Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)
§ 36. Електрична напруга
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. У періоди, коли системно виникають проблеми з електрикою, досить часто можна почути про вихід з ладу телевізорів, телефонів, побутової техніки і навіть зумовлену цим пожежу. Що, на вашу думку, в таких випадках є причиною псування пристроїв?
1. Що називають електричною напругою?
У § 31 було доведено, що напрямлений рух вільних заряджених частинок (електричний струм) можливий завдяки дії на ці частинки сили з боку електричного поля. А з курсу фізики 7 класу вам відомо, що коли тіло рухається внаслідок дії певної сили і напрямок руху тіла збігається з напрямком дії цієї сили, то сила виконує роботу. Отже, коли в певній ділянці кола існує струм, то електричне поле виконує роботу. Цю роботу прийнято називати роботою струму.
Робота, яку може виконати або виконує електричне поле, переміщуючи заряд по даній ділянці кола, визначається електричною напругою.
Електрична напруга на ділянці кола — це фізична величина, яка чисельно дорівнює роботі електричного поля з переміщення одиничного позитивного заряду по цій ділянці.
Напругу позначають символом U і в загальному випадку визначають за формулою:
де А — робота, яку виконує (або може виконати) електричне поле з переміщення заряду q по даній ділянці кола.
Одиниця напруги в СІ — вольт (названа на честь італійського вченого А. Вольти):
[U] = B.
1 B — це така напруга на ділянці кола, за якої електричне поле виконує роботу 1 Дж, переміщуючи по цій ділянці заряд, що дорівнює 1 Кл:
Крім вольта, на практиці часто застосовують кратні й частинні одиниці напруги: мікровольт (мкВ), мілівольт (мВ), кіловольт (кВ).
1 мкВ = 10-6 В; 1 мВ = 10-3 В; 1 кВ = 103 В.
Так, електрична напруга на клітинній мембрані або мікрочипі становить кілька мікровольтів, а між хмарами під час грози — сотні кіловольтів.
• А чи знаєте ви, яка напруга подається у ваш будинок? на акумулятор вашого мобільного телефону під час його заряджання?
2. Як вимірюють напругу?
Для вимірювання напруги використовують прилад, який називається вольтметр (рис. 36.1). Вольтметр дуже схожий на амперметр — і зовні, і за принципом дії.
Рис. 36.1. Деякі види вольтметрів: а — демонстраційний; б — цифровий автомобільний
Як і будь-який вимірювальний прилад, вольтметр не має впливати на значення вимірюваної величини. У разі паралельного приєднання вольтметра до певної ділянки кола значення напруги на цій ділянці практично не змінюється.
Правила, яких необхідно дотримуватися під час вимірювання напруги вольтметром
1. Вольтметр приєднують паралельно тій ділянці кола, на якій необхідно виміряти напругу (рис. 36.2).
Рис. 36.2. Вимірювання вольтметром напруги на лампі: а — загальний вигляд; б — схема електричного кола
2. Клему вольтметра, біля якої стоїть знак «+», слід з’єднувати з проводом, який іде від позитивного полюса джерела струму; клему зі знаком «-» — із проводом, який іде від негативного полюса.
3. Для вимірювання напруги на виході джерела струму вольтметр приєднують безпосередньо до полюсів джерела (рис. 36.3).
Рис. 36.3. Вимірювання вольтметром напруги на виході джерела струму
3. Учимося розв’язувати задачі
Задача. Напруга на клемах автомобільного акумулятора становить 12 В. З якої висоти має впасти вантаж масою 36 кг, щоб сила тяжіння виконала ту саму роботу, яку виконує електричне поле, переміщуючи заряд 300 Кл по одному з електричних кіл автомобіля?
Аналіз фізичної проблеми. За умовою задачі робота сили тяжіння дорівнює роботі електричного струму: А = Аструму. Записавши формулу для визначення роботи сили тяжіння та формулу роботи струму, визначимо висоту падіння вантажу.
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Прізвище італійського вченого Луїджі Гальвані відомо світу завдяки терміну «гальванічний елемент» (див. § 33). Хоча власне наукове відкриття Гальвані зовсім інше. Він першим у світі встановив, що електричний струм може активувати м'язи. З часом це привело до створення електростимуляторів, які використовують для лікування пацієнтів з атрофованими або пошкодженими м'язами. Ці прилади вміють передавати м'язам сигнали, повертаючи їм «пам'ять» про правильне функціонування.
Неможливо обминути ще один «наслідок» відкриття Гальвані — прилад під назвою дефібрилятор. У разі раптової зупинки серця у лікарів є тільки декілька хвилин, щоб повернути людину до життя. Найкращий їхній помічник — це саме дефібрилятор (див. рисунок).
Щоб миттєво розгорнути дефібрилятор та ефективно його застосувати, потрібні постійні тренування з манекеном
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Доведіть, що, коли в провіднику тече струм, електричне поле виконує роботу. 2. Що називають напругою на деякій ділянці кола? 3. За якою формулою визначають електричну напругу? 4. У яких одиницях вимірюють напругу? 5. Дайте означення одиниці напруги. 6. Який прилад використовують для вимірювання напруги? Яких правил необхідно дотримуватися під час вимірювання напруги?
ВПРАВА № 36
1. На рис. 1 зображено шкали різних вольтметрів. Визначте ціну поділки кожної шкали і напругу на кожному вольтметрі.
Рис. 1
2. На рис. 2 зображено схему електричного кола. Перенесіть схему до зошита і покажіть на ній, де потрібно приєднати вольтметр, щоб виміряти напругу на лампі. Позначте полярність клем вольтметра.
Рис. 2
3. Під час переміщення по ділянці кола заряду 3 Кл електричне поле виконало роботу 0,12 кДж. Визначте напругу на ділянці кола.
4. Електричне поле, переміщуючи ділянкою кола заряд 60 Кл, виконує ту саму роботу, яку виконує сила тяжіння під час падіння тіла масою 200 г з висоти 360 м. Чому дорівнює напруга на ділянці?
5. На рис. 3 зображено схему електричного кола. Визначте роботу електричного струму в лампі за 1 год, якщо покази амперметра і вольтметра становлять 0,5 А і 220 В відповідно.
Рис. 3
6. Скориставшись додатковими джерелами інформації, складіть задачу на визначення роботи електричного струму в певному електротехнічному пристрої.
Ключові терміни
Електрична напруга • Вольт • Вольтметр
ФІЗИКА І ТЕХНІКА В УКРАЇНІ
Інститут електродинаміки НАН України (Київ) — провідний науковий заклад у галузі енергетики, електротехніки й енергетичного машинобудування України.
Фундатором і першим директором інституту був академік Сергій Олексійович Лебедев, під керівництвом якого в 1950 р. було створено першу на євразійському континенті Малу електронно-обчислювальну машину («МЕОМ»).
Основні наукові напрями роботи Інституту електродинаміки: перетворення і стабілізація параметрів електромагнітної енергії; аналіз, оптимізація й автоматизація режимів електроенергетичних систем; інформаційно-вимірювальні системи і метрологічне забезпечення в електроенергетиці; комплексні енергетичні системи з відновлювальними джерелами енергії.
У різні роки Інститут електродинаміки очолювали видатні вчені: члени-кореспонденти АН УРСР А. Д. Нестеренко і О. М. Мілях, академік НАН України А. К. Шидловський.
