Електрична напруга

Класична електродинаміка
Електрика · Магнетизм
Електростатика Закон Кулона Теорема Гаусса Електричний дипольний момент Електричний заряд Електрична індукція Електричне поле Електростатичний потенціал Трибоелектрика
Магнітостатика Закон Біо-Савара-Лапласа Закон Ампера Магнітний момент Магнітне поле Магнітний потік
Електродинаміка Векторний потенціал Диполь Потенціал Ліенара — Віхерта Сила Лоренца Струм зміщення Вихрові струми Рівняння Максвелла Електричний струм Електрорушійна сила Електромагнітна індукція Електромагнітне випромінювання Електромагнітне поле
Електричне коло Закон Ома Правила Кірхгофа Індуктивність Радіохвилевід Резонатор Електрична ємність Електрична провідність Електричний опір Електричний імпеданс
Коваріантне формулювання Тензор електромагнітного поля Тензор енергії-імпульсу 4-потенціал 4-струм
Відомі науковці Генрі Кавендіш Майкл Фарадей Нікола Тесла Андре-Марі Ампер Густав Роберт Кірхгоф Гендрік Антон Лоренц Джеймс Клерк Максвелл Генріх Герц Альберт Абрагам Майкельсон Роберт Ендрюс Міллікен

Напруга (U) на ділянці електричного кола — це різниця потенціалів між двома точками електричного поля, яка чисельно дорівнює відношенню роботи, яку 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=W_ст/Q, де W_ст — робота сторонніх сил по переміщенню заряду, Q- одиниця заряду U=φ₁-φ₂, де φ₁-φ₂- 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

Подібність між гідравлічним контуром (ліворуч) і електричним контуром (праворуч): різниця електричних потенціалів між двома точками А і В електричного кола подібна різниці тисків між двома точками А і В відповідного водного кола. На малюнку також показано наступні пристрої, подібні один одному: 1 - водяний насос / джерело напруги; 2 - турбіна / лампочка; 3 - клапан регулювання / резистор; 4 - запірний клапан / вимикач.

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. Коли 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.

Порівняння з гідравлікою, є корисним способом розуміння багатьох електричних тверджень. У такій системі робота, проведена для пересування води, дорівнює тиску, помноженому на обсяг переміщеної води. Так само, 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 більш «відмінний напір» між двома точками (різниця потенціалів або різниця тисків води), тим більший потік між ними (електричний струм або течія води).

Одиниця вимірювання

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

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 230 В змінного струму.

Високовольтні електричні мережі.

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

Попереджувальний знак "Висока напруга"

передавання певної електричної потужності на великі відстані.

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

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.

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

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

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.

Побутові рівні напруги та частоти у світі

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

В усіх 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

Робота на високовольтній ЛЕП

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.

Розгінна напруга для застарілих телевізійних електронно-променевих трубок або осцилографів (цей рівень напруги лежить у межах від > 5 кВ до 27 кВ), може бути визначена за IEC 60038, як середня (1 - 35 кВ) напруга, англ. мedium voltage, порівняно з іншими напругами живлення (висока напруга, англ. нigh voltage 35 - 230 кВ, надвисока напруга, англ. еxtra-high voltage 245 - 1200 кВ).

Додатки

Якщо між двома точками є електрична напруга, завжди існує електричне поле, яке впливає на носії заряду. Якщо точки розташовано на електропровідному матеріалі, в якому носії заряду є рухомими, напруга викликає їх спрямований рух, і електричний струм тече.

Зазвичай, термін «напруга» використовується для опису спаду напруги на електричному пристрої (наприклад як резистор). Спад напруги на пристрої можна визначити як різницю між вимірами на кожному виводі цього пристрою, відносно загальної опорної точки (або землі). Спад напруги — це різниця між двома показаннями. Дві точки в електричному колі, 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.

В електричному колі, що живиться від зразкового генератора напруги, різниця електричних потенціалів між двома полюсами генератора, дорівнює електрорушійній силі. Якщо розглядати звичайний генератор, напруга на його виводах буде нижчою, через спад напруги на внутрішньому опорі генератора.

Мультиметр налаштований на вимірювання постійної напруги DC

Вимірювальні прилади

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

вольтметр працює завдяки вимірюванню спаду 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 вимірюваній напрузі.

Стосовно змінного струму, прилади показують чинне значення напруги. Чинне значення, виявляє енергетичні властивості сигналу на відміну від миттєвого значення, яке визначає його показові (інформаційні) ознаки.

Див. також

• Електрика
• Спад напруги
• Подільник напруги
• Зсув фаз
• Електротехніка
• Змінний струм
• Джерело напруги
• Електрохімічний потенціал
• Електростатичний потенціал
• Електромагнітний потенціал
• Крокова напруга
• Перенапруга
• Електротравма
• Побутова електрична мережа
• Фантомне живлення
• Електричний струм

Джерела

• 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. Общий курс физики. Том III. Электричество. — Москва : Наука, 1977.
• 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.