Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ

НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ

НАПРЯЖЕНИЕ электрическое - работа по перемещению единичного электрич. заряда, определяемая интегралом напряжённости эфф. электрич. поля E _э (включающего сторонние поля) вдоль заданного контура g, соединяющего две точки (1, 2 )токовой цепи или иной эл.-динамич. системы:

Измеряется H. э. в СИ в вольтах (1 B = 1 Дж/А ^. с), в СГСЭ - в г ^1/2 см ^1/2 с ^-1(1СГСЭ = 300 В).

Понятие о H. э. ввёл Г. Ом (G. Ohm), предложивший в 1827 гидродинамич. модель электрич. тока для объяснения открытого им эмпирич. закона (см. Ома закон). Аналог перепада давлений между двумя точками цепи Ом назвал напряжением. В своих опытах Ом имел дело только с пассивными участками цепи, не включающими эдс, поэтому H. э. совпадало с разностью потенциалов между двумя точками цепи и измерялось по показаниям электроскопа, подключённого к этим точкам. В дальнейшем понятие Н. <э. было обобщено на электрич. цепи и системы, включающие активные элементы (электролитич. ванны, электромоторы, аккумуляторы, генераторы, контакты разнородных металлов и полупроводников, проводники с неоднородным распределением темп-ры и т. д.). Термин "Н. э." применяется при описании процессов в цепях не только постоянного, но и переменного тока, в линиях передач и антеннах.

В потенц. эл.-статич. полях (E = -f) H. э. между точками 1, 2 не зависит от пути интегрирования в (1) и совпадает с разностью потенциалов: u₁₂ = j₁ - f₂. В общем случае необходимо указывать контур g в (1).

Вклад в H. э. непотепциальных полей (вихревых и сторонних) принято относить к электродвижущей силе [g]:

На практике, однако, вместо точного указания контура интегрирования g обычно пользуются поясняющими словами. Так, говорят о приложенном к элементу цепи (двухполюснику) H. э., о H. э. на зажимах (клеммах, подводящих проводах) того или иного устройства, о H. э. на входе (плече) многополюсника, понимая под этим H. э. вдоль кривой, огибающей устройство, т. е. чаще всего разность потенциалов между его полюсами. Если контур g выбран внутри проводников цепи, то говорят о падении H. э. на участке цепи или двухполюснике.

В ряде случаев, когда эл.-динамич. устройство (напр., электромотор) включает в себя подвижные проводники или когда сторонние силы являются результатом усреднённого воздействия пульсирующих микрополей на быстро осциллирующие носители заряда, падение H. э. U определяется как отношение работы, совершаемой в единицу времени над электрич. током I, к величине тока:

где е - напряжённость микроскопич. электрич. поля, i - плотность микротоков, интегрирование производится по объёму проводника V,<> - знак усреднения по быстрым движениям; <е> = E,<i> = j, но в общем случае < е^.j> Ej, так, в движущихся со скоростью v проводниках <e^.i> = E _э^.j = E· j+ j^.[uB]/ с ( В - индукция магн. поля). Определённое т. о. падение напряжения удовлетворяет закону Ома: U = RI, где R - сопротивление участка цепи.

В случае гармонич. процессов пользуются след. характеристиками: мгновенным значением H. э., u(t), определяемым соотношением (1); комплексной амплитудой H. э., [u(t)=Re(exp(iwt)}] и эфф. значением H. э., u² _э = (t) = ||²/2 (черта сверху означает усреднение по периоду колебаний T= 2p/w, w - циклич. частота). Для комплексных амплитуд H. э. и тока закон Ома обобщается в виде

где Z(w) - импеданс двухполюсника. Хотя по форме (2) совпадает с законом Ома, ^- и при этом не является комплексной амплитудой падения напряжения, а совпадает с комплексной амплитудой H. э. на подводящих проводах. В линиях передач под H. э. понимают интеграл (1) вдоль контура, соединяющего провода линии и лежащего в нормальном к линии сечении.

Измеряется H. э. с помощью вольтметра - гальванометра с большим дополнит. сопротивлением R_B; в идеале R_B (электроскоп). Вольтметр измеряет падение H. э. на самом себе - U_B (или при R_B. - разность потенциалов на своих клеммах). Чаще всего U _В близко к разности потенциалов между точками подключения вольтметра к цепи, но не всегда. На рис., а изображён трансформатор, по первичной обмотке к-рого течёт линейно растущий во времени ток i. Вторичной обмоткой является виток с длиной l, сопротивлением R, по к-рому течёт пост. ток I. Вольтметр, подключённый к точкам 1, 2 витка (рис., б), покажет падение H. э. U₁₂ = RIl₁₂/l, к-рое не равно ни эдс индукции ₁₂ = RIq/2p, ни разности потенциалов j₁-f₂ = = RI(l₁₂/l-q/2p). В сомнительных случаях для сопоставления показаний вольтметра параметрам диаг-носцируемой цепи обращаются к Кирхгофа правилам.

Лит.:Tамм И. E., Основы теории электричества, 10 изд., M., 1989. M. А. Миллер, Г. В. Пермитин.