Стисло найважливіше про електричну напругу

Визначення і природа явища

Електрична напруга - це різниця потенціалів між двома точками електричного поля. Коли є напруга - завжди є електричне поле, що викликає переміщення електричних зарядів.

Нижче показане просте електричне коло.

Що змушує електрони (переважно їх переміщення створює електричний струм) рухатись по електричному колу? Змусити може лише сила, електрична напруга, Вона створює електричний тиск на заряджені частинки, котрі рухаються, допоки така сила на них діє. Її також називають електрорушійною силою через те, що вона викликає рух електричних зарядів.

Де знаходиться ця сила в електричному колі? У провідниках? В електричній лампочці? Звісно, ні! Вона в джерелі електричної енергії! Воно накопичує негативні електричні заряди в одній точці електричного поля і позитивні заряди в іншій точці. Так виникає різниця потенціалів.

 

Як в електричному колі виникає електрична напруга

Поглянемо на простеньку анімацію.

В нашому випадку електрична батарейка продукує електричну напругу. Спрощуючи, можна казати, що батарейки мають три частини: анод (-), катод (+) та електроліт. Катод (позитивний електрод) і анод (негативний електрод) підключені до електричного кола.

При взаємодії з електролітом матеріал анода окислюється, на ньому накопичуються негативно заряджені частинки - електрони. На катоді внаслідок хімічної взаємодії з електролітом більше позитивно заряджених частинок. Однойменно заряджені частинки відштовхуються і електрони намагаються потрапити на катод, де є їх нестача. Найближчий шлях до катода - через електроліт. Але електроліт служить для електронів бар’єром, подолати його вони не можуть. Тому, коли електричне коло замикається і відбувається перерозподіл електронів, вони перетікають до катода по електричному колу.

Загалом, електрони у провіднику поширюються зі швидкістю, що наближається до 300000 км/сек, тому, якщо ніщо не буде підтримувати різницю в електричних станах (іншими словами, різницю потенціалів), в колі практично миттєво встановиться електрична рівновага і струм перестане проходити. Для прикладу, джерело живлення можна увімкнути і одразу ж вимкнути, при цьому електрична лампочка загориться і одразу погасне.

Для того, щоби в колі постійно проходив електричний струм, потрібно до негативного полюса безперервно додавати усе нові і нові електрони, забираючи їх у атомів позитивного полюса. Таку роботу в електричному колі виконує джерело електричної енергії. Часто, для назви сили, котра змушує переміщуватись електричні заряди, використовують термін електрорушійна сила

Різниця в електричних станах ділянок кола або на кінцях провідника (іншими словами, різниця електричних потенціалів) називається електричною напругою.

 

Вимірювання, формула і одиниці напруги

Величину напруги вимірюють у Вольтах. Для вимірювання використовують спеціальні прилади - вольтметри. Одиниця вимірювання напруги названа на честь італійського фізика і фізіолога Алессандро Вольта.

Вікіпедія дає наступне визначення одиниці напруги.

Один Вольт дорівнює електричній напрузі, яка виникає в електричному колі з постійним струмом силою один Ампер при потужності один ват. Інше визначення - один вольт дорівнює потенціалу точки електричного поля, в якої електричний заряд в один Кулон має потенційну енергію один Джоуль.

В = Вт·А−1 = м²·кг·с−3·А−1 = Дж·Кл−1.

 

Вольтметр має власний великий опір, підключається до ділянки електричного кола паралельно і вимірює силу струму, що проходить у колі. Оскільки у нього великий опір - на струм він практично не впливає.

Для обчислення напруги застосовується формула, що випливає із закону Ома:

де U - електрична напруга, I - сила струму, R - опір ділянки кола.