Электрическое напряжение

Электрическое напряжение между парой фиксированных точек ( ) – это работа электрических сил, перемещающих заряды из одной точки в другую, причем эта работа (А) рассчитывается на единицу перемещаемого заряда ( ). Вольтметр, включенный между двумя точками электрической цепи, показывает, какую работу совершает единичный заряд при перемещении между этими точками:

И 1.4

при постоянном токе, при переменном токе.

Предостережение. Последние формулы не являются определением электрического напряжения из-за того, что не дано определение величины . Они лишь поясняют связь между зарядом, движущимся в электрическом поле, и совершаемой над ним работой.

Примечание. В сложной электрической цепи заряды могут перемещаться между точками подключения прибора по разным путям (том числе и через сам вольтметр). Но в любом случае над единичным зарядом совершается одна и та же работа. Если бы это условие не выполнялось, понятие электрического напряжения потеряло бы практическое значение. Независимость напряжения между двумя фиксированными точками электрической цепи от пути, соединяющего эти точки, учитывается вторым законом Кирхгофа (см. п.1.3.2).

В Международной системе единиц единица измерения напряжения вольт (В) выбрана так, чтобы при ее умножении на единицу заряда кулон (Кл) получалась единица работы джоуль (Дж): 1В ^. 1Кл=1Дж=1кг^.м²/с².

В зависимости от направления электрических сил между точками, к которым подключен вольтметр, его показание может быть положительным или отрицательным. Прибор показывает положительное значение напряжения, если положительные заряды движутся от зажима, помеченного плюсом, к зажиму, помеченному минусом. Если зажимы (+) и (-) поменять местами, то показание вольтметра изменит знак.

Чтобы не загромождать схемы цепей вольтметрами, на месте предполагаемого вольтметра помещают стрелку, указывающую направление напряжения (предполагаемое направление электрических сил, действующих на положительный заряд). Соответствие между маркировкой зажимов вольтметра и направлением напряжения показано на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Стрелка напряжения - эквивалент вольтметра

Предостережение. Пока на схеме цепи не показан вольтметр с зажимами (+) и (-) или не указано направление напряжения, можно говорить об абсолютной величине напряжения между указанными точками, но нельзя определить его знак.

Идеальный вольтметр, который является теоретической абстракцией, не потребляет электрической энергии и не влияет на напряжения, существовавшие в цепи до его подключения.

Идеальный вольтметр способен показывать переменное напряжение в любой момент времени или среднее напряжение за любой промежуток времени в зависимости от условий конкретной задачи.