Напруга

Ми знаємо, що електричний струм – це впорядкований рух заряджених частинок. Воно створюється електричним полем, яке при цьому здійснює роботу. Роботу сил електричного поля, що створює електричний струм, називають роботою струму. В процесі такої роботи енергія електричного поля перетворюється в інший вид енергії – механічну, внутрішню та ін. Від чого ж залежить робота струму? Можна з упевненістю сказати, що вона залежить від сили струму, т. е. від електричного заряду, що протікає по ланцюгу на 1 ц. У цьому ми переконалися, знайомлячись з різними діями струму (див. раніше).

Наприклад, пропускаючи струм по залізниці або никелиновой дроті, ми бачили, що чим більше сила струму, тим вищою ставала температура дроту, тобто сильніше було теплова дія струму. Але не тільки від однієї сили струму залежить робота струму: вона залежить ще й від іншої величини, яку називають електричною напругою або просто напругою. Напруга – це фізична величина, що характеризує електричне поле, яке створює струм. Щоб ознайомитися з цією дуже важливою фізичною величиною, звернемося до досвіду.

На малюнку зображена електрична ланцюг, у яку включена лампочка від кишенькового ліхтарика. Джерелом струму тут служить акумулятор. На малюнку показана інша ланцюг, в неї включена лампа, яка використовується для освітлення приміщень. Джерелом струму в цьому ланцюзі є міська освітлювальна мережа. Амперметри, включені в зазначені ланцюга, показують однакову силу струму в обох ланцюгах. Однак лампа, включена в міську мережу, дає набагато більше світла і тепла, ніж лампочка від кишенькового ліхтаря. Пояснюється це тим, що при однаковій силі струму робота струму на цих ділянках ланцюга при переміщенні електричного заряду, рівного 1 Кл, різна. Ця робота струму і визначає нову фізичну величину, звану електричною напругою. Напруга, яке створює акумулятор, значно менше напруги міської мережі. Саме тому при одній і тій же силі струму лампа, включена в ланцюг акумулятора, дає менше світла і тепла.

Знаючи роботу струму А на даній ділянці кола і весь електричний заряд q, що пройшов по цій ділянці, можна визначити напругу U (так воно умовно позначається), тобто роботу струму при переміщенні електричного заряду, рівного 1 Кл: U = A/q. Отже, напруга дорівнює відношенню роботи струму на даній ділянці електричного заряду, що пройшов по цій ділянці. Електричний струм подібний течії води в річках і водоспадах, тобто подібний течією води з більш високого рівня на більш низький. Тут електричний заряд (кількість електрики) відповідає масі води, що протікає через поперечний переріз річки, а напруга – різниці рівнів, напору води в річці. Робота, яку здійснює вода, падаючи, наприклад, з греблі, залежить від маси води й висоти її падіння; робота струму залежить від електричного заряду, що протікає через перетин провідника, і від напруги на цьому провіднику. Чим більше різниця рівнів води, тим велику роботу здійснює вода при своєму падінні; чим більше напруга на ділянці кола, тим більше робота струму. В озерах і ставках рівень води усюди однаковий, і там вода не тече; якщо в електричному ланцюзі немає напруги, то в ній немає і електричного струму.

Одиниця напруги названа вольт (позначається В) на честь італійського вченого А.с Вольта, який створив перший гальванічний елемент. Вольт дорівнює такому електричному напрузі на кінцях провідника, при якому робота по переміщенню електричного заряду в 1 Кл з цього провідника дорівнює 1 Дж. 1 У = 1Дж/1Кл Крім вольта застосовують долішні і кратні йому одиниці: мілівольт (мВ) та кіловольт (кВ). 1 мВ = 0,001; 1 кВ = 1000 У. Висока (велика) напруга-небезпечно для життя. Припустимо, що напруга між одним проводом високовольтної лінії передачі і землею 100 000 У. Якщо цей дріт з’єднати якимось провідником з землею, то при проходженні через нього електричного заряду в 1 Кл буде здійснена робота, рівна 100 000 Дж. Приблизно таку ж роботу зробить вантаж масою 1000 кг при падінні з висоти 10м. Він може зробити великі руйнування. Цей приклад показує, чому так небезпечний струм високої напруги. Але обережність треба дотримуватися і в роботі з більш низькими напругами: в залежності від умов навіть напругу в декілька десятків вольт може виявитися небезпечним. Для роботи в сирому приміщенні безпечним вважають напруга до 12 В, в сухому приміщенні – до 36 Ст. У таблиці наведені напруги у вольтах, що зустрічаються на практиці.

Посилання на основну публікацію