Tensiune electrică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 27 iulie 2020; verificările necesită 15 modificări .
Voltaj
U, V
Dimensiune L 2 MT -3 I -1
Unități
SI volt

Tensiunea electrică între punctele A și B ale unui circuit electric sau câmp electric este o mărime fizică scalară , a cărei valoare este egală cu munca câmpului electric efectiv (inclusiv câmpurile externe) efectuată la transferul unei sarcini electrice de testare unitară din punct. A la punctul B [1] [2] .

În acest caz, se consideră că transferul de sarcină de test nu modifică distribuția sarcinilor pe sursele de câmp (prin definiția unei taxe de testare ). Tensiunea în cazul general se formează din contribuțiile a două lucrări: munca forțelor electrice și munca forțelor externe . Dacă nu există forțe externe care acționează asupra secțiunii circuitului (adică ), munca de deplasare include doar munca câmpului electric potențial (care nu depinde de calea pe care se mișcă sarcina) și tensiunea electrică dintre punctele A și B coincide cu diferența de potențial dintre aceste puncte (deoarece ). În cazul general, tensiunea dintre punctele A și B diferă de diferența de potențial dintre aceste puncte [3] pentru munca forțelor externe în deplasarea unei sarcini pozitive unitare. Această lucrare se numește forță electromotoare în această secțiune a circuitului:

Definiția tensiunii electrice poate fi scrisă sub altă formă. Pentru a face acest lucru, trebuie să reprezentați lucrarea ca o integrală de-a lungul traiectoriei L , așezată de la punctul A la punctul B.

este integrala proiecției intensității câmpului efectiv (inclusiv câmpurile externe) pe tangenta la traiectoria L , a cărei direcție în fiecare punct al traiectoriei coincide cu direcția vectorului în acest punct. Într-un câmp electrostatic, când nu există forțe externe, valoarea acestei integrale nu depinde de calea de integrare și coincide cu diferența de potențial .

Dimensiunea tensiunii electrice în Sistemul Internațional de Mărimi ( English  International System of Quantities, ISQ ), pe care se bazează Sistemul Internațional de Unități (SI) , este L 2 MT -3 I -1 . Unitatea SI a tensiunii este voltul (desemnare rusă: V ; internațională: V ).

Conceptul de tensiune a fost introdus de Georg Ohm în lucrarea sa din 1827, în care a fost propus un model hidrodinamic al curentului electric pentru a explica legea empirică a lui Ohm descoperită de el în 1826 : .

Tensiune în circuitele DC

Tensiunea din circuitul de curent continuu dintre punctele A și B este munca pe care o face câmpul electric atunci când transferă o sarcină pozitivă de test din punctul A în punctul B.

Tensiune în circuitele AC

Următoarele tensiuni sunt utilizate pentru a descrie circuitele AC :

Tensiunea instantanee este diferența de potențial dintre două puncte măsurate la un moment dat. Depinde de timp (este o funcție de timp):

Valoarea amplitudinii tensiunii este valoarea modulo maximă a tensiunii instantanee pentru întreaga perioadă de oscilație :

Pentru fluctuațiile de tensiune armonice (sinusoidale), valoarea tensiunii instantanee este exprimată ca:

Pentru o tensiune sinusoidală AC de 220 V rms, tensiunea de vârf este de aproximativ 311 V.

Tensiunea de amplitudine poate fi măsurată folosind un osciloscop .

Valoarea medie a tensiunii (componenta constantă a tensiunii) este tensiunea determinată pe întreaga perioadă de oscilație, astfel:

Pentru o sinusoidă , valoarea medie a tensiunii este zero.

Valoarea medie pătrată a tensiunii (denumiri electrotehnice: efectiv , efectiv ) este tensiunea determinată pentru întreaga perioadă de oscilație, astfel:

Valoarea tensiunii rădăcină pătrată medie este cea mai convenabilă pentru calcule practice, deoarece efectuează aceeași activitate pe o sarcină activă liniară (de exemplu, o lampă cu incandescență are aceeași luminozitate, un element de încălzire emite aceeași cantitate de căldură) ca o tensiune constantă egală cu aceasta.

Pentru o tensiune sinusoidală, egalitatea este adevărată:

În tehnologie și viața de zi cu zi, atunci când se utilizează curent alternativ, termenul „tensiune” se referă la valoarea medie pătrată a tensiunii, iar toate voltmetrele sunt calibrate pe baza definiției sale. Cu toate acestea, din punct de vedere constructiv, majoritatea dispozitivelor măsoară de fapt nu rădăcina pătrată medie, ci valoarea medie a tensiunii rectificate (vezi mai jos), prin urmare, pentru un semnal nesinusoidal, citirile lor pot diferi de valoarea reală.

Valoarea medie a tensiunii redresate este valoarea medie a modulului de tensiune:

Pentru o tensiune sinusoidală, egalitatea este adevărată:

Este rar folosit în practică, totuși, majoritatea voltmetrelor AC (cele în care curentul este redresat înainte de măsurare ) măsoară de fapt exact această valoare, deși scara lor este calibrată la valori RMS.

Tensiune în circuitele de curent trifazat

În circuitele de curent trifazat, tensiunile de fază și liniare se disting. Tensiunea de fază este înțeleasă ca valoarea pătrată medie a tensiunii pe fiecare dintre fazele sarcinii în raport cu neutru, iar tensiunea liniară este tensiunea dintre firele fazei de alimentare. Când sarcina este conectată la un triunghi, tensiunea de fază este egală cu tensiunea liniară, iar atunci când este conectată la o stea (cu o sarcină simetrică sau cu un neutru solid împământat), tensiunea liniară este de câteva ori mai mare decât tensiunea de fază.

În practică, tensiunea unei rețele trifazate este notă cu o fracțiune, în numărătorul căreia se află faza atunci când este conectată la o stea (sau, ceea ce este același, potențialul fiecăreia dintre linii în raport cu pământul) , iar în numitor - tensiunea liniară. Deci, în Rusia, rețelele cu o tensiune de 220/380 V sunt cele mai comune ; Uneori sunt folosite și rețelele de 127/220 V și 380/660 V.

Semnificații caracteristice și standarde

Un obiect Tip de tensiune Valoare (la intrarea consumatorului) Valoare (ieșire sursă)
Electrocardiogramă Puls 1-2 mV -
antena TV Frecvență înaltă variabilă 1-100 mV -
Celulă zincată galvanică tip AA ("deget") Permanent 1,5 V -
Celulă cu litiu Permanent 3-3,5 V -
Semnale logice ale componentelor calculatorului Puls 3,3 V; 5 V -
Tip baterie 6F22 ("Krona") Permanent 9 V -
Alimentarea componentelor calculatorului Permanent 5V, 12V -
Echipament electric al vehiculului Permanent 12/24 V -
Sursa de alimentare pentru laptop si monitoare LCD Permanent 19 V -
Rețea „sigură” de joasă tensiune pentru medii periculoase variabil 12-42 V -
Tensiunea celei mai stabile arderi a lumânării Yablochkov Permanent 55 V -
Tensiunea liniei telefonice (cuplat) Permanent 60 V -
Tensiunea de alimentare din Japonia Variabil trifazat 100/172 V -
Tensiunea electrică de acasă din SUA Variabil trifazat 120 V / 240 V ( divizat ) -
Tensiunea în rețelele electrice de uz casnic din Rusia Variabil trifazat 220/380V 230/400 V
Descărcare cu raze electrice Permanent până la 200-250 V -
Rețea de contact tramvai și troleibuz Permanent 550 V 600 V
Descărcare electrică de anghilă Permanent pana la 650 V -
Rețeaua de contact a metroului Permanent 750 V 825 V
Rețeaua de contact a căii ferate electrificate (Rusia, curent continuu) Permanent 3 kV 3,3 kV
Linie de transport aerian de distribuție de putere mică Variabil trifazat 6-20 kV 6,6-22 kV
Generatoare de centrale electrice , motoare electrice puternice Variabil trifazat 10-35 kV -
La anodul kinescopului Permanent 7-30 kV -
Electricitate statica Permanent 1-100 kV -
Pe o bujie de mașină Puls 10-25 kV -
Rețeaua de contact a căii ferate electrificate (Rusia, curent alternativ) variabil 25 kV 27,5 kV
Defalcarea aerului la o distanță de 1 cm 10-20 kV -
Bobina Ruhmkorff Puls până la 50 kV -
Defalcarea unui strat de ulei de transformator de 1 cm grosime 100-200 kV -
Linie electrică aeriană de mare putere Variabil trifazat 35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV 38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
aparat electrofor Permanent 50-500 kV -
Linie electrică aeriană de foarte înaltă tensiune (intersistem) Variabil trifazat 500 kV, 750 kV, 1150 kV 545 kV, 800 kV, 1250 kV
Transformator Tesla Puls de înaltă frecvență până la câteva MV -
generator Van de Graaff Permanent până la 7 MV -
nor de tunete Permanent 2 până la 10 GW -

Vezi și

Note

  1. Miller M. A., Permitin G. V. Electrical voltage // Physical Encyclopedia / Ch. ed. A. M. Prohorov . - M .: Marea Enciclopedie Rusă , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 p. - 48.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  2. Tensiune electrică  / Yuryev Yu. V. // Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / cap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Marea Enciclopedie Rusă, 2004-2017.
  3. Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Curs de fizică. - 1977. - T. 2.

Literatură

Link -uri