ما هو الجهد يقاس؟ وحدة الجهد الكهربائي

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-15 17:20

هل ممكن تتخيل حياتك بدون كهرباء؟ لقد أحاط الإنسان الحديث نفسه بإحكام بالأجهزة المنزلية التي تساعد في الحياة. لم يعد بإمكاننا تخيل أنفسنا وحياتنا بدون مساعدين أذكياء.

تتحول التكنولوجيا بشكل متزايد إلى استخدام الكهرباء. حتى وسائل النقل يتم نقلها تدريجياً إلى المحركات الكهربائية ، والتي يمكن أن تقلل من إلحاق ضرر كبير بالطبيعة.

اليوم سنحاول الإجابة على الأسئلة التالية:

ما هو التيار الكهربائي؟
ما هو الجهد الكهربائي؟
كيفية تحديد الجهد
ما هو الجهد الذي يتم قياسه؟

ما هو الحالي؟

في فجر دراسة الكهرباء تم الحصول عليها بفرك جسد بآخر. يمكن الحصول على قدر أكبر من الشحنات خلال عاصفة رعدية باستخدام تفريغ طبيعي - البرق. من المعروف أن هذه الطريقة تكلف حياة طالب M. V. Lomonosov - Richter.

الشحنة نفسها صعبة الاستخدام وغير منطقية. من الضروري الحصول على حركته الموجهة - تيار كهربائي. العقارات الحالية:

تسخين الموصل
عمل كيميائي
عمل ميكانيكي
عمل مغناطيسي.

يتم استخدامها في الحياة اليومية والتكنولوجيا. الشرط الضروري لوجود التيار هو وجود مصدر تيار وشحنات كهربائية مجانية وموصل مغلق.

الخلفية

في عام 1792 ، أصبح الفيزيائي الإيطالي الشهير وعالم وظائف الأعضاء والمخترع أليساندرو فولتا مهتمًا باستنتاجات مواطنه لويجي جالفاني حول طبيعة النبضات الحالية في أعضاء الحيوانات. سمحت له المراقبة طويلة المدى لسلوك أرجل الضفادع ، المثبتة على خطافات معدنية ، باستنتاج أن مصدر الكهرباء ليس كائنًا حيًا ، بل ملامسة معادن غير متشابهة. هذا الظرف هو الذي يساهم في تدفق الكهرباء ، ورد فعل النهايات العصبية ليس سوى تأثير فسيولوجي للتيار.

أدى اكتشاف فريد من نوعه إلى إنشاء أول مصدر تيار مباشر في العالم ، يسمى عمود الفولتية. المعادن غير المتشابهة (جادل فولتا بضرورة إزالتها من بعضها البعض في سلسلة من العناصر الكيميائية) توضع بورق مشرب بـ "موصل من النوع الثاني" السائل.

كان هذا الجهاز هو المصدر الأول للجهد الثابت. وحدة الجهد الكهربائي خلدت اسم اليساندرو فولتا.

مصدر طاقة تيار مستمر

العنصر الرئيسي للدائرة الكهربائية هو المصدر الحالي. والغرض منه هو إنشاء مجال كهربائي ، تحت تأثيره تدخل الجسيمات المشحونة الحرة (الإلكترونات ، الأيونات) في حركة موجهة. تراكمت علىالعناصر الفردية لشحنات المصدر (يطلق عليها أعمدة) لها علامات مختلفة. يتم إعادة توزيع الشحنة نفسها داخل المصدر تحت تأثير قوى ذات طبيعة غير كهربائية (ميكانيكية ، وكيميائية ، ومغناطيسية ، وحرارية ، وما إلى ذلك). يعمل المجال الكهربائي الناتج عن الأقطاب الموجودة خارج المصدر الحالي على تحريك الشحنة في موصل مغلق. تحدث أليساندرو فولتا عن الحاجة إلى دائرة مغلقة لتوليد تيار مباشر.

نظرًا لأن الشحنة تتحرك في المصادر تحت تأثير القوى غير الكهربائية ، يمكن القول أن هذه القوى تعمل بالفعل. دعونا نطلق عليهم الغرباء. نسبة عمل القوى الخارجية لنقل الشحنة داخل المصدر الحالي إلى حجم الشحنة تسمى القوة الدافعة الكهربائية.

تدوين رياضي لهذه النسبة:

Ε=A_st:q،

حيث E هي القوة الدافعة الكهربائية (EMF) ، A_{stهي عمل القوى الخارجية ، q هي الشحنة التي تحملها القوى الخارجية في المصدر.}

EMF يميز قدرة المصدر على إنشاء تيار ، لكن السمة الرئيسية للمصدر تعتبر أحيانًا جهدًا كهربائيًا (فرق الجهد).

الجهد

نسبة عمل المجال لتحريك الشحنة في الموصل إلى حجم الشحنة تسمى الجهد الكهربائي.

لتحديد ذلك ، تحتاج إلى قسمة قيمة العمل الميداني على قيمة الشحن. لنفترض أن الشغل الذي يقوم به المجال الكهربائي للمصدر الحالي لتحريك الشحنة q. ش - الجهد الكهربائي.تدوين رياضي للصيغة المقابلة:

U=A: q

مثل أي كمية مادية ، للجهد وحدة قياس. كيف يتم قياس الجهد؟ باسم مخترع أول مصدر تيار مباشر في العالم ، أليساندرو فولتا ، تم إعطاء هذه القيمة وحدة القياس الخاصة بها. في النظام الدولي ، يقاس الجهد بالفولت (V).

الجهد 1 V هو جهد المجال الكهربائي الذي يعمل بمقدار 1 J لتحريك شحنة مقدارها 1 C.

V=J / C=N • m / (A • s)=kg • m / (A • s3).

في وحدات النظام الدولي الأساسية ، وحدة الجهد الكهربائي:

كجم • م / (A • s3).

القيمة المطلوبة

لماذا لا يكفي ، وصف التيار ، لإدخال مفهوم القوة الحالية؟ لنقم بتجربة فكرية. لنأخذ مصباحين مختلفين: مصباح منزلي عادي ومصباح من مصباح يدوي. عند توصيلها بمصادر حالية مختلفة (شبكة المدينة والبطارية) ، يمكنك الحصول على نفس القيمة الحالية بالضبط. في الوقت نفسه ، يعطي المصباح المنزلي مزيدًا من الضوء ، أي أن عمل التيار فيه أكبر بكثير.

المصادر الحالية المختلفة لها جهود مختلفة. لذلك ، هذه القيمة ضرورية.

تشبيه مفيد

فهم المعنى المادي للجهد الكهربائي يأتي من تشبيه مثير للاهتمام. في الأوعية المتصلة ، يتدفق السائل من أنبوب إلى آخر إذا كان هناك فرق ضغط فيها. يتوقف تدفق السوائل في حالة المساواةالضغط

إذا تمت مقارنة التيار السائل بتدفق الشحنة الكهربائية ، فإن فرق الضغط في أعمدة السائل يلعب نفس دور فرق الجهد في المصدر الحالي.

طالما أن العمليات المصاحبة لإعادة توزيع الشحنة على القطبين تحدث داخل المصدر الحالي ، فإنها قادرة على إنشاء تيار في الموصل. يقاس جهد التيار الكهربائي بالفولت ، وفرق الضغط له وحدة قياس - باسكال.

التيار المتردد

التيار الكهربائي ، الذي يغير اتجاهه بشكل دوري ، يسمى متغير. يتم إنشاؤه بواسطة مصدر جهد متناوب. غالبًا ما يكون مولدًا. لنحاول أن نشرح: ما هو قياس جهد التيار المتردد؟

يعتمد مبدأ الجيل الحالي على ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. يؤدي دوران دائرة مغلقة في مجال مغناطيسي إلى ظهور فرق جهد في الموصل. يقاس الجهد بالفولت وفي حالة التيار المتغير

هل يمكن القول بأن الجهد لا يتغير؟ من الواضح ، بسبب التغيير في الزاوية بين مستوى الكفاف والعادي لها ، يتغير الجهد المتولد بمرور الوقت. تنمو قيمته من صفر إلى بعض القيم القصوى ، ثم تنخفض مرة أخرى إلى الصفر. لا داعي للحديث عن قيمة معينة. أدخل ما يسمى بقيمة الجهد الفعال:

U_{د=U: √2.}

ما الأداة التي تقيس الجهد؟

جهاز لقياس الجهد الكهربائي - الفولتميتر. يعتمد مبدأ عملها على تفاعل الدائرة مع التيار والمجال المغناطيسيالمغناطيس الدائم. من المعروف أن الدائرة ذات التيار تدور في مجال مغناطيسي. اعتمادًا على مقدار التيار في الدائرة ، تتغير زاوية الدوران.

إذا قمت بإرفاق سهم بالدائرة ، فإنه ينحرف عن الصفر عندما يتدفق التيار في الدائرة (عادةً الملف). اعتمادًا على ما يتم قياس الجهد به ، يتم تدريج مقياس الجهاز. من الممكن استخدام المضاعفات والمضاعفات.

في حالة القيم المنخفضة ، يتم قياس الجهد الكهربائي بالميليفولت أو الميكروفولط. على العكس من ذلك ، يتم استخدام وحدات متعددة في شبكات الجهد العالي.

أي الفولتميتر متصل بالتوازي مع ذلك الجزء من الدائرة حيث يتم قياس الجهد. يمكن تسمية الخاصية الرئيسية لدائرة الجهاز بالمقاومة الأومية العالية. يجب ألا يؤثر مقياس الفولتميتر ، بغض النظر عن الجهد الذي يتم قياسه فيه ، على قوة التيار في الدائرة. يمر عبرها تيار صغير لا يؤثر بشكل كبير على القيمة الرئيسية.

جدول الجهد

الجهاز المادي	الجهد على جهات الاتصال الخاصة به ، V
فولت قطب	1، 1
بطارية مصباح يدوي	1، 5
بطارية قلوية	1، 25
بطارية حمض	2
شبكة المدينة	220
الجهد العاليخطوط الكهرباء	500000
بين السحب في عاصفة رعدية	يصل إلى 100،000،000

تطبيق عملي لمقياس الفولتميتر

لاستخدام الفولتميتر بشكل فعال ، يجب أن تتعلم كيفية استخدامه. يمكن نصح المجرب الفضولي بالاتصال بمعلمي المدارس.

تم تجهيز الفصول الدراسية للفيزياء المدرسية بأدوات معملية وإيضاحية لقياس الضغوط.

قم بتشغيل أي الفولتميتر بحذر ، باتباع القواعد البسيطة:

يحتوي الفولتميتر على حد أقصى للقياس. هذه هي أعلى قيمة على مقياسه. لا تقم بتوصيله بدائرة تحتوي على عنصر جهد أعلى.
إذا لم يكن هناك مصدر آخر أو الفولتميتر ، يمكنك استخدام نظام مقاومة إضافية. في هذه الحالة ، يجب أيضًا تغيير مقياس الفولتميتر.
يتم توصيل الأجهزة الكهربائية بدائرة التيار المستمر اعتمادًا على مؤشرات علامة الشحن الموجودة على أطرافها. يجب توصيل الطرف الموجب للمصدر الحالي بالطرف الموجب لمقياس الفولتميتر ، والطرف السالب بالطرف السالب. في حالة الاختلاط ، قد تنثني أسهم الجهاز ، وهو أمر غير مرغوب فيه للغاية.
يتم إجراء جميع التوصيلات حصريًا لدائرة غير نشطة.