Фізика. 8 клас. Засєкіна

§ 28. Електрична напруга

Ви дізнаєтесь

• Що таке електрична напруга
• Як вимірюють електричну напругу

Пригадайте

• Умови існування електричного струму

Електрична напруга. Розглянемо ще раз механічну модель електричного кола (мал. 125, с. 162).

Причиною потоку води в поданому вище прикладі є різниця рівнів (висот). Якщо рівні води будуть однаковими, то вода стоятиме в жолобах, бо причини для її переміщення немає. Які зміни відбудуться в разі зміни рівнів води? Очевидно, якщо збільшити висоту, з якої буде падати вода, збільшиться «працездатність» потоку. Що більша різниця висот, то більшу роботу виконує сила тяжіння під час падіння води, і то більшою є енергія водяного потоку.

В електричному колі величину, аналогічну різниці висот, назвали напругою. З’ясуємо детальніше, що таке напруга. Причиною електричного струму в колі є наявність електричного поля, під дією якого відбувається переміщення електричного заряду. Електричне поле створюється джерелом струму.

Щоб подавати воду на більшу висоту, очевидно, потрібен потужніший насос. У випадку електричного кола — джерело струму. Під дією електричного поля, що створюється джерелом струму, заряджені частинки рухаються по провіднику. При цьому виконується робота з переміщення зарядів. Це свідчить про те, що причиною потоку заряджених частинок (електронів) у провідниках є електричне поле, створюване джерелом струму. Для характеристики електричного поля і вводять фізичну величину — напругу.

Можливо, ви чули вираз «Обережно, висока напруга!». У цьому разі слово «висока» вказує на те, що чим більшою є напруга на кінцях ділянки кола, тим більшу роботу виконає сила, яка діє з боку електричного поля, для переміщення заряду 1 Кл. По аналогії з потоком води: що більшою є різниця рівнів води, то більшу роботу виконає сила тяжіння під час падіння води масою 1 кг.

Напруга — це фізична величина, що характеризує електричне поле й визначається відношенням роботи електричного поля на певній ділянці кола до електричного заряду, що пройшов по цій ділянці.

Напруга позначається великою латинською літерою U. Формула для визначення напруги така:

Одиницею напруги є вольт (В).

Названа ця одиниця на честь відомого італійського фізика Алессандро Вольта.

Різні джерела струму характеризуються робочою напругою.

Таблиця 2

Сила струму й електрична напруга в різних технічних пристроях і приладах

У гальванічному елементі й акумуляторі (хімічних джерелах струму) значення напруги невелике. Якщо в гальванічному елементі наявні мідний і залізний електроди, то напруга становитиме 0,78 В, мідний і цинковий — 1,1 В, срібний і цинковий — 1,56 В. Середня напруга свинцевого кислотного акумулятора становить 2 В, а залізонікелевого лужного — 1,25 В.

Щоб отримати більші напруги, гальванічні елементи, акумулятори, термо- і фотоелементи з’єднують у батареї. Якщо треба одержати більшу напругу, то використовують послідовне з’єднання елементів (мал. 134, а): окремі елементи приєднують один до одного різнойменними полюсами. Якщо хочуть одержати джерело, що дає більший струм, використовують паралельне з’єднання елементів (мал. 134, б): окремі елементи з’єднують у батарею однойменними полюсами.

Мал. 134. З’єднання джерел струму: а — послідовне; б — паралельне

Для вимірювання напруги використовують спеціальні прилади — вольтметри (мал. 135).

Мал. 135. Вольтметр: а — демонстраційний; б — лабораторний

Оскільки електрична напруга характеризує працездатність електричного поля між двома точками, то вольтметр, на відміну від амперметра, включається в електричне коло без його розриву. Вольтметр приєднують паралельно до тієї ділянки, на кінцях якої вимірюють напругу.

Як і у випадку з амперметром, підключаючи вольтметр, потрібно слідкувати за полярністю. Для вимірювання напруги на полюсах джерела струму вольтметр приєднують безпосередньо до клем джерела.

Підбиваємо підсумки

Напругу вимірюють вольтметром, вмикаючи його паралельно до ділянки кола, на якій вимірюють напругу.

Я знаю, вмію й розумію

• 1. Що таке електрична напруга?
• 2. Як можна визначити напругу, знаючи роботу струму та електричний заряд?
• 3. Що прийнято за одиницю напруги?
• 4. Яким приладом вимірюють напругу? Які правила вмикання цьго приладу в електричне коло?

ПОЯСНІТЬ

• 1. Чи однакову напругу покажуть вольтметри (мал. 136)?

Мал. 136. До завдання 1

• 2. Чи можна стверджувати, що до та після вмикання амперметра в електричне коло сила струму залишається в ньому незмінною?
• 3. Як за допомогою вольтметра визначити полюси джерела постійного струму?

Вправа 11

1. Визначте напругу на ділянці електричного кола, якщо під час перенесення заряду 50 Кл електричне поле виконує роботу 1,2 кДж.

2. Яка напруга на кінцях провідника, якщо під час проходження по ньому заряду 5 Кл виконується робота 1,1 кДж?

3. Напруга між хмарами під час грози 10 000 кВ. Скільки електронів проходить між хмарами, якщо при цьому виконується робота 0,16 Дж?

4. Під час світіння лампи розжарювання виконується робота 3,96 кДж. Визначте електричний заряд, який пройшов через лампу, якщо вона ввімкнута в мережу 220 В.

5. На малюнку 137 зображено шкали амперметрів і вольтметрів. Визначте для кожного приладу межі вимірювання та ціну поділки шкали. Яку силу струму показує кожний амперметр? Яку напругу показує кожний вольтметр?

Мал. 137. До завдання 5

Фізика навколо нас

РОСЛИННО-МІКРОБНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ

Учені винайшли так звані рослинно-мікробні елементи, дія яких ґрунтується на отриманні електричної енергії з біологічної енергії життєдіяльності рослин.

Унаслідок фотосинтезу утворюються органічні продукти, що виводяться з рослин через корені. Бактерії ґрунту, що містяться навколо коренів, розщеплюють ці органічні речовини, вивільняючи електрони. Розмістивши вуглецеві електроди навколо коренів, можна створити джерело електричного струму.

СПОСОБИ ПІДЗАРЯДКИ ТЕЛЕФОНУ В ПРИРОДНИХ УМОВАХ

Можливо, вам доводилось бути в ситуації, коли ваш мобільний телефон розрядився і немає доступу до електричної мережі. У цьому разі вам допоможуть такі джерела струму:

Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України