heim Kiewstar Wie wird elektrische Spannung gemessen? Elektrische Spannung. Die Kraft, die geladene Teilchen bewegt

Wie wird elektrische Spannung gemessen? Elektrische Spannung. Die Kraft, die geladene Teilchen bewegt

Die Spannungseinheit wird Volt (V) genannt, zu Ehren des italienischen Wissenschaftlers Alessandro Volta, der die erste galvanische Zelle geschaffen hat.

Als Spannungseinheit wird die elektrische Spannung an den Enden eines Leiters angenommen, bei der die Arbeit, die zum Bewegen einer elektrischen Ladung von 1 C entlang dieses Leiters verrichtet wird, 1 J entspricht.

1 V = 1 J/C

Zusätzlich zum Volt werden auch Teiler und Vielfache davon verwendet: Millivolt (mV) und Kilovolt (kV).

1 mV = 0,001 V;
1 kV = 1000 V.

Hochspannung ist lebensgefährlich. Nehmen wir an, dass die Spannung zwischen einem Draht einer Hochspannungsübertragungsleitung und der Erde 100.000 V beträgt. Wenn dieser Draht über einen Leiter mit der Erde verbunden ist, wird Arbeit geleistet, wenn eine elektrische Ladung von 1 C durch ihn fließt Dies entspricht 100.000 J. Ungefähr die gleiche Arbeit trägt eine Last mit einem Gewicht von 1000 kg, wenn sie aus einer Höhe von 10 m fällt. Dies kann zu großer Zerstörung führen. Dieses Beispiel zeigt, warum Hochspannungsstrom so gefährlich ist.

Volta Alessandro (1745-1827)
Der italienische Physiker, einer der Begründer der Lehre vom elektrischen Strom, schuf die erste galvanische Zelle.

Aber auch beim Arbeiten mit niedrigeren Spannungen ist Vorsicht geboten. Abhängig von den Bedingungen können Spannungen von einigen zehn Volt gefährlich sein. Bei Arbeiten im Innenbereich gilt eine Spannung von maximal 42 V als sicher.

Galvanische Zellen erzeugen Niederspannung. Daher nutzt das Beleuchtungsnetz elektrischen Strom von Generatoren, die Spannungen von 127 und 220 V erzeugen, also deutlich mehr Energie erzeugen.

Fragen

Was ist die Einheit der Spannung?
Welche Spannung wird im Beleuchtungsnetz verwendet?
Wie hoch ist die Spannung an den Polen einer Trockenzelle und einer Säurebatterie?
Welche Spannungseinheiten außer Volt werden in der Praxis verwendet?

Elektrischer Strom (I) ist die gerichtete Bewegung elektrischer Ladungen (Ionen in Elektrolyten, Leitungselektronen in Metallen).
Eine notwendige Voraussetzung für den Stromfluss ist der geschlossene Stromkreis.

Elektrischer Strom wird in Ampere (A) gemessen..

Die abgeleiteten Stromeinheiten sind:
1 Kiloampere (kA) = 1000 A;
1 Milliampere (mA) 0,001 A;
1 Mikroampere (µA) = 0,000001 A.

Ein Mensch spürt, wie ein Strom von 0,005 A durch seinen Körper fließt. Ein Strom von mehr als 0,05 A ist lebensgefährlich.

Elektrische Spannung (U) nennt man die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld.

Einheit elektrische Potentialdifferenz ist Volt (V).
1 V = (1 W) : (1 A).

Die abgeleiteten Spannungseinheiten sind:

1 Kilovolt (kV) = 1000 V;
1 Millivolt (mV) = 0,001 V;
1 Mikrovolt (µV) = 0,00000 1 V.

Widerstand eines Abschnitts eines Stromkreises ist eine Größe, die vom Material des Leiters, seiner Länge und seinem Querschnitt abhängt.

Der elektrische Widerstand wird in Ohm (Ohm) gemessen.
1 Ohm = (1 V) : (1 A).

Die abgeleiteten Widerstandseinheiten sind:

1 KiloOhm (kOhm) = 1000 Ohm;
1 Megaohm (MΩ) = 1.000.000 Ohm;
1 MilliOhm (mOhm) = 0,001 Ohm;
1 MikroOhm (µOhm) = 0,00000 1 Ohm.

Der elektrische Widerstand des menschlichen Körpers liegt je nach Bedingungen zwischen 2.000 und 10.000 Ohm.

Elektrischer Widerstand (ρ) nennt man den Widerstand eines Drahtes mit einer Länge von 1 m und einem Querschnitt von 1 mm2 bei einer Temperatur von 20 °C.

Der Kehrwert des spezifischen Widerstands wird als elektrische Leitfähigkeit (γ) bezeichnet.

Leistung (P) ist eine Größe, die die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der Energie umgewandelt wird, oder die Geschwindigkeit, mit der Arbeit verrichtet wird.
Die Generatorleistung ist eine Größe, die die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der mechanische oder andere Energie im Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die Verbraucherleistung ist eine Größe, die die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der elektrische Energie in einzelnen Abschnitten des Stromkreises in andere nutzbare Energiearten umgewandelt wird.

Die SI-Systemeinheit der Leistung ist Watt (W). Sie entspricht der Leistung, mit der 1 Joule Arbeit in 1 Sekunde verrichtet wird:

1W = 1J/1Sek

Abgeleitete Maßeinheiten für die elektrische Leistung sind:

1 Kilowatt (kW) = 1000 W;
1 Megawatt (MW) = 1000 kW = 1.000.000 W;
1 Milliwatt (mW) = 0,001 W; o1i
1 PS (PS) = 736 W = 0,736 kW.

Maßeinheiten für elektrische Energie Sind:

1 Wattsekunde (W Sek.) = 1 J = (1 N) (1 m);
1 Kilowattstunde (kWh) = 3,6 · 106 W Sek.

Beispiel. Die Stromaufnahme eines an ein 220-V-Netz angeschlossenen Elektromotors betrug 15 Minuten lang 10 A. Bestimmen Sie die vom Motor verbrauchte Energie.
W*sec, oder dividiert man diesen Wert durch 1000 und 3600, erhält man die Energie in Kilowattstunden:

W = 1980000/(1000*3600) = 0,55 kWh

Tabelle 1. Elektrische Größen und Einheiten

Inhalt:

Elektrischer Strom wird durch Größen wie Strom, Spannung und Widerstand charakterisiert, die miteinander verbunden sind. Bevor man sich mit der Frage beschäftigt, wie Spannung gemessen wird, muss man genau herausfinden, was diese Größe ist und welche Rolle sie bei der Strombildung spielt.

Wie funktioniert Spannung?

Das allgemeine Konzept des elektrischen Stroms ist die gerichtete Bewegung geladener Teilchen. Bei diesen Teilchen handelt es sich um Elektronen, deren Bewegung unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes erfolgt. Je mehr Ladungen bewegt werden müssen, desto mehr Arbeit leistet das Feld. Diese Arbeit wird nicht nur vom Strom, sondern auch von der Spannung beeinflusst.

Die physikalische Bedeutung dieses Werts besteht darin, dass die vom Strom in einem beliebigen Abschnitt des Stromkreises geleistete Arbeit mit der Ladungsmenge korreliert, die durch diesen Abschnitt fließt. Im Verlauf dieser Arbeit bewegt sich eine positive Ladung von einem Punkt mit kleinem Potenzial zu einem Punkt mit hohem Potenzial. Somit wird Spannung als elektromotorische Kraft definiert und Arbeit selbst ist Energie.

Die von einem elektrischen Strom geleistete Arbeit wird in Joule (J) gemessen und die Menge der elektrischen Ladung ist Coulomb (C). Daraus ergibt sich ein Spannungsverhältnis von 1 J/C. Die resultierende Spannungseinheit wird Volt genannt.

Um die physikalische Bedeutung von Stress anschaulich zu erklären, müssen Sie sich das Beispiel eines mit Wasser gefüllten Schlauchs ansehen. In diesem Fall spielt das Wasservolumen die Rolle der Stromstärke und sein Druck entspricht der Spannung. Wenn sich Wasser ohne Spitze bewegt, bewegt es sich frei und in großen Mengen durch den Schlauch, wodurch ein Unterdruck entsteht. Wenn Sie mit dem Finger auf das Schlauchende drücken, verringert sich die Lautstärke, während der Wasserdruck steigt. Der Jet selbst wird eine viel größere Distanz zurücklegen.

Das Gleiche passiert in der Elektrizität. Die Stärke des Stroms wird durch die Anzahl oder das Volumen der Elektronen bestimmt, die sich durch den Leiter bewegen. Der Spannungswert ist im Wesentlichen die Kraft, mit der diese Elektronen durchgedrückt werden. Daraus folgt, dass bei gleicher Spannung ein Leiter, der mehr Strom leitet, auch einen größeren Durchmesser haben muss.

Spannungseinheit

Die Spannung kann je nach Strom konstant oder variabel sein. Dieser Wert kann als Buchstabe B (russische Bezeichnung) oder V entsprechend der internationalen Bezeichnung bezeichnet werden. Zur Kennzeichnung von Wechselspannung wird das Symbol „~“ verwendet, das dem Buchstaben vorangestellt wird. Für konstante Spannung gibt es ein „-“-Zeichen, das in der Praxis jedoch fast nie verwendet wird.

Bei der Frage, wie Spannung gemessen wird, ist zu bedenken, dass es hierfür nicht nur Volt gibt. Größere Größen werden in Kilovolt (kV) und Megavolt (mV) gemessen, was 1.000 bzw. 1 Million Volt bedeutet.

So messen Sie Spannung und Strom

Die Lektion ist dem Begriff der elektrischen Spannung, ihrer Bezeichnung und Maßeinheiten gewidmet. Der zweite Teil der Lektion ist hauptsächlich der Demonstration von Spannungsmessgeräten an einem Stromkreisabschnitt und ihren Eigenschaften gewidmet.

Wenn wir ein Standardbeispiel für die Bedeutung der bekannten Aufschrift „220 V“ auf Haushaltsgeräten geben, bedeutet dies, dass in einem Abschnitt des Stromkreises 220 J Arbeit geleistet werden, um eine Ladung von 1 C zu bewegen.

Formel zur Berechnung der Spannung:

Elektrische Feldarbeit zur Ladungsübertragung, J;

Ladung, Cl.

Daher kann die Spannungseinheit wie folgt dargestellt werden:

Es gibt einen Zusammenhang zwischen den Formeln zur Berechnung von Spannung und Strom, auf den Sie achten sollten: und. Beide Formeln enthalten den Wert der elektrischen Ladung, der bei der Lösung einiger Probleme hilfreich sein kann.

Um die Spannung zu messen, wird ein Gerät namens Voltmeter(Abb. 2).

Reis. 2. Voltmeter ()

Je nach Anwendungszweck gibt es verschiedene Voltmeter, ihr Funktionsprinzip basiert jedoch auf der elektromagnetischen Wirkung des Stroms. Alle Voltmeter sind mit einem lateinischen Buchstaben gekennzeichnet, der auf dem Zifferblatt des Instruments angebracht ist und in einer schematischen Darstellung des Geräts verwendet wird.

Im schulischen Bereich werden beispielsweise Voltmeter eingesetzt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Sie dienen zur Messung der Spannung in Stromkreisen bei Laborarbeiten.


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Reis. 3. Voltmeter

Die Hauptelemente eines Demonstrationsvoltmeters sind Gehäuse, Skala, Zeiger und Anschlüsse. Die Anschlüsse sind normalerweise mit Plus oder Minus gekennzeichnet und der Übersichtlichkeit halber in verschiedenen Farben hervorgehoben: Rot – Plus, Schwarz (Blau) – Minus. Dies wurde durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Anschlüsse des Geräts offensichtlich korrekt mit den entsprechenden Drähten verbunden sind, die an die Quelle angeschlossen sind. Im Gegensatz zu einem Amperemeter, das in Reihe an den offenen Stromkreis angeschlossen ist, ist ein Voltmeter parallel an den Stromkreis angeschlossen.

Natürlich sollte jedes elektrische Messgerät einen minimalen Einfluss auf den untersuchten Stromkreis haben, daher verfügt das Voltmeter über solche Konstruktionsmerkmale, dass ein minimaler Strom durch es fließt. Dieser Effekt wird durch die Auswahl spezieller Materialien gewährleistet, die zu einem minimalen Ladungsfluss durch das Gerät beitragen.

Schematische Darstellung eines Voltmeters (Abb. 4):

Reis. 4.

Zeichnen wir zum Beispiel einen Stromkreis (Abb. 5), in den ein Voltmeter angeschlossen ist.

Reis. 5.

Die Schaltung enthält einen nahezu minimalen Satz an Elementen: eine Stromquelle, eine Glühlampe, einen Schalter, ein in Reihe geschaltetes Amperemeter und ein parallel zur Glühbirne geschaltetes Voltmeter.

Kommentar. Es ist besser, mit dem Aufbau eines Stromkreises mit allen Elementen außer dem Voltmeter zu beginnen und ihn am Ende anzuschließen.

Es gibt viele verschiedene Arten von Voltmetern mit unterschiedlichen Skalen. Daher ist die Frage der Berechnung des Gerätepreises in diesem Fall sehr relevant. Sehr verbreitet sind Mikrovoltmeter, Millivoltmeter, einfach Voltmeter usw. Ihre Namen machen deutlich, mit welcher Frequenz die Messungen durchgeführt werden.

Darüber hinaus werden Voltmeter in Gleichstrom- und Wechselstromgeräte unterteilt. Obwohl es im städtischen Netz Wechselstrom gibt, haben wir es in diesem Stadium des Physikstudiums mit Gleichstrom zu tun, der von allen galvanischen Elementen geliefert wird, daher werden wir an den entsprechenden Voltmetern interessiert sein. Die Tatsache, dass das Gerät für Wechselstromkreise bestimmt ist, wird auf dem Zifferblatt meist als Wellenlinie dargestellt (Abb. 6).

Reis. 6. AC-Voltmeter ()

Kommentar. Wenn wir von Spannungswerten sprechen, dann ist beispielsweise eine Spannung von 1 V ein kleiner Wert. Die Industrie verwendet viel höhere Spannungen, gemessen in Hunderten von Volt, Kilovolt und sogar Megavolt. Im Alltag wird eine Spannung von 220 V oder weniger verwendet.

In der nächsten Lektion lernen wir, wie groß der elektrische Widerstand eines Leiters ist.

Referenzliste

Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physik 8 / Ed. Orlova V. A., Roizena I. I. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A. V. Physik 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Physik 8. - M.: Bildung.

Zusätzliche SEmpfohlene Links zu Internetressourcen

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