במה נמדד המתח? יחידת מתח חשמלי

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-15 17:24

האם אפשר לדמיין את חייך ללא חשמל? האדם המודרני הקיף את עצמו בחוזקה במכשירי חשמל ביתיים שעוזרים בחיים. אנחנו כבר לא יכולים לדמיין את עצמנו ואת חיינו בלי עוזרי בית חכם.

הטכנולוגיה עוברת יותר ויותר לשימוש בחשמל. אפילו התחבורה עוברת בהדרגה למנועים חשמליים, מה שיכול להפחית פגיעה משמעותית בטבע.

היום ננסה לענות על השאלות הבאות:

• מהו זרם חשמלי?
• מהו מתח חשמלי?
• איך לקבוע את המתח?
• במה נמדד המתח?

מה זה נוכחי?

עם שחר של חקר החשמל, הוא הושג על ידי שפשוף גוף אחד בגוף אחר. ניתן היה להשיג אספקה גדולה יותר של מטען במהלך סופת רעמים באמצעות פריקה טבעית - ברק. ידוע ששיטה זו עלתה בחייו של תלמידו של M. V. Lomonosov - Richter.

הטעינה עצמה קשה ולא הגיונית לשימוש. יש צורך להשיג את התנועה המכוונת שלו - זרם חשמלי. נכסים נוכחיים:

• חימום המוליך;
• פעולה כימית;
• פעולה מכנית;
• פעולה מגנטית.

הם משמשים בחיי היומיום ובטכנולוגיה. תנאי הכרחי לקיומו של זרם הוא נוכחות של מקור זרם, מטענים חשמליים חופשיים ומוליך סגור.

רקע

בשנת 1792, הפיזיקאי, הפיזיולוגי והממציא האיטלקי המפורסם אלסנדרו וולטה החל להתעניין במסקנותיו של בן ארצו לואיג'י גלווני לגבי טיבם של הדחפים הנוכחיים באיברי בעלי חיים. התבוננות ארוכת טווח בהתנהגות רגלי צפרדע, המקובעות על ווי מתכת, אפשרה לו להסיק שמקור החשמל אינו אורגניזם חי, אלא מגע של מתכות שונות. נסיבות אלו הן שתורמות לזרימת החשמל, והתגובה של קצות העצבים היא רק השפעה פיזיולוגית של הזרם.

תגלית ייחודית הובילה ליצירת מקור הזרם הישר הראשון בעולם, הנקרא העמוד הוולטאי. מתכות לא דומות (וולטה טענה שיש להסיר אותן זו מזו בסדרה של יסודות כימיים) מונחות בנייר ספוג בנוזל "מוליך מהסוג השני".

מכשיר זה היה המקור הראשון למתח קבוע. יחידת המתח החשמלי הנציחה את שמו של אלסנדרו וולטה.

ספק כוח DC

האלמנט העיקרי של המעגל החשמלי הוא מקור זרם. מטרתו ליצור שדה חשמלי, שבהשפעתו נכנסים חלקיקים טעונים חופשיים (אלקטרונים, יונים) לתנועה מכוונת. הצטבר עללאלמנטים בודדים של מטענים המקור (הם נקראים קטבים) יש סימנים שונים. המטען עצמו מופץ מחדש בתוך המקור תחת פעולת כוחות בעלי אופי לא חשמלי (מכני, כימי, מגנטי, תרמי וכן הלאה). השדה החשמלי שנוצר על ידי הקטבים מחוץ למקור הזרם עושה את העבודה של הזזת המטען במוליך סגור. אלסנדרו וולטה דיבר על הצורך במעגל סגור ליצירת זרם ישר.

מכיוון שהמטען נע במקורות תחת פעולת כוחות לא חשמליים, ניתן לטעון שכוחות אלו אכן עובדים. בואו נקרא להם אאוטסיידרים. היחס בין העבודה של כוחות חיצוניים להעברת מטען בתוך מקור הזרם לגודל המטען נקרא כוח אלקטרו-מוטורי.

סימונים מתמטיים עבור יחס זה:

• Ε=A_{st: q,}

כאשר E הוא הכוח האלקטרו-מונע (EMF), A_{stהוא עבודה של כוחות חיצוניים, q הוא המטען שנישא על ידי כוחות חיצוניים במקור.}

EMF מאפיין את יכולתו של מקור ליצור זרם, אך המאפיין העיקרי של מקור נחשב לפעמים למתח חשמלי (הפרש פוטנציאלי).

Voltage

היחס בין עבודת השדה להזזת המטען במוליך לגודל המטען נקרא מתח חשמלי.

כדי לקבוע זאת, עליך לחלק את ערך העבודה בשדה בערך הטעינה. תנו ל-A להיות העבודה שעשה השדה החשמלי של מקור הזרם כדי להזיז את המטען q. U - מתח חשמלי.סימון מתמטי של הנוסחה המתאימה:

U=A: ש

כמו לכל כמות פיזית, למתח יש יחידת מידה. איך מודדים מתח? בשמו של ממציא מקור הזרם הישר הראשון בעולם, אלסנדרו וולטה, ניתנה לערך זה יחידת מדידה משלו. במערכת הבינלאומית, המתח נמדד בוולט (V).

מתח של 1 V הוא המתח של שדה חשמלי שעושה עבודה של 1 J כדי להזיז מטען של 1 C.

V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).

ביחידות SI בסיסיות, יחידת המתח החשמלי:

kg•m/(A•s3).

ערך חובה

למה לא מספיק, מאפיין את הזרם, להציג את המושג חוזק זרם? בואו נעשה ניסוי מחשבתי. ניקח שתי מנורות שונות: מנורה ביתית רגילה ומנורה מפנס. כאשר מחברים אותם למקורות זרם שונים (רשת עירונית וסוללה), ניתן לקבל בדיוק את אותו ערך זרם. יחד עם זאת, מנורה ביתית נותנת יותר אור, כלומר, עבודת הזרם בה הרבה יותר גדולה.

למקורות זרם שונים יש מתחים שונים. לכן, ערך זה חיוני.

אנלוגיה שימושית

הבנת המשמעות הפיזית של מתח חשמלי מגיעה מאנלוגיה מעניינת. בכלים מתקשרים, נוזל זורם מצינור לצינור אם יש ביניהם הפרש לחצים. זרימת הנוזל נעצרת במקרה של שוויוןלחץ.

אם מושווה את זרם הנוזל לזרימת המטען החשמלי, אז הפרש הלחץ של עמודי הנוזל ממלא את אותו תפקיד כמו הפרש הפוטנציאל במקור הזרם.

כל עוד התהליכים הנלווים לחלוקה מחדש של המטען על הקטבים מתרחשים בתוך מקור הזרם, הוא מסוגל ליצור זרם במוליך. מתח זרם חשמלי נמדד בוולט, להפרש הלחצים יש יחידת מדידה - פסקל.

זרם חילופין

זרם חשמלי, שמשנה את כיוונו מעת לעת, נקרא משתנה. הוא נוצר על ידי מקור מתח חילופין. לרוב זה גנרטור. בואו ננסה להסביר: מהי המדידה של מתח AC?

עצם העיקרון של הדור הנוכחי מבוסס על תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית. סיבוב של מעגל סגור בשדה מגנטי מוביל להופעת הפרש פוטנציאל במוליך. המתח נמדד בוולט ובמקרה של זרם משתנה.

האם אפשר לטעון שהמתח לא משתנה? ברור שבשל שינוי הזווית בין מישור קו המתאר לנורמלי לו, המתח שנוצר משתנה עם הזמן. הערך שלו גדל מאפס לערך מקסימלי כלשהו, ואז יורד שוב לאפס. אין צורך לדבר על ערך מסוים. הזן את מה שנקרא ערך המתח האפקטיבי:

• U_{d=U: √2.}

איזה מכשיר מודד מתח?

מכשיר למדידת מתח חשמלי - מד מתח. עקרון פעולתו מבוסס על אינטראקציה של מעגל עם זרם ושדה מגנטימגנט קבוע. ידוע שמעגל עם זרם מסתובב בשדה מגנטי. בהתאם לכמות הזרם במעגל, זווית הסיבוב משתנה.

אם מחברים חץ למעגל, אז הוא סוטה מאפס כאשר זרם זורם במעגל (בדרך כלל הסליל). תלוי במה נמדד המתח, קנה המידה של המכשיר הוא מדורג. אפשר להשתמש בכפולות משנה וכפולות.

במקרה של ערכים נמוכים, המתח החשמלי נמדד במילי-וולט או מיקרו-וולט. להיפך, מספר יחידות משמשות ברשתות מתח גבוה.

כל מד מתח מחובר במקביל לאותו חלק של המעגל שבו נמדד המתח. המאפיין העיקרי של מעגל המכשיר יכול להיקרא התנגדות אומהית גבוהה. מד מתח, לא משנה במה נמדד המתח, לא אמור להשפיע על עוצמת הזרם במעגל. מועבר דרכו זרם קטן, שאינו משפיע משמעותית על הערך הראשי.

טבלת מתח

מכשיר פיזי	מתח על אנשי הקשר שלו, V
מוט וולט	1, 1
סוללת פנס	1, 5
סוללה אלקליין	1, 25
סוללת חומצה	2
רשת עירונית	220
מתח גבוהקווי מתח	500,000
בין העננים בסופת רעמים	עד 100,000,000

יישום מעשי של מד מתח

כדי להשתמש במד המתח ביעילות, עליך ללמוד כיצד להשתמש בו. ניתן להמליץ לנסיין סקרן ליצור קשר עם מורי בית הספר.

כיתות פיסיקה בבית הספר מצוידות במכשירי מעבדה והדגמה למדידת מתחים.

הפעל כל מד מתח בזהירות, בהתאם לכללים פשוטים:

1. למד המתח יש מגבלת מדידה מקסימלית. זהו הערך הגבוה ביותר בסולם שלו. אל תחבר אותו למעגל המכיל אלמנט מתח גבוה יותר.
2. אם אין מקור או מד מתח אחר, אתה יכול להשתמש במערכת של התנגדות נוספת. במקרה זה, יש לשנות גם את קנה המידה של מד המתח.
3. מכשירים חשמליים מחוברים למעגל DC בהתאם לאינדיקציות של סימן הטעינה על המסופים שלו. המסוף החיובי של מקור הזרם חייב להיות מחובר למסוף החיובי של מד המתח, המסוף השלילי למסוף השלילי. אם מתערבבים, החצים של המכשיר עלולים להתכופף, וזה מאוד לא רצוי.
4. כל החיבורים נעשים אך ורק למעגל חסר אנרגיה.

לא בריא

פעולת הזרם החשמלי עלולה להיות לא בטוחה לבני אדם. פחות מ-24 V נחשב לא מזיק.

פעולת הזרם מתחת למתח של הרשת העירונית (220 V) בולטת למדי. נגיעה במגעים חשופים מלווה ב"הלם" משמעותי.

מתח במהלך סופת רעמים עובר זרם כה גבוה דרך גוף האדם שהוא מאיים להרוג אותו. אל תסכן את חייך ובריאותך.