Come viene misurata la tensione elettrica? Tensione elettrica. La forza che muove le particelle cariche

L'unità di tensione si chiama volt (V) in onore dello scienziato italiano Alessandro Volta, che creò la prima cella galvanica.

Per unità di tensione si intende la tensione elettrica alle estremità di un conduttore alla quale il lavoro compiuto per spostare una carica elettrica di 1 C lungo questo conduttore è pari a 1 J.

1 V = 1 J/C

Oltre al volt, vengono utilizzati sottomultipli e multipli: millivolt (mV) e kilovolt (kV).

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

L'alta (alta) tensione è pericolosa per la vita. Supponiamo che la tensione tra un filo di una linea di trasmissione ad alta tensione e la terra sia 100.000 V. Se questo filo è collegato tramite un conduttore a terra, quando una carica elettrica di 1 C lo attraversa, il lavoro sarà eseguito pari a 100.000 J. Approssimativamente lo stesso lavoro trasporterà un carico di 1.000 kg se lasciato cadere da un'altezza di 10 m e può causare grandi distruzioni. Questo esempio mostra perché la corrente ad alta tensione è così pericolosa.

Volta Alessandro (1745-1827)
Il fisico italiano, uno dei fondatori della dottrina della corrente elettrica, creò la prima cella galvanica.

Ma è necessario prestare attenzione anche quando si lavora con tensioni inferiori. A seconda delle condizioni, tensioni anche di poche decine di volt possono essere pericolose. Per i lavori interni, una tensione non superiore a 42 V è considerata sicura.

Le celle galvaniche creano bassa tensione. Pertanto, la rete di illuminazione utilizza la corrente elettrica proveniente da generatori che creano tensioni di 127 e 220 V, ovvero generando molta più energia.

Domande

1. Qual è l'unità di tensione?
2. Quale tensione viene utilizzata nella rete di illuminazione?
3. Qual è la tensione ai poli di una batteria a secco e di una batteria ad acido?
4. Quali unità di tensione, oltre al volt, vengono utilizzate nella pratica?

La corrente elettrica (I) è il movimento direzionale delle cariche elettriche (ioni negli elettroliti, elettroni di conduzione nei metalli).
Una condizione necessaria per il flusso di corrente elettrica è il circuito chiuso.

La corrente elettrica è misurata in ampere (A).

Le unità derivate della corrente sono:
1 kiloampere (kA) = 1000 A;
1 milliampere (mA) 0,001 A;
1 microampere (μA) = 0,000001 A.

Una persona inizia a sentire passare attraverso il suo corpo una corrente di 0,005 A. Una corrente superiore a 0,05 A è pericolosa per la vita umana.

Tensione elettrica (U) si chiama differenza di potenziale tra due punti del campo elettrico.

Unità differenza di potenziale elettricoè volt (V).
1 V = (1 W): (1 A).

Le unità di tensione derivata sono:

1 kilovolt (kV) = 1000 V;
1 millivolt (mV) = 0,001 V;
1 microvolt (μV) = 0,00000 1 V.

Resistenza di una sezione di un circuito elettricoè una quantità che dipende dal materiale del conduttore, dalla sua lunghezza e sezione.

La resistenza elettrica è misurata in ohm (ohm).
1 Ohm = (1 V): (1 A).

Le unità di resistenza derivate sono:

1 kiloOhm (kOhm) = 1000 Ohm;
1 megaohm (MΩ) = 1.000.000 ohm;
1 milliOhm (mOhm) = 0,001 Ohm;
1 microOhm (μOhm) = 0,00000 1 Ohm.

La resistenza elettrica del corpo umano, a seconda di una serie di condizioni, varia da 2000 a 10.000 Ohm.

Resistività elettrica (ρ) si chiama resistenza di un filo lungo 1 m e con sezione trasversale di 1 mm2 alla temperatura di 20°C.

Il reciproco della resistività è chiamato conduttività elettrica (γ).

Potenza (P)è una quantità che caratterizza la velocità con cui l'energia viene convertita o la velocità con cui viene svolto il lavoro.
La potenza del generatore è una quantità che caratterizza la velocità con cui l'energia meccanica o di altro tipo viene convertita in energia elettrica nel generatore.
La potenza di consumo è una quantità che caratterizza la velocità con cui l'energia elettrica viene convertita nelle singole sezioni del circuito in altri tipi utili di energia.

L'unità di potenza del sistema SI è il watt (W). È uguale alla potenza con cui viene eseguito 1 joule di lavoro in 1 secondo:

1W = 1J/1sec

Le unità di misura derivate della potenza elettrica sono:

1 kilowatt (kW) = 1000 W;
1 megawatt (MW) = 1000 kW = 1.000.000 W;
1 milliwatt (mW) = 0,001 W; o1i
1 potenza (CV) = 736 W = 0,736 kW.

Unità di misura dell'energia elettrica Sono:

1 watt secondo (W sec) = 1 J = (1 N) (1 m);
1 kilowattora (kW h) = 3,6 106 W sec.

Esempio. La corrente consumata da un motore elettrico collegato a una rete a 220 V è stata di 10 A per 15 minuti. Determinare l'energia consumata dal motore.
W*sec, ovvero dividendo questo valore per 1000 e 3600, otteniamo l'energia in kilowattora:

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

Tabella 1. Grandezze e unità elettriche

La corrente elettrica è caratterizzata da quantità come corrente, tensione e resistenza che sono interconnesse. Prima di considerare la questione su come viene misurata la tensione, è necessario scoprire esattamente cos'è questa quantità e quale è il suo ruolo nella formazione della corrente.

Come funziona la tensione?

Il concetto generale di corrente elettrica è il movimento diretto di particelle cariche. Queste particelle sono elettroni, il cui movimento avviene sotto l'influenza di un campo elettrico. Più cariche devono essere spostate, più lavoro viene svolto sul campo. Questo lavoro è influenzato non solo dalla corrente, ma anche dalla tensione.

Il significato fisico di questo valore è che il lavoro compiuto dalla corrente in qualsiasi sezione del circuito è correlato alla quantità di carica che attraversa questa sezione. Nel processo di questo lavoro, una carica positiva si sposta da un punto in cui esiste un piccolo potenziale a un punto con un potenziale elevato. Pertanto, la tensione è definita come forza elettromotrice e il lavoro stesso è energia.

Il lavoro compiuto da una corrente elettrica si misura in joule (J) e la quantità di carica elettrica è un coulomb (C). Di conseguenza, la tensione è un rapporto di 1 J/C. L'unità di tensione risultante è chiamata volt.

Per spiegare chiaramente il significato fisico dello stress è necessario fare riferimento all'esempio di un tubo pieno d'acqua. In questo caso, il volume dell'acqua svolgerà il ruolo di intensità attuale e la sua pressione sarà equivalente alla tensione. Quando l'acqua si muove senza punta, si muove liberamente e in grandi quantità attraverso il tubo, creando una bassa pressione. Se premi l'estremità del tubo con il dito, il volume diminuirà mentre la pressione dell'acqua aumenterà. Il jet stesso percorrerà una distanza molto maggiore.

La stessa cosa accade nell'elettricità. L'intensità della corrente è determinata dal numero o dal volume degli elettroni che si muovono attraverso il conduttore. Il valore della tensione è essenzialmente la forza con cui gli elettroni vengono spinti attraverso. Ne consegue che, a parità di tensione, un conduttore che conduce una maggiore quantità di corrente deve avere anche un diametro maggiore.

Unità di tensione

La tensione può essere costante o variabile, a seconda della corrente. Questo valore può essere designato come la lettera B (designazione russa) o V, corrispondente alla designazione internazionale. Per indicare la tensione alternata viene utilizzato il simbolo “~”, che è posto davanti alla lettera. Per la tensione costante è presente il segno “-”, ma in pratica non viene quasi mai utilizzato.

Quando si considera la questione su come viene misurata la tensione, è necessario ricordare che per questo non esistono solo volt. Quantità maggiori vengono misurate in kilovolt (kV) e megavolt (mV), che significano rispettivamente 1 mila e 1 milione di volt.

Come misurare tensione e corrente

La lezione è dedicata al concetto di tensione elettrica, alla sua designazione e alle unità di misura. La seconda parte della lezione è dedicata principalmente alla dimostrazione dei dispositivi di misurazione della tensione su una sezione del circuito e alle loro caratteristiche.

Se diamo un esempio standard sul significato della famosa iscrizione su qualsiasi elettrodomestico "220 V", significa che su una sezione del circuito vengono eseguiti 220 J di lavoro per spostare una carica di 1 C.

Formula per il calcolo della tensione:

Lavoro del campo elettrico sul trasferimento di carica, J;

Carica, Cl.

Pertanto l’unità di tensione può essere rappresentata come segue:

Esiste una relazione tra le formule per il calcolo della tensione e della corrente a cui dovresti prestare attenzione: e. Entrambe le formule contengono il valore della carica elettrica, che può essere utile per risolvere alcuni problemi.

Per misurare la tensione, un dispositivo chiamato voltmetro(Fig. 2).

Riso. 2. Voltmetro ()

Esistono diversi voltmetri a seconda delle caratteristiche della loro applicazione, ma il principio del loro funzionamento si basa sull'effetto elettromagnetico della corrente. Tutti i voltmetri sono contrassegnati da una lettera latina, applicata sul quadrante dello strumento e utilizzata in una rappresentazione schematica del dispositivo.

Negli ambienti scolastici, ad esempio, vengono utilizzati i voltmetri, mostrati nella Figura 3. Vengono utilizzati per misurare la tensione nei circuiti elettrici durante il lavoro di laboratorio.

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Riso. 3. Voltmetri

Gli elementi principali di un voltmetro dimostrativo sono il corpo, la scala, l'indice e i terminali. I terminali sono solitamente etichettati con più o meno e sono evidenziati in diversi colori per chiarezza: rosso - più, nero (blu) - meno. Ciò è stato fatto per garantire che i terminali del dispositivo siano ovviamente collegati correttamente ai corrispondenti fili collegati alla sorgente. A differenza di un amperometro, che è collegato in serie al circuito aperto, un voltmetro è collegato al circuito in parallelo.

Naturalmente, qualsiasi dispositivo di misurazione elettrica dovrebbe avere un'influenza minima sul circuito in esame, quindi il voltmetro ha caratteristiche di progettazione tali che una corrente minima lo attraversa. Questo effetto è assicurato dalla selezione di materiali speciali che contribuiscono a un flusso di carica minimo attraverso il dispositivo.

Rappresentazione schematica di un voltmetro (Fig. 4):

Riso. 4.

Disegniamo, ad esempio, un circuito elettrico (Fig. 5) in cui è collegato un voltmetro.

Riso. 5.

Il circuito contiene un insieme quasi minimo di elementi: una sorgente di corrente, una lampada a incandescenza, un interruttore, un amperometro collegato in serie e un voltmetro collegato in parallelo alla lampadina.

Commento. È meglio iniziare ad assemblare un circuito elettrico con tutti gli elementi tranne il voltmetro e collegarlo alla fine.

Esistono molti tipi diversi di voltmetri con scale diverse. Pertanto, la questione del calcolo del prezzo del dispositivo in questo caso è molto rilevante. Molto comuni sono i microvoltmetri, i millivoltmetri, semplicemente voltmetri, ecc.. I loro nomi chiariscono con quale frequenza vengono effettuate le misurazioni.

Inoltre, i voltmetri sono suddivisi in dispositivi a corrente continua e corrente alternata. Sebbene nella rete cittadina sia presente corrente alternata, in questa fase dello studio della fisica abbiamo a che fare con corrente continua, che è fornita da tutti gli elementi galvanici, quindi saremo interessati ai voltmetri corrispondenti. Il fatto che il dispositivo sia destinato a circuiti a corrente alternata è solitamente raffigurato sul quadrante come una linea ondulata (Fig. 6).

Riso. 6. Voltmetro CA ()

Commento. Se parliamo di valori di tensione, ad esempio, una tensione di 1 V è un valore piccolo. L'industria utilizza tensioni molto più elevate, misurate in centinaia di volt, kilovolt e persino megavolt. Nella vita di tutti i giorni viene utilizzata una tensione pari o inferiore a 220 V.

Nella prossima lezione impareremo cos'è la resistenza elettrica di un conduttore.

Bibliografia

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

Pag. aggiuntivacollegamenti consigliati a risorse Internet

1. Fisica fantastica ().
2. Youtube().
3. Youtube().

Compiti a casa

La lezione è dedicata al concetto di tensione elettrica, alla sua designazione e alle unità di misura. La seconda parte della lezione è dedicata principalmente alla dimostrazione dei dispositivi di misurazione della tensione su una sezione del circuito e alle loro caratteristiche.

Se diamo un esempio standard sul significato della famosa iscrizione su qualsiasi elettrodomestico "220 V", significa che su una sezione del circuito vengono eseguiti 220 J di lavoro per spostare una carica di 1 C.

Formula per il calcolo della tensione:

Lavoro del campo elettrico sul trasferimento di carica, J;

Carica, Cl.

Pertanto l’unità di tensione può essere rappresentata come segue:

Esiste una relazione tra le formule per il calcolo della tensione e della corrente a cui dovresti prestare attenzione: e. Entrambe le formule contengono il valore della carica elettrica, che può essere utile per risolvere alcuni problemi.

Per misurare la tensione, un dispositivo chiamato voltmetro(Fig. 2).

Riso. 2. Voltmetro ()

Esistono diversi voltmetri a seconda delle caratteristiche della loro applicazione, ma il principio del loro funzionamento si basa sull'effetto elettromagnetico della corrente. Tutti i voltmetri sono contrassegnati da una lettera latina, applicata sul quadrante dello strumento e utilizzata in una rappresentazione schematica del dispositivo.

Negli ambienti scolastici, ad esempio, vengono utilizzati i voltmetri, mostrati nella Figura 3. Vengono utilizzati per misurare la tensione nei circuiti elettrici durante il lavoro di laboratorio.

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Riso. 3. Voltmetri

Gli elementi principali di un voltmetro dimostrativo sono il corpo, la scala, l'indice e i terminali. I terminali sono solitamente etichettati con più o meno e sono evidenziati in diversi colori per chiarezza: rosso - più, nero (blu) - meno. Ciò è stato fatto per garantire che i terminali del dispositivo siano ovviamente collegati correttamente ai corrispondenti fili collegati alla sorgente. A differenza di un amperometro, che è collegato in serie al circuito aperto, un voltmetro è collegato al circuito in parallelo.

Naturalmente, qualsiasi dispositivo di misurazione elettrica dovrebbe avere un'influenza minima sul circuito in esame, quindi il voltmetro ha caratteristiche di progettazione tali che una corrente minima lo attraversa. Questo effetto è assicurato dalla selezione di materiali speciali che contribuiscono a un flusso di carica minimo attraverso il dispositivo.

Rappresentazione schematica di un voltmetro (Fig. 4):

Riso. 4.

Disegniamo, ad esempio, un circuito elettrico (Fig. 5) in cui è collegato un voltmetro.

Riso. 5.

Il circuito contiene un insieme quasi minimo di elementi: una sorgente di corrente, una lampada a incandescenza, un interruttore, un amperometro collegato in serie e un voltmetro collegato in parallelo alla lampadina.

Commento. È meglio iniziare ad assemblare un circuito elettrico con tutti gli elementi tranne il voltmetro e collegarlo alla fine.

Esistono molti tipi diversi di voltmetri con scale diverse. Pertanto, la questione del calcolo del prezzo del dispositivo in questo caso è molto rilevante. Molto comuni sono i microvoltmetri, i millivoltmetri, semplicemente voltmetri, ecc.. I loro nomi chiariscono con quale frequenza vengono effettuate le misurazioni.

Inoltre, i voltmetri sono suddivisi in dispositivi a corrente continua e corrente alternata. Sebbene nella rete cittadina sia presente corrente alternata, in questa fase dello studio della fisica abbiamo a che fare con corrente continua, che è fornita da tutti gli elementi galvanici, quindi saremo interessati ai voltmetri corrispondenti. Il fatto che il dispositivo sia destinato a circuiti a corrente alternata è solitamente raffigurato sul quadrante come una linea ondulata (Fig. 6).

Riso. 6. Voltmetro CA ()

Commento. Se parliamo di valori di tensione, ad esempio, una tensione di 1 V è un valore piccolo. L'industria utilizza tensioni molto più elevate, misurate in centinaia di volt, kilovolt e persino megavolt. Nella vita di tutti i giorni viene utilizzata una tensione pari o inferiore a 220 V.

Nella prossima lezione impareremo cos'è la resistenza elettrica di un conduttore.

Bibliografia

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

Pag. aggiuntivacollegamenti consigliati a risorse Internet

1. Fisica fantastica ().
2. Youtube().
3. Youtube().

Compiti a casa