แรงดันไฟฟ้า ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น แรงดันไฟฟ้า ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นคืออะไร

เพื่อให้คำจำกัดความที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นของสิ่งที่เราคุ้นเคยในชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 ปริมาณทางกายภาพให้เราจำคำจำกัดความของศักยภาพของจุดสนามและวิธีการคำนวณงาน สนามไฟฟ้า.

ดังที่เราจำได้ ศักยภาพคืออัตราส่วนของพลังงานศักย์ของประจุที่วาง ณ จุดใดจุดหนึ่งในสนามต่อขนาดของประจุนี้ หรือนี่คืองานที่สนามจะทำหากมีประจุบวกเพียงประจุเดียววางอยู่ที่จุดนี้ จุด.

นี่คือพลังงานศักย์ของประจุ - จำนวนค่าธรรมเนียม ดังที่เราจำได้จากกลศาสตร์ ในการคำนวณงานที่ทำโดยสนามที่มีประจุ: .

ให้เราอธิบายพลังงานศักย์โดยใช้คำจำกัดความของศักยภาพ: และเรามาทำการแปลงพีชคณิตกัน:

ดังนั้นเราจึงได้สิ่งนั้นมา

เพื่อความสะดวก เราจะแนะนำค่าพิเศษที่แสดงถึงความแตกต่างภายใต้วงเล็บ: .

คำจำกัดความ: แรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์ไฟฟ้า) - อัตราส่วนของงานที่ดำเนินการโดยสนามเมื่อถ่ายโอนประจุจากจุดเริ่มต้นไปยังจุดสุดท้ายต่อมูลค่าของประจุนี้

หน่วยวัด - V - โวลต์:
.

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความจริงที่ว่าตรงกันข้ามกับแนวคิดมาตรฐานในฟิสิกส์ของความแตกต่าง (ความแตกต่างทางพีชคณิตของค่าหนึ่งในช่วงเวลาสุดท้ายและค่าเดียวกันในช่วงเวลาเริ่มต้น) เพื่อค้นหาความต่างศักย์ (แรงดันไฟฟ้า) เราควรลบศักยภาพสุดท้ายออกจากศักยภาพเริ่มต้น

เพื่อให้ได้สูตรสำหรับการเชื่อมต่อนี้ เช่นเดียวกับในบทเรียนที่แล้ว เพื่อความง่าย เราจะใช้กรณีของสนามสม่ำเสมอที่สร้างขึ้นโดยแผ่นที่มีประจุตรงข้ามกันสองแผ่น (ดูรูปที่ 1)

รูปที่ 1. ตัวอย่างสนามเครื่องแบบ

เวกเตอร์ความเข้มในกรณีนี้ของจุดสนามทั้งหมดระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะมีทิศทางเดียวและหนึ่งขนาด ทีนี้ หากประจุบวกวางใกล้แผ่นขั้วบวก จากนั้นภายใต้อิทธิพลของแรงคูลอมบ์ ประจุก็จะเคลื่อนที่เข้าหาแผ่นขั้วลบโดยธรรมชาติ ดังนั้นภาคสนามจะดำเนินการบางอย่างเกี่ยวกับข้อกล่าวหานี้ มาเขียนคำจำกัดความของงานเครื่องกลกันดีกว่า: . นี่คือโมดูลแรง - โมดูลการเคลื่อนไหว - มุมระหว่างแรงและเวกเตอร์การกระจัด

ในกรณีของเรา แรงและการกระจัดเวกเตอร์เป็นทิศทางร่วม (ประจุบวกถูกผลักด้วยประจุบวกและดึงดูดไปที่ประจุลบ) ดังนั้นมุมจึงเป็นศูนย์และโคไซน์จึงเป็นหนึ่ง:

ลองเขียนแรงผ่านความตึงเครียดและแสดงโมดูลการกระจัดเป็น d - ระยะห่างระหว่างจุดสองจุด - จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการเคลื่อนไหว: .

ในเวลาเดียวกัน. เมื่อทำให้ด้านขวามือเท่ากันเราจะได้ความสัมพันธ์ที่ต้องการ:

ตามมาด้วยว่าสามารถวัดความตึงเครียดได้ใน

ย้ายออกไปจากแบบจำลองสนามที่เป็นเนื้อเดียวกันของเรา ความสนใจเป็นพิเศษควรมอบให้กับสนามที่ไม่เหมือนกันซึ่งสร้างขึ้นโดยลูกบอลโลหะที่มีประจุ จากการทดลองเป็นที่ชัดเจนว่าศักยภาพของจุดใดๆ ภายในหรือบนพื้นผิวของลูกบอล (กลวงหรือแข็ง) จะไม่เปลี่ยนค่า กล่าวคือ:
.

นี่คือค่าสัมประสิทธิ์ไฟฟ้าสถิต - ชาร์จลูกบอลเต็ม; - รัศมีของลูกบอล

สูตรเดียวกันนี้ใช้คำนวณศักย์ไฟฟ้าของประจุแบบจุดซึ่งอยู่ห่างจากประจุนี้ได้เช่นกัน

พลังงานอันตรกิริยาของสองประจุ

วิธีตรวจสอบพลังงานของการโต้ตอบระหว่างวัตถุที่มีประจุสองอันซึ่งอยู่ห่างจากกัน (ดูรูปที่ 2)

ข้าว. 2. ปฏิสัมพันธ์ของวัตถุสองชิ้นที่อยู่ในระยะไกล ร

ในการทำเช่นนี้ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ทั้งหมด: ราวกับว่าร่างกาย 2 อยู่ในสนามภายนอกของร่างกาย 1 ดังนั้นตอนนี้พลังงานปฏิสัมพันธ์สามารถเรียกได้ว่าเป็นพลังงานศักย์ของประจุ 2 ในสนามภายนอกซึ่งเป็นสูตรที่เรารู้: .

ตอนนี้เมื่อทราบธรรมชาติของสนามภายนอก (สนามของจุดประจุ) เรารู้สูตรในการคำนวณศักยภาพ ณ จุดที่ห่างจากแหล่งกำเนิดสนามแล้ว:
.

แทนที่นิพจน์ที่สองเป็นนิพจน์แรกและรับผลลัพธ์สุดท้าย:
.

หากเราจินตนาการในตอนแรกว่าประจุ 1 อยู่ในสนามภายนอกของประจุ 2 แน่นอนว่าผลลัพธ์จะไม่เปลี่ยนแปลง

ในด้านไฟฟ้าสถิต การระบุจุดทั้งหมดในอวกาศที่มีศักยภาพเท่ากันเป็นเรื่องน่าสนใจ จุดดังกล่าวก่อให้เกิดพื้นผิวบางอย่างซึ่งเรียกว่าศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน

คำจำกัดความ: พื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากันคือพื้นผิวที่แต่ละจุดมีศักยภาพเท่ากัน หากคุณวาดพื้นผิวดังกล่าวและวาดเส้นสนามที่มีความเข้มของสนามไฟฟ้าเดียวกัน คุณจะสังเกตเห็นว่าพื้นผิวศักย์เท่ากันนั้นตั้งฉากกับเส้นสนามเสมอ และนอกจากนี้ เส้นสนามยังชี้ไปในทิศทางที่ศักย์ไฟฟ้าลดลงเสมอ ( ดูรูปที่ 3)

ข้าว. 3. ตัวอย่างของพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน

ข้อเท็จจริงที่สำคัญอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับพื้นผิวที่มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน: ตามคำจำกัดความ ความต่างศักย์ระหว่างจุดใด ๆ บนพื้นผิวนั้นเป็นศูนย์ (ศักยภาพเท่ากัน) ซึ่งหมายความว่างานที่ทำโดยสนามเพื่อย้ายประจุจากจุดหนึ่งบนศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน พื้นผิวไปยังอีกพื้นผิวหนึ่งก็เป็นศูนย์เช่นกัน

ในบทต่อไป เราจะมาดูสนามของเพลตที่มีประจุสองแผ่นให้ละเอียดยิ่งขึ้น กล่าวคือ อุปกรณ์ของตัวเก็บประจุและคุณสมบัติของมัน

1) Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. ฟิสิกส์ (ระดับพื้นฐาน) อ.: ความจำ. 2555

2) เกนเดนชไตน์ แอล.อี., ดิค ยู.ไอ. ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 อ.: อิเล็กซา. 2548

3) Kasyanov V.A. ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 ม.: อีแร้ง. 2010

1) เว็บไซต์ "ไฟซิคอน" ()

การบ้าน

1) หน้า 95: หมายเลข 732 - 736 ฟิสิกส์ หนังสือปัญหา. เกรด 10-11 ริมเควิช เอ.พี. ม.: อีแร้ง 2013 ()

2) ณ จุดที่มีศักยภาพ 300 V ตัวที่มีประจุจะมีพลังงานศักย์อยู่ที่ -0.6 μJ ประจุของร่างกายคืออะไร?

3) อิเล็กตรอนได้รับพลังงานจลน์อะไรบ้างหลังจากผ่านความต่างศักย์เร่งที่ 2 kV?

4) ประจุควรเคลื่อนที่ไปในสนามไฟฟ้าตามแนววิถีใดเพื่อให้งานน้อยที่สุด?

5) *วาดพื้นผิวศักย์เท่ากันของสนามที่สร้างขึ้นโดยประจุสองประจุที่ตรงกันข้ามกัน

ความต่างศักย์ระหว่างจุดที่ 1 และ 2 คืองานที่ทำโดยกองกำลังสนามเมื่อเคลื่อนที่หน่วยประจุบวกไปตามเส้นทางที่กำหนดเองจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 สำหรับสนามที่มีศักยภาพ งานนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นทาง แต่เป็น กำหนดโดยตำแหน่งของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น

ศักยภาพถูกกำหนดขึ้นอยู่กับค่าคงที่ของการบวก งานที่ทำโดยแรงสนามไฟฟ้าสถิตเมื่อเคลื่อนที่ประจุ q ตามเส้นทางที่กำหนดเองจากจุดเริ่มต้น 1 ไปยังจุดสิ้นสุด 2 ถูกกำหนดโดยการแสดงออก

หน่วยศักยภาพในทางปฏิบัติคือโวลต์ โวลต์คือความต่างศักย์ระหว่างจุดดังกล่าวซึ่งเมื่อเคลื่อนที่ไฟฟ้าหนึ่งคูลอมบ์จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง สนามไฟฟ้าทำงานหนึ่งจูล

1 และ 2 เป็นจุดปิดอนันต์บนแกน x ดังนั้น X2 - x1 = dx

งานที่ทำเมื่อย้ายหน่วยประจุจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 จะเป็น Ex dx งานเดียวกันก็เท่าเทียมกัน เราได้รับทั้งสองนิพจน์เท่ากัน

- การไล่ระดับสีสเกลาร์

ฟังก์ชันไล่ระดับ มีเวกเตอร์มุ่งตรงไปยังการเพิ่มสูงสุดของฟังก์ชันนี้ และความยาวของมันเท่ากับอนุพันธ์ของฟังก์ชันในทิศทางเดียวกัน ความหมายทางเรขาคณิตของการไล่ระดับสีคือพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากัน (พื้นผิวที่มีศักยภาพเท่ากัน) ซึ่งเป็นพื้นผิวที่ศักย์ไฟฟ้าคงที่

13 ศักยภาพการชาร์จ

ศักย์สนามของจุดประจุ q ในอิเล็กทริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน.

- การกระจัดทางไฟฟ้าของประจุแบบจุดในไดอิเล็กทริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน D – เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำไฟฟ้าหรือการกระจัดทางไฟฟ้า

เราควรเอาศูนย์เป็นค่าคงที่การรวมเข้า เพื่อว่าเมื่อศักยภาพกลายเป็นศูนย์แล้ว

ศักยภาพของสนามระบบ ค่าธรรมเนียมจุดในอิเล็กทริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน

การใช้หลักการซ้อนทับที่เราได้รับ:

ศักยภาพในการกระจายประจุไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง

- องค์ประกอบของปริมาตรและพื้นผิวที่มีประจุโดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดหนึ่ง

หากอิเล็กทริกไม่เป็นเนื้อเดียวกัน การอินทิเกรตจะต้องขยายไปสู่ประจุโพลาไรเซชัน รวมดังกล่าวด้วย

ค่าใช้จ่ายจะคำนึงถึงอิทธิพลของสภาพแวดล้อมโดยอัตโนมัติ และไม่จำเป็นต้องป้อนค่า

14 สนามไฟฟ้าในสสาร

สนามไฟฟ้าในสสาร สารที่ใส่เข้าไปในสนามไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนแปลงมันได้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากสสารประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก อนุภาคจะถูกกระจายภายในสารในลักษณะที่สนามไฟฟ้าที่พวกมันสร้างขึ้น โดยเฉลี่ยเหนือปริมาตรที่มีอะตอมหรือโมเลกุลจำนวนมากเป็นศูนย์ เมื่อมีสนามภายนอกจะเกิดการกระจายตัวของอนุภาคที่มีประจุอีกครั้งและสนามไฟฟ้าของตัวมันเองจะเกิดขึ้นในสาร สนามไฟฟ้าทั้งหมดประกอบด้วยหลักการของการซ้อนทับจากสนามภายนอกและสนามภายในที่สร้างขึ้นโดยอนุภาคที่มีประจุของสสาร สารนี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลากหลาย สารประเภทที่กว้างที่สุดคือตัวนำและไดอิเล็กทริก ตัวนำคือร่างกายหรือวัสดุที่ประจุไฟฟ้าเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงขนาดเล็กโดยพลการ ดังนั้นค่าธรรมเนียมเหล่านี้จึงเรียกว่าฟรี ในโลหะ ประจุอิสระคืออิเล็กตรอน ในสารละลายและเกลือที่ละลาย (กรดและด่าง) - ไอออน อิเล็กทริกคือวัตถุหรือวัสดุซึ่งภายใต้อิทธิพลของกองกำลังขนาดใหญ่โดยพลการ ประจุจะถูกแทนที่ด้วยระยะห่างเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ซึ่งไม่เกินขนาดของอะตอม สัมพันธ์กับตำแหน่งสมดุลของพวกมัน ค่าธรรมเนียมดังกล่าวเรียกว่าผูกพัน ฟรีและค่าธรรมเนียมผูกพัน ฟรีค่าธรรมเนียม 1) ไฟฟ้าส่วนเกิน. ประจุที่ส่งไปยังร่างกายที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และก่อให้เกิดการละเมิดความเป็นกลางทางไฟฟ้า 2) ไฟฟ้า. ค่าบริการของผู้ให้บริการในปัจจุบัน 3) ใส่ ไฟฟ้า ประจุของอะตอมตกค้างในโลหะ ค่าไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง ประจุของอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมและโมเลกุลของอิเล็กทริก รวมถึงประจุของไอออนในผลึก อิเล็กทริกที่มีตาข่ายไอออนิก

ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

เป็นที่ทราบกันดีว่าร่างกายหนึ่งสามารถให้ความร้อนได้มากขึ้นและอีกร่างกายหนึ่งได้รับความร้อนน้อยลง ระดับความร้อนของร่างกายเรียกว่าอุณหภูมิ ในทำนองเดียวกัน ร่างหนึ่งสามารถถูกไฟฟ้าได้มากกว่าอีกร่างหนึ่ง ระดับของการใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกายนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณที่เรียกว่าศักย์ไฟฟ้าหรือเพียงแค่ศักยภาพของร่างกาย

การทำให้ร่างกายได้รับพลังงานไฟฟ้าหมายความว่าอย่างไร? นี่หมายถึงการบอกเขา ค่าไฟฟ้า นั่นคือเพิ่มอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งลงไปถ้าเราชาร์จร่างกายเป็นลบ หรือลบพวกมันออกจากมันถ้าเราชาร์จร่างกายเป็นบวก ในทั้งสองกรณี ร่างกายจะมีการใช้พลังงานไฟฟ้าในระดับหนึ่ง กล่าวคือ มีศักยภาพอย่างใดอย่างหนึ่ง และร่างกายที่มีประจุบวกก็มีศักยภาพเป็นบวก และวัตถุที่มีประจุลบก็มีศักยภาพเป็นลบ

ความแตกต่างในระดับประจุไฟฟ้าโดยปกติจะเรียกว่าสองร่าง ความต่างศักย์ไฟฟ้าหรือเพียงแค่ ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น.

โปรดทราบว่าหากวัตถุที่เหมือนกันสองชิ้นถูกประจุด้วยประจุเดียวกัน แต่วัตถุหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอีกวัตถุหนึ่ง ก็จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างวัตถุเหล่านั้นด้วย

นอกจากนี้ ยังมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างวัตถุสองชิ้นดังกล่าว โดยวัตถุหนึ่งมีประจุ และอีกวัตถุหนึ่งไม่มีประจุ ตัวอย่างเช่นหากวัตถุที่แยกได้จากโลกมีศักยภาพที่แน่นอน ความต่างศักย์ระหว่างมันกับโลก (ศักยภาพซึ่งถือว่าเป็นศูนย์) จะเท่ากับตัวเลขเท่ากับศักยภาพของร่างกายนี้

ดังนั้น หากวัตถุทั้งสองถูกประจุในลักษณะที่ศักยภาพของพวกมันไม่เท่ากัน จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพวกมันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ทุกคนรู้ ปรากฏการณ์กระแสไฟฟ้าการถูหวีกับเส้นผมนั้นไม่ได้มีอะไรมากไปกว่าการสร้างความแตกต่างระหว่างหวีกับเส้นผมของมนุษย์

อันที่จริง เมื่อหวีเสียดสีกับเส้นผม อิเล็กตรอนบางส่วนจะถ่ายโอนไปยังหวีและชาร์จประจุในเชิงลบ ในขณะที่เส้นผมซึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนไปบางส่วนก็จะมีประจุในระดับเดียวกับหวี แต่ประจุบวก ความต่างศักย์ที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้สามารถลดลงเหลือศูนย์ได้โดยใช้หวีสัมผัสผม การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนแบบย้อนกลับนี้ตรวจพบได้ง่ายด้วยหูหากนำหวีไฟฟ้ามาใกล้กับหู เสียงแตกที่มีลักษณะเฉพาะจะบ่งบอกว่ามีการคายประจุเกิดขึ้น

เมื่อพูดถึงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นข้างต้น เราหมายถึงวัตถุที่มีประจุสองอัน ความต่างศักย์สามารถหาได้ระหว่างส่วนต่างๆ (จุด) ของร่างกายเดียวกัน

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากเราสามารถเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนอิสระที่อยู่ในเส้นลวดไปที่ปลายด้านหนึ่งภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก แน่นอนว่าที่ปลายอีกด้านของเส้นลวดจะมีการขาดแคลนอิเล็กตรอน และจากนั้นจะมีความต่างศักย์เกิดขึ้นระหว่างปลายเส้นลวด

ทันทีที่เราหยุดการกระทำของแรงภายนอก อิเล็กตรอนจะพุ่งไปที่ปลายเส้นลวดที่มีประจุบวกทันทีเนื่องจากการดึงดูดของประจุตรงข้าม นั่นคือ ไปยังจุดที่พวกมันหายไปและความสมดุลทางไฟฟ้าจะกลับมาอีกครั้ง เกิดขึ้นในเส้นลวด

แรงเคลื่อนไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า

ดี เพื่อรักษา กระแสไฟฟ้าตัวนำต้องการบางอย่าง แหล่งภายนอกพลังงานซึ่งจะรักษาความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำนี้ไว้เสมอ

แหล่งพลังงานเหล่านี้เรียกว่า แหล่งกระแสไฟฟ้ามีบางอย่าง แรงเคลื่อนไฟฟ้าซึ่งสร้างและ เวลานานรักษาความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ปลายตัวนำ

แรงเคลื่อนไฟฟ้า (ตัวย่อ EMF) แสดงด้วยตัวอักษร E- หน่วยวัดของ EMF คือโวลต์ ในประเทศของเรา โวลต์มีตัวย่อว่า "B" และในการกำหนดสากล - ด้วยตัวอักษร "V"

ดังนั้นเพื่อให้ได้กระแสที่ต่อเนื่อง คุณต้องมีแรงเคลื่อนไฟฟ้า นั่นคือ คุณต้องมีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าแหล่งแรกคือสิ่งที่เรียกว่า "คอลัมน์โวลตาอิก" ซึ่งประกอบด้วยชุดวงกลมทองแดงและสังกะสีที่เรียงรายไปด้วยหนังที่แช่ในน้ำที่เป็นกรด ดังนั้นวิธีหนึ่งในการได้รับแรงเคลื่อนไฟฟ้าคือปฏิกิริยาทางเคมีของสารบางชนิดซึ่งเป็นผลมาจากการที่พลังงานเคมีถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า แหล่งที่มาปัจจุบันซึ่งสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าในลักษณะนี้เรียกว่า แหล่งที่มาของสารเคมีในปัจจุบัน.

ปัจจุบันแหล่งสารเคมีในปัจจุบันได้แก่ เซลล์กัลวานิกและแบตเตอรี่ - ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมพลังงาน

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าหลักอีกแหล่งหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกสาขาของวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมกำลังคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

มีการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไว้ สถานีไฟฟ้าและทำหน้าที่เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าเพียงแห่งเดียวในการจ่ายไฟฟ้าให้กับสถานประกอบการอุตสาหกรรม, ไฟฟ้าแสงสว่างของเมือง, การไฟฟ้า ทางรถไฟ, รถราง, รถไฟใต้ดิน, รถราง ฯลฯ

ทั้งที่มีแหล่งเคมีของกระแสไฟฟ้า (เซลล์และแบตเตอรี่) และกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การกระทำของแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเหมือนกันทุกประการ อยู่ที่ความจริงที่ว่า EMF สร้างความต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ขั้วของแหล่งกำเนิดปัจจุบันและคงไว้เป็นเวลานาน

ขั้วต่อเหล่านี้เรียกว่าขั้วต้นทางปัจจุบัน ขั้วหนึ่งของแหล่งกำเนิดกระแสจะขาดอิเล็กตรอนอยู่เสมอ ดังนั้นจึงมีประจุบวก ส่วนอีกขั้วหนึ่งจะมีอิเล็กตรอนมากเกินไป จึงมีประจุลบ

ดังนั้นขั้วหนึ่งของแหล่งกำเนิดปัจจุบันเรียกว่าบวก (+) อีกขั้วหนึ่ง - ลบ (-)

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ต่าง ๆ - ผู้บริโภคในปัจจุบันเชื่อมต่อกันโดยใช้ตัวนำกับขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดวงจรปิด วงจรไฟฟ้า. ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสในวงจรไฟฟ้าปิดเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าและกำหนดโดยตัวอักษร U

หน่วยวัดแรงดันไฟฟ้า เช่น EMF คือโวลต์

ตัวอย่างเช่นหากจำเป็นต้องเขียนลงไปว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสคือ 12 โวลต์ก็จะเขียนว่า: U - 12 V.

อุปกรณ์ที่เรียกว่าโวลต์มิเตอร์ใช้ในการวัดแรงดันไฟฟ้า

ในการวัด EMF หรือแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า คุณต้องเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์เข้ากับขั้วโดยตรง ในกรณีนี้หากเปิดอยู่โวลต์มิเตอร์จะแสดง แหล่งที่มาของอีเอ็มเอฟปัจจุบัน หากคุณปิดวงจร โวลต์มิเตอร์จะไม่แสดง EMF อีกต่อไป แต่จะแสดงแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า

EMF ที่พัฒนาโดยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าจะมากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อเสมอ

เพื่อศึกษา สนามไฟฟ้าสถิตจากมุมมองของพลังงานจะมีการนำจุดที่มีประจุบวกซึ่งเป็นประจุทดสอบมาใช้เช่นเดียวกับในกรณีของการพิจารณาความตึงเครียด สมมติว่าสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอซึ่งเคลื่อนที่จากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 วัตถุที่มีประจุ q และไปตามเส้นทาง l จะทำงาน A = คิวเอล(รูปที่ 62 ก) หากจำนวนค่าธรรมเนียมที่แนะนำคือ 2q, 3q, ..., nq,แล้วภาคสนามก็จะทำงานตามนั้น: 2A, 3A, ..., nA- งานเหล่านี้มีขนาดแตกต่างกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้เป็นลักษณะของสนามไฟฟ้าได้ หากเราใช้อัตราส่วนของค่าของงานเหล่านี้ตามลำดับต่อค่าประจุของร่างกายปรากฎว่าอัตราส่วนเหล่านี้สำหรับสองจุด (1 และ 2) เป็นปริมาณคงที่:

หากเราศึกษาสนามไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดใดๆ ในทำนองเดียวกัน เราจะได้ข้อสรุปว่าสำหรับจุดสองจุดใดๆ ของสนามนั้น อัตราส่วนของปริมาณงานต่อปริมาณประจุของร่างกายที่เคลื่อนที่ไปตามสนาม ระหว่างจุดเป็นค่าคงที่ แต่จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างจุด ปริมาณที่วัดโดยอัตราส่วนนี้เรียกว่าความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของสนามไฟฟ้า (แสดงด้วย φ 2 - φ 1) หรือแรงดันไฟฟ้า U ระหว่างจุดของสนาม ปริมาณสเกลาร์ซึ่งเป็นลักษณะพลังงานของสนามไฟฟ้าและวัดจากงานที่กระทำเมื่อเคลื่อนที่จุดซึ่งมีประจุ +1 จากจุดหนึ่งของสนามไฟฟ้าไปยังอีกจุดหนึ่งเรียกว่าความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของ สนามหรือแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดเหล่านี้จากนิยามความต่างศักย์ แรงดันไฟฟ้า U = φ 2 - φ 1 = Δφ

มีสนามไฟฟ้าล้อมรอบทุกตัวที่มีประจุ เมื่อระยะห่างจากวัตถุไปยังจุดใดๆ ในสนามเพิ่มขึ้น แรงที่วัตถุกระทำต่อประจุที่เข้าสู่สนามจะลดลง (กฎของคูลอมบ์) และเมื่อถึงจุดหนึ่งในอวกาศในทางปฏิบัติจะเท่ากับศูนย์ สถานที่ซึ่งตรวจไม่พบการกระทำของสนามไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุที่กำหนด ห่างไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุดจากเขา

หากวางลูกบอลอิเล็กโทรสโคปเข้าไป จุดที่แตกต่างกันสนามไฟฟ้าของลูกบอลที่มีประจุของเครื่องอิเล็กโตรฟอร์ จากนั้นจะชาร์จอิเล็กโทรสโคป เมื่อลูกบอลอิเล็กโทรสโคปต่อสายดิน สนามไฟฟ้าของเครื่องจะไม่มีผลกระทบต่ออิเล็กโทรสโคปเลย ความต่างศักย์ระหว่างจุดใดก็ได้ของสนามไฟฟ้ากับจุดที่อยู่บนพื้นผิวโลกเรียกว่าศักย์ของจุดสนามนี้สัมพันธ์กับโลกวัดจากการทำงาน เพื่อคำนวณว่าจุดไหนที่คุณต้องรู้จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของเส้นทาง จุดหนึ่งบนพื้นผิวโลกถือเป็นหนึ่งในจุดเหล่านี้ และงานในการเคลื่อนย้ายประจุและดังนั้นศักยภาพของจุดอื่นจึงถูกคำนวณโดยสัมพันธ์กับจุดนั้น

หากสนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีประจุบวก (รูปที่ 62, b) มันจะเคลื่อนวัตถุที่มีประจุบวก C เข้ามายังพื้นผิวโลก ศักยภาพของจุดของสนามดังกล่าวจะถือว่าเป็นบวก . เมื่อสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นจากวัตถุที่มีประจุลบ (รูปที่ 62, c) จำเป็นต้องใช้เสา F แรงภายนอกเพื่อเคลื่อนวัตถุที่มีประจุบวก C ไปยังพื้นผิวโลก ศักยภาพของคะแนนในสนามดังกล่าวถือเป็นลบ

หากทราบศักยภาพของจุดสนาม φ 1 และ φ 2 ตามสูตรความต่างศักย์ เราสามารถคำนวณงานในการเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีประจุจากจุดสนามหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้: A = q(φ 2 - φ 1)หรือ เอ = คยูดังนั้นความต่างศักย์คือลักษณะพลังงานของสนามไฟฟ้า เมื่อใช้สูตรเหล่านี้จะคำนวณงานการเคลื่อนย้ายประจุในสนามไฟฟ้าที่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

เรามาตั้งค่าหน่วยวัดแรงดันไฟฟ้า (ความต่างศักย์ไฟฟ้า) ในระบบ SI กัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เราจะแทนค่าลงในสูตรแรงดันไฟฟ้า ก = 1 เจและ คิว = 1 k:

หน่วยของแรงดันไฟฟ้า - โวลต์ - ถือเป็นความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดของสนามไฟฟ้า เมื่อเคลื่อนที่ระหว่างจุดที่วัตถุซึ่งมีประจุ 1 ไปยังสนามทำงาน 1 J

สนามไฟฟ้าสถิตมีพลังงาน หากมีประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าสถิต สนามที่กระทำต่อสนามด้วยแรงบางอย่างจะเคลื่อนตัวและทำงาน งานใด ๆ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานบางประเภท การทำงานของสนามไฟฟ้าสถิตในการเคลื่อนย้ายประจุมักแสดงผ่านปริมาณที่เรียกว่าความต่างศักย์

โดยที่ q คือจำนวนประจุที่ถูกเคลื่อนย้าย

j 1 และ j 2 คือศักยภาพของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของเส้นทาง

เพื่อความกระชับ ต่อไปนี้เราจะระบุ . V - ความต่างศักย์

วี = เอ/คิว ความแตกต่างที่เป็นไปได้ระหว่างจุดของสนามไฟฟ้าคืองานที่แรงไฟฟ้าทำเมื่อประจุของคูลอมบ์หนึ่งเคลื่อนที่ระหว่างกัน .

[V] = V 1 โวลต์คือความต่างศักย์ระหว่างจุดต่างๆ เมื่อประจุ 1 คูลอมบ์เคลื่อนที่ระหว่างจุดเหล่านั้น แรงไฟฟ้าสถิตจะทำงาน 1 จูล

ความต่างศักย์ระหว่างวัตถุนั้นวัดด้วยอิเล็กโตรมิเตอร์ โดยที่ตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกันด้วยตัวนำเข้ากับตัวของอิเล็กโตรมิเตอร์ และอีกอันเชื่อมต่อกับลูกศร ในวงจรไฟฟ้า ความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดต่างๆ ในวงจรจะวัดด้วยโวลต์มิเตอร์

เมื่อระยะห่างจากประจุ สนามไฟฟ้าสถิตจะอ่อนลง ดังนั้นลักษณะพลังงานของสนามศักย์จึงมีแนวโน้มเป็นศูนย์เช่นกัน ในวิชาฟิสิกส์ ศักยภาพของจุดที่อนันต์ถือเป็นศูนย์ ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า เชื่อกันว่าพื้นผิวโลกมีศักยภาพเป็นศูนย์

หากประจุเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังจุดอนันต์

A = q(j - O) = qj => j= A/q เช่น ศักยภาพของจุดหนึ่งคืองานที่ต้องใช้แรงไฟฟ้ากระทำ โดยเคลื่อนย้ายประจุหนึ่งคูลอมจากจุดที่กำหนดไปยังจุดอนันต์ .

ปล่อยให้ประจุบวก q เคลื่อนที่ไปตามทิศทางของเวกเตอร์ความเข้มจนถึงระยะ d ในสนามไฟฟ้าสถิตสม่ำเสมอโดยมีความเข้ม E งานที่ทำโดยสนามเพื่อเคลื่อนย้ายประจุสามารถพบได้ทั้งจากความแรงของสนามและจากความต่างศักย์ แน่นอนว่าด้วยวิธีการคำนวณงานใด ๆ ก็ได้ค่าเท่ากัน

A = Fd = Eqd = qV -

สูตรนี้เชื่อมโยงลักษณะแรงและพลังงานของสนาม นอกจากนี้ยังทำให้เรามีหน่วยความตึงเครียดอีกด้วย

[E] = โวลต์/เมตร 1 V/m คือความเข้มของสนามไฟฟ้าสถิตสม่ำเสมอ ซึ่งศักย์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง 1 V เมื่อเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของเวกเตอร์ความเข้ม 1 ม.

กฎของโอห์มสำหรับส่วนวงจร

การเพิ่มขึ้นของความต่างศักย์ที่ปลายตัวนำทำให้กระแสในนั้นเพิ่มขึ้น โอห์มพิสูจน์จากการทดลองแล้วว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำนั้นแปรผันโดยตรงกับความต่างศักย์ที่ขวางอยู่

เมื่อผู้บริโภคที่แตกต่างกันเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าเดียวกัน ความแรงของกระแสในนั้นจะแตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าผู้บริโภคที่แตกต่างกันจะขัดขวางไม่ให้กระแสไฟฟ้าผ่านพวกเขาในรูปแบบที่ต่างกัน ลักษณะปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงความสามารถของตัวนำในการป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เรียกว่า ความต้านทานไฟฟ้า - ความต้านทานของตัวนำที่กำหนดจะเป็นค่าคงที่ที่ อุณหภูมิคงที่- เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานของโลหะจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานของของเหลวจะลดลง [R] = โอห์ม 1 โอห์มคือความต้านทานของตัวนำซึ่งมีกระแส 1 A ไหลผ่าน โดยมีความต่างศักย์ 1 V ที่ปลายตัวนำ ตัวนำโลหะมักใช้บ่อยที่สุด พาหะในปัจจุบันคืออิเล็กตรอนอิสระ เมื่อเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ พวกมันจะมีปฏิกิริยากับไอออนบวก ตาข่ายคริสตัลทำให้พวกเขาได้รับพลังงานส่วนหนึ่งและสูญเสียความเร็ว เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่ต้องการ ให้ใช้แม็กกาซีนความต้านทาน ที่เก็บความต้านทานคือชุดของเกลียวลวดที่มีความต้านทานที่ทราบซึ่งสามารถรวมไว้ในวงจรในชุดค่าผสมที่ต้องการได้

โอห์มได้ทดลองสร้างมันขึ้นมาแล้ว ความแรงของกระแสในส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความต่างศักย์ที่ส่วนท้ายของส่วนนี้ และแปรผกผันกับความต้านทานของส่วนนี้

ส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรคือส่วนที่ไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า นี่คือกฎของโอห์มสำหรับส่วนที่เป็นเนื้อเดียวกันของวงจรซึ่งเป็นพื้นฐานของการคำนวณทางไฟฟ้าทั้งหมด

รวมทั้งตัวนำที่มีความยาวต่างกัน หน้าตัดต่างกัน วัสดุที่แตกต่างกันได้ถูกสถาปนาขึ้น: ความต้านทานของตัวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำและเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของมัน ความต้านทานของลูกบาศก์ที่มีขอบ 1 เมตร เกิดจากสารบางชนิด ถ้ากระแสไหลตั้งฉากกับด้านตรงข้าม เรียกว่า ความต้านทานเฉพาะของสารนี้ - [r] = โอห์ม m มักใช้หน่วยต้านทานที่ไม่ใช่ระบบ - ความต้านทานของตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 มม. 2 และความยาว 1 ม. [r] = โอห์ม มม. 2 / ม.

ความต้านทานสาร - ค่าตาราง ความต้านทานของตัวนำนั้นแปรผันตามความต้านทานของมัน

การกระทำของตัวเลื่อนและรีโอสแตตแบบสเต็ปนั้นขึ้นอยู่กับการพึ่งพาความต้านทานของตัวนำกับความยาวของมัน ลิโน่สไลเดอร์คือกระบอกเซรามิกที่มีลวดนิกเกิลพันอยู่รอบๆ ลิโน่เชื่อมต่อกับวงจรโดยใช้แถบเลื่อน ซึ่งรวมถึงความยาวขดลวดที่ใหญ่หรือเล็กลงในวงจร ลวดถูกหุ้มด้วยชั้นของสเกลซึ่งป้องกันการหมุนจากกัน

A) การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานของผู้บริโภค

บ่อยครั้งที่ผู้บริโภคปัจจุบันหลายรายรวมอยู่ในวงจรไฟฟ้า เนื่องจากไม่มีเหตุผลที่ผู้บริโภคแต่ละรายจะมีแหล่งที่มาในปัจจุบันของตนเอง มีสองวิธีในการเชื่อมต่อผู้บริโภค: แบบอนุกรมและแบบขนานและการรวมกันในรูปแบบของการเชื่อมต่อแบบผสม

ก) การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของผู้บริโภค

ที่ การเชื่อมต่อแบบอนุกรมผู้บริโภคสร้างห่วงโซ่ต่อเนื่องที่ผู้บริโภคเชื่อมต่อกัน ด้วยการเชื่อมต่อแบบอนุกรมจะไม่มีสายเชื่อมต่อแยกสาขา เพื่อความง่าย ให้พิจารณาวงจรของคอนซูเมอร์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองชุด ประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านผู้บริโภครายหนึ่งก็จะผ่านไปยังผู้บริโภครายที่สองด้วยเพราะว่า ในตัวนำที่เชื่อมต่อกับผู้บริโภคจะต้องไม่เกิดการหายตัว เกิดขึ้น หรือสะสมของประจุ คิว=คิว 1 =คิว 2 . เมื่อหารสมการผลลัพธ์ตามเวลาที่กระแสไหลผ่านวงจร เราจะได้ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสที่ไหลตลอดการเชื่อมต่อทั้งหมดกับกระแสที่ไหลผ่านส่วนต่างๆ ของมัน

แน่นอนว่างานในการเคลื่อนย้ายประจุบวกหนึ่งประจุทั่วทั้งสารประกอบประกอบด้วยงานในการเคลื่อนย้ายประจุนี้ไปทั่วทุกส่วนของสารประกอบ เหล่านั้น. วี=วี 1 +วี 2 (2)

ความแตกต่างที่เป็นไปได้โดยรวมของผู้บริโภคที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะเท่ากับผลรวมของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างผู้บริโภค

ลองหารทั้งสองข้างของสมการ (2) ด้วยกระแสในวงจร เราจะได้: U/I=V 1 /I+V 2 /I เหล่านั้น. ความต้านทานของส่วนที่ต่ออนุกรมทั้งหมดเท่ากับผลรวมของความต้านทานของแรงดันไฟฟ้าของส่วนประกอบ

B) การเชื่อมต่อแบบขนานของผู้บริโภค

นี่เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการช่วยให้ผู้บริโภค ด้วยการเชื่อมต่อนี้ ผู้บริโภคทุกคนจะเชื่อมต่อกับจุดสองจุดร่วมกันสำหรับผู้บริโภคทุกคน

เมื่อผ่าน การเชื่อมต่อแบบขนานประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรแบ่งออกเป็นหลายส่วนไปยังผู้บริโภคแต่ละราย ตามกฎการอนุรักษ์ประจุ q=q 1 +q 2 โดยการแบ่ง สมการที่กำหนดในช่วงระยะเวลาการชาร์จเราได้รับการเชื่อมต่อระหว่างกระแสทั้งหมดที่ไหลผ่านวงจรและกระแสที่ไหลผ่านผู้บริโภคแต่ละราย

ตามคำจำกัดความของความต่างศักย์ V=V 1 =V 2 (2)

ตามกฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร เราจะแทนที่ความแรงของกระแสในสมการ (1) ด้วยอัตราส่วนของความต่างศักย์ต่อความต้านทาน เราได้: V/R=V/R 1 +V/R 2 หลังจากลดขนาด: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

เหล่านั้น. ส่วนกลับของความต้านทานของการเชื่อมต่อแบบขนานจะเท่ากับผลรวมของส่วนกลับของความต้านทานของแต่ละสาขา