9 класс. Урок 13. Электрическое напряжение. Вольтметр.

Электрическое напряжение, единица измерения, формула вычисления

(внизу предлагаются вашему вниманию интерактивные уроки и видеоуроки)

Вспомним, что назначение любого источника электроэнергии – долговременное поддержание неодинаковых зарядов его полюсов, чтобы между ними существовало электрическое поле . Только оно может двигать заряженные частицы в проводах и потребителях, приводя к возникновению электрического тока.

Обратимся к опыту (см. рисунок). Через обе лампы проходит ток одинаковой силы: 0,4 А. Но большая лампа светит ярче, то есть электрический ток совершает в ней большую работу, чем в маленькой. Получается, что работа тока может быть различной при одинаковой силе тока.

Кроме силы тока, на величину работы тока в проводнике влияет и вторая физическая величина – электрическое напряжение. Известно, что напряжение, создаваемое «батарейкой», меньше напряжения, создаваемого электросетью. Это значит, что поле между полюсами батарейки, двигая электроны по проводам и лампе слева, создаёт ток меньшей мощности, чем поле между контактами в розетке, двигающее электроны по проводам и лампе справа. Поэтому яркость ламп различна.

Для ха­рак­те­ри­сти­ки ра­бо­ты элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­ме­ще­нию за­ря­да вве­де­на такая ве­ли­чи­на, как элек­три­че­ское на­пря­же­ние.
Опре­де­ле­ние. Элек­три­че­ское на­пря­же­ние – фи­зи­че­ская ве­ли­чи­на, ко­то­рая равна ра­бо­те элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­ме­ще­нию еди­нич­но­го за­ря­да из одной точки в дру­гую.

Обо­зна­че­ние.  на­пря­же­ние.

Еди­ни­ца из­ме­ре­ния.  вольт.

На­зва­на еди­ни­ца из­ме­ре­ния на­пря­же­ния в честь ита­льян­ско­го уче­но­го Алес­сан­ро Воль­та (1745–1827) (рис. 1).

Если при­ве­сти стан­дарт­ный при­мер о смыс­ле всем из­вест­ной над­пи­си на любых до­маш­них бы­то­вых при­бо­рах «220 В», то она озна­ча­ет, что на участ­ке цепи со­вер­ша­ет­ся ра­бо­та 220 Дж по пе­ре­ме­ще­нию за­ря­да 1 Кл.

Фор­му­ла для рас­че­та на­пря­же­ния:

Где:

 ра­бо­та элек­три­че­ско­го поля по пе­ре­не­се­нию за­ря­да, Дж;

 заряд, Кл.

Сле­до­ва­тель­но, еди­ни­цу из­ме­ре­ния на­пря­же­ния можно пред­ста­вить так:

Между фор­му­ла­ми для вы­чис­ле­ния на­пря­же­ния и силы тока су­ще­ству­ет вза­и­мо­связь, на ко­то­рую сле­ду­ет об­ра­тить вни­ма­ние:  и . В обеих фор­му­лах при­сут­ству­ет ве­ли­чи­на элек­три­че­ско­го за­ря­да , что может ока­зать­ся по­лез­ным при ре­ше­нии неко­то­рых задач.

Вольтметр

Для из­ме­ре­ния на­пря­же­ния ис­поль­зу­ют при­бор, ко­то­рый на­зы­ва­ет­ся вольт­метр

  

Су­ще­ству­ют раз­лич­ные вольт­мет­ры по осо­бен­но­стям их при­ме­не­ния, но в ос­но­ве прин­ци­па их ра­бо­ты лежит элек­тро­маг­нит­ное дей­ствие тока. Обо­зна­ча­ют­ся все вольт­мет­ры ла­тин­ской бук­вой , ко­то­рая на­но­сит­ся на ци­фер­блат при­бо­ров и ис­поль­зу­ет­ся в схе­ма­ти­че­ском изоб­ра­же­нии при­бо­ра.

В школь­ных усло­ви­ях ис­поль­зу­ют­ся, на­при­мер, вольт­мет­ры, изоб­ра­жен­ные на ри­сун­ке ниже. С их по­мо­щью про­во­дят­ся из­ме­ре­ния на­пря­же­ния в элек­три­че­ских цепях при про­ве­де­нии ла­бо­ра­тор­ных работ.

Ос­нов­ны­ми эле­мен­та­ми де­мон­стра­ци­он­но­го вольт­мет­ра яв­ля­ют­ся кор­пус, шкала, стрел­ка и клем­мы. Клем­мы обыч­но под­пи­са­ны плю­сом или ми­ну­сом и для на­гляд­но­сти вы­де­ле­ны раз­ны­ми цве­та­ми: крас­ный – плюс, чер­ный (синий) – минус. Сде­ла­но это с целью того, чтобы за­ве­до­мо пра­виль­но под­клю­чать клем­мы при­бо­ра к со­от­вет­ству­ю­щим про­во­дам, под­клю­чен­ным к ис­точ­ни­ку. В от­ли­чие от ам­пер­мет­ра, ко­то­рый вклю­ча­ет­ся в раз­рыв цепи по­сле­до­ва­тель­но, вольт­метр вклю­ча­ет­ся в цепь па­рал­лель­но.

Без­услов­но, любой элек­три­че­ский из­ме­ри­тель­ный при­бор дол­жен ми­ни­маль­но вли­ять на ис­сле­ду­е­мую цепь, по­это­му вольт­метр имеет такие кон­струк­тив­ные осо­бен­но­сти, что его через него идет ми­ни­маль­ный ток. Обес­пе­чи­ва­ет­ся такой эф­фект под­бо­ром спе­ци­аль­ных ма­те­ри­а­лов, ко­то­рые спо­соб­ству­ют ми­ни­маль­но­му про­те­ка­нию за­ря­да через при­бор.

Схе­ма­ти­че­ское изоб­ра­же­ние вольт­мет­ра

Изоб­ра­зим для при­ме­ра элек­три­че­скую схему  в ко­то­рой под­клю­чен вольт­метр.

В цепи почти ми­ни­маль­ный набор эле­мен­тов: ис­точ­ник тока, лампа на­ка­ли­ва­ния, ключ, ам­пер­метр, под­клю­чен­ный по­сле­до­ва­тель­но, и вольт­метр, под­клю­чен­ный па­рал­лель­но к лам­поч­ке.

За­ме­ча­ние. Лучше на­чи­нать сбор­ку элек­три­че­ской цепи со всех эле­мен­тов, кроме вольт­мет­ра, а его уже под­клю­чать в конце.

Интерактивные уроки. Видео.

Интерактивный урок: Электрическое напряжение. Вольтметр

Видеурок 1: Эдектрическое напряжение. Вольтметр.

Видеоурок 2: Электрическое напряжение