Приступая к определению численного выражения напряжения тока, следует определиться с терминологией. Напряжение на участке электрической цепи характеризует выполняемую по переносу положительного единичного заряда работу (или же энергию, которая выделяется при перемещении оного заряда) из одной точки в другую. Начальная и конечная точки отличаются потенциалом, вследствие чего напряжение еще именуют разностью потенциалов или электродвижущей силой. Величина обозначается буквой U, ее измерение осуществляется в вольтах (B). Определить напряжение, имея в руках вольтметр, не составит труда. Однако, если данного прибора нет, то знание взаимосвязей между прочими характеристиками электрической схемы и напряжением помогут установить искомую величину.
Узнать напряжение тока через закон Ома
Имея числовые данные силы тока (I) и сопротивления (R), найти неизвестную составляющую, напряжение, поможет закон Ома. Его формула I=U/R. Она отражает прямо пропорциональную взаимосвязь напряжение-сила тока, и обратно пропорциональное соотношение напряжение-сопротивление на определенном участке цепи. Установленная закономерность справедлива для участков как постоянного, так и переменного тока. Взаимосвязь U=I*R – не фундаментальный закон. Она лишь показывает эмпирическое соотношение между величинами в определенных условиях.
Не всегда работает закон в таких случаях:
- В некоторых гетерогенных приборах (диоды, транзисторы).
- В случаях высоких частот.
- При низких температурах (для сверхпроводников).
- При явном нагреве элемента в процессе прохождения по нему тока (как в случае лампы накаливания).
- В электронных лампах, содержащих вакуум или газ (люминесцентные лампы).
- Касания проводника или диэлектрика высоким напряжением, повлекшее возникновение пробоя.
Физическая расшифровка закона Ома, чтобы узнать напряжение
«Классическое» представление закона не учитывает некоторых свойств проводящего материала, поэтому оно корректно лишь с математической точки зрения. Учесть физические характеристики проводника позволяет другая интерпретация закона: U=I*ℓ*ρ/S, где
I – сила тока,
ρ – удельное сопротивление проводника,
ℓ – длина,
S – поперечное сечение материала (площадь).
Определение напряжения, используя знание величины мощности
Георг Симон Ом установил следующую взаимосвязь между сопротивлением и мощностью: R=P/I2 и R=U2/P, поэтому P=I*U. Из этого следует, что U=P/I.
Взаимосвязь с работой (A)
Исходя из определения напряжения, определить его численное выражение возможно, зная величину работы. Связь этих характеристик выражается в виде формулы U=A/q. Она определяет отношение работы тока к заряду, прошедшему по данному участку цепи.
Все характеристики, необходимые для вычисления напряжения, можно получить или из инструкций к электроприборам, или с помощью соответствующих измерительных приборов.
2
1012
