Что такое Электрическое напряжение?

Сообщение №45678 от СашаФ 24 августа 2006 г. 14:28
Тема: Что такое Электрическое напряжение?

Я не понимаю что такое напряжение в проводнике.
Например возьмём простую цепи: питание, провод, нагрузка.
к нагрузке подключим вольтметер и что он будет показывать? разность потенциалов, НО заряды же двугаются в той точке куда подключен вольтметр, значит откуда в этих точках потенциал и чей он, этот потенциал?


Отклики на это сообщение:

> Я не понимаю что такое напряжение в проводнике.
> Например возьмём простую цепи: питание, провод, нагрузка.
> к нагрузке подключим вольтметер и что он будет показывать? разность потенциалов, НО заряды же двугаются в той точке куда подключен вольтметр, значит откуда в этих точках потенциал и чей он, этот потенциал?


Во-первых, вольтметр подключается не к одной точке, а к двум. А напряжение хорошо понимать на примере водяной аналогии.
Предположим, что у нас есть замкнутая электрическая цепь в которой течёт электрический ток. Аналогично, пусть у нас есть замкнутая система труб, по которой течёт вода.
Для существования тока необходим источник энергии, который обеспечивает некоторое напряжение (перекачивает заряды). Аналогично, в водяной системе есть насос, который поднимает воду на некоторую высоту. Вода, падая с этой высоты, проходит через некоторое устройство (пусть это будет водяная мельница) и совершает работу. Аналогично, заряды проходят через некоторое сопротивление и совершают работу.
Понятно, что после прохождения через мельницу вода будет находиться на меньшей высоте и ее потенциальная энергия будет меньше. Аналогично, после прохождения через сопротивление потенциальная энергия электронов будет меньше и, следовательно, будет меньше напряжение.
Если мы хотим измерить количество воды, проходящее через сечение трубы, нам нужно разрезать её и вставить счётчик воды. Аналогично, разрезается цепь и вставляется амперметр для измерения силы тока.
Если мы хотим измерить с какой высоты падает вода на мельницу, нам нужно между двумя точками трубы приложить линейку. Аналогично, если мы хотим измерить напряжение между двумя точками цепи, нам нужно приложить своеобразную электрическую "линейку" - вольтметр.
В этой системе аналогий напряжение - суть "высота" с которой падают электроны, то есть их потенциальная энергия.
Сила тока - количество "воды", пролезающей через "трубу" за секунду.
Понятно, что если вода прошла через первую мельницу, то на её пути может стоять ещё одна. Тогда суммарная высота, с которой упала вода, будет равна высоте двух мельниц. Аналогично, последовательное соединение проводников. Если ток идёт через две последовательно соединённые лампочки по 220 Вольт, то это совсем не значит, что на каждой из них напряжение 220 Вольт. А вот суммарное еапряжение будет равно 220.


> Во-первых, вольтметр подключается не к одной точке, а к двум. А напряжение хорошо понимать на примере водяной аналогии.
> Предположим, что у нас есть замкнутая электрическая цепь в которой течёт электрический ток. Аналогично, пусть у нас есть замкнутая система труб, по которой течёт вода.
> Для существования тока необходим источник энергии, который обеспечивает некоторое напряжение (перекачивает заряды). Аналогично, в водяной системе есть насос, который поднимает воду на некоторую высоту. Вода, падая с этой высоты, проходит через некоторое устройство (пусть это будет водяная мельница) и совершает работу. Аналогично, заряды проходят через некоторое сопротивление и совершают работу.
> Понятно, что после прохождения через мельницу вода будет находиться на меньшей высоте и ее потенциальная энергия будет меньше. Аналогично, после прохождения через сопротивление потенциальная энергия электронов будет меньше и, следовательно, будет меньше напряжение.
> Если мы хотим измерить количество воды, проходящее через сечение трубы, нам нужно разрезать её и вставить счётчик воды. Аналогично, разрезается цепь и вставляется амперметр для измерения силы тока.
> Если мы хотим измерить с какой высоты падает вода на мельницу, нам нужно между двумя точками трубы приложить линейку. Аналогично, если мы хотим измерить напряжение между двумя точками цепи, нам нужно приложить своеобразную электрическую "линейку" - вольтметр.
> В этой системе аналогий напряжение - суть "высота" с которой падают электроны, то есть их потенциальная энергия.
> Сила тока - количество "воды", пролезающей через "трубу" за секунду.
> Понятно, что если вода прошла через первую мельницу, то на её пути может стоять ещё одна. Тогда суммарная высота, с которой упала вода, будет равна высоте двух мельниц. Аналогично, последовательное соединение проводников. Если ток идёт через две последовательно соединённые лампочки по 220 Вольт, то это совсем не значит, что на каждой из них напряжение 220 Вольт. А вот суммарное еапряжение будет равно 220.

Стало немного понятнее, НО напряжение это разность потенциалов,
а потенциал = E*d вот с этим как?
а про то что вода падает через мельницу или не через мельницу она ВСЁ РАВНО теряет пот. ен.
для меня трудно перенести законы элетростатики к цепям, вот наверно главный вопрос.



> Стало немного понятнее, НО напряжение это разность потенциалов,
> а потенциал = E*d вот с этим как?

Напряжённость электрического поля Е, напряжённость гравитационного поля g (ускорение свободного падения есть ни что иное, как напряжённость гравитационного поля). Потенциал (точнее, разность потенциалов) для равномерного электрического поля Е*d, для гравитационного поля аналогично g*h.
Соответственно и потенциальная энергия для равномерного электрического поля W=q*E*d, а для гравитационного E=m*g*h. По идее, любой потенциал - на самом деле разность потенциалов. Просто потенциал некоторой заранее определённой точки принимается за ноль. Для электрического поля заряда это чаще всего бесконечно удалённая точка. То есть, когда говорят, что потенциал какой-либо точки 50 Вольт, то это означает, что для переноса заряда в 1 Кулон из бесконечности в эту точку надо совершить работу 50 Дж. Надпись 220 Вольт на розетке означает, что каждый 1 Кулон электричества, "вылезая из одной дырки" этой розетки, пройдя по всей цепи и "залезя" в другую дырку, по пути совершит работу 220 Джоулей.
В нашей аналогии если взять 1кг воды и поднять её на высоту 220 метров, то, падая до земли, она может совершить работу 1*220*9,8 То есть около 2200 Джоулей.Если же воду поднять всего на 1,5 метра, то и работу она совершит меньшую. От чего это зависит? Да от мощности насоса, который эту самую воду поднимает на высоту. Аналогично, если на батарейке написано 1,5 Вольта, то это означает, что внутри неё находится "слабый насос", который перекачивает заряды "всего на высоту 1,5 метра" (конечно, это аналогии), а вот в генераторе 220 Вольт "стоит сильный насос", который действует как хорошая водонапорная башня.


> Напряжённость электрического поля Е, напряжённость гравитационного поля g (ускорение свободного падения есть ни что иное, как напряжённость гравитационного поля). Потенциал (точнее, разность потенциалов) для равномерного электрического поля Е*d, для гравитационного поля аналогично g*h.
> Соответственно и потенциальная энергия для равномерного электрического поля W=q*E*d, а для гравитационного E=m*g*h. По идее, любой потенциал - на самом деле разность потенциалов. Просто потенциал некоторой заранее определённой точки принимается за ноль. Для электрического поля заряда это чаще всего бесконечно удалённая точка. То есть, когда говорят, что потенциал какой-либо точки 50 Вольт, то это означает, что для переноса заряда в 1 Кулон из бесконечности в эту точку надо совершить работу 50 Дж. Надпись 220 Вольт на розетке означает, что каждый 1 Кулон электричества, "вылезая из одной дырки" этой розетки, пройдя по всей цепи и "залезя" в другую дырку, по пути совершит работу 220 Джоулей.
> В нашей аналогии если взять 1кг воды и поднять её на высоту 220 метров, то, падая до земли, она может совершить работу 1*220*9,8 То есть около 2200 Джоулей.Если же воду поднять всего на 1,5 метра, то и работу она совершит меньшую. От чего это зависит? Да от мощности насоса, который эту самую воду поднимает на высоту. Аналогично, если на батарейке написано 1,5 Вольта, то это означает, что внутри неё находится "слабый насос", который перекачивает заряды "всего на высоту 1,5 метра" (конечно, это аналогии), а вот в генераторе 220 Вольт "стоит сильный насос", который действует как хорошая водонапорная башня.

А в проводе где это электрическое поле?
Когда до и после нагрузки подключеам вольтметер (в паралель к нагрузке)Б он показывает разность потенциалов между этих точек, и у каждой точке должно быть это E*d к какой то точке?
объясни плз.


> Я не понимаю что такое напряжение в проводнике.
> Например возьмём простую цепи: питание, провод, нагрузка.
> к нагрузке подключим вольтметер и что он будет показывать? разность потенциалов, НО заряды же двугаются в той точке куда подключен вольтметр, значит откуда в этих точках потенциал и чей он, этот потенциал?

> > Предположим, что у нас есть замкнутая электрическая цепь в которой течёт > электрический ток. Аналогично, пусть у нас есть замкнутая система труб, по которой течёт вода.
Хорошая аналогия, думаю с ней проще понять работу эл. зарядов.
> > Для существования тока необходим источник энергии, который обеспечивает некоторое напряжение (перекачивает заряды). Аналогично, в водяной системе есть насос, который поднимает воду на некоторую высоту. Вода, падая с этой высоты, > проходит через некоторое устройство (пусть это будет водяная мельница) и > совершает работу. Аналогично, заряды проходят через некоторое сопротивление и > > совершают работу.
Итак источник эл. энергии имеет аналог - водяной насос.
Продолжим эту аналогию
Ток I- скорость некоторого кол-ва/объёма воды в единицу времени
Заряд Q - кол-во/объём жидкости например в кубических сантиметрах.
Напряжение U - давление создаваемое насосом
Потенциал U1-U2 - перепад давления р1-р2
Напряжённость E- перепад давления про прогонный метр трубы.
Энергия W = (U1-U2)*Q выделенная на нагрузке - произведение разности давления на нагрузке на объём жидкости прошедшей через эту нагрузку.

Надеюсь что теперь стало немножко понятнее.



> > Напряжённость электрического поля Е, напряжённость гравитационного поля g (ускорение свободного падения есть ни что иное, как напряжённость гравитационного поля). Потенциал (точнее, разность потенциалов) для равномерного электрического поля Е*d, для гравитационного поля аналогично g*h.
> > Соответственно и потенциальная энергия для равномерного электрического поля W=q*E*d, а для гравитационного E=m*g*h. По идее, любой потенциал - на самом деле разность потенциалов. Просто потенциал некоторой заранее определённой точки принимается за ноль. Для электрического поля заряда это чаще всего бесконечно удалённая точка. То есть, когда говорят, что потенциал какой-либо точки 50 Вольт, то это означает, что для переноса заряда в 1 Кулон из бесконечности в эту точку надо совершить работу 50 Дж. Надпись 220 Вольт на розетке означает, что каждый 1 Кулон электричества, "вылезая из одной дырки" этой розетки, пройдя по всей цепи и "залезя" в другую дырку, по пути совершит работу 220 Джоулей.
> > В нашей аналогии если взять 1кг воды и поднять её на высоту 220 метров, то, падая до земли, она может совершить работу 1*220*9,8 То есть около 2200 Джоулей.Если же воду поднять всего на 1,5 метра, то и работу она совершит меньшую. От чего это зависит? Да от мощности насоса, который эту самую воду поднимает на высоту. Аналогично, если на батарейке написано 1,5 Вольта, то это означает, что внутри неё находится "слабый насос", который перекачивает заряды "всего на высоту 1,5 метра" (конечно, это аналогии), а вот в генераторе 220 Вольт "стоит сильный насос", который действует как хорошая водонапорная башня.

> А в проводе где это электрическое поле?
Предположим, что проводник длиной 1 метр подключили к батарейке с напряжением 1,5 В (Допустим, что по-тупому закоротили батарейку) Тогда внутри проводника будет электрическое поле с напряжённостью Е=1,5 Вольт на метр. Именно оно и будет заставлять электроны двигаться вдоль проводника. Именно оно и породит электрический ток.

> Когда до и после нагрузки подключеам вольтметер (в паралель к нагрузке)Б он показывает разность потенциалов между этих точек, и у каждой точке должно быть это E*d к какой то точке?
> объясни плз.

Е*d - это только для равномерного поля. И приведено только в качестве примера. А в реальном проводнике следующее:
Предположим, у тебя есть ёлочная гирлянда из 10 лампочек и предположим, что эти лампочки соеденены последовательно и вставлены в сеть 220 Вольт (типичная совковая ёлочная гирлянда). Теперь возьмём эту гирлянду за верхнюю лампочку и пусть себе висит вертикально. Тогда, с точки зрения аналогии, электрическая розетка - это насос, поднимающий воду на высоту 220 метров. Каждая лампочка - это этаж. Точнее, система батарей водяного отопления на этаже. То есть, у нас есть водопроводная система 10-этажного дома высотой 220 метров (ну, пусть такой нехилый небоскрёбчик). На каждом этаже этого небоскрёбчика есть водяная батарея - аналог лампочки. Вопрос: Чему равна высота одного этажа в небоскрёбе? Ну, делим 220 на 10 и получает 22 метра. Аналогично, если измерить напряжение на одной лампочке, то оно составит 22 Вольта. Если приложить вольтметр к нижнему выводу первой лампочки и верхнему второй, то это всё равно, что приложить линейку к низу первого этажа небоскрёба и верху второго. Высота составит 44 метра. Аналогично, напряжение составит 44 Вольта. Обрати внимание, что если высота дома 220 метров, то это не значит, что любое измерение высоты даст 220 метров. Можно намерять и метр, и два... Всё зависит от того, между какими точками ты меряешь высоту. Аналогично, если ты всунул вилку в розетку 220 Вольт, то это не значит, что везде 220 Вольт. Если взять наш пример с вертикально висящей гирляндой, то, чем больше расстояние между 2-мя точками, тем больше должно быть напряжение.

При этом считается, что длина проволоки, соединяющей эти лампочки, равна нулю. Это потому, что её сопротивление мало по сравнению с лампочкой. И ещё. Все это сказано для лампочек с одинаковым сопротивлением. Если сопротивления лампочек разные, то это всё равно, что в твоём небоскрёбе разные высоты этажей. Чем больше сопротивление конкретной лампочки, тем выше соответствующий этаж.

Очень интересный эффект получается, если разные лампочки соединить последовательно. Обычно, чем мощнее лампа, тем ярче она горит. А здесь всё будет наоборот. Ток во всех лампочках одинаковый. По аналогии, если в какую-то батарею втёк 1 литр воды, то 1 литр и вытек. А вот сопротивление мощной лампочки маленькое. По аналогии - малая высота этажа. То есть, чем мощнее лампочка, тем меньше на ней напряжение. Соответственно, меньше мощность. Поэтому, при последовательном соединении разных лампочек мощнее будет гореть самая маломощная. Она же первая сгорит от перегрузки. А мощная лампа будет едва тлеть.


Наконец то я понял. Спасибо тебе большое, по больше таких людей как ты в Сети.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100