Elektrisk spänning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 27 juli 2020; kontroller kräver 15 redigeringar .

Spänning
U, V
Dimensionera	L2MT - 3I - 1 _
Enheter
SI	volt

Den elektriska spänningen mellan punkterna A och B i en elektrisk krets eller ett elektriskt fält är en skalär fysisk storhet , vars värde är lika med arbetet för det effektiva elektriska fältet (inklusive externa fält) som utförs vid överföring av en elektrisk enhetsladdning från en punkt A till punkt B [1] [2] .

I detta fall anses det att testladdningsöverföringen inte ändrar fördelningen av avgifter på fältkällorna (enligt definitionen av en testladdning ). Spänning i det allmänna fallet bildas från bidragen från två verk: arbetet med elektriska krafter och arbetet med yttre krafter . Om det inte finns några yttre krafter som verkar på kretssektionen (det vill säga ), innefattar förskjutningsarbetet endast arbetet med det potentiella elektriska fältet (vilket inte beror på vägen längs vilken laddningen rör sig), och den elektriska spänningen mellan punkterna A och B sammanfaller med potentialskillnaden mellan dessa punkter (eftersom ). I det allmänna fallet skiljer sig spänningen mellan punkterna A och B från potentialskillnaden mellan dessa punkter [3] för externa krafters arbete för att flytta en enhets positiv laddning. Detta arbete kallas den elektromotoriska kraften i denna del av kretsen: $A_{{AB}}^{{el}}$ $A_{AB}^{ex}$ $A_{{AB}}^{{ex}}=0$ $A_{{AB}}^{{el}}$ $U_{{AB}}$ $\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}=A_{{AB}}^{{el}}/q$ $U_{{AB}}$ ${\mathcal E}_{{AB}}$ ${\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.$

$U_{{AB}}=\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}+{\mathcal E}_{{AB}}.$

Definitionen av elektrisk spänning kan skrivas i en annan form. För att göra detta måste du representera verket som en integral längs banan L , lagd från punkt A till punkt B. $A_{{AB}}^{{ef}}$

$U_{{AB}}=\int \limits _{L}{\vec E}_{{ef}}d{\vec l}$ är integralen av projektionen av den effektiva fältstyrkan ${\vec {E}}_{ef}$ (inklusive yttre fält) på tangenten till banan L , vars riktning vid varje punkt av banan sammanfaller med vektorns riktning vid denna punkt. I ett elektrostatiskt fält, när det inte finns några yttre krafter, beror värdet på denna integral inte på integrationsvägen och sammanfaller med potentialskillnaden . $d{\vec {l))$

Dimensionen av elektrisk spänning i International System of Quantities ( Engelska International System of Quantities, ISQ ), på vilket International System of Units (SI) är baserat , är L 2 MT -3 I -1 . SI-enheten för spänning är volt (rysk beteckning: V ; internationell: V ).

Begreppet spänning introducerades av Georg Ohm i hans arbete 1827, där en hydrodynamisk modell av elektrisk ström föreslogs för att förklara Ohms empiriska lag som upptäcktes av honom 1826 : . $U\!=IR$

Spänning i DC-kretsar

Spänningen i DC-kretsen mellan punkterna A och B är det arbete som det elektriska fältet gör när en positiv testladdning överförs från punkt A till punkt B.

Spänning i AC-kretsar

Följande spänningar används för att beskriva AC-kretsar :

omedelbar spänning;
amplitudvärde för spänning;
medelspänningsvärde;
rms spänningsvärde;
genomsnittligt likriktat spänningsvärde.

Den momentana spänningen är potentialskillnaden mellan två punkter som mäts vid en given tidpunkt. Beror på tid (är en funktion av tid):

u=u(t).

Spänningens amplitudvärde är det maximala modulovärdet för den momentana spänningen under hela oscillationsperioden :

U_{M}=\max(|u(t)|).

För harmoniska (sinusformade) spänningsfluktuationer uttrycks det momentana spänningsvärdet som:

u(t)=U_{M}\sin(\omega t+\phi ).

För en 220V rms AC sinusformad spänning är toppspänningen ungefär 311V .

Amplitudspänningen kan mätas med ett oscilloskop .

Medelvärdet av spänningen (den konstanta komponenten av spänningen) är spänningen som bestäms över hela svängningsperioden, som:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}u(t)dt.

För en sinusform är medelspänningsvärdet noll.

Spänningens rotmedelkvadratvärde (elektrotekniska namn: effektiv , effektiv ) är spänningen som bestäms för hela svängningsperioden, som:

U_{q}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}u^{2}(t)dt)).

Root-mean square spänningsvärdet är mest praktiskt för praktiska beräkningar, eftersom det gör samma arbete på en linjär aktiv belastning (till exempel en glödlampa har samma glödljusstyrka, ett värmeelement avger samma mängd värme) som en konstant spänning lika med den.

För en sinusformad spänning är likheten sann:

U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\approx 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q} \ca 1,414U_{q}.

I teknik och vardagsliv, när man använder växelström, hänvisar termen "spänning" till spänningens rotmedelvärde, och alla voltmetrar är kalibrerade utifrån dess definition. Men konstruktivt mäter de flesta enheter faktiskt inte rotmedelkvadraten, utan det genomsnittliga likriktade (se nedan) spänningsvärdet, därför kan deras avläsningar för en icke-sinusformad signal skilja sig från det sanna värdet.

Det genomsnittliga likriktade spänningsvärdet är medelvärdet för spänningsmodulen:

U_{m}={\frac {1}{T}}\int \limits _{0}^{T}|u(t)|dt.

För en sinusformad spänning är likheten sann:

U_{m}={2 \over \pi }U_{M}(\approx 0,637U_{M})={2{\sqrt {2}} \over \pi }U_{q}(\approx 0,9U_{q}).

Det används sällan i praktiken, men de flesta AC-voltmetrar (de där strömmen likriktas före mätning ) mäter faktiskt exakt detta värde, även om deras skala är kalibrerad till RMS-värden.

Spänning i trefasströmkretsar

I trefasströmkretsar särskiljs fas- och linjärspänningar. Fasspänningen förstås som rot-medelkvadratvärdet för spänningen på var och en av belastningens faser i förhållande till nollan, och den linjära spänningen är spänningen mellan matningsfasledningarna. När belastningen är ansluten till en triangel är fasspänningen lika med den linjära spänningen, och när den är ansluten till en stjärna (med en symmetrisk belastning eller med en solid jordad noll), är den linjära spänningen flera gånger större än fasspänningen. $\sqrt{3}$

I praktiken betecknas spänningen i ett trefasnät med en bråkdel, i vars täljare är fasen när den är ansluten till en stjärna (eller, vad är samma, potentialen för var och en av linjerna i förhållande till marken) , och i nämnaren - den linjära spänningen. Så i Ryssland är nätverk med en spänning på 220/380 V vanligast ; 127/220 V och 380/660 V nätverk används också ibland .

Karakteristiska betydelser och standarder

Ett objekt	Spänningstyp	Värde (på konsumentinput)	Värde (källa utdata)
Elektrokardiogram	Puls	1-2 mV	-
TV- antenn	Variabel hög frekvens	1-100 mV	-
Galvanisk zinkcell typ AA ("finger")	permanent	1,5V	-
Litiumcell	permanent	3-3,5 V	-
Logiska signaler från datorkomponenter	Puls	3,3V; 5 V	-
Batterityp 6F22 ("Krona")	permanent	9 V	-
Strömförsörjning av datorkomponenter	permanent	5V, 12V	-
Elektrisk utrustning för fordon	permanent	12/24V	-
Strömförsörjning för laptop och LCD- skärmar	permanent	19 V	-
"Säkert" lågspänningsnät för farliga miljöer	variabel	12-42 V	-
Spänningen för den mest stabila bränningen av Yablochkov-ljuset	permanent	55 V	-
Telefonledningsspänning (på luren )	permanent	60 V	-
Japan Power Voltage	Variabel trefas	100/172V	-
amerikansk elektrisk spänning i hemmet	Variabel trefas	120 V / 240 V ( delad fas )	-
Spänning i hushållens elektriska nätverk i Ryssland	Variabel trefas	220/380 V	230/400 V
Elektrisk strålurladdning	permanent	upp till 200—250 V	-
Spårvagn och trådbuss kontaktnät	permanent	550 V	600 V
Elektrisk ålurladdning	permanent	upp till 650 V	-
Tunnelbana kontaktnät	permanent	750 V	825 V
Kontaktnätverk för elektrifierad järnväg (Ryssland, likström)	permanent	3 kV	3,3 kV
Distribution luftledning av liten kraft	Variabel trefas	6-20 kV	6,6-22 kV
Kraftverksgeneratorer , kraftfulla elmotorer	Variabel trefas	10-35 kV	-
Vid kineskopets anod	permanent	7-30 kV	-
Statisk elektricitet	permanent	1-100 kV	-
På ett biltändstift	Puls	10-25 kV	-
Kontaktnätverk för elektrifierad järnväg (Ryssland, växelström)	variabel	25 kV	27,5 kV
Nedbrytning av luft på ett avstånd av 1 cm		10-20 kV	-
Ruhmkorff spole	Puls	upp till 50 kV	-
Nedbrytning av ett lager transformatorolja 1 cm tjockt		100-200 kV	-
Hög effekt överliggande kraftledning	Variabel trefas	35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV	38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
elektroformaskin	permanent	50-500 kV	-
Extra högspänning luftledning (intersystem)	Variabel trefas	500 kV, 750 kV, 1150 kV	545 kV, 800 kV, 1250 kV
Tesla transformator	Puls hög frekvens	upp till flera MV	-
Van de Graaff generator	permanent	upp till 7 MV	-
åskmoln _	permanent	2 till 10 GW	-

Se även

Anteckningar

↑ Miller M. A., Permitin G. V. Elektrisk spänning // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 sid. - 48 000 exemplar. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Elektrisk spänning / Yuryev Yu. V. // Great Russian Encyclopedia : [i 35 volymer] / kap. ed. Yu. S. Osipov . - M . : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
↑ Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Fysikkurs . - 1977. - T. 2.

Litteratur

Miller M. A., Permitin G. V. Elektrisk spänning // Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 sid. - 48 000 exemplar. — ISBN 5-85270-019-3 .
Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. . Fysik kurs. elektricitet och magnetism. - M . : "HIGH SCHOOL", 1977. - T. 2.

Länkar

Elektrisk spänning // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
Om potentialskillnad, elektromotorisk kraft och spänning
"Glossary.ru": Ordbok för naturvetenskap.