Napięcie elektryczne - Polski Serwis Naukowy

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzór

Prawo Ohma kojarzone jest zazwyczaj z pierwszym prawem Ohma, czyli proporcjonalności napięcia U mierzonego na końcach przewodnika o oporze R do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik I, co wyraża się wzorem:

Pole elektryczne – stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.

$U_{AB}=\varphi_B - \varphi_A = {W_{A \longrightarrow B}\over q}$

przy czym zakłada się, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, iż nie wpływa znacząco na zewnętrzne pole elektryczne.

W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła. Rożnica ta spowodowana jest spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym źródła.

Obwód elektryczny - układ źródeł prądu i napięcia, przewodów elektrycznych, przez które prąd może bez przerwy płynąć, oraz rozmaitych elementów obwodów elektrycznych elementów aktywnych lub pasywnych obwodu jak rezystory, kondensatory, cewki (zwojnice), diody, wzmacniacze, transformatory, itp.

Pulsacja (częstość kołowa) - wielkość określająca, jak szybko powtarza się zjawisko okresowe. Pulsacja jest powiązana z częstotliwością (f) i okresem (T) poprzez następującą zależność:

Zależność pomiędzy spadkami napięć i siłami elektromotorycznymi w obwodach elektrycznych opisuje drugie prawo Kirchhoffa.

Związek napięcia z natężeniem pola elektrycznego

Napięcie elektryczne można określić znając natężenie pola elektrycznego: $U_{AB} = {W_{A \longrightarrow B}\over q} = \int\limits_A^B \vec{E} \cdot\;d\vec{l}$

Całkowanie odbywa się pomiędzy punktami A i B, przy czym wartość całki nie zależy od wyboru drogi. Wynika stąd, że napięcie między dwoma punktami może być dodatnie, ujemne, a w szczególnych przypadkach – równe zero.

Całka – ogólne określenie wielu różnych, choć powiązanych ze sobą pojęć analizy matematycznej. W artykule rachunek różniczkowy i całkowy podana jest historia ewolucji znaczenia samego słowa całka. Najczęściej przez "całkę" rozumie się całkę oznaczoną lub całkę nieoznaczoną (rozróżnia się je zwykle z kontekstu).

Ładunek elektryczny ciała (lub układu ciał) – fundamentalna własność materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Ciała obdarzone ładunkiem mają zdolność wytwarzania pola elektromagnetycznego oraz oddziaływania z tym polem. Oddziaływanie ładunku z polem elektromagnetycznym jest określone przez siłę Lorentza i jest jednym z oddziaływań podstawowych.

Napięcie elektryczne otwartego źródła prądu

Napięcie elektryczne otwartego źródła prądu (bez poboru prądu) równe jest sile elektromotorycznej (SEM) tego źródła, co wynika z zależności: $U=\varepsilon -IR_{w}$

gdzie: U – napięcie na zaciskach źródła, ε – siła elektromotoryczna, Rw – opór wewnętrzny źródła, I – natężenie prądu pobieranego ze źródła.

Dla otwartego źródła: $I=0$ , zatem $U = \varepsilon$

Jednostka napięcia

Jednostką napięcia jest wolt (V). Między dwoma punktami pola elektrycznego jest napięcie 1 V, jeżeli do przeniesienia między tymi punktami ładunku 1 C potrzebna jest praca 1 J

Drugie prawo Kirchhoffa – zwane również prawem napięciowym, dotyczy bilansu napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym prądu stałego. Prawo to zostało sformułowane przez niemieckiego fizyka Gustava Kirchhoffa.

Rezystancja (opór, opór czynny, oporność, oporność czynna) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą zespolonej impedancji.

$1\operatorname{V}=\frac{1\operatorname{J}}{1\operatorname{C}}$

a wymiar wolta $\operatorname{V}=\frac{\operatorname{kg} \cdot \operatorname{m}^{2}}{\operatorname{s}^{3}\cdot\operatorname{A}}$

Napięcie w obwodach prądu zmiennego

W obwodach prądu zmiennego napięcie może być opisane przy pomocy kilku pojęć, są to: wartość chwilowa, skuteczna, średnia i maksymalna.

Wartość skuteczną Usk napięcia elektrycznego okresowego o okresie T określa się wzorem: $U_{sk} = \sqrt {{1 \over T} \int\limits_0^T u^2 (t)\ dt}$

Wartością średnią Uśr napięcia określa się napięcie o wartości:

Amplituda w ruchu drgającym i w ruchu falowym jest to największe wychylenie z położenia równowagi. Jednostka amplitudy zależy od rodzaju ruchu drgającego: dla drgań mechanicznych jednostką może być metr, jednostka gęstości lub ciśnienia (np. dla fali podłużnej); dla fali elektromagnetycznej tą jednostką będzie V/m.

Praca - skalarna wielkość fizyczna, miara ilości energii przekazywanej między układami fizycznymi w procesach mechanicznych, elektrycznych, termodynamicznych i innych.

$U_{sr} = {1 \over T} \int\limits_0^T u(t)\ dt$

Dla napięcia przemiennego sinusoidalnego, którego przebieg można opisać wzorem: $u(t) = U_{max} \sin (\omega \cdot t + \varphi)$

wartość skuteczna napięcia wynosi: $U_{sk} = {1\over \sqrt 2}\ U_{max}$

gdzie: u(t) - napięcie chwilowe w funkcji czasu t, Umax – napięcie maksymalne, równe jego amplitudzie, ω – pulsacja, φ – faza początkowa.

W sieciach niskiego napięcia w Polsce napięcie skuteczne fazowe (mierzone między przewodem fazowym, czyli będącym pod napięciem, a ziemią) wynosi 230 V, zaś międzyfazowe (mierzone między przewodami dwóch faz) 400 V, co odpowiada amplitudom: Umax ≈ 325 V i 563 V. Pomiędzy napięciem fazowym Uf a międzyfazowym Umf sieci 3-fazowej zachodzi następująca zależność:

Wolt – jednostka potencjału elektrycznego, napięcia elektrycznego i siły elektromotorycznej, używana w układach jednostek miar SI, MKS i MKSA, oznaczana V.

Elektryczność (z gr.) to zdolność określonych cząstek subatomowych (na przykład elektronów i protonów) do wiązania się z polem elektromagnetycznym i istnieniem między nimi sił przyciągających i odpychających. Elektryczność daje energię jednej z czterech podstawowych sił natury i jest własnością magazynowania energii przez materię. W tym znaczeniu "ładunek elektryczny", "wartość ładunku" i "ilość elektryczności" mogą być używane zamiennie.

$U_{mf}=\sqrt 3 \,U_{f}$

Zobacz też

elektryczność

sieć wysokiego napięcia

natężenie prądu

opór elektryczny

prawo Ohma

drugie prawo Kirchoffa

woltomierz

spadek napięcia