Електрична напруга

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Класична електродинаміка
VFPt Solenoid correct2.svg
Електрика · Магнетизм

Напруга (U) на ділянці електричного кола — це різниця потенціалів між двома точками електричного поля яка чисельно дорівнює відношенню роботи, котру треба виконати для переміщення заряду з однієї точки поля в іншу точку, до величини цього заряду.

Напруга в системі SI вимірюється у вольтах (B).

U=Wст/Q, де Wст — робота сторонніх сил по переміщенню заряду, Q- одиниця заряду U=φ12, де φ12- різниця потенціалів

Із закону Ома для неповного кола: U=I·R, де I-струм, R-опір провідника

Для вимірювання напруги, можуть використовуватися прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

Напруга може являти собою або джерело енергії (електрорушійну силу), або втрачену, використану чи збережену енергію (спад напруги).

Подібність з гідравлікою[ред. | ред. код]

Простою аналогією для електричного кола є вода, яка тече в замкненому контурі трубопроводу, що керується механічним насосом. Це можна назвати «водним колом». Різниця потенціалів між двома точками, відповідає різниці тисків між ними. Якщо насос створює різницю тисків між двома точками, то вода, що тече з однієї точки до іншої, зможе виконувати роботу, наприклад, керувати турбіною. Подібним чином, робота може бути виконана електричним струмом, який створюється різницею потенціалів, що забезпечується акумулятором. Наприклад, напруга, надана достатньо зарядженою автомобільною батареєю, може «штовхати» великий струм крізь обмотки стартерного двигуна автомобіля. Якщо насос не працює, він не виробляє різниці тисків, отже турбіна не обертається. Точно так само, якщо акумулятор автомобіля є дуже слабким або «мертвим», то він не зможе увімкнути стартер.

Гідравлічна аналогія, є корисним способом розуміння багатьох електричних понять. У такій системі робота, проведена для пересування води, дорівнює тиску, помноженому на обсяг переміщеної води. Аналогічно, в електричній схемі робота, проведена для переміщення електронів або інших носіїв заряду, дорівнює «електричному тиску», помноженому на кількість електричних зарядів, котрі пересуваються. Що стосується «потоку», то чим більше «відмінність тисків» між двома точками (різниця потенціалів або різниця тисків води), тим більший потік між ними (електричний струм або течія води).

Одиниця вимірювання[ред. | ред. код]

Вольт (символ: укр. В, англ. V) - похідна одиниця для електричного потенціалу, електричної різниці потенціалів та електрорушійної сили. Назву Вольт прийнято на честь італійського фізика Алессандро Вольта (1745-1827), який винайшов «вольтову купу», можливо, й першу хімічну батарею.

Рівні напруги[ред. | ред. код]

У різних напрямках діяльності людини використовуються різні стандартні рівні напруги. Часто це визначається традиційним для даної галузі значенням, як, наприклад, 12 В для звичайного автомобільного акумулятора або використання в побутовій електромережі. В Україні побутова електромережа має напругу 220 В змінного струму.

Високовольтні електричні мережі.[ред. | ред. код]

Побутові рівні напруги та частоти у світі

Потужність електричної енергії, насамперед, дорівнює напрузі, помноженій на струм, тож чим вище електрична напруга в мережі, тим менший потрібен струм (отже нижчі втрати електроенергії), досить тонших дротів ЛЕП або жил кабелю (заощадження кольорових металів), для передавання певної електричної потужності на великі відстані.

Стандартними для України є 0.4, 6, 10, 35, 110, 150[1], 220[1], 330, 400[1], 500[1], 750 кВ змінної напруги та 800 кВ постійної напруги (± 400 кВ).

У Російській Федерації стандартними є напруги 0.4, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 230, 330, 500, 750, 1150 кВ змінної напруги та 400 і 800 кВ постійної напруги.

У США — 33, 115, 138, 161, 230, 345, 500 кВ змінної напруги

У Європі — 33, 132, 150, 220, 300—330, 380—400, 500, 750 кВ змінної напруги. В деяких країнах використовуються нестандартні рівні, наприклад 275 кВ у Великій Британії або 450 кВ для міждержавних ліній, що пов'язують скандинавські країни з континентальною Європою.

Загалом, головною причиною відмінних стандартних рівнів напруги в окремих країнах, є різний ступінь її збільшення, з розвитком електротехніки при початковій ізольованості енергосистем. Слід зазначити, що зважаючи на сумісну дію багатьох електричних систем та досить великий час їх роботи, можливе використання у певних регіонах класів напруги притаманних сусіднім системам. Як приклади, в Україні, можна навести Донецьку та Закарпатську області.

Найбільш поширеною побутовою напругою у Світі є 230 В. Разом з тим, у Північній Америці, Тайвані та окремих частинах Південної Америки, використовується напруга 120 В або міжфазна 240В.

Автомобільні системи[ред. | ред. код]

У всіх легкових автомобілях цивільного призначення, використовуються акумулятори з номінальною постійною напругою 12 В. Для військових модифікацій автомобілів та вантажівок, деяких літальних апаратів, номінальною є напруга 24 В, якої досягають послідовним з'єднанням двох звичайних акумуляторів. Характерним прикладом, є автомобіль Хаммер H1 у якого дві 12-вольтові батареї, приєднано до бортової мережі паралельно, для отримання більшої ємності, на відміну від військового HMMWV, де дві батареї з'єднані послідовно, для забезпечення подвоєної напруги — 24 вольти.[джерело?]

Однією з можливих причин використання 12-вольтової мережі, є досліди з першими автомобільними акумуляторами, які показали, що у разі застосування кислотних акумуляторів, економічно найбільш вигідно використання акумуляторів напругою 12 В з 6 банками, залитими кислотним електролітом.[джерело?]

Висока напруга[ред. | ред. код]

Міжнародна електротехнічна комісія та ряд національних і міжнародних стандартів (IET, IEEE, VDE тощо) визначають високу напругу, як ту що є вище 1000 В для змінного струму, і принаймні 1500 В для постійного струму, і відрізняють її від низької напруги (50-1000 В змінного струму або 120—1500 В постійного) і занизької напруги (<50 В змінного струму або <120 В постійного). Цей поділ використовується задля створення нормативних документів на проводку і безпеку електрообладнання.

Прискорювальна напруга для телевізійної електронно-променевої трубки, може бути описана як надвисока напруга або англ. extra-high tension (EHT), порівняно з іншими напругами живлення. Цей тип живлення коливається від > 5 кВ до 27 кВ.

Додатки[ред. | ред. код]

Зазвичай термін «напруга» використовується для опису падіння напруги на електричному пристрої (наприклад як резистор). Падіння напруги на пристрої можна визначити як різницю між вимірами на кожному виводі пристрою, відносно загальної опорної точки (або землі). Падіння напруги — це різниця між двома показаннями. Дві точки в електричному коліі, які з'єднано зразковим провідником без опору і котрі не перебувають всередині змінного магнітного поля, матимуть нульову напругу. Будь-які дві точки з однаковим потенціалом може бути з'єднано провідником, і між ними не протікатиме струм. Коли мова йде про змінний струм (AC), існує різниця між миттєвою напругою і середнім значенням напруги.

Мультиметр налаштований на вимірювання напруги

Вимірювальні прилади[ред. | ред. код]

Приладами для вимірювання напруги, є: вольтметр, потенціометр і осцилограф. Відповідно до закону Ома,

вольтметр працює завдяки вимірюванню падіння напруги на одиниці опору. Потенціометр діє за способом порівняння у мостовому колі, невідомої (вимірюваної) напруги з відомою (зразковою) напругою. Катодно-променевий осцилограф вимірює завдяки посиленню напруги і використанню її для відхилення електронного променя від прямої лінії, тобто відхилення променя пропорційне напрузі.

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. а б в г Мережі вказаних напруг мають обмежене використання. Мережі напругою 150 кВ — поблизу Дніпровської ГЕС; 220 кВ — Кримська та Західна енергосистеми; 400 кВ — зв'язок ОЕС України з електричними мережами Європи; 500 кВ — зв'язок ОЕС України з ЕЕС Росії.

Джерела[ред. | ред. код]

  • Кучерук І. М., Горбачук І. Т., Луцик П. П. Загальний курс фізики : навч. посібник у 3-х т. — Київ : Техніка, 2006. — Т. 2 : Електрика і магнетизм.
  • Сивухин Л. В. (1977). Общий курс физики. Том III. Электричество. Москва: Наука. 
  • Будіщев М. С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка. Підручник. — Львів: Афіша, 2001. — 424 с.
  • ДСТУ 2843-94. Електротехніка. Основні поняття. Терміни та визначення. Чинний від 1995-01-01. – Київ: Держспоживстандарт України, 1995. – 65 с.