Elektromos feszültség

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. július 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 15 szerkesztést igényelnek .

Feszültség
U, V
Dimenzió	L 2 MT -3 I -1
Egységek
SI	volt

Az elektromos áramkör vagy elektromos tér A és B pontja közötti elektromos feszültség egy skaláris fizikai mennyiség , amelynek értéke megegyezik az effektív elektromos tér (ideértve a külső tereket is) munkájával , amikor egységpróba elektromos töltést viszünk át a pontból. A -ból B pontba [1] [2] .

Ebben az esetben úgy tekintjük, hogy a teszttöltés-átvitel nem változtatja meg a töltések eloszlását a terepi forrásokon (a teszttöltés definíciója szerint ) . A feszültség általában két munka hozzájárulásából alakul ki: az elektromos és a külső erők munkájából . Ha az áramköri szakaszra nem hatnak külső erők (azaz ), akkor az elmozdulás munkája csak a potenciális elektromos tér munkáját foglalja magában (amely nem függ a töltés mozgási útjától), és az közötti elektromos feszültség Az A és B pont egybeesik e pontok közötti potenciálkülönbséggel (mert ). Általános esetben az A és B pontok közötti feszültség különbözik az e pontok közötti potenciálkülönbségtől [3] az egységnyi pozitív töltés mozgatásakor a külső erők munkájára. Ezt a munkát elektromotoros erőnek nevezik az áramkör ezen szakaszában: $A_{{AB}}^{{el}}$ $A_{AB}^{ex}$ $A_{{AB}}^{{ex}}=0$ $A_{{AB}}^{{el}}$ $U_{{AB}}$ $\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}=A_{{AB}}^{{el}}/q$ $U_{{AB}}$ ${\mathcal E}_{{AB}}$ ${\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.$

$U_{{AB}}=\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}+{\mathcal E}_{{AB}}.$

Az elektromos feszültség definíciója más formában is felírható. Ehhez a művet integrálként kell ábrázolni az L pálya mentén , A pontból B pontba fektetve . $A_{{AB}}^{{ef}}$

$U_{{AB}}=\int \limits _{L}{\vec E}_{{ef}}d{\vec l}$ az effektív térerősség (beleértve a külső tereket is) az ${\vec {E}}_{ef}$ L pálya érintőjére vetített integrálja , amelynek iránya a pálya minden pontjában egybeesik a vektor irányával ebben a pontban. Elektrosztatikus térben, amikor nincsenek külső erők, ennek az integrálnak az értéke nem függ az integrációs úttól, és egybeesik a potenciálkülönbséggel . $d{\vec {l))$

Az elektromos feszültség dimenziója a Nemzetközi Mennyiségek Rendszerben ( Angol International System of Quantities, ISQ ), amelyen a Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) alapul , L 2 MT -3 I -1 . A feszültség SI mértékegysége a volt (orosz jelölése: V ; nemzetközi: V ).

A feszültség fogalmát Georg Ohm vezette be 1827-es munkájában, amelyben az elektromos áram hidrodinamikai modelljét javasolták Ohm általa 1826-ban felfedezett empirikus törvényének magyarázatára : . $U\!=IR$

Feszültség az egyenáramú áramkörökben

Az A és B pontok közötti egyenáramú áramkör feszültsége az a munka, amelyet az elektromos tér végez, amikor a teszt pozitív töltést A pontból B pontba viszi át.

Feszültség az AC áramkörökben

A következő feszültségek az AC áramkörök leírására szolgálnak :

azonnali feszültség;
feszültség amplitúdó értéke;
átlagos feszültségérték;
effektív feszültség érték;
átlagos egyenirányított feszültség értéke.

A pillanatnyi feszültség az adott időpontban mért két pont közötti potenciálkülönbség. Időtől függ (az idő függvénye):

u=u(t).

A feszültség amplitúdója a pillanatnyi feszültség maximális moduloértéke a rezgés teljes időtartamára :

U_{M}=\max(|u(t)|).

Harmonikus ( szinuszos ) feszültségingadozások esetén a pillanatnyi feszültségértéket a következőképpen fejezzük ki:

u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).

220 V effektív váltóáramú szinuszos feszültség esetén a csúcsfeszültség körülbelül 311 V.

Az amplitúdó feszültség oszcilloszkóppal mérhető .

A feszültség átlagértéke (a feszültség állandó összetevője) a rezgés teljes időtartama alatt meghatározott feszültség, mint:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.

Szinuszos esetén az átlagos feszültség értéke nulla.

A feszültség négyzetes középértéke (elektrotechnikai nevén: effektív , effektív ) a rezgés teljes időtartamára meghatározott feszültség, így:

U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt)).

A feszültség négyzetes átlagértéke a legkényelmesebb gyakorlati számításokhoz, mivel ugyanazt a munkát végzi lineáris aktív terhelésen (például egy izzólámpa ugyanolyan fényerővel rendelkezik, egy fűtőelem ugyanannyi hőt bocsát ki) vele egyenlő állandó feszültség.

Szinuszos feszültség esetén az egyenlőség igaz:

U_{q}={1 \fölött {\sqrt {2}}}U_{M}\kb. 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q} \kb. 1414 U_{q}.

A technikában és a mindennapi életben váltakozó áram használatakor a „feszültség” kifejezés a feszültség négyzetes középértékét jelenti, és minden voltmérőt ennek definíciója alapján kalibrálnak. Konstruktív módon azonban a legtöbb készülék valójában nem a négyzetgyököt, hanem az átlagos egyenirányított (lásd lent) feszültségértéket méri, ezért nem szinuszos jel esetén a leolvasásuk eltérhet a valós értéktől.

Az átlagos egyenirányított feszültség értéke a feszültségmodulus átlagos értéke:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.

Szinuszos feszültség esetén az egyenlőség igaz:

U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\kb. 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\kb. 0,9U_{q}).

A gyakorlatban ritkán használják, azonban a legtöbb váltakozó áramú voltmérő (amelyben az áramot mérés előtt egyenirányítják ) valójában pontosan ezt az értéket méri, bár skálájuk RMS-értékekre van kalibrálva.

Feszültség háromfázisú áramkörökben

A háromfázisú áramkörökben fázis- és lineáris feszültségeket különböztetnek meg. A fázisfeszültség alatt a terhelés egyes fázisaiban a nullához viszonyított feszültség négyzetes középértékét értjük, a lineáris feszültség pedig a tápfázisú vezetékek közötti feszültség. Ha a terhelést háromszögre kötjük, a fázisfeszültség megegyezik a lineáris feszültséggel, csillaghoz csatlakoztatva (szimmetrikus terhelésnél vagy szilárd földelt nullával) a lineáris feszültség többszöröse a fázisfeszültségnek. $\sqrt{3}$

A gyakorlatban a háromfázisú hálózat feszültségét törtjel jelöljük, amelynek számlálójában a csillaghoz csatlakoztatott fázis szerepel (vagy ami ugyanaz, az egyes vezetékek potenciálja a földhöz viszonyítva) , és a nevezőben - a lineáris feszültség. Tehát Oroszországban a 220/380 V feszültségű hálózatok a leggyakoribbak ; Néha 127/220 V-os és 380/660 V-os hálózatokat is használnak .

Jellemző jelentések és szabványok

Egy tárgy	Feszültség típusa	Érték (a fogyasztói input alapján)	Érték (forrás kimenet)
Elektrokardiogram	Impulzus	1-2 mV	-
TV antenna	Változtatható magas frekvencia	1-100 mV	-
AA típusú galvanikus cink cella ("ujj")	Állandó	1,5 V	-
Lítium cella	Állandó	3-3,5 V	-
Számítógép - alkatrészek logikai jelei	Impulzus	3,3 V; 5 V	-
Akkumulátor típusa 6F22 ("Krona")	Állandó	9 V	-
Számítógép - alkatrészek tápellátása	Állandó	5V, 12V	-
Járművek elektromos berendezései	Állandó	12/24V	-
Tápegység laptopokhoz és LCD monitorokhoz	Állandó	19 V	-
"Biztonságos" kisfeszültségű hálózat veszélyes környezetekhez	változó	12-42 V	-
A Yablochkov-gyertya legstabilabb égésének feszültsége	Állandó	55 V	-
Telefonvonal feszültség (on-hook)	Állandó	60 V	-
Japán tápfeszültség	Változó háromfázisú	100/172 V	-
Amerikai otthoni elektromos feszültség	Változó háromfázisú	120 V / 240 V ( osztott fázisú )	-
Feszültség a háztartási elektromos hálózatokban Oroszországban	Változó háromfázisú	220/380V	230/400 V
Elektromos sugárkisülés	Állandó	200-250 V-ig	-
Villamos és trolibusz kapcsolati hálózat	Állandó	550 V	600 V
Elektromos angolna kisülés	Állandó	650 V-ig	-
Metró kapcsolati hálózat	Állandó	750 V	825 V
A villamosított vasút kapcsolati hálózata (Oroszország, egyenáramú)	Állandó	3 kV	3,3 kV
Kis teljesítményű elosztó felsővezeték	Változó háromfázisú	6-20 kV	6,6-22 kV
Erőmű generátorok , erős villanymotorok	Változó háromfázisú	10-35 kV	-
A kineszkóp anódján	Állandó	7-30 kV	-
Statikus elektromosság	Állandó	1-100 kV	-
Egy autó gyújtógyertyáján	Impulzus	10-25 kV	-
A villamosított vasút kapcsolati hálózata (Oroszország, váltakozó áramú)	változó	25 kV	27,5 kV
A levegő lebontása 1 cm távolságban		10-20 kV	-
Ruhmkorff tekercs	Impulzus	50 kV-ig	-
1 cm vastag transzformátorolaj réteg lebontása		100-200 kV	-
Nagy teljesítményű felsővezeték	Változó háromfázisú	35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV	38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
elektrofor gép	Állandó	50-500 kV	-
Extra nagyfeszültségű légvezeték (rendszerközi)	Változó háromfázisú	500 kV, 750 kV, 1150 kV	545 kV, 800 kV, 1250 kV
Tesla transzformátor	Impulzus magas frekvenciája	több MV-ig	-
Van de Graaff generátor	Állandó	7 MV-ig	-
mennydörgés felhő	Állandó	2-10 GW	-

Lásd még

Jegyzetek

↑ Miller M. A., Permitin G. V. Elektromos feszültség // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Nagy Orosz Enciklopédia , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 p. - 48.000 példány. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Elektromos feszültség / Yuryev Yu. V. // Nagy Orosz Enciklopédia : [35 kötetben] / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M . : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.
↑ Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Fizika tanfolyam. - 1977. - T. 2.

Irodalom

Miller M. A., Permitin G. V. Elektromos feszültség // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Nagy Orosz Enciklopédia , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 p. - 48.000 példány. — ISBN 5-85270-019-3 .
Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. . Fizika tanfolyam. elektromosság és mágnesesség. - M . : "GIMNÁZIUM", 1977. - T. 2.

Linkek

Elektromos feszültség // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
A potenciálkülönbségről, az elektromotoros erőről és a feszültségről
"Glossary.ru": Természettudományi szótár.