Для характеристики дії електричного поля використовують таке поняття як “напруга”. Електрична напруга є фізичною величиною, що позначає величину роботи, яку здійснює електричне поле для зміни координати (з точки A в точку B) заряду напруженістю в 1 кулон.
Про суть явища
Природа цього явища досить проста. Атоми, що беруть участь в побудові будь-якої речовини, мають позитивно заряджене ядро, навколо якого швидко обертаються електрони, що несуть негативний заряд.
У звичайному стані коли число електронів дорівнює числу протонів в ядрі, які відповідають за позитивну складову заряду, сам атом, в цілому, є нейтрально зарядженим, тобто не володіє зарядом.
Відсутність негативно заряджених електронів призводить атом в стан нестачі цих частинок і він буде прагнути повернутися в початковий стан.
Зворотна ситуація – виникнення зайвих електронів в атомі веде до появи негативного заряду (потенціалу) в цілому. Варто відзначити, що протони не можуть видалятися в цьому випадку, оскільки це змінити всю конфігурацію атома, і він в цьому випадку перетворитися в інший.
Електричний струм з’являється в тому випадку, коли потенціали провідників, що мають протилежні заряди, з’єднуються. Виникає так зване цілеспрямоване пересування частинок, що володіють зарядом, які намагаються ліквідувати різницю потенціалів.
Вимірювання напруги
Напруга у фізиці – це електрорушійна сила (ЕРС), яка «пересуває» електрони від одного атом до іншого в певному напрямку. Перші дні електрики були пов’язані саме з цим визначенням, тому в деяких рівняннях, наприклад, в законі Ома, напруга позначається буквою E. У всіх інших випадках прийнято застосовувати значок U.
У нинішній міжнародній системі одиниць (СІ) позначено в яких одиницях вимірюється напруга: вольт є одиницею виміру.
Один вольт може визначатися по-різному:
- 1 в = 1 Дж/1 Кл – найпоширеніше, де одиниця напруги дорівнює роботі в 1 джоуль, що здійснюється над зарядом в 1 кулон при зміні координати цього заряду;
- 1 в = 1 Вт/1а — напруга, що викликає в ланцюзі постійний струм силою в 1 ампер і потужністю 1 ватт.
Розмірність 1 В можна масштабувати приставками: 1 в = 1 000 мВ = 1 000 000 мкВ.
Виміряти різницю потенціалів можна за допомогою спеціального приладу — вольтметра. Цей інструмент служить для безпосереднього підрахунку ЕРС або U в ланцюгах електричного струму. Він підключається до контуру паралельно навантаженню, джерела електричної енергії.
Існують різні типи напруги – постійна та змінна. Наприклад, в розетках, що знаходяться у звичайній квартирі або приватному будинку, спостерігається змінна напруга, а у звичайних «пальчикових» (AA) або «мізинчикових» (AAA) батарейках — постійна.
Змінну напругу можна підвищити або знизити за допомогою трансформатора або випрямити (зробити постійною) іншим спеціальним пристроєм. Для правильного вимірювання напруги необхідно знати про деякі особливості різних її видів.
Постійний струм
Вимірювання такого виду напруги можливе при використанні магнітоелектричних пристроїв. Сьогодні існує безліч високоточних пристроїв подібного типу, деякі з яких навіть оснащені цифровим дисплеєм.
Найпростішим варіантом буде безпосереднє підключення приладу до контуру ланцюга, але при цьому слід дотримуватися наступних правил:
- Граничне значення на шкалі пристрою має бути більше передбачуваного максимуму.
- Необхідно враховувати, яка полярність приєднання, інакше шкала буде відхилятися в протилежну сторону.
Змінний струм
В цьому випадку магнітоелектричні пристрої будуть непридатними для здійснення вимірів, але існує величезний арсенал інших приладів різноманітних видів, здатних виконати завдання по вимірюванню змінного струму. Здійснюють роботу з такими апаратами за допомогою приєднання до виходу випрямляча.
Фактори, що впливають на напругу
Значення показника, яке фіксується на ділянці ланцюга, може залежати від ряду факторів.
Таких, як наприклад:
- приєднане навантаження, тобто опір ланцюга;
- природа і фізичні характеристики речовини, з якої зроблений матеріал провідника;
- умови навколишнього середовища (температура та інше);
- інші фактори.
Ефект Джозефсона
Необхідно згадати і про ефект Джозефсона – феномен надпровідного струму, який проходить крізь шар діелектричної речовини невеликої товщини, що ізолює два надпровідних предметів. Вчений у своїй науковій праці висловив припущення про те, що це явище можна спостерігати тільки при використанні супертонкого шару, який повинен бути значно менше довжини надпровідної когерентності, але досліди, виконані пізніше, показали можливість здійснення експерименту і при використанні набагато товщих прошарків.
Джозефсонський перехід також може бути виробником електромагнітної хвильової напруги. Це відбувається, коли в ньому підтримується постійна напруга. Також можливо спорудити установку зі зворотним ефектом. При цьому як виробництво, так і поглинання проявляють здатність працювати в такому діапазоні частот, який недоступний іншим інструментам.
Напруга може виражатися різницею потенціалів або ЕРС, а позначається воно знаками E або U (майже завжди U). Вимірюється напруга вольтметром та іншими приладами. Також не треба забувати, що існує ряд факторів, які можуть вплинути на різницю потенціалів в провіднику.
