При выполнении электромонтажных работ на разных объектах столкнулся с тем, что многие не понимают азы электротехники – путают или неправильно определяют понятия напряжения, силы тока, сопротивления. Поэтому каждый раз приходится объяснять элементарные вещи. В этом обзоре, решил рассказать, в чем измеряется напряжение, что это вообще такое и от чего зависит, а также какие методы расчета и способы его измерения бывают.
Напряжение – что это такое, единица измерения, от чего зависит
С точки зрения научной терминологии, напряжением называется работа электрического поля по заданному перемещению заряженных частиц на определенном участке электропроводящего материала. Если явление представить с физической стороны, то получится следующее:
- В обычном состоянии атомы вещества находится в нейтральном состоянии – так как количество протонов равно числу электронов.
- Если некоторую часть электронов оторвать, возникнет положительно заряженная область в одной точке, и отрицательный заряд из электронов – в другом.
- Таким образом, между участками образуется разность «+» и «-» – потенциал.
- При соединении областей проводников возникнет ток – электроны потекут туда, где их не хватает, от места, где их избыточно.
Сила, действующая между разноименными зарядами, называется электродвижущей – она же разность потенциалов, или напряжение.
Чтобы было более понятно, представим водонапорную башню до верха заполненную водой. Давление, создаваемое между верхней и нижней точкой, это и есть разность потенциалов. Пока вентиль закрыт, течения нет, но потенциал есть – а как только его открыть, сразу же появится напор.
Аналогичным образом создается ток в электропроводнике. Ток возникает, когда замыкаются разнозаряженные участки. При этом направленность всегда одна – от плюсового контакта к минусовому.
Единица измерения, зависимость от других параметров
Измеряется напряжение электрического тока в вольтах (В), а также его больших или меньших производных – 1000 вольт или 1 киловольт (кВ), 0,001 В или 1 милливольт (мВ) и т. д. Официально обозначается символом – U. При этом согласно научному определению, величина 1 В задается как работа в 1 Дж, затрачиваемая на перемещение заряда в 1 кулон.
Помимо напряжения, в электротехнике часто используются следующие зависимые друг от друга величины:
- Сила тока.
- Сопротивление.
- Мощность.
Связаны эти параметры закономерностью Ома:
U = I × R
I – сила электротока, в амперах,
R – сопротивление, в омах.
Мощность потребления (Р) определяется как произведение электронапряжения и силы тока:
Р = U × I
Измеряется ее величина в ваттах.
Как напряжение, так и сопротивление – величины, обозначающие физические явления между двумя точками цепи или на конкретном участке. Поэтому и обозначаются они соответствующим образом.
Методы расчета
На практике редко приходилось именно вычислять величину напряжения цепи – чаще всего она просто замеряется вольтметров или универсальным измерительным прибором. Но иногда все же приходится делать некоторые расчеты. Тогда применяется известная формула Ома.
Например, представим ситуацию:
- В цепи есть светильник сопротивлением 10 Ом.
- Известно, что сила тока в сети составляет 3 А.
- Требуется рассчитать потенциал батареи, от которой питается лампа.
- Подставив значения в формулу, получим = 10 × 3 = 30 В.
Аналогичным образом можно определить любой из 3-х параметров, зная 2 других.
Способы измерения
С практической точки зрения важно знать не только что такое напряжение, но и чем оно измеряется. В большинстве случаев величина разности потенциалов определяется с помощью вольтметра с соответствующим пределом измерений.
При этом в зависимости от типа электрического тока есть следующие нюансы процедуры замера:
- Постоянный.
Применяется вольтметр или мультиметр с соблюдением таких правил:
- Перед началом работы переключатель чувствительности прибора устанавливается на нужный предел в разделе для постоянного тока – DC.
- Если значение разности потенциала не известно даже приблизительно, прибор настраивается на максимальную величину, а затем по мере замера переключается на нижние границы.
- Контакты измерителя подключаются к электроцепи в соответствии с полярностью. В противном случае, на аналоговой модели стрелка отклонится в обратную сторону, а на цифровой – измеряемой значение будет со знаком «-».
Современные цифровые приборы с дисплеем удобнее, лучше, понятнее и быстрее в управлении. Кроме того, они более точны, чем аналоговые модели, но при этом и дороже их.
- Переменный.
В принципе правила и порядок действий при измерении в сети переменного тока такой же, за несколькими исключениями:
- Прибор переводится в режим измерения переменного электричества – АС.
- Щупы подключаются к контактам в произвольной последовательности.
Переменный ток отличается от постоянного сменой полярности или направления движения. В стандартной бытовой сети это происходит 50 раз в секунду – отсюда и его частота 50 Гц.
Мультиметр без проблем определяет разность потенциалов в заданном диапазоне значений. Конечно, далеко не всегда он может оказаться под рукой. Поэтому если у вас есть простой вольтметр, сделать замер разности потенциалов все же можно с применением следующих ухищрений:
- В сети постоянного тока для измерений в определенном диапазоне величин потребуется подключить к схеме дополнительное наружное или внутреннее сопротивление.
- Если предстоит серия замеров в цепях с разными границами величины потенциала, лучше заранее изготовить соответствующий набор сопротивлений.
- В сети переменного электротока также применяется добавочное сопротивление. Как вариант, возможно подключение через трансформатор.
Переменный ток применяется повсеместно для оснащения различных объектов на большом расстоянии – от промышленности до частных домов. Постоянный используется для питания оборудования, когда путь передачи от источника до потребителя минимален. Более того, в быту большая часть электрооборудования подключается от сети через выпрямитель.
Видео-урок о том, что такое напряжение и в чем оно измеряется:
Коротко о главном
Напряжение определяется как работа электрического поля по передвижению заряда между точками с избыточным и недостаточным его значением. Электрический ток возникает при соединении контактов разной полярности. При этом электроток течет от «+» к «-».
Измеряется напряжение в вольтах, и зависит от таких главных параметров электроцепи, как сила тока, сопротивление и мощность. Вычисляется величина разности потенциала по закону Ома.
Чтобы замерить электронапряжение в сети, применяется вольтметр или универсальный измерительный прибор – мультиметр. При выполнении процедуры следует учитывать специфику настройки измерителя и особенности типа цепи – постоянной или переменной.
Напишите в комментариях, были ли случаи, когда приходилось измерять или вычислять напряжение в цепи?
