วัดแรงดันไฟคืออะไร? หน่วยของแรงดันไฟฟ้า

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-15 17:30

จินตนาการว่าชีวิตคุณไม่มีไฟฟ้าเป็นไปได้ไหม? คนทันสมัยล้อมรอบตัวเองแน่นหนาด้วยเครื่องใช้ในครัวเรือนที่ช่วยในชีวิต เราไม่สามารถจินตนาการถึงตัวเราและชีวิตของเราได้อีกต่อไปโดยปราศจากผู้ช่วยในบ้านที่ชาญฉลาด

เทคโนโลยีกำลังเปลี่ยนไปใช้ไฟฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ แม้แต่การขนส่งก็ค่อยๆ ถูกถ่ายโอนไปยังมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งสามารถลดอันตรายต่อธรรมชาติได้อย่างมาก

วันนี้เราจะพยายามตอบคำถามต่อไปนี้:

กระแสไฟฟ้าคืออะไร
แรงดันไฟฟ้าคืออะไร
วิธีตรวจสอบแรงดันไฟ
วัดแรงดันคืออะไร

ปัจจุบันคืออะไร

ในช่วงรุ่งอรุณของการศึกษาไฟฟ้า ได้มาจากการถูร่างหนึ่งกับอีกร่างหนึ่ง สามารถรับประจุไฟฟ้าได้มากขึ้นในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองโดยใช้การปลดปล่อยตามธรรมชาติ - ฟ้าผ่า เป็นที่ทราบกันดีว่าวิธีนี้ทำให้นักเรียนของ MV Lomonosov - Richter เสียชีวิต

การชาร์จเองนั้นยากและไม่มีเหตุผลที่จะใช้ จำเป็นต้องได้รับการเคลื่อนไหวโดยตรง - กระแสไฟฟ้า คุณสมบัติปัจจุบัน:

ทำให้ตัวนำร้อน
สารเคมี;
กลไกล;
แรงแม่เหล็ก

ใช้ในชีวิตประจำวันและเทคโนโลยี เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการมีอยู่ของกระแสคือการมีอยู่ของแหล่งกระแส ประจุไฟฟ้าอิสระ และตัวนำไฟฟ้าแบบปิด

พื้นหลัง

ในปี ค.ศ. 1792 นักฟิสิกส์ นักสรีรวิทยา และนักประดิษฐ์ชื่อดังชาวอิตาลี อเลสซานโดร โวลตา เริ่มให้ความสนใจในบทสรุปของลุยจิ กัลวานี เพื่อนร่วมชาติของเขาเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงกระตุ้นในอวัยวะของสัตว์ในปัจจุบัน การสังเกตพฤติกรรมของขากบเป็นเวลานานโดยจับที่ตะขอโลหะ ทำให้เขาสรุปได้ว่าแหล่งกำเนิดไฟฟ้าไม่ใช่สิ่งมีชีวิต แต่เป็นการสัมผัสของโลหะที่ไม่เหมือนกัน เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า และปฏิกิริยาของปลายประสาทเป็นเพียงผลทางสรีรวิทยาของกระแสไฟฟ้า

การค้นพบที่ไม่เหมือนใครนำไปสู่การสร้างแหล่งกระแสตรงแห่งแรกของโลกที่เรียกว่า Voltaic Pillar โลหะที่ไม่เหมือนกัน (โวลตาแย้งว่าควรแยกพวกมันออกจากกันในชุดองค์ประกอบทางเคมี) วางด้วยกระดาษที่ชุบด้วยของเหลว "ตัวนำประเภทที่สอง"

อุปกรณ์นี้เป็นแหล่งกำเนิดแรงดันคงที่แห่งแรก หน่วยของแรงดันไฟฟ้าทำให้ชื่ออเลสซานโดร โวลตาเป็นอมตะ

แหล่งจ่ายไฟ DC

องค์ประกอบหลักของวงจรไฟฟ้าคือแหล่งกระแส จุดประสงค์คือเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของอนุภาคที่มีประจุอิสระ (อิเล็กตรอน ไอออน) ที่เคลื่อนที่โดยตรง สะสมเมื่อองค์ประกอบแต่ละส่วนของแหล่งกำเนิดประจุ (เรียกว่าขั้ว) มีสัญญาณต่างกัน ประจุเองถูกแจกจ่ายซ้ำภายในแหล่งกำเนิดภายใต้การกระทำของแรงที่ไม่ใช่ไฟฟ้า (ทางกล เคมี แม่เหล็ก ความร้อน และอื่นๆ) สนามไฟฟ้าที่เกิดจากขั้วภายนอกแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทำหน้าที่เคลื่อนย้ายประจุในตัวนำปิด Alessandro Volta พูดถึงความจำเป็นในการสร้างวงจรปิดเพื่อสร้างกระแสตรง

เนื่องจากประจุเคลื่อนที่ในแหล่งกำเนิดภายใต้การกระทำของกองกำลังที่ไม่ใช้ไฟฟ้า จึงสามารถโต้แย้งได้ว่ากองกำลังเหล่านี้ทำงาน เรียกพวกเขาว่าคนนอก อัตราส่วนของการทำงานของแรงภายนอกเพื่อถ่ายเทประจุภายในแหล่งกำเนิดกระแสต่อขนาดของประจุเรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า

สัญกรณ์คณิตศาสตร์สำหรับอัตราส่วนนี้:

Ε=A_{st: q,}

โดยที่ E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF), A_{stคืองานของแรงภายนอก q คือประจุที่แรงภายนอกพัดพาไปในแหล่งกำเนิด}

EMF แสดงถึงความสามารถของแหล่งกำเนิดในการสร้างกระแส แต่คุณสมบัติหลักของแหล่งกำเนิดในบางครั้งถือว่าเป็นแรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์ไฟฟ้า)

แรงดัน

อัตราส่วนของงานภาคสนามในการเคลื่อนประจุในตัวนำต่อขนาดของประจุเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า

ในการพิจารณา คุณต้องหารมูลค่างานภาคสนามด้วยค่าประจุ ให้ A เป็นงานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสเพื่อย้ายประจุ q ยู - แรงดันไฟฟ้าสัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ของสูตรที่เกี่ยวข้อง:

U=A: q

เช่นเดียวกับปริมาณทางกายภาพ แรงดันมีหน่วยวัด แรงดันไฟวัดได้อย่างไร? ด้วยชื่อของผู้ประดิษฐ์แหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงรายแรกของโลกคือ Alessandro Volta ค่านี้ได้รับหน่วยวัดของตัวเอง ในระบบสากล แรงดันไฟฟ้ามีหน่วยเป็นโวลต์ (V)

แรงดันไฟฟ้า 1 V คือแรงดันไฟฟ้าของสนามไฟฟ้าที่ทำงาน 1 J เพื่อเคลื่อนประจุ 1 C

V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).

ในหน่วย SI พื้นฐาน หน่วยของแรงดันไฟฟ้า:

kg•m/(A•s3).

ค่าที่ต้องการ

ทำไมยังไม่พอ กำหนดลักษณะปัจจุบัน แนะนำแนวคิดของความแข็งแกร่งในปัจจุบัน? มาทำการทดลองทางความคิดกัน ลองใช้โคมไฟสองแบบที่แตกต่างกัน: โคมไฟสำหรับใช้ในครัวเรือนทั่วไปและโคมไฟจากไฟฉาย เมื่อเชื่อมต่อเข้ากับแหล่งจ่ายกระแสไฟต่างๆ (เครือข่ายเมืองและแบตเตอรี่) คุณจะได้รับค่าปัจจุบันเท่ากันทุกประการ ในขณะเดียวกัน โคมไฟในครัวเรือนก็ให้แสงสว่างมากขึ้น นั่นคือการทำงานของกระแสไฟในนั้นยิ่งใหญ่กว่ามาก

กระแสไฟต่างกันมีแรงดันไฟต่างกัน ดังนั้นค่านี้จึงจำเป็น

การเปรียบเทียบที่มีประโยชน์

การทำความเข้าใจความหมายทางกายภาพของแรงดันไฟฟ้ามาจากการเปรียบเทียบที่น่าสนใจ ในการสื่อสารกับภาชนะ ของเหลวจะไหลจากหลอดหนึ่งไปยังอีกหลอดหนึ่ง หากมีความแตกต่างของแรงดัน การไหลของของไหลหยุดในกรณีที่มีความเท่าเทียมกันกดดัน

ถ้าเปรียบเทียบกระแสของเหลวกับการไหลของประจุไฟฟ้า ความแตกต่างของแรงดันของคอลัมน์ของเหลวจะมีบทบาทเดียวกันกับความต่างศักย์ในแหล่งกำเนิดปัจจุบัน

ตราบใดที่กระบวนการที่มาพร้อมกับการจ่ายประจุซ้ำบนขั้วไฟฟ้าเกิดขึ้นภายในแหล่งกำเนิดปัจจุบัน ก็สามารถสร้างกระแสในตัวนำได้ แรงดันไฟวัดเป็นโวลต์ ส่วนต่างของแรงดันมีหน่วยวัด - ปาสกาล

กระแสสลับ

กระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศทางเป็นระยะๆ เรียกว่า ตัวแปร มันถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งจ่ายแรงดันไฟสลับ ส่วนใหญ่มักจะเป็นเครื่องกำเนิด มาลองอธิบายกัน: การวัดแรงดันไฟ AC คืออะไร

หลักการของยุคปัจจุบันขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การหมุนของวงจรปิดในสนามแม่เหล็กทำให้เกิดความต่างศักย์ในตัวนำ แรงดันไฟวัดเป็นโวลต์และในกรณีของกระแสไฟที่แตกต่างกัน

เถียงว่าไฟไม่เปลี่ยน? เห็นได้ชัดว่าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในมุมระหว่างระนาบของรูปร่างและเส้นตั้งฉาก แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ค่าของมันเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นค่าสูงสุดแล้วลดลงอีกครั้งเป็นศูนย์ ไม่จำเป็นต้องพูดถึงค่าบางอย่าง ป้อนค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพที่เรียกว่า:

U_{d=U: √2.}

เครื่องมือวัดแรงดันไฟอะไร

อุปกรณ์วัดแรงดันไฟ-โวลต์มิเตอร์ หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของวงจรกับกระแสและสนามแม่เหล็กแม่เหล็กถาวร. เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าวงจรที่มีกระแสหมุนในสนามแม่เหล็ก ขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสในวงจร มุมของการหมุนจะเปลี่ยนไป

ถ้าคุณติดลูกศรเข้ากับวงจร มันจะเบี่ยงเบนจากศูนย์เมื่อกระแสไหลในวงจร (โดยปกติคือขดลวด) มาตราส่วนของอุปกรณ์จะสิ้นสุดขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ เป็นไปได้ที่จะใช้ตัวคูณย่อยและตัวคูณ

ในกรณีที่มีค่าต่ำ แรงดันไฟฟ้าจะวัดเป็นมิลลิโวลต์หรือไมโครโวลต์ ในทางกลับกัน เครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงหลายหน่วยถูกใช้

โวลต์มิเตอร์ใดๆ ต่อขนานกับส่วนของวงจรที่วัดแรงดันไฟ คุณสมบัติหลักของวงจรอุปกรณ์สามารถเรียกได้ว่ามีความต้านทานโอห์มมิกสูง โวลต์มิเตอร์ไม่ว่าจะวัดด้วยแรงดันใดก็ตาม ไม่ควรส่งผลต่อความแรงของกระแสในวงจร มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเล็กน้อยซึ่งไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อค่าหลัก

ตารางแรงดัน

อุปกรณ์พกพา	แรงดันที่หน้าสัมผัส V
เสาไฟ	1, 1
แบตเตอรี่ไฟฉาย	1, 5
แบตเตอรี่อัลคาไลน์	1, 25
แบตเตอรี่กรด	2
เครือข่ายเมือง	220
ไฟฟ้าแรงสูงสายไฟ	500,000
ระหว่างก้อนเมฆในพายุฝนฟ้าคะนอง	สูงถึง 100,000,000

การใช้งานจริงของโวลต์มิเตอร์

หากต้องการใช้โวลต์มิเตอร์อย่างมีประสิทธิภาพ คุณควรเรียนรู้วิธีใช้งาน ผู้ทดลองที่อยากรู้อยากเห็นสามารถติดต่อครูโรงเรียนได้

ห้องเรียนฟิสิกส์ของโรงเรียนมีห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์สาธิตสำหรับการวัดความเครียด

ใช้โวลต์มิเตอร์ด้วยความระมัดระวัง โดยทำตามกฎง่ายๆ:

โวลต์มิเตอร์มีขีดจำกัดการวัดสูงสุด นี่คือมูลค่าสูงสุดในระดับของเขา อย่าเชื่อมต่อกับวงจรที่มีองค์ประกอบไฟฟ้าแรงสูง
หากไม่มีแหล่งกำเนิดหรือโวลต์มิเตอร์อื่น คุณสามารถใช้ระบบความต้านทานเพิ่มเติมได้ ในกรณีนี้ต้องเปลี่ยนมาตราส่วนของโวลต์มิเตอร์
เครื่องใช้ไฟฟ้าเชื่อมต่อกับวงจร DC ขึ้นอยู่กับการบ่งชี้ของเครื่องหมายชาร์จบนขั้วของมัน ขั้วบวกของแหล่งจ่ายกระแสจะต้องเชื่อมต่อกับขั้วบวกของโวลต์มิเตอร์ ขั้วลบกับขั้วลบ หากผสมกัน ลูกศรของอุปกรณ์อาจโค้งงอซึ่งไม่พึงปรารถนาอย่างยิ่ง
การเชื่อมต่อทั้งหมดทำขึ้นเฉพาะกับวงจรไฟฟ้าดับ