Вольт

Что называется мощностью электрического тока

Мощность электрического тока (EP -electric power), потребляемая электрооборудованием, равна напряжению на нем, умноженному на ток, протекающий через него.


P = U*I

Данная формула показывает, в каких единицах измеряется электрическая мощность — это В⋅А.

Изменение тока

Формулировка верна для сетей постоянного тока (DC — Direct Current), а в сетях переменного тока (AC -Alternating Current) ситуация более сложна для нагрузок, которые являются реактивными. Чтобы рассчитать истинную EP, потребляемую приемником, необходимо учитывать несинусоидальные формы величин, а также углы сдвига тока опережение/запаздывание, вызванных реактивными нагрузками от присутствия в сети индуктивности (L) и конденсаторов . В таком случае истинная EP, будет меньше, чем простое произведение: U*I.

Треугольник мощности

Важно! Определение такого показателя потребуется при выборе источников питания AC, проектировании проводки и защите электрических цепей. Это вызвано тем, что, хотя кажущаяся энергия больше, чем истинная потребляемая EP, протекающий через нагрузку ток становится большим

Под него необходимо будет выбрать размеры проводов и устройства защиты оборудования электросети.

Что такое электричество.

Электричество – это совокупность физических явлений, связанных с возникновением, накоплением, взаимодействием и переносом электрического заряда. По мнению большинства историков науки, первые электрические явления были открыты древнегреческим философом Фалесом в седьмом веке до нашей эры. Фалес наблюдал действие статического электричества: притяжение к натертому шерстью янтарю легких предметов и частичек. Чтобы повторить этот опыт самостоятельно вам необходимо потереть о шерстяную или хлопковую ткань любой пластиковый предмет (например, ручку или линейку) и поднести его к мелконарезанным кусочкам бумаги.

Первой серьезной научной работой, в которой описаны исследования электрических явлений стал трактат английского ученого Уильяма Гилберта «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле» изданный в 1600 г. В этой работе автор описал результаты своих опытов с магнитами и наэлектризованными телами. Здесь же впервые упоминается термин электричество.


Исследования У. Гилберта дали серьезный толчок развитию науки об электричестве и магнетизме: за период с начала 17 до конца 19 века было проведено большое количество экспериментов и сформулированы основные законы, описывающие электромагнитные явления. А в 1897 году английский физик Джозеф Томсон открыл электрон – элементарную заряженную частицу, которая определяет электрические и магнитные свойства вещества. Электрон (на древнегреческом языке электрон – это янтарь) имеет отрицательный заряд примерно равный 1,602*10-19 Кл (Кулона) и массу равную 9,109*10-31 кг. Благодаря электронам и другим заряженным частицам происходят электрические и магнитные процессы в веществах.

В чем измеряется напряжение

Мы измеряем напряжение в единицах «Вольт», которые обычно обозначаются просто буквой «V» на чертежах и технической литературе. Часто необходимо количественно определить величину напряжения, это делается в соответствии с единицами СИ, наиболее распространенные величины напряжения, которые вы увидите:

  • мегавольт (мВ)
  • киловольт (кВ)
  • вольт (В)
  • милливольт (мВ)
  • микровольт (мкВ)

Напряжение всегда измеряется в двух точках с помощью устройства, называемого вольтметром. Вольтметры являются либо цифровыми, либо аналоговыми, причем последний является наиболее точным. Вольтметры обычно встроены в портативные цифровые мультиметровые устройства, как показано ниже, они являются распространенным и часто важным инструментом для любого электрика или инженера-электрика. Обычно вы найдете аналоговые вольтметры на старых электрических панелях, таких как распределительные щиты и генераторы, но почти все новое оборудование будет поставляться с цифровыми счетчиками в качестве стандарта.

Портативный цифровой мультиметр с функцией вольтметра

На электрических схемах вы увидите устройства вольтметра, обозначенные буквой V внутри круга, как показано ниже:

Таблица большая основных формул электричества и магнетизма

 Физические законы, формулы, переменные  Формулы электричество и магнетизм

Закон Кулона:

  • где q1 и q2 — величины точечных зарядов, 
  • ε1  — электрическая постоянная;
  • ε — диэлектрическая проницаемость изотропной среды (для вакуума ε = 1),
  • r — расстояние между зарядами.

Напряженность электрического поля, где:

 F — сила, действующая на заряд q , находящийся в данной точке поля.

Напряженность поля на расстоянии r от источника поля:
1) точечного заряда
2) бесконечно длинной заряженной нити с линейной плотностью заряда τ:
3) плоскости с поверхностной плотностью заряда σ (не зависит от расстояния):
4) между двумя разноименно заряженными плоскостями с поверхностной плотностью заряда σ (во вне такого «суперконденсатора» поле равно нулю по принцину суперпозиции):
Потенциал электрического поля: где W — потенциальная энергия заряда q .
Потенциал поля точечного заряда на расстоянии r от заряда:
По принципу суперпозиции полей,
  • Напряженность, принцип суперпозиции: 
  • Εi — напряженность и в данной точке поля, создаваемая i-м зарядом.
  • Потенциал, принцип суперпозиции:
  •  φi — потенциал в данной точке поля, создаваемый i-м зарядом.
Работа сил электрического поля по перемещению заряда q из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2 :
Связь между напряженностью и потенциалом
1) для неоднородного поля:
2) для однородного поля:
Электроемкость уединенного проводника, где φ — потенциал проводника
Электроемкость конденсатора: где U = φ1 — φ2 — напряжение.

Электроемкость плоского конденсатора, где:

S — площадь пластины (одной) конденсатора, d — расстояние между пластинами.

Энергия заряженного конденсатора:
Сила тока:
Плотность тока: где S — площадь поперечного сечения проводника.

Сопротивление проводника:

ρ — удельное сопротивление; l — длина проводника; S — площадь поперечного сечения.

Закон Ома
1) для однородного участка цепи:
2) в дифференциальной форме:

3) для участка цепи, содержащего ЭДС, где:

ε — ЭДС источника тока,    R и r — внешнее и внутреннее сопротивления цепи;

4) для замкнутой цепи:
Закон Джоуля-Ленца
 1) для однородного участка цепи постоянного тока:     где Q — количество тепла, выделяющееся в проводнике с током,     t — время прохождения тока;
 2) для однородного участка цепи постоянного тока:
Мощность тока:

Связь магнитной индукции и напряженности магнитного поля: где

B — вектор магнитной индукции, μ v магнитная проницаемость изотропной среды, (для вакуума μ = 1), µ — магнитная постоянная , H — напряженность магнитного поля.

Магнитная индукция (индукция магнитного поля):
 1) в центре кругового тока      где R — радиус кругового тока,
 2) поля бесконечно длинного прямого тока      где r — кратчайшее расстояние до оси проводника;
 3) поля, созданного отрезком проводника с током     где α1 и α2 — углы между отрезком проводника и линией, соединяющей концы отрезка и точкой поля;
4) поля бесконечно длинного соленоида      где n — число витков на единицу длины соленоида.
Сила Лоренца: по модулю где F — сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле, v — скорость заряда q, α — угол между векторами v и B.
Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток через площадку S):

 1) для однородного магнитного поля ,     где α — угол между вектором B и нормалью к площадке,


 2) для неоднородного поля

Потокосцепление (полный поток): где N — число витков катушки.
Закон Фарадея-Ленца: где ε— ЭДС индукции.
ЭДС самоиндукции: где L — индуктивность контура.
Индуктивность соленоида: где n — число витков на единицу длины соленоида, V — объем соленоида.
Энергия магнитного поля:

Заряд, протекающий по замкнутому контуру при изменении магнитного потока через контур, где:

 ΔΦ = Φ2 – Φ1 — изменение магнитного потока, R — сопротивление контура.

Работа по перемещению замкнутого контура с током I в магнитном поле:

Определение на основе эффекта Джозефсона

Матрица из джозефсоновских контактов, разработанная Национальным институтом стандартов для воспроизведения стандартного вольта.

С 1990 года вольт стандартизирован посредством измерения с использованием нестационарного эффекта Джозефсона, при котором для привязки к эталону используется константа Джозефсона, зафиксированная 18-й Генеральной конференцией по мерам и весам как:

KJ−90=2eh={\displaystyle K_{J-90}={\frac {2e}{h}}=} 0,4835979 ГГц/мкВ,

где e — элементарный заряд, h — постоянная Планка

Этим методом величина вольта однозначно связывается с эталоном частоты, задаваемым цезиевыми часами: при облучении матрицы, состоящей из нескольких тысяч джозефсоновских переходов, микроволновым излучением на частотах от 10 ГГц до 80 ГГц, возникает вполне определённое электрическое напряжение, с помощью которого калибруются вольтметры. Эксперименты показали, что этот метод нечувствителен к конкретной реализации установки и не требует введения поправочных коэффициентов.

Подводим ИТОГИ:

Что такое электродвижущая сила (ЭДС)- это физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил в источниках тока (батарейки, генераторы и т.д). ЭДС показывает нам работу источника тока по переносу заряду через всю цепь.

А напряжение показывает нам работу по переносу заряда на участке цепи.

Что такое напряжение простыми словами — это  внешняя сила, которая перемещает  наш с вами шарик в показанном примере выше.

А в электричестве — это сила, которая перемещает электроны от одного атома к другому.

Приведу ещё один пример, что такое электрическое напряжение :

Представьте, что вы можете поднять камень весом 50 кг, т.е Ваша подъёмная сила равна 50 кг (в электричестве это электродвижущая сила). Идетё вы и на пути у вас лежит камень массой 20 кг, вы берёте его и несёте 10 метров. Вы затратили определённую энергию по переносу этого камня  (в электричестве это — напряжение). Следующий камень уже весит 40 кг и чтобы его перенести из одной точки в другую вы затратите больше энергии, чем затратили по переносу камня весом 20 кг. Подъёмная сила (в электричестве-это ЭДС) у Вас всегда одна, но в зависимости от веса камня вы всегда тратите разное количество энергии (в электричестве — это напряжение). Т.е. на каждом отрезке пути у Вас разное напряжение.

Надеюсь вы поняли, что такое электрическое напряжение!


С этим читают