Det vil sige, at det elektriske felt skulle "slæbe" elektronerne gennem belastningen, og den energi, der blev brugt i dette tilfælde, er karakteriseret ved en størrelse, der kaldes elektrisk spænding. Den samme energi blev brugt på en vis ændring i belastningsstoffets tilstand. Energi, som vi ved, forsvinder ikke ud i ingenting og dukker ikke op ud af ingenting. Dette siger Loven om energibesparelse. Det vil sige, at hvis den nuværende brugte energi på at passere gennem belastningen, blev denne energi optaget af belastningen og for eksempel opvarmet.

Det vil sige, vi kommer til definitionen: elektrisk spænding- dette er en værdi, der viser, hvor meget arbejde feltet udførte, da det flyttede ladningen fra et punkt til et andet. Spændingen i forskellige dele af kredsløbet vil være forskellig. Spændingen i sektionen af ​​den tomme ledning vil være meget lille, og spændingen i sektionen med enhver belastning vil være meget større, og størrelsen af ​​spændingen vil afhænge af mængden af ​​arbejde udført af strømmen. Mål spændingen i volt (1 V). For at bestemme spændingen er der en formel:

hvor U er spændingen, A er det arbejde, som strømmen udfører for at flytte ladningen q til en bestemt del af kredsløbet.

Spænding ved polerne af strømkilden

Hvad angår spændingen i kredsløbssektionen, er alt klart. Og hvad betyder så spændingen ved polerne nuværende kilde? I dette tilfælde betyder denne spænding den potentielle mængde energi, som kilden kan give til strømmen. Det er ligesom vandtryk i rør. Dette er mængden af ​​energi, der vil blive forbrugt, hvis en bestemt belastning er forbundet til kilden. Derfor, jo større spænding ved strømkilden er, jo mere arbejde kan strømmen udføre.

2) Dielektrikum i et elektrisk felt

I modsætning til ledere har dielektrikum ikke gratis afgifter. Alle afgifter er

bundet: elektroner hører til deres atomer, og ioner af faste dielektrika svinger

nær krystalgitterets noder.

Når et dielektrikum placeres i et elektrisk felt, er der derfor ingen rettet bevægelse af ladninger

Derfor består vores bevis for egenskaber for dielektrikum ikke

ledere - trods alt var alle disse argumenter baseret på muligheden for udseendet af strøm. Og faktisk, ingen af ​​de fire egenskaber ved ledere formuleret i den forrige artikel,

gælder ikke for dielektrik.

2. Volumenladningstætheden i et dielektrikum kan være forskellig fra nul.

3. Spændingslinjer må ikke være vinkelrette på overfladen af ​​dielektrikumet.

4. Forskellige punkter i dielektrikumet kan have forskellige potentialer. Derfor taler om

"dielektrisk potentiale" er ikke nødvendigt.

Polarisering af dielektrikum- et fænomen forbundet med en begrænset forskydning af bundne ladninger i et dielektrikum eller rotation af elektriske dipoler, normalt under påvirkning af et eksternt elektrisk felt, nogle gange under påvirkning af andre eksterne kræfter eller spontant.

Polariseringen af ​​dielektrikum er karakteriseret ved elektrisk polariseringsvektor. Den fysiske betydning af den elektriske polarisationsvektor er dipolmomentet pr. volumenenhed af dielektrikumet. Nogle gange omtales polarisationsvektoren kort som blot polarisationen.

Polarisationsvektoren er anvendelig til at beskrive den makroskopiske polarisationstilstand ikke kun for almindelige dielektrika, men også af ferroelektriske stoffer og i princippet af ethvert medium med lignende egenskaber. Det er anvendeligt ikke kun til at beskrive induceret polarisering, men også spontan polarisering (for ferroelektrik).

Polarisering er tilstanden af ​​et dielektrikum, som er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​et elektrisk dipolmoment i et hvilket som helst (eller næsten ethvert) element i dets volumen.

Der skelnes mellem polarisering induceret i et dielektrikum under påvirkning af et eksternt elektrisk felt og spontan (spontan) polarisering, som forekommer i ferroelektrik i fravær af et eksternt felt. I nogle tilfælde opstår polariseringen af ​​et dielektrikum (ferroelektrisk) under påvirkning af mekaniske spændinger, friktionskræfter eller på grund af temperaturændringer.

Polarisering ændrer ikke den samlede ladning i noget makroskopisk volumen inde i et homogent dielektrikum. Det er imidlertid ledsaget af udseendet på overfladen af ​​bundne elektriske ladninger med en vis overfladetæthed σ. Disse bundne ladninger skaber i dielektrikumet et yderligere makroskopisk felt med styrke, rettet mod det eksterne felt med styrke. Som et resultat heraf vil feltstyrken inde i dielektrikumet blive udtrykt ved ligheden:

Afhængigt af polarisationsmekanismen kan polariseringen af ​​dielektrikum opdeles i følgende typer:

Elektronisk - forskydning af atomernes elektronskaller under påvirkning af et eksternt elektrisk felt. Den hurtigste polarisering (op til 10 −15 s). Ikke relateret til tab.

Ionisk - forskydningen af ​​krystalstrukturens noder under påvirkning af et eksternt elektrisk felt, og forskydningen er med en mængde mindre end værdien af ​​gitterkonstanten. Flowtiden er 10 −13 s, uden tab.

Dipol (Orientering) - fortsætter med tab for at overvinde kommunikationskræfterne og intern friktion. Forbundet med orienteringen af ​​dipolerne i et eksternt elektrisk felt.

Elektronisk afslapning - orientering af defekte elektroner i et eksternt elektrisk felt.

Ion-afslapning - forskydningen af ​​ioner, der er løst fikseret i krystalstrukturens noder eller placeret i interstitialet.

Strukturel - orienteringen af ​​urenheder og inhomogene makroskopiske indeslutninger i et dielektrikum. Den langsomste type.

Spontan (spontan) - på grund af denne type polarisering, i dielektrika, hvori den observeres, udviser polarisering betydeligt ikke-lineære egenskaber, selv ved lave værdier af det eksterne felt, observeres fænomenet hysterese. Sådanne dielektrika (ferroelektriske stoffer) er kendetegnet ved meget høje dielektriske konstanter (fra 900 til 7500 for nogle typer kondensatorkeramik). Indførelsen af ​​spontan polarisering øger som regel materialets tabstangens (op til 10 −2)

Resonans - orienteringen af ​​partikler, hvis naturlige frekvenser falder sammen med frekvenserne af det eksterne elektriske felt.

Migrationspolarisering skyldes tilstedeværelsen af ​​lag med forskellig ledningsevne i materialet, dannelsen af ​​rumladninger, især ved højspændingsgradienter, har store tab og er en forsinket handlingspolarisering.

Polariseringen af ​​dielektrikum (med undtagelse af den resonante) er maksimal i statiske elektriske felter. I vekslende felter, på grund af tilstedeværelsen af ​​inerti af elektroner, ioner og elektriske dipoler, afhænger den elektriske polarisationsvektor af frekvensen.

Lektionen er viet til overvejelse af begrebet elektrisk spænding, dens betegnelse og måleenheder. Den anden del af lektionen er hovedsageligt forbeholdt demonstration af spændingsmåleanordninger i kredsløbssektionen og deres funktioner.

Hvis vi giver et standardeksempel om betydningen af ​​den velkendte inskription på alle husholdningsapparater "220 V", betyder det, at der udføres 220 J arbejde på kredsløbssektionen for at flytte en ladning på 1 C.

Formel til beregning af stress:

Det elektriske felts arbejde til overførsel af ladning, J;

Ladning, Cl.

Derfor kan spændingsenheden repræsenteres som følger:

Der er en sammenhæng mellem formlerne til beregning af spænding og strømstyrke, som du skal være opmærksom på: og. I begge formler er der en elektrisk ladningsværdi, som kan være nyttig til at løse nogle problemer.

Enheden, der bruges til at måle spænding, kaldes voltmeter(Fig. 2).

Ris. 2. Voltmeter ()

Der er forskellige voltmetre i henhold til funktionerne i deres applikation, men princippet om deres drift er baseret på strømmens elektromagnetiske virkning. Alle voltmetre er betegnet med det latinske bogstav, som er påført instrumentskiven og bruges i den skematiske gengivelse af instrumentet.

I skoleforhold anvendes for eksempel voltmetre, vist i figur 3. Med deres hjælp udføres spændingsmålinger i elektriske kredsløb under laboratoriearbejde.

()	()	()

Ris. 3. Voltmeter

Hovedelementerne i demonstrationsvoltmeteret er krop, skala, pointer og terminaler. Terminalerne er normalt signeret med et plus eller minus og er fremhævet i forskellige farver for klarhedens skyld: rød - plus, sort (blå) - minus. Dette blev gjort for bevidst at forbinde enhedens terminaler korrekt til de tilsvarende ledninger forbundet til kilden. I modsætning til et amperemeter, som er seriekoblet, er et voltmeter forbundet parallelt.

Selvfølgelig skal enhver elektrisk måleanordning have en minimal effekt på det kredsløb, der undersøges, derfor har voltmeteret sådanne designfunktioner, at den minimale strøm løber gennem det. Denne effekt sikres ved valget af specielle materialer, der bidrager til den minimale ladningsstrøm gennem enheden.

Skematisk fremstilling af et voltmeter (fig. 4):

Ris. 4.

Lad os for eksempel afbilde et elektrisk kredsløb (fig. 5), hvori et voltmeter er tilsluttet.

Ris. 5.

Kredsløbet har et næsten minimalt sæt elementer: en strømkilde, en glødelampe, en nøgle, et amperemeter forbundet i serie og et voltmeter forbundet parallelt med pæren.

Kommentar. Det er bedre at begynde at samle det elektriske kredsløb med alle elementerne undtagen voltmeteret og forbinde det til sidst.

Der findes mange forskellige typer voltmetre med forskellige skalaer. Derfor er spørgsmålet om at beregne prisen på enheden i dette tilfælde meget relevant. Meget almindelige er mikrovoltmetre, millivoltmeter, bare voltmetre osv. Ved deres navne er det tydeligt med hvilken multiplicitetsmålinger der foretages.

Derudover er voltmetre opdelt i jævnstrøms- og vekselstrømsenheder. Selvom der er vekselstrøm i bynettet, men på dette stadie af at studere fysik, har vi at gøre med jævnstrøm, som leveres af alle galvaniske celler, derfor vil vi være interesserede i de tilsvarende voltmetre. Det faktum, at enheden er beregnet til AC-kredsløb, er normalt afbildet på skiven i form af en bølget linje (fig. 6).

Ris. 6. AC voltmeter ()

Kommentar. Hvis vi taler om spændingsværdier, så er for eksempel en spænding på 1 V en lille værdi. Meget højere spændinger bruges i industrien, målt i hundredvis af volt, kilovolt og endda megavolt. I hverdagen bruges en spænding på 220 V eller mindre.

I den næste lektion lærer vi, hvad en leders elektriske modstand er.

Bibliografi

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Physics 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A. V. Physics 8. - M .: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fysik 8. - M .: Uddannelse.

Yderligere sanbefalede links til internetressourcer

1. Fed fysik ().
2. Youtube().
3. Youtube().

Lektier

Ladede partikler, der falder ind i et elektrisk felt, begynder at bevæge sig ordentligt i en bestemt retning. Partikler får en vis energi, det vil sige, at der arbejdes. At bestemme mængden af ​​arbejde på bevægelsen af ​​elektriske ladninger i et elektrisk felt med intensitet E det tog introduktionen af ​​en anden fysisk størrelse - elektrisk spænding U.

Hvad er det elektriske felts arbejde

Arbejdsholdning EN, udført af ethvert elektrisk felt, når en positiv ladning flyttes fra et punkt i feltet til et andet, til ladningens størrelse q kaldet elektrisk spænding U mellem disse punkter:

$$ U = ( A \over q ) $$

Vi kan sige, at den elektriske spænding er lig med arbejdet med at flytte en ladning på 1 vedhæng fra et punkt i det elektriske felt til et andet.

Derefter, for at bestemme mængden af ​​arbejde udført af feltet, kan du få følgende udtryk:

$$ A = ( q * U ) $$

Ris. 1. Elektroner i et elektrisk felt.

Enheder

I det internationale enhedssystem (SI-system) er spændingsenheden (V) opkaldt efter den italienske opdagelsesrejsende Alessandro Volta (1745-1827), som ydede et stort bidrag til forståelsen af ​​elektricitets natur. Da arbejde måles i joule (J) og ladning i coulombs (K), så:

$$ =( \over ) $$

Spændingen kan variere over et bredt område, derfor bruges off-system enheder ofte til beregninger, såsom:

• 1 mikrovolt (µV) = 0,0000001 V;
• 1 millivolt (mV) = 0,001 V;
• 1 kilovolt (kV) = 1000 V;
• 1 MV (megavolt) = 1000000 V.

DC og AC spænding

Der er to typer spændinger - konstant og variabel. Et eksempel på en konstant spændingskilde er konventionelle batterier, der bruges i husholdningsapparater: fjernbetjeninger, telefoner osv. På overfladen af ​​batterierne er der altid tegn "-" og "+".

Det betyder, at retningen af ​​det elektriske felt, der genereres af batteriet, vil være konstant hele tiden. Vekselspændingskilder blev opfundet senere og blev udbredt på grund af det faktum, at vekselstrøm er lettere at konvertere (forstærke, svække) og transmittere over lange afstande.

Ris. 2. Grafer over konstante og vekselspændinger.

Af graferne kan det ses, at den konstante spænding ikke afhænger af tid,

$$U(t) = const $$

Vekselspændingen ændres, passerer gennem nulværdien, og ændrer "+" tegnet til "-". For den elektriske spændingsformel U(t) er de trigonometriske funktioner for sinus eller cosinus velegnede:

$$ U(t) = U_A * sin(ω*t) $$

hvor U A — amplituden af ​​vekselspændingen, det vil sige den maksimale værdi af spændingen;

ω - frekvensen af ​​vekselspændingen, der viser hvor mange gange spændingens fortegn ændres på et sekund, dvs. "plus" ændres til "minus". Frekvensværdien viser, hvor hurtigt (hvor ofte) spændingspolariteten ændres. For eksempel i vores lejligheders stikkontakter ændres spændingen 50 gange i sekundet (med en frekvens på 50 Hertz).

Virkningen af ​​elektrisk spænding, startende fra visse værdier, bliver usikker for mennesker. I tørre rum anses spænding op til 36 V for sikker. For rum med øget fugt er denne værdi endnu mindre - 12 V. Derfor skal du altid overholde sikkerhedsforanstaltninger ved arbejde og håndtering af elektriske apparater.

Hvordan og med hvilken spænding måles

Spændingen måles med en enhed kaldet et voltmeter. Et voltmeter er parallelkoblet til et elektrisk kredsløbselement, hvor spændingsfaldet skal måles. Voltmeteret er angivet på diagrammerne i form af en cirkel, med bogstavet V placeret inde i det.

Ris. 3. Forskellige voltmetre og deres betegnelse på diagrammerne.

Tidligere var alle voltmetre pointer, og spændingsværdien blev vist med en pil på enhedens skala med trykte digitale værdier. Nu er de fleste af disse enheder produceret med elektronisk indikation (LED eller flydende krystal). Selve voltmeteret bør ikke påvirke måleresultatet, så dets egen modstand gøres meget stor, så der praktisk talt ikke strømmer nogen ladninger (elektrisk strøm) igennem det.

Hvad har vi lært?

Så vi lærte, at elektrisk spænding er en fysisk størrelse, der karakteriserer den elektriske feltkrafts arbejde på elektriske ladningers bevægelse. Spændingen kan være konstant eller variabel. Voltmetre bruges til at måle spænding.

Emne quiz

Rapportevaluering

Gennemsnitlig vurdering: 4.8. Samlede vurderinger modtaget: 44.

Overvej de grundlæggende elektriske mængder, som vi studerer først i skolen, derefter på sekundære og videregående uddannelsesinstitutioner. For nemheds skyld opsummerer vi alle data i en lille tabel. Tabellen vil blive efterfulgt af definitioner af de enkelte værdier, i tilfælde af eventuelle misforståelser.

Værdi	SI enhed	Navn på elektrisk mængde
q	Kl - vedhæng	oplade
R	ohm - ohm	modstand
U	V - volt	spænding
jeg	A - ampere	Strømstyrke (elektrisk strøm)
C	F - farad	Kapacitet
L	Hr - Henry	Induktans
sigma	Se - siemens	Specifik elektrisk ledningsevne
e0	8,85418781762039*10 -12 f/m	Elektrisk konstant
φ	V - volt	Elektrisk feltpunktpotentiale
P	W - watt	Aktiv kraft
Q	Var - volt-ampere-reaktiv	Reaktiv effekt
S	Va - volt-ampere	Fuld kraft
f	Hz - hertz	Frekvens

Der er decimalpræfikser, der bruges i værdiens navn og tjener til at forenkle beskrivelsen. Den mest almindelige af dem: mega, miles, kilo, nano, pico. Tabellen viser også resten af ​​præfikserne, undtagen de navngivne.

Decimal multiplikator	Udtale	Betegnelse (russisk / international)
10 -30	cuecto	q
10 -27	ronto	r
10 -24	yokto	og/å
10 -21	zepto	z/z
10 -18	atto	-en
10 -15	femto	f/k
10 -12	pico	p/p
10 -9	nano	n/n
10 -6	mikro	μ/μ
10 -3	Milli	m/m
10 -2	centi	c
10 -1	deci	d/d
10 1	klangbund	Ja
10 2	hekto	g/t
10 3	kilo	k/k
10 6	mega	M
10 9	giga	G/G
10 12	tera	T
10 15	peta	R/P
10 18	exa	E/E
10 21	zeta	Z/Z
10 24	yotta	I/Y
10 27	ronne	R
10 30	cuecca	Q

Strømstyrke i 1A- dette er en værdi, der er lig med forholdet mellem ladningen af ​​1 C, som passerede gennem overfladen (lederen) på 1 s af tid, og den tid, ladningen passerede gennem overfladen. For at strømmen kan flyde, skal kredsløbet være lukket.

Strømstyrken måles i ampere. 1A=1Kl/1s

I praksis er der

1uA = 0,000001A

elektrisk spænding er potentialforskellen mellem to punkter i det elektriske felt. Størrelsen af ​​det elektriske potentiale måles i volt, derfor måles spændingen i volt (V).

1 Volt er den spænding, der kræves for at frigive 1 watt energi i en leder, når en strøm på 1 ampere strømmer gennem den.

I praksis er der

Elektrisk modstand- en leders karakteristika for at forhindre strømmen af ​​elektrisk strøm gennem den. Det er defineret som forholdet mellem spændingen ved enderne af en leder og strømmen i den. Det måles i ohm (ohm). Inden for nogle grænser er værdien konstant.

1 ohm er modstanden af ​​en leder, når en jævnstrøm på 1A løber gennem den, og der opstår en spænding på 1V i enderne.

Fra skolens fysikkursus husker vi alle formlen for en ensartet leder med konstant tværsnit:

R=ρlS - modstanden af ​​en sådan leder afhænger af tværsnittet S og længden l

hvor ρ er ledermaterialets resistivitet, tabelværdi.

Mellem de tre størrelser beskrevet ovenfor er der Ohms lov for et DC-kredsløb.

Strømmen i kredsløbet er direkte proportional med spændingen i kredsløbet og omvendt proportional med kredsløbets modstand -.

elektrisk kapacitans En leders evne til at lagre en elektrisk ladning kaldes.

Kapacitansen måles i farads (1F).

1F er kapacitansen af ​​kondensatoren mellem pladerne, hvis spænding opstår på 1V med en ladning på 1C.

I praksis er der

1pF = 0,000000000001F

1nF = 0,000000001F

Induktans- dette er en værdi, der karakteriserer evnen af ​​et kredsløb, gennem hvilket en elektrisk strøm løber, til at skabe og akkumulere et magnetfelt.

Induktans måles i henries.

1H = (V * s) / A

1H er en værdi lig med EMF for selvinduktion, der opstår, når strømmen i kredsløbet ændres med 1A i 1 sekund.

I praksis er der

1 mH = 0,001 H

elektrisk ledningsevne- en værdi, der viser et legemes evne til at lede en elektrisk strøm. Gensidig modstand.

Elektrisk ledningsevne måles i Siemens.

Seneste artikler

Mest populære

Sikkert, hver af os, mindst én gang i livet, havde spørgsmål om, hvad strøm er, spænding, ladning osv. Alle disse er komponenter i ét stort fysisk koncept - elektricitet. Lad os, på de enkleste eksempler, prøve at studere de grundlæggende love for elektriske fænomener.

Hvad er elektricitet.

Elektricitet er et sæt fysiske fænomener forbundet med fremkomsten, akkumuleringen, interaktionen og overførslen af ​​elektrisk ladning. Ifølge de fleste videnskabshistorikere blev de første elektriske fænomener opdaget af den antikke græske filosof Thales i det syvende århundrede f.Kr. Thales observerede virkningen af ​​statisk elektricitet: tiltrækningen af ​​lette genstande og partikler til rav gnidet med uld. For at gentage denne oplevelse på egen hånd, skal du gnide en hvilken som helst plastikgenstand (for eksempel en kuglepen eller lineal) på en uld- eller bomuldsklud og bringe den til de fint afskårne stykker papir.

Det første seriøse videnskabelige arbejde, der beskriver studiet af elektriske fænomener, var afhandlingen af ​​den engelske videnskabsmand William Gilbert "On a magnet, magnetic bodies and a large magnet - the Earth" udgivet i 1600. I dette arbejde beskrev forfatteren resultaterne af hans eksperimenter med magneter og elektrificerede kroppe. Begrebet elektricitet nævnes også her for første gang.

W. Gilberts forskning satte en alvorlig skub i udviklingen af ​​videnskaben om elektricitet og magnetisme: Fra begyndelsen af ​​det 17. til slutningen af ​​det 19. århundrede blev der udført en lang række eksperimenter, og de grundlæggende love, der beskriver elektromagnetiske fænomener, blev formuleret. . Og i 1897 opdagede den engelske fysiker Joseph Thomson elektronen, en elementær ladet partikel, der bestemmer stoffets elektriske og magnetiske egenskaber. En elektron (på oldgræsk er en elektron rav) har en negativ ladning omtrent lig med 1.602 * 10-19 C (Coulomb) og en masse lig med 9.109 * 10-31 kg. Takket være elektroner og andre ladede partikler sker der elektriske og magnetiske processer i stoffer.

Hvad er stress.

Skelne mellem jævnstrøm og vekselstrøm. Hvis ladede partikler konstant bevæger sig i én retning, er der en jævnstrøm i kredsløbet og følgelig konstant spænding. Hvis partiklernes bevægelsesretning periodisk ændres (de bevæger sig i den ene eller den anden retning), så er dette en vekselstrøm, og den opstår henholdsvis i nærværelse af en vekselspænding (dvs. når potentialforskellen ændrer sin polaritet ). For vekselstrøm er en periodisk ændring i strømmens størrelse karakteristisk: den tager enten en maksimum- eller en minimumsværdi. Disse aktuelle værdier er amplitude eller peak. Frekvensen af ​​spændingspolaritetsvending kan være forskellig. For eksempel i vores land er denne frekvens 50 Hertz (dvs. spændingen ændrer sin polaritet 50 gange i sekundet), og i USA er AC-frekvensen 60 Hz (Hertz).