Elektrické napětí

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 27. července 2020; kontroly vyžadují 15 úprav .

Napětí
U, V
Dimenze	L 2 MT -3 I -1
Jednotky
SI	volt

Elektrické napětí mezi body A a B elektrického obvodu nebo elektrického pole je skalární fyzikální veličina , jejíž hodnota se rovná práci efektivního elektrického pole (včetně vnějších polí) vykonané při přenosu jednotkového zkušebního elektrického náboje z bodu. A do bodu B [1] [2] .

V tomto případě se má za to, že přenos zkušebního náboje nemění rozložení nábojů na polních zdrojích (podle definice zkušebního náboje ). Napětí v obecném případě je tvořeno příspěvky dvou děl: práce elektrických sil a práce vnějších sil . Pokud na úsek obvodu nepůsobí žádné vnější síly (tedy ), práce posunutí zahrnuje pouze práci potenciálního elektrického pole (která nezávisí na dráze, po které se náboj pohybuje), a elektrické napětí mezi body A a B se shodují s potenciálním rozdílem mezi těmito body (protože ). V obecném případě se napětí mezi body A a B liší od potenciálního rozdílu mezi těmito body [3] pro práci vnějších sil při pohybu jednotkového kladného náboje. Tato práce se nazývá elektromotorická síla v této části obvodu: $A_{{AB}}^{{el}}$ $A_{AB}^{ex}$ $A_{{AB}}^{{ex}}=0$ $A_{{AB}}^{{el}}$ $U_{{AB}}$ $\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}=A_{{AB}}^{{el}}/q$ $U_{{AB}}$ ${\mathcal E}_{{AB}}$ ${\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.$

$U_{{AB}}=\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}+{\mathcal E}_{{AB}}.$

Definici elektrického napětí lze napsat i jinou formou. Chcete-li to provést, musíte práci znázornit jako integrál podél trajektorie L , položené z bodu A do bodu B. $A_{{AB}}^{{ef}}$

$U_{{AB}}=\int \limits _{L}{\vec E}_{{ef}}d{\vec l}$ je integrál projekce efektivní intenzity pole ${\vec {E}}_{ef}$ (včetně vnějších polí) na tečnu k trajektorii L , jejíž směr se v každém bodě trajektorie shoduje se směrem vektoru v tomto bodě. V elektrostatickém poli, kde nejsou žádné vnější síly, hodnota tohoto integrálu nezávisí na integrační cestě a shoduje se s rozdílem potenciálů . $d{\vec {l))$

Dimenze elektrického napětí v Mezinárodní soustavě veličin ( anglicky International System of Quantities, ISQ ), na které je založena Mezinárodní soustava jednotek (SI) , je L 2 MT -3 I -1 . Jednotkou napětí SI je volt (ruské označení: V ; mezinárodní: V ).

Pojem napětí zavedl Georg Ohm ve své práci z roku 1827, ve které byl navržen hydrodynamický model elektrického proudu k vysvětlení Ohmova empirického zákona, který objevil v roce 1826 : . $U\!=IR$

Napětí ve stejnosměrných obvodech

Napětí ve stejnosměrném obvodu mezi body A a B je práce, kterou elektrické pole vykoná při přenosu zkušebního kladného náboje z bodu A do bodu B.

Napětí ve střídavých obvodech

Následující napětí se používají k popisu střídavých obvodů :

okamžité napětí;
hodnota amplitudy napětí;
průměrná hodnota napětí;
efektivní hodnota napětí;
průměrná hodnota usměrněného napětí.

Okamžité napětí je rozdíl potenciálů mezi dvěma body naměřenými v daném čase. Závisí na čase (je funkcí času):

u=u(t).

Amplitudová hodnota napětí je maximální modulová hodnota okamžitého napětí po celou dobu kmitání :

U_{M}=\max(|u(t)|).

Pro harmonické (sinusové) kolísání napětí je okamžitá hodnota napětí vyjádřena jako:

u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).

Pro 220V rms AC sinusové napětí je špičkové napětí přibližně 311V .

Amplitudové napětí lze měřit pomocí osciloskopu .

Průměrná hodnota napětí (konstantní složka napětí) je napětí zjištěné po celou dobu oscilace, jako:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.

Pro sinusoidu je průměrná hodnota napětí nula.

Střední kvadratická hodnota napětí (elektrotechnické názvy: efektivní , efektivní ) je napětí určené pro celou dobu kmitání, jako:

U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt)).

Hodnota efektivního napětí je pro praktické výpočty nejvhodnější, protože vykonává stejnou práci na lineární aktivní zátěži (například žárovka má stejný jas žhavení, topné těleso vydává stejné množství tepla) jako konstantní napětí, které se mu rovná.

Pro sinusové napětí platí rovnost:

U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\cca 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q} \přibližně 1 414 U_{q}.

V technice a každodenním životě se při použití střídavého proudu pojem „napětí“ týká střední kvadratické hodnoty napětí a všechny voltmetry jsou kalibrovány na základě jeho definice. Konstruktivně však většina zařízení ve skutečnosti neměří střední kvadraturu, ale průměrnou rektifikovanou (viz níže) hodnotu napětí, proto se u nesinusového signálu mohou jejich hodnoty lišit od skutečné hodnoty.

Průměrná hodnota usměrněného napětí je průměrná hodnota napěťového modulu:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.

Pro sinusové napětí platí rovnost:

U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\cca 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\cca 0,9U_{q}).

V praxi se používá jen zřídka, nicméně většina střídavých voltmetrů (těch, ve kterých se proud před měřením usměrňuje ) skutečně naměří přesně tuto hodnotu, i když jejich stupnice je kalibrována na efektivní hodnoty.

Napětí v obvodech třífázového proudu

V obvodech třífázového proudu se rozlišují fázová a lineární napětí. Fázovým napětím se rozumí střední kvadratická hodnota napětí na každé z fází zátěže vzhledem k nulovému vodiči a lineární napětí je napětí mezi vodiči napájecí fáze. Při zapojení zátěže do trojúhelníku se fázové napětí rovná lineárnímu napětí a při připojení do hvězdy (se symetrickou zátěží nebo s pevně uzemněným neutrálem) je lineární napětí několikanásobně větší než fázové napětí. $\sqrt{3}$

V praxi se napětí třífázové sítě značí zlomkem, v jehož čitateli je fáze při připojení ke hvězdě (resp. potenciál každého z vedení vůči zemi) a ve jmenovateli - lineární napětí. Takže v Rusku jsou nejběžnější sítě s napětím 220/380 V ; Někdy se používají také sítě 127/220 V a 380/660 V .

Charakteristické významy a normy

Objekt	Typ napětí	Hodnota (na spotřebitelském vstupu)	Hodnota (zdrojový výstup)
Elektrokardiogram	Puls	1-2 mV	-
televizní anténa	Proměnná vysoká frekvence	1-100 mV	-
Galvanický zinkový článek typu AA ("prst")	trvalý	1,5 V	-
Lithiový článek	trvalý	3-3,5 V	-
Logické signály komponent počítače	Puls	3,3 V; 5 V	-
Typ baterie 6F22 ("Krona")	trvalý	9 V	-
Napájení počítačových komponent	trvalý	5V, 12V	-
Elektrické vybavení vozidla	trvalý	12/24 V	-
Napájecí zdroj pro notebook a LCD monitory	trvalý	19 V	-
"Bezpečná" nízkonapěťová síť pro nebezpečná prostředí	variabilní	12-42 V	-
Napětí nejstabilnějšího hoření Yablochkovovy svíčky	trvalý	55 V	-
Napětí telefonní linky (zavěšené)	trvalý	60 V	-
Japonské napájecí napětí	Variabilní třífázový	100/172 V	-
domácí elektrické napětí v USA	Variabilní třífázový	120 V / 240 V ( dělená fáze )	-
Napětí v domácích elektrických sítích v Rusku	Variabilní třífázový	220/380V	230/400 V
Výboj elektrického paprsku	trvalý	do 200-250V	-
Kontaktní síť tramvají a trolejbusů	trvalý	550 V	600 V
Elektrický výboj úhoře	trvalý	až 650 V	-
Kontaktní síť metra	trvalý	750 V	825 V
Kontaktní síť elektrifikované železnice (Rusko, stejnosměrný proud)	trvalý	3 kV	3,3 kV
Distribuční nadzemní přenosové vedení malého výkonu	Variabilní třífázový	6-20 kV	6,6-22 kV
Elektrárenské generátory , výkonné elektromotory	Variabilní třífázový	10-35 kV	-
Na anodě kineskopu	trvalý	7-30 kV	-
Statická elektřina	trvalý	1-100 kV	-
Na svíčku auta	Puls	10-25 kV	-
Kontaktní síť elektrifikované železnice (Rusko, střídavý proud)	variabilní	25 kV	27,5 kV
Rozpad vzduchu ve vzdálenosti 1 cm		10-20 kV	-
Ruhmkorffova cívka	Puls	až 50 kV	-
Rozbití vrstvy transformátorového oleje o tloušťce 1 cm		100-200 kV	-
Nadzemní elektrické vedení vysokého výkonu	Variabilní třífázový	35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV	38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
elektroforový stroj	trvalý	50-500 kV	-
Nadzemní vedení vysokého napětí (mezisystémové)	Variabilní třífázový	500 kV, 750 kV, 1150 kV	545 kV, 800 kV, 1250 kV
Tesla transformátor	Pulzní vysoká frekvence	až několik MV	-
Van de Graaffův generátor	trvalý	až 7 MV	-
bouřkový mrak	trvalý	2 až 10 GW	-

Viz také

Poznámky

↑ Miller M. A., Permitin G. V. Electrical voltage // Physical Encyclopedia / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Velká ruská encyklopedie , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 s. - 48 000 výtisků. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Elektrické napětí / Yuryev Yu. V. // Velká ruská encyklopedie : [ve 35 svazcích] / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
↑ Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Kurz fyziky. - 1977. - T. 2.

Literatura

Miller M. A., Permitin G. V. Electrical voltage // Physical Encyclopedia / Ch. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Velká ruská encyklopedie , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 s. - 48 000 výtisků. — ISBN 5-85270-019-3 .
Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. . Kurz fyziky. elektřina a magnetismus. - M .: "STŘEDNÍ ŠKOLA", 1977. - T. 2.

Odkazy

Elektrické napětí // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
O rozdílu potenciálu, elektromotorické síle a napětí
"Glossary.ru": Slovník přírodních věd.