Формула напруги у фізиці — це уявлення електричної потенційної енергії на одиницю заряду. Якщо струм був розміщений у певному місці, напруга вказує на її потенційну енергію в цій точці. Іншими словами, це вимір сили, яка міститься в електричному полі або кола в даній точці. Він дорівнює роботі, яку потрібно було б виконати за одиницю заряду проти електричного поля, щоб перемістити його з однієї точки в іншу. Напруга є скалярною величиною, що у нього немає напрямки. Закон Ома свідчить, що інтенсивність дорівнює поточному тимчасовому опору.

Одиниці вимірювання в формулі

У формулі, що визначає напругу, значенням СІ є вольт. Таким чином, що 1В = 1 дж/кулон. Вольт названий на честь італійського фізика Алессандро Вольта, який винайшов хімічну батарею.


Це означає, що у формулі напруги у фізиці один кулон заряду отримає один джоуль потенційної енергії, коли він буде переміщений між двома точками, де різниця електричних потенціалів становить один вольт. При напрузі 12 один кулон заряду отримає 12 джоулів потенційної енергії. Батарея на шість вольт має потенціал для одного кулона заряду, щоб отримати шість джоулів потенційної енергії між двома розташуванням. Батарея на дев'ять вольт має потенціал для одного кулона заряду, щоб отримати дев'ять джоулів потенційної енергії.

Як працює закон в реальному житті

Формулу напруги у фізиці іноді дуже складно зрозуміти. Більш конкретними прикладами з реального життя є резервуар для води зі шлангом, що йде знизу. Рідина являє собою накопичений заряд. Потрібна робота, щоб наповнити бак водою. Це створює запас рідини. Як поділ заряду батареї. Чим більше її в резервуарі, тим сильніше тиск - і вода може виходити через шланг з більшою енергією. Якби в акваріумі було менше рідини, вона вийшла б з мінімальною кількістю інтенсивності.

Приклад із звичайною водою

Цей потенціал тиску еквівалентний напрузі. Чим більше води в баку, тим сильніше вплив. Чим потужніший заряд зберігається в батареї, тим вище напруга. Коли відкриваєш шланг, тече потік води. Тиск в резервуарі визначає, наскільки швидко він витікає. Електричний струм вимірюється в амперах. Чим більше вольт, тим сильніше А струму. Значить, чим сильніше тиск води, тим швидше вона витече з бака. Тим не менш струм також залежить від опору. У разі шланга - це його ширина. Широка труба дозволяє пропускати більше води за менший час, а вузька - протистоїть потоку рідини. З електричним струмом також може бути опір, виміряний в Омах.

За якою формулою визначається напруга

Закон Ома свідчить, що U дорівнює поточному тимчасовому опору. V=I*R Якщо це 12-вольтова батарея, то її значення становить два Ом, а струм складе шість ампер. Якщо опір було одним Ом, струм був би 12 ампер. Формула напруги у фізиці свідчить, що інтенсивність, різниця електричного потенціалу і тиску — це відмінність між двома точками. Відмінність у даному випадку між двома об'єктами (тобто їх напругою) у статичному електричному полі визначається як робота, необхідна на одиницю заряду для переміщення випробувального резерву між точками. У Міжнародній системі одиниць отриманий блок називається напругою.

Різні використовувані величини

В СІ робота виражається в джоулях на кулон, де 1 вольт = 1 дж за 1 кулон. Офіційне визначення СІ для вольта використовує потужність і струм, де 1 вольт = 1 ват (потужності) на 1 ампер (струму). Це визначення еквівалентно більш часто використовуваному «джоулю на кулон». Напруга чи різниця електричних потенціалів позначається символічно DV, але частіше просто як V, наприклад, в контексті Ома або Правила Кірхгофа. Відмінності електричного потенціалу між точками можуть бути викликані зарядом, струмом через магнітне поле або певною комбінацією цих трьох складових. Вольтметр може бути використаний для вимірювання напруги (або різниці потенціалів між двома точками у системі; часто в якості одного об'єкта використовується загальний опорний потенціал, такий як заземлення системи. Напруга може являти собою або джерело енергії (електрорушійна сила) або втрачену, використану або накопичену (падіння потенціалу) енергію. Існує кілька корисних способів дізнатися яка формула напруги в конкретному випадку необхідна. Грубо кажучи, сила визначається так, що негативно заряджені об'єкти притягаються до більш високих напруг, а позитивно - до більш низьким. Тому звичайний струм у проводі або резисторі завжди тече від меншого до більшого.
Історично формула закону напруги згадувалася з використанням такого терміна, як тиск. Навіть сьогодні «натяг» все ще застосовується в такому контексті, наприклад, у терміні «висока напруга», який зазвичай вживається в електроніці на основі термоэлектронных клапанів (вакуумних трубок).

Як знайти напругу, формула. Потенціал електричного поля

Збільшення напруги з деякої точки x A у якийсь момент x B дан кимось. У цій формулі для обчислення напруги збільшення від точки A до B дорівнює роботі, яку потрібно було б виконати за одиницю заряду, електричного проти поля, щоб перемістити частинку з A на B, не викликаючи якогось прискорення. Математично це виражається як криволінійний інтеграл від електричного поля вздовж цього шляху. Згідно з цим визначенням, різниця напруг між двома точками не формується однозначно, коли існують змінюються в часі магнітні поля, оскільки електрична сила не є консервативною в таких випадках. Якщо використовується це визначення напруги, будь-яка ланцюг, в якій існують змінюються в часі магнітні поля, наприклад, ряди, що містять індуктори, не буде мати чітко визначеного напруги між вузлами в ланцюзі. Однак якщо магнітні поля належним чином містяться в кожному компоненті, то електричне є консервативним у зовнішній області, і складові добре визначені в ній. У цьому випадку напруга на індукторі, якщо дивитися з боку, виявляється.

Незважаючи на те, що внутрішнє електричне поле в котушці дорівнює нулю (за умови, що це ідеальний провідник). Існує ще кілька способів, щоб дізнатися, яка формула напруги необхідна в конкретному випадку.

Визначення через розкладання електричного поля

Використовуючи наведене вище поняття, потенціал не знаходиться на одному місці, коли магнітні поля змінюються з часом. У фізиці іноді корисно узагальнювати електричне значення, розглядаючи тільки консервативну частину поля. Це робиться з допомогою наступного розкладання, використовуваного в електродинаміці. У наведеній вище формулі Е - індукований - обертальний електричне поле, обумовлене змінюються під часу магнітними фонами. В цьому випадку сила між точками завжди визначається однозначно.

Ще один спосіб

Розберемо формулу механічного напруги у фізиці, теорії ланцюгів. У схемотехническом аналізі та електротехніки сила на котушці індуктивності не вважається нульовим або невизначеним, як передбачає стандартне визначення. Це пов'язано з тим, що інженери-електрики використовують модель з зосередженими елементами для представлення та аналізу ланцюгів. При цьому передбачається, що в області навколишнього ряду немає магнітних полів, їх вплив міститься в «зосереджених елементах», які є ідеалізованими і автономними складовими схеми, що використовуються для моделювання фізичних компонентів. Якщо припущення про незначні витоки полів є дуже неточним, їх ефекти можуть бути змодельовані паразитними компонентами.
Однак у випадку фізичного індуктора ідеальне уявлення з зосередженими параметрами часто є точним. Це пов'язано з тим, що поля витоку в індуктивності, як правило, незначні, особливо якщо заряд являє собою тороід. Якщо протекшие поля невеликі, можна знайти, що є незалежним від шляху, і на клемах індуктора є чітко певне напруження. Це причина того, що вимірювання за допомогою вольтметра на котушці часто достатньою мірою не залежать від розташування вимірювальних проводів.

Гідравлічна аналогія

Проста паралель для електричного контуру у формулі зміни напруги — вода, що протікає по замкнутому трубопроводу, що приводиться в дію механічним насосом. Це можна назвати «водяним контуром». Різниця потенціалів між двома точками відповідає відзнакою тисків між ними. Якщо насос створює перепад тиску, то вода, що тече з однієї колби в іншу, зможе виконувати роботу, наприклад, приводити в рух турбіну. Точно так само робота може виконуватися електричним струмом, керованим різницею потенціалів, забезпечуваною батареєю. Наприклад, напругу, яка достатньо заряджений автомобільним акумулятором, може «проштовхувати» великий струм через обмотки стартерного двигуна. Якщо насос не працює, він не створює різницю тисків, і турбіна не обертається. Аналогічно якщо акумуляторна батарея машини дуже слабка чи розряджена, то вона не буде крутити стартер. Гідравлічна аналогія є корисним способом розуміння багатьох електричних концепцій. У такій системі напруга обчислюється за формулою тиску, помноженого на обсяг рухомого заряду. В електричної ланцюга робота, виконувана для пересування частинок або інших носіїв, дорівнює «електричному тиску», помноженому на кількість переміщених электрочастиц. Чим більше перепад тиску між двома точками відносно потоку (різниця потенціалів або перепад тиску води), тим більше відстань між ними (електричний струм або потік води).

Вимірювальні прилади

Інструментарій для визначення напруги включає в себе вольтметр, потенціометр і осцилограф. Перший працює шляхом вимірювання струму через фіксований резистор, який, згідно закону Ома, пропорційний напрузі. Потенціометр працює шляхом балансування невідомого напруги з відомим в бруківці ланцюга. Катодно-променевої осцилограф обчислює, посилюючи U і використовуючи його для відхилення електронного променя від прямої траєкторії.

Типові напруги

Загальний потік для батарей ліхтарика становить 15 V. А спільне напруга для автомобільних акумуляторів - 12 вольт. Загальна сила, що поставляється великими енергокомпаніями споживачеві, становить від 110 до 120 вольт і від 220 до 240 вольт. Напруги в передачі енергії, які використовуються для розподілу всього струму від електростанцій, може бути в кілька сотень разів більше, ніж будь-які споживчі напруги, як правило, від 110 до 1200 кВ (змінного струму). Сила, яка використовується у повітряних лініях для живлення всіх залізничних локомотивів, становить від 12 кВ до 50 кВ (змінного струму) або від 15 кВ до 3 кВ (постійного струму).

Потенціал Гальвані

Всередині провідного матеріалу на енергію електрона впливають не тільки середні можливості, але й конкретна теплова і атомна середовище, в якій він знаходиться. Коли підключений вольтметр між двома різними типами металу, він не вимірює різницю електростатичного потенціалу. Величина, виміряна за допомогою вольтметра, є негативною і зазвичай називається різницею напруг. У той час як чистий нескоректована електростатична можливість (невимірювана з допомогою вольтметра) іноді називається Гальванічної. Терміни «напруга» і «електричний потенціал» неоднозначні в тому сенсі, що на практиці вони можуть ставитися до будь-якого з них у різних контекстах.