Про разность потенциалов, электродвижущую силу и напряжение
Известно, что одно тело можно нагреть больше, а другое меньше. Степень нагрева тела называется его температурой. Подобно этому, одно тело можно наэлектризовать больше другого. Степень электризации тела характеризует величину, называемую электрическим потенциалом или просто потенциалом тела.
Что значит наэлектризовать тело? Это значит сообщить ему электрический заряд , т. е. прибавить к нему некоторое количество электронов, если мы тело заряжаем отрицательно, или отнять их от него, если мы тело заряжаем положительно. В том и другом случае тело будет обладать определенной степенью электризации, т. е. тем или иным потенциалом, причем тело, заряженное положительно, обладает положительным потенциалом, а тело, заряженное отрицательно, — отрицательным потенциалом.
Разность уровней электрических зарядов двух тел принято называть разностью электрических потенциалов или просто разностью потенциалов .
Следует иметь в виду, что если два одинаковых тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то между ними также будет существовать разность потенциалов.
Кроме того, разность потенциалов существует между двумя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Так, например, если какое-либо тело, изолированное от земли, имеет некоторый потенциал, то разность потенциалов между ним и землей (потенциал которой принято считать равным нулю) численно равна потенциалу этого тела.
Итак, если два тела заряжены таким образом, что потенциалы их неодинаковы, между ними неизбежно существует разность потенциалов.
Всем известное явление электризации расчески при трении ее о волосы есть не что иное, как создание разности потенциалов между расческой и волосами человека.
Действительно, при трении расчески о волосы часть электронов переходит на расческу, заряжая ее отрицательно, волосы же, потеряв часть электронов, заряжаются в той же степени, что и расческа, но положительно. Созданная таким образом разность потенциалов может быть сведена к нулю прикосновением расчески к волосам. Этот обратный переход электронов легко обнаруживается на слух, если наэлектризованную расческу приблизить к уху. Характерное потрескивание будет свидетельствовать о происходящем разряде.
Говоря выше о разности потенциалов, мы имели в виду два заряженных тела, однако разность потенциалов можно получить и между различными частями (точками) одного и того же тела.
Так, например, рассмотрим, что произойдет в куске медной проволоки, если под действием какой-либо внешней силы нам удастся свободные электроны, находящиеся в проволоке, переместить к одному концу ее. Очевидно, на другом конце проволоки получится недостаток электронов, и тогда между концами проволоки возникнет разность потенциалов.
Стоит нам прекратить действие внешней силы, как электроны тотчас же, в силу притяжения разноименных зарядов, устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостает, и в проволоке вновь наступит электрическое равновесие.
Электродвижущая сила и напряжение
Д ля поддержания электрического тока в проводнике необходим какой-то внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника.
Такими источниками энергии служат так называемые источники электрического тока , обладающие определенной электродвижущей силой , которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов на концах проводника.
Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буквой Е . Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буквой «В», а в международном обозначении — буквой «V».
Итак, чтобы получить непрерывное течение электрического тока, нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электрического тока.
Первым таким источником тока был так называемый «вольтов столб», который состоял из ряда медных и цинковых кружков, проложенных кожей, смоченной в подкисленной воде. Таким образом, одним из способов получения электродвижущей силы является химическое взаимодействие некоторых веществ, в результате чего химическая энергия превращается в энергию электрическую. Источники тока, в которых таким путем создается электродвижущая сила, называются химическими источниками тока .
В настоящее время химические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы — широко применяются в электротехнике и электроэнергетике.
Другим основным источником тока, получившим широкое распространение во всех областях электротехники и электроэнергетики, являются генераторы .
Генераторы устанавливаются на электрических станциях и служат единственным источником тока для питания электроэнергией промышленных предприятий, электрического освещения городов, электрических железных дорог, трамвая, метро, троллейбусов и т. д.
Как у химических источников электрического тока (элементов и аккумуляторов), так и у генераторов действие электродвижущей силы совершенно одинаково. Оно заключается в том, что ЭДС создает на зажимах источника тока разность потенциалов и поддерживает ее длительное время.
Эти зажимы называются полюсами источника тока. Один полюс источника тока испытывает всегда недостаток электронов и, следовательно, обладает положительным зарядом, другой полюс испытывает избыток электронов и, следовательно, обладает отрицательным зарядом.
Соответственно этому один полюс источника тока называется положительным (+), другой — отрицательным (—).
Источники тока служат для питания электрическим током различных приборов — потребителей тока. Потребители тока при помощи проводников соединяются с полюсами источника тока, образуя замкнутую электрическую цепь. Разность потенциалов, которая устанавливается между полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи, называется напряжением и обозначается буквой U.
Единицей измерения напряжения, так же как и ЭДС, служит вольт.
Если, например, надо записать, что напряжение источника тока равно 12 вольтам, то пишут: U — 12 В.
Для измерения ЭДС или напряжения применяется прибор, называемый вольтметром.
Чтобы измерить ЭДС или напряжение источника тока, надо вольтметр подключить непосредственно к его полюсам. При этом, если электрическая цепь разомкнута, то вольтметр покажет ЭДС источника тока. Если же замкнуть цепь, то вольтметр уже покажет не ЭДС, а напряжение на зажимах источника тока.
ЭДС, развиваемая источником тока, всегда больше напряжения на его зажимах.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Какой буквой обозначается разность потенциалов (напряжение) и в каких единицах измеряется?
Какой буквой обозначается разность потенциалов (напряжение) и в каких единицах измеряется?
Лучший ответ
Остальные ответы
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Что такое разность потенциалов и как её найти
Физическая величина, названная потенциалом, является одной из фундаментальных характеристик потенциального поля. Понятие потенциала используется для описания свойств не только электрического, но и других физических полей — гравитационного, акустического, поля упругих деформаций. Для конкретных расчётов используется величина, которую называют разностью потенциалов (РП), поскольку одним из свойств потенциальных полей является зависимость его величины от выбранной системы координат (от точки отсчёта). РП не зависит от этого фактора. Для электрополя дополнительно применяется понятие напряжения, что по сути эквивалентно РП.
Потенциальная энергия в электрополе
Наличие электрического поля E проявляется в его силовом действии на электрические заряды q. Сила F, действующая на электрозаряд, равна F=qE.
При перемещении электрозаряда из одной точки электрополя в другую совершается работа А, которая равна:
В этой формуле Δx — расстояние между двумя точками (начальной и конечной).
Результатом совершённой работы является изменение Δ потенциальной энергии (ПЭ) электрозаряда W:
Электростатическое поле является потенциальным. Его главные признаки:
- Работа, совершаемая полем по перемещению электрозаряда, не зависит от конфигурации пути (траектории). То есть, энергетический результат будет одинаков при перемещении из точки 1 в точку 2 либо четко по прямой, либо по замысловатой кривой.
- Работа поля, совершённая по замкнутой траектории, равна нулю. Результат работы, совершённой на дистанции любой длины, но с возвратом в начальную точку, будет нулевым.
Второе свойство является прямым следствием первого, но его обычно выделяют отдельно, как один из основных признаков потенциальности поля.
Силы потенциальных полей относятся к разряду консервативных. Кроме электрических к таковым относятся:
- Сила гравитации (тяжести).
- Сила упругих деформаций (упругости).
Яркий пример неконсервативной силы — сила трения, на результат работы которой влияет и конфигурация пути, и скорость перемещения.
Что такое потенциал
Многочисленные исследования учёных в ХVIII–XIX в.в. показали, что ПЭ в любых полях (однородных или неоднородных) прямо пропорциональна величине заряда q. На этом основании была введена новая физическая характеристика — потенциал и его обозначение буквой φ.
Как видно из формулы, φ — скалярная величина. Простыми словами можно сказать, что потенциал характеризует энергетические возможности поля в конкретной точке, в то время как напряжённость Е «отвечает» за силовые возможности.
Поскольку W измеряется в джоулях, а q в кулонах, то [φ]=[Дж]/[Кл]. Данная единица измерения получила наименование Вольт в честь итальянского физика, внёсшего огромный вклад в изучение природы электрических явлений. Так же называется и единица измерения электрического напряжения.
При чём тут разность
По аналогии с ПЭ гравитационного поля величина φ в данной точке разнится в зависимости от выбора точки. На практике интерес представляет не абсолютное значение потенциала, а его изменение, которое уже не зависит от точки отсчёта нулевого уровня.
Работа, выполняемая при перемещении электрозаряда q из точки 1 в точку 2, равна:
Таким образом, Δφ — это разность потенциалов, физика которой, четко и корректно описывается данной формулой. На практике для величины Δφ чаще применяют термин напряжение, которое обозначается буквой U, то есть U=Δφ.
Напряжение электросети есть не что иное, как разность потенциалов на концах проводника или участка цепи. Поскольку единица разности потенциалов — вольт, то электронапряжение также измеряется вольтами.
Следует отметить, что в отличие от алгебраической разности, являющейся разностью между конечным и начальным значением некоторой величины, чтобы определить разность электрических потенциалов, надо от начального значения отнять конечное. Если электрозаряд в конечной точке больше, чем в начальной, то разность электропотенциалов будет отрицательной.
Однородное электрополе
В зависимости от системы зарядов возникает суммарное поле распределения электропотенциала, в котором определение его величины может быть весьма непростой задачей. На рисунке ниже показаны некоторые варианты. Системы из двух зарядов (диполя) относятся к неоднородным полям. Вариант в правом нижнем углу — это распределение силовых линий в конденсаторе, между обкладками которого напряжённость Е = const. Разность электрических потенциалов на обкладках плоского конденсатора равна напряжению U, поданному на обкладки.
В однородном электрополе напряженность Е будет одинаковой во всех его точках. Для определения ее величины используется довольно простая формула.
Из этой формулы можно найти единицу измерения напряженности. При φ1-φ2 = 1 В и d = 1 м получим Е=1 В/м.
Когда нужна большая разница
В научных и практических целях в узлах отдельных устройств бывают необходимы электронные блоки, способные быстро ускорять заряженные частицы. Ускоряющая разность потенциалов — это напряжение, разгоняющее электроны до необходимой энергии. На рисунке ниже схематично показана «электронная пушка», используемая в осветительной системе электронного микроскопа.
Чем больше ускоряющее напряжение, тем качественнее получается пространственное разрешение электронного микроскопа. Типичные величины ускоряющих напряжений лежат в диапазоне 10–100 кВ.
Работу ускоряющего напряжения можно определить, исходя из закона сохранения энергии:
Из данной формулы может быть найдено электронапряжение или разность потенциалов:
Измерительные приборы
Измерение разницы электрических потенциалов или напряжения в электроцепях осуществляют с помощью вольтметров, которые бывают:
- Аналоговыми (со стрелкой).
- Цифровыми (со светодиодной индикацией).
Использование вольтметров основывается на принципах электродинамики. Электроток проходит по проволочной рамке прибора, расположенной между полюсами магнитов, и под действием измеряемого электронапряжения создает электромагнитное поле. Под его воздействием рамка отклоняется на некоторый угол. Шкала вольтметра проградуирована пропорционально углу отклонения рамки. Но следует учитывать, что с помощью прибора может быть определен не сам потенциал, а разность потенциалов.
Такое понятие в физике, как потенциал и производная от него разность потенциалов, являются ключевыми характеристиками энергетических возможностей электрополя.
Формула разности электрических потенциалов.
Добро пожаловать в эту статью о формуле разности электрических потенциалов. В мире физики разность потенциалов является ключевым понятием в понимании того, как течет электричество. В этом тексте мы рассмотрим, что такое разность потенциалов и как она рассчитывается по определенной формуле. Мы разгадаем тайны электричества, и вы попадете в увлекательную вселенную электрических зарядов и токов. Приготовьтесь узнать, как энергия и электричество связаны с помощью этой фундаментальной формулы. Давайте начнем!
- Как рассчитывается разность электрических потенциалов?
- Что такое разность потенциалов в электричестве
- Как выражается электрический потенциал?
Как рассчитывается разность электрических потенциалов?
Разность электрических потенциалов, также известная как напряжение, рассчитывается по формуле:
Где V — разность потенциалов в вольтах, W — совершенная работа в джоулях, а q — электрический заряд в кулонах.
Проделанную работу можно рассчитать по формуле:
W = F * d * cos(θ)
Где F — сила в ньютонах, d — расстояние в метрах, а θ — угол между силой и направлением движения.
В случае электрического заряда в однородном электрическом поле формула упрощается до:
Где V — разность потенциалов в вольтах, E — напряженность электрического поля в вольтах на метр, а d — расстояние в метрах.
Что такое разность потенциалов в электричестве
Разность потенциалов в электричестве, также известная как электрическое напряжение или напряжение, представляет собой измерение, показывающее силу или интенсивность, с которой электрические заряды движутся по электрической цепи. Он обозначается буквой «V» и измеряется в вольтах (В).
Разность потенциалов возникает, когда происходит разделение электрических зарядов, создавая электрическое поле между двумя точками цепи. Это электрическое поле генерирует электродвижущую силу, которая заставляет электрические заряды перемещаться от точки наибольшего электрического потенциала (положительной) к точке наименьшего электрического потенциала (отрицательной).
В электрической цепи разность потенциалов может создаваться источником питания, например батареей или генератором. Источник питания создает разность потенциалов между двумя клеммами, генерируя поток электрического тока через цепь.
Разность потенциалов можно рассчитать с помощью закона Ома, который гласит, что разность потенциалов равна произведению электрического тока, протекающего через цепь, и электрического сопротивления цепи. Эта связь выражается формулой V = I x R, где V — разность потенциалов, I — электрический ток и R — электрическое сопротивление.
Важно отметить, что разность потенциалов может различаться в разных точках электрической цепи. Например, в последовательной цепи разность потенциалов делится между различными элементами цепи в соответствии с их электрическим сопротивлением. В параллельной цепи разность потенциалов одинакова во всех элементах цепи.
Разность потенциалов имеет различные применения в повседневной жизни, например, при выработке и распределении электрической энергии, при зарядке электронных устройств, при освещении домов и зданий и т. д.
Как выражается электрический потенциал?
Электрический потенциал — скалярная величина, которая используется для описания электрической потенциальной энергии, которой обладает электрический заряд в данной точке электрического поля. Оно выражается в вольтах (В) и связано с электрической силой и электрическим зарядом.
Вы заинтересованы в: Понимание формулы последовательной емкости
Электрический потенциал определяется как работа, необходимая для переноса положительного пробного заряда от бесконечно удаленной контрольной точки к рассматриваемой точке, деленная на пробный заряд. Эту контрольную точку обычно называют «землей».
Математическое выражение электрического потенциала можно рассчитать по следующей формуле:
Где:
– V – электрический потенциал в вольтах (В)
– k – постоянная Кулона, имеющая значение примерно 9×10^9 Н·м^2/Кл^2.
– q – электрический заряд в кулонах (Кл)
– r – расстояние от электрического заряда до рассматриваемой точки в метрах (м)Важно отметить, что электрический потенциал является внутренним свойством электрического поля и не зависит от пробного заряда, используемого для его расчета.
Чтобы понять, как выражается электрический потенциал, можно рассмотреть простой пример. Предположим, у нас есть положительный точечный заряд величиной 1 кулон, расположенный в начале системы координат. Если мы стоим на расстоянии 1 метра от этого заряда, мы можем рассчитать электрический потенциал по формуле, упомянутой выше:
V = (9×10^9 Н·м^2/Кл^2) * (1 Кл / 1 м) = 9×10^9 В
Следовательно, в этом случае электрический потенциал в этой конкретной точке будет составлять 9×10^9 вольт.
Важно отметить, что электрический потенциал является скалярной величиной, а это означает, что он имеет только величину и не имеет направления. Кроме того, электрический потенциал является аддитивным, что означает, что общий потенциал в точке представляет собой сумму электрических потенциалов всех зарядов, присутствующих в системе.
Формула разности электрических потенциалов: разоблачена!
Ладно-ладно, я знаю, это звучит как что-то из научно-фантастического фильма, но я обещаю вам, что это более реально, чем десерт после ужина. Так что будьте готовы узнать правду о загадке под названием «разность электрических потенциалов».
Представьте, что у вас дома вечеринка и вы хотите, чтобы ваши гости повеселились как можно больше. Что ж, разница в электрических потенциалах подобна музыке, которую вы включаете на полную громкость, чтобы оживить вечер. Это искра, которая заставляет электроны двигаться и цепь оживает. Без него все было бы тусклее свечи в темноте.
Но как рассчитывается эта загадочная формула? Что ж, вот и откровение: вам просто нужно вычесть электрический потенциал в точке А из электрического потенциала в точке Б. Просто, правда? Это все равно, что убрать сахар из утреннего кофе, только вместо того, чтобы подслащивать, мы говорим об электрической энергии.
Не волнуйтесь, если вы не являетесь математическим гением, потому что эта формула не так сложна, как кажется. Вам просто нужно знать потенциальные значения в каждой точке и вычитать их, как если бы вы открывали банковский счет. Очень просто!
Поэтому в следующий раз, когда вы услышите о разности электрических потенциалов, не паникуйте. Помните, что это всего лишь способ измерения электрической энергии в цепи. А если вы хотите блистать в разговоре, вы можете оставить этот драгоценный камень знаний и произвести впечатление на всех.
А теперь идите и электрифицируйте мир своими новыми знаниями о формуле разности электрических потенциалов!