Електрострум характеризується декількома фізичними величинами:
- опором;
- напругою;
- силою струму.
При цьому вони всі пов’язані між собою.
Перш ніж дізнатися формулу електричної напруги і одиницю її вимірювання, необхідно розібратися з природою цієї величини і її роллю в утворенні електричного струму. В іншому випадку подальше вивчення предмета утрудниться.
Суть явища електричної напруги
Будь-яка речовина складається з атомів. Вони мають ядра з позитивним зарядом, а навколо них обертаються негативно заряджені електрони. Під впливом електрополя ці частинки починають рухатися. Чим більше зарядів було переміщено, тим більшу роботу виконує електричне поле.
На цей параметр впливають дві величини:
- струм;
- напруга.
Фізичний сенс напруги полягає в тому, що робота електроструму (А) на будь-якій ділянці ланцюга співвідноситься з зарядом (q), що проходить по цій ділянці. В результаті виконання роботи заряд зі знаком “плюс” переміщається з точки з меншим потенціалом в точку з великим.
Таким чином, формула для визначення різниці потенціалів виглядає наступним чином:
U = A/q
Напруга визначається різницею потенціалів або електрорушійною силою. При цьому робота є енергією і вимірюється в джоулях (Дж). Для визначення електрозаряда в міжнародній системі СІ одиниць використовується кулон (Кл).
Зараз можна з’ясувати, в чому вимірюється напруга. Для цього достатньо підставити всі відомі величини в формулу — U = Дж/Кл. Ця одиниця називається вольт (В). Для більш наочного пояснення фізичного сенсу величини слід представити шланг з водою.
У наведеному прикладі роль сили струму виконує об’єм рідини, а її тиск відповідає напрузі. При русі води вона вільно у великій кількості переміщається в шлангу, створюючи при цьому певний тиск. Якщо кінець шланга стиснути, то при одночасному збільшенні тиску рідини зменшиться її об’єм. При цьому струмінь буде переміщатися на більшу відстань.
З електрикою ситуація аналогічна. Показник сили струму залежить від кількості електронів, що рухаються по провіднику. Різницю потенціалів можна вважати силою, з якою проштовхуються електрони.
Крім цього, напруга залежить від наступних факторів:
- матеріал провідника;
- опір провідника;
- температура.
Основні види напруги
Існує два типи напруги – постійна і змінна. Перша присутня в колах з постійним струмом.
Змінна напруга зустрічається в мережах з синусоїдальною енергією. Про кожен з двох видів напруги слід розповісти докладніше.
Постійна напруга
Напруга в мережі буде постійною, якщо заряд потенціалів, прикладених до неї, не змінюється. Головною перевагою постійної електричної енергії є відсутність реактивної потужності. Говорячи простіше, вся потужність, створювана генератором, повністю споживається підключеним навантаженням, не рахуючи втрат в провідниках.
При приєднанні споживача до ланцюга постійного струму вкрай важливо строго дотримуватися полярності. В іншому випадку пристрій може відразу після подачі струму вийти з ладу.
Мережі постійного струму використовуються в ситуаціях, коли електроенергію не потрібно передавати на великі відстані.
Змінна напруга
Якщо полярність потенціалів періодично змінюється або вони переміщаються в просторі, то електрострум почне текти у зворотному напрямку. Кількість цих змін напряму за одиницю часу характеризує величина частота. Наприклад, в Україні в мережах змінного струму використовується частота в 50 Гц. Це говорить про те, що протягом секунди полярність змінюється 50 разів.
Слід пам’ятати, що змінна напруга є тимчасовою функцією. При цьому вона узгоджена з законом синусоїдальних коливань. Цей факт пов’язаний з тим, що змінний струм з’являється в котушках асинхронних електродвигунів завдяки обертанню навколо неї електричного магніту. Якщо це обертання розгорнути за часом, то в результаті вийде синусоїда.
Для успішного вивчення електротехніки спочатку необхідно розібратися з поняттями основних величин, використовуваних у фізиці. Однією з них і є напруга.
