Что такое напряжение в электрических цепях

Видео: Законы постоянного тока

Все мы знаем, что для того, чтобы включить свет, необходимо нажать на поворотную клавишу выключателя, щелкнуть им. Щелчок – и лампа загорается, освещая все вокруг. Обычно мало кто задумывается о процессах, происходящих в эти моменты. На самом же деле многие исследователи посвятили годы на то, чтобы разобраться, что такое напряжение и ток.

Видео: Что такое электричество, или электротехника для чайников

Из аналогии с жидкостями смысл слова «ток» известен всем – это направленное движение, поток. Применительно к электричеству, он представляет собой упорядоченное движение отрицательно и положительно заряженных частиц. Важно учитывать, что речь идет не только об электронах, но и об атомах, их утративших. Заряд электрона отрицателен, а вот у ионов (упомянутых атомов) – положителен. Понять, что такое напряжение, поможет следующий пример.

Представим себе простейшую схему: лампа накаливания, выключатель, подключенный в разрыв одного из двух подведенных проводов, и источник питания. Чтобы лампа загорелась, необходимо, прежде всего, разбираться, что такое напряжение и в чем отличие естественного движения частиц и принудительного.

Металл провода состоит из атомов, в которых постоянно происходит естественное движение электронов. Однако о токе в данном случае речь не идет, так как имеет место неупорядоченное (хаотичное, ненаправленное) их перемещение. Частицы «заставляет» смещаться в нужном направлении электрическое поле. Его источником могут служить генераторы на электростанциях, химические элементы и пр. Между силой тока и полем, его вызывающим, существует прямая зависимость: с ростом величины электрического поля увеличивается и ток.

Вообще, сила тока – это количество элементарных частиц, «прошедших» через проводник за единицу времени. Суммарный заряд успевших пройти электронов измеряется в кулонах. Отсюда единицей силы тока, ампером, является заряд в 1 кулон, прошедший через проводник за 1 секунду.

Видео: Измерение напряжения

Однако без понимания того, что такое напряжение, невозможно определить численную зависимость тока от электрического поля. Фактически, поле представляет собой силу, которая заставляет каждый электрон (или кулон) двигаться в нужном направлении. Однако так как значение поля различается в каждой точке проводника, было принято его характеризовать работой по перемещению заряда, а не абстрактной силой.

Итак, напряжение – это разность потенциалов на противоположных концах проводника, подключенного к источнику ЭДС. Напряжение измеряется в вольтах. Для этого служит специальный прибор – вольтметр. Он подключается параллельно нагрузке: для вышеуказанного примера два щупа вольтметра соединяются с соответствующими двумя контактами лампы. Это позволяет измерить напряженность поля между этими точками.

Видео: Лабораторная работа № 3 - "Сборка электрической цепи и измерение силы тока в ней" (8 класс)

Для упрощения понимания можно представить само «поведение» заряженных частиц в проводнике. Электрон, как уже указывалось, обладает отрицательным зарядом, следовательно, притягивается к частицам с противоположным знаком заряда. Чем выше концентрация ионов у какого-либо полюса, тем больше свободных электронов в проводнике (ведь они – часть атомов). Эта разница между соотношением «-» и «+» является напряжением.

Поле (напряжение) генерируют на электростанциях. Исходя из закона электромагнитной индукции, в проводнике, пересекающем линии напряженности магнитного поля, возникает электродвижущая сила. Достаточно подключить нагрузку и создать цепь, как появится напряжение. В генераторах внешняя сила (вода, пар, ветер) вращает электромагнит, который своим полем наводит в обмотках ЭДС. Каждая обмотка формирует фазу. Наибольшее распространение получило трехфазное напряжение. Для его создания в генераторе присутствуют сразу три обмотки, размещенные определенным образом (отстающие друг от друга на 120 градусов).