). Например, разность потенциалов между точками А и В на рис. 1.8 VAВ = (VA — VВ), где VA — напряжение в точке А и VВ — напряжение в точке В. Напряжения Уд и Уд измеряются относительно провода Е, име­ющего нулевой потенциал. Напряжение в любой точке электрической схемы измеряется относительно нулевого провода, корпуса или земли.

Например, если VA = 5 В и VВ = 3 В, то VAВ = VA — VВ = 5 — 3 = 2 В (рис. 1.9(а)).

Напряжения могут отличаться по знаку — быть отрицательными и по­ложительными. Разность потенциалов между двумя точками, имеющими напряжения с противоположными знаками, равна сумме этих напряже­ний.

Например, если VС = 3 В, а VD = -2 В, то V = VС + VD = 3 + 2 = 5 В (рис. 1.9(б)).

Итак, если два напряжения имеют одинаковую полярность, или оди­наковые знаки, то разность потенциалов между ними равна их разности. Если же напряжения имеют разные знаки, то разность потенциалов ме­жду ними равна их сумме.

Рис. 1.9. Наглядное представление напряжений с разными знаками относи­тельно линии нулевого потенциала

Параллельное соединение резисторов

На рис. 1.10 изображены два резистора, R1 и R2 соединенные парал­лельно. Ток I от батареи разветвляется в точке А на ток I1, протека­ющий через сопротивление R1, и ток I2, протекающий через сопротив­ление R2. В точке В эти токи складываются и образуют полный ток I = I1 + I2.

Рис. 1.10.

С другой стороны, к каждому резистору приложено полное напряже­ние V, т. е.

Полное напряжение V = напряжению на R1

Напряжению на R2.

Общее сопротивление

Общее сопротивление (R) двух резисторов, соединенных параллельно, определяется формулой:

Заметим, что общее сопротивление двух параллельных резисторов всегда меньше, чем сопротивление меньшего из них. Общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов, имеющих одинаковое сопротивле­ние, равно половине сопротивления одного из них.

Параллельное соединение трех и более резисторов

В общем случае общее сопротивление произвольного числа резисторов, соединенных параллельно, можно определить по формуле выше.

Пример 4

Определить общее сопротивление схемы, изображенной на рис. 1.11(а).

Решение

R1 и R2 соединены последовательно и их общее сопротивление RТ1 = R1 + R2 = 6 + 8 = 14 Ом.

Теперь, после замены резисторов R1 и R2 их общим сопротивлением RТ1, (схема на рис. 1.11(б)), резистор R3 оказался включенным параллельно с RТ1, равным ему по величине. Следовательно, их общее сопротивление RТ2 вполовину меньше каждого из них. Теперь схема примет вид, как показано на рис. 1.11(в), где RТ2 = 7 Ом и соединено последовательно с R4. Отсюда общее сопротивление схемы между точками А и В равно RТ2 + R4 = 7 + 3 = 10 Ом

Рис. 1.11

Для того чтобы дать более глубокое определение уже знакомой нам по восьмому классу физической величине, вспомним определение потенциала точки поля и как просчитать работу электрического поля.

Потенциал, как мы помним, это отношение потенциальной энергии заряда, помещенного в некую точку поля, к величине этого заряда, или же это работа, которую выполнит поле, если поместить в эту точку единичный положительный заряд.

Здесь — потенциальная энергия заряда; — величина заряда. Как мы помним из механики для подсчета выполненной работы поля над зарядом: .

Распишем теперь потенциальную энергию, используя определение потенциала: . И выполним некоторые алгебраические преобразования:

Таким образом, получаем, что .

Для удобства введем особую величину обозначающую разность под скобками: .

Определение: напряжение (разность потенциалов) — отношение работы, выполняемой полем при переносе заряда из начальной точки в конечную, к величине этого заряда.

Единица измерения — В — вольт:
.

Особое внимание стоит обратить на то, что, в отличие от стандартного понятия в физике разности (алгебраическая разность некоторой величины в конечный момент и той же величины в начальный момент), для нахождения разности потенциалов (напряжения) следует от начального потенциала отнять конечный.

Для получения формулы этой связи мы, как и на прошлом уроке, для простоты воспользуемся случаем однородного поля, создаваемого двумя заряженными разноименно пластинками (см. рис. 1).

Рис.1. Пример однородного поля

Векторы напряженности в этом случае всех точек поля между пластинами имеет одно направление и один модуль. Теперь же если вблизи положительной пластины поместить положительный заряд, то под действием кулоновской силы он, естественно, переместится в сторону отрицательной пластины. Таким образом, поле совершит некоторую работу над этим зарядом. Запишем определение механической работы: . Здесь — модуль силы; — модуль перемещения; — угол между векторами силы и перемещения.

В нашем случае векторы силы и перемещения сонаправлены (положительный заряд отталкивается от положительного и притягивается к отрицательному), поэтому угол равен нулю, а косинус — единице: .

Распишем силу через напряженность, а модуль перемещения обозначим как d — расстояние между двумя точками — началом и концом движения: .

В то же время . Приравняв правые части равенств, мы получим искомую связь:

Отсюда следует, что напряженность также может измеряться в .

Отойдя от нашей модели однородного поля, особое внимание следует уделить неоднородному полю, которое создается заряженным металлическим шаром. Из экспериментов доступен тот факт, что потенциал любой точки внутри или на поверхности шара (полого или сплошного) не меняет своего значения, а именно:
.

Здесь — электростатический коэффициент; — полный заряд шара; — радиус шара.

Эта же формула справедлива и для расчета потенциала поля точечного заряда на расстоянии от этого заряда.

Энергия взаимодействия двух зарядов

Как определить энергию взаимодействия двух заряженных тел, находящихся на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 2).


Рис. 2. Взаимодействие двух тел, расположенных на некотором расстоянии r

Для этого представим всю ситуацию: как будто тело 2 находится во внешнем поле тела 1. Соответственно, теперь энергию взаимодействия можно назвать потенциальной энергией заряда 2 во внешнем поле, формулу для которой мы знаем: .

Теперь, зная характер внешнего поля (поле точечного заряда), нам известна формула для подсчета потенциала в точке на определенном расстоянии от источника поля:
.

Подставим второе выражение в первое и получим окончательный результат:
.

Если бы мы изначально представили, что это заряд 1 находится во внешнем поле заряда 2, то, конечно же, результат не поменялся бы.

В электростатике интересно выделить все точки пространства, имеющие одинаковый потенциал. Такие точки образуют собой определенные поверхности, которые названы эквипотенциальными.

Определение: эквипотенциальные поверхности — поверхности, у каждой точки которых одинаковый потенциал. Если нарисовать такие поверхности и нарисовать силовые линии напряженности этого же электрического поля, то можно заметить, что эквипотенциальные поверхности всегда перпендикулярны силовым линиям, и, кроме того, силовые линии всегда направлены в сторону уменьшения потенциала (см. рис. 3).


Рис. 3. Примеры эквипотенциальных поверхностей

Еще один важный факт об эквипотенциальных поверхностях: исходя из определения, разность потенциалов между любыми точками на такой поверхности равна нулю (потенциалы равны), а значит, работа поля по перемещению заряда из одной точки эквипотенциальной поверхности в другую также равна нулю.

На следующем уроке мы более подробно рассмотрим поле двух заряженных пластин, а именно: прибор конденсатор и его свойства.

1) Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) М.: Мнемозина. 2012 г.

2) Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. М.: Илекса. 2005 г.

3) Касьянов В.А. Физика 10 класс. М.: Дрофа. 2010 г.

1) Интернет-сайт «Физикон» ()

Домашнее задание

1) Стр. 95: № 732 — 736. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. М.: Дрофа 2013 г. ()

2) В точке с потенциалом 300 В заряженное тело имеет потенциальную энергию -0,6 мкДж. Какой заряд тела?

3) Какую кинетическую энергию получил электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов 2 кВ?

4) По какой траектории следует перемещать заряд в электрическом поле, чтобы работа его была минимальной?

5) *Нарисуйте эквипотенциальные поверхности поля, создаваемого двумя разноимёнными зарядами.

Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение

К оглавлению…

Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю.

Свойство потенциальности (независимости работы от формы траектории) электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. А физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля. В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала (а значит и разности потенциалов, т.е. напряжения) является вольт [В]. Потенциал — скалярная величина.

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за опорную точку, где значения потенциальной энергии и потенциала обращаются в ноль, удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом: потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Вспомнив формулу для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов и разделив ее на величину одного из зарядов в соответствии с определением потенциала получим, что потенциал φ поля точечного заряда Q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляется следующим образом:



Потенциал рассчитанный по этой формуле может быть положительным и отрицательным в зависимости от знака заряда создавшего его. Эта же формула выражает потенциал поля однородно заряженного шара (или сферы) при rR (снаружи от шара или сферы), где R – радиус шара, а расстояние r отсчитывается от центра шара.

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используютэквипотенциальные поверхности. Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала. Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы.

Электрическое напряжение это просто разность потенциалов, т.е. определение электрического напряжения может быть задано формулой:

В однородном электрическом поле существует связь между напряженностью поля и напряжением:

Работа электрического поля может быть вычислена как разность начальной и конечной потенциальной энергии системы зарядов:

Работа электрического поля в общем случае может быть вычислена также и по одной из формул:

В однородном поле при перемещении заряда вдоль его силовых линий работа поля может быть также рассчитана по следующей формуле:

В этих формулах:

· φ – потенциал электрического поля.

· ∆φ – разность потенциалов.

· W – потенциальная энергия заряда во внешнем электрическом поле.

· A – работа электрического поля по перемещению заряда (зарядов).

· q – заряд, который перемещают во внешнем электрическом поле.

· U – напряжение.

· E – напряженность электрического поля.

· d или ∆l – расстояние на которое перемещают заряд вдоль силовых линий.

Во всех предыдущих формулах речь шла именно о работе электростатического поля, но если в задаче говорится, что «работу надо совершить», или идет речь о «работе внешних сил», то эту работу следует считать так же, как и работу поля, но с противоположным знаком.


Разница между напряжением и ЭДС?

Фундаментальная разница между ЭДС и напряжением?

Что такое напряжение?

Количество энергии, необходимое для перемещения единичного заряда из одной точки в другую, называется напряжением. Другими словами, напряжение определяется как разность электрических потенциалов. Он представлен символом заглавной буквы «V» и измерен в вольтах, обозначенных буквой «V» и измеренных вольтметром.

  • Один вольт – это разница электрического положения, равная одному амперу тока, который рассеивает один ватт мощности между двумя проводящими точками.

или

  • Вольт — это разность потенциалов, которая перемещает один джоуль энергии на кулоновый заряд между двумя точками.

В = J/C = W/A … в вольтах

Где:

  • В = напряжение в вольтах
  • Дж = энергия в джоулях
  • C = заряд в Колумбусе
  • Вт = работа в джоулях
  • А = ток в амперах

Что такое ЭДС?

ЭДС или электродвижущая сила — это подача энергии на заряд аккумуляторной батареи.Другими словами, ЭДС создает и поддерживает напряжение внутри активной ячейки и поставляет энергию в джоулях на каждую единицу кулоновского заряда. Он представлен «ε», а единица измерения такая же, как и напряжение, т.е. вольт.

ЭДС — это максимальная разность потенциалов между двумя точками батареи, когда от источника не течет ток в случае разомкнутой цепи. Короче говоря, ЭДС является причиной, а напряжение или разность потенциалов — следствием.

E или ε = W/Q … в вольтах

Где:

  • E или ε = энергия электродвижущей силы в вольтах
  • Вт = работа в джоулях
  • Q = заряд в Колумбусе

Связанная запись: Разница между реальной и виртуальной землей

Таблица сравнения напряжения и ЭДС.
Характеристики Напряжение ЭМП
Символ В E или ε
Определение Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками, которая вызывает протекание тока. Это количество энергии на единицу заряда при перемещении между двумя точками. ЭДС или электродвижущая сила – это количество энергии, подводимой к заряду аккумуляторной ячейкой.Он создает напряжение внутри активных аккумуляторных источников и поставляет энергию в джоулях на каждый кулон заряда.
Выражение Разность потенциалов или напряжение вызывает протекание тока между двумя точками. ЭДС поддерживает разность потенциалов между двумя электродами.
Формулы В = ИК

Где

В = напряжение в вольтах

I = ток в амперах

R = сопротивление в Омах

Е = И(Р + г)

Э = В/К

Где:

E или ε = ЭДС в вольтах

Вт = энергия выполненной работы в Джоулях

Q = заряд в кулонах

r = внутреннее сопротивление элемента батареи в омах

Выполненные работы Работа, совершаемая при перемещении заряда из одной точки в другую по проводнику. В источнике работа внешних сил по перемещению заряда из одной точки в другую.
Источники Электрическое поле и магнитное поле. Активные устройства, такие как аккумуляторные батареи, солнечные элементы, трансформаторы, электрические генераторы и динамо-машины, фотодиоды и т. д.
Интенсивность Интенсивность напряжения ниже ЭДС и непостоянна. ЭМП имеет постоянную интенсивность с большей величиной.
Сопротивление Напряжение зависит от сопротивления цепи. ЭДС не зависит от сопротивления цепи.
Силовая операция Напряжение — это операция некулоновской силы. ЭДС — действие кулоновской силы.
Причина/Следствие Напряжение – это эффект ЭДС. ЭДС является причиной напряжения.
Измерение Напряжение можно измерить между любыми двумя точками. Его можно измерить вольтметром. ЭДС можно измерить между концевыми выводами, когда через них не протекает ток.Его можно измерить с помощью измерителя ЭДС.

Основные различия между ЭДС и напряжением

Ниже приведены основные различия между напряжением и ЭДС.

  • Название ЭДС на первый взгляд подразумевает, что это сила, которая заставляет течь ток. Но это неверно, потому что это не сила, а энергия, подаваемая для зарядки каким-либо активным устройством, например батареей.
  • ЭДС поддерживает разность потенциалов (PD или напряжение), в то время как разность потенциалов вызывает протекание тока.
  • Когда мы говорим, что ЭДС устройства (например, ячейки) составляет 2 В, это означает, что устройство отдает энергию в 2 Дж на каждый кулон заряда. Когда мы говорим, что разность потенциалов между точками А и В цепи (предположим, что точка А имеет более высокий потенциал) составляет 2 В, это означает, что каждый кулон заряда отдает энергию в 2 джоуля при перемещении из точки А в точку В.

Похожие сообщения:

разность напряжений в предложении

Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете.Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Кембриджского словаря, издательства Кембриджского университета или его лицензиаров.

Большое напряжение разность постепенно создает токопроводящий путь утечки через поверхность материала, образуя науглероженную дорожку.

Из

Википедия