Elektrisk spænding

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. juli 2020; checks kræver 15 redigeringer .

Spænding
U, V
Dimension	L2MT - 3I - 1 _
Enheder
SI	volt

Den elektriske spænding mellem punkt A og B i et elektrisk kredsløb eller et elektrisk felt er en skalær fysisk størrelse , hvis værdi er lig med arbejdet i det effektive elektriske felt (inklusive eksterne felter), der udføres ved overførsel af en enhedstest elektrisk ladning fra et punkt A til punkt B [1] [2] .

I dette tilfælde vurderes det, at testladningsoverførslen ikke ændrer fordelingen af afgifter på feltkilderne (efter definitionen af en testladning ). Spænding i det generelle tilfælde er dannet af bidragene fra to værker: arbejdet med elektriske kræfter og arbejdet med eksterne kræfter . Hvis der ikke er nogen ydre kræfter, der virker på kredsløbssektionen (det vil sige ), omfatter forskydningsarbejdet kun arbejdet med det potentielle elektriske felt (som ikke afhænger af den bane, ladningen bevæger sig langs), og den elektriske spænding mellem punkt A og B falder sammen med potentialforskellen mellem disse punkter (fordi ). I det generelle tilfælde adskiller spændingen mellem punkt A og B sig fra potentialforskellen mellem disse punkter [3] for ydre kræfters arbejde med at flytte en enheds positiv ladning. Dette arbejde kaldes den elektromotoriske kraft i denne del af kredsløbet: $A_{{AB}}^{{el}}$ $A_{AB}^{ex}$ $A_{{AB}}^{{ex}}=0$ $A_{{AB}}^{{el}}$ $U_{{AB}}$ $\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}=A_{{AB}}^{{el}}/q$ $U_{{AB}}$ ${\mathcal E}_{{AB}}$ ${\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.$

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

Definitionen af elektrisk spænding kan skrives i en anden form. For at gøre dette skal du repræsentere værket som et integral langs banen L , lagt fra punkt A til punkt B. $A_{{AB}}^{{ef}}$

$U_{{AB}}=\int \limits _{L}{\vec E}_{{ef}}d{\vec l}$ er integralet af projektionen af den effektive feltstyrke ${\vec {E}}_{ef}$ (inklusive ydre felter) på tangenten til banen L , hvis retning i hvert punkt af banen falder sammen med retningen af vektoren på dette punkt. I et elektrostatisk felt, når der ikke er nogen eksterne kræfter, afhænger værdien af dette integral ikke af integrationsvejen og falder sammen med potentialforskellen . $d{\vec {l))$

Dimensionen af elektrisk spænding i International System of Quantities ( engelsk International System of Quantities, ISQ ), som International System of Units (SI) er baseret på, er L 2 MT -3 I -1 . SI-enheden for spænding er volt (russisk betegnelse: V ; international: V ).

Begrebet spænding blev introduceret af Georg Ohm i hans arbejde fra 1827, hvor en hydrodynamisk model af elektrisk strøm blev foreslået for at forklare Ohms empiriske lov opdaget af ham i 1826 : . $U\!=IR$

Spænding i DC-kredsløb

Spændingen i DC-kredsløbet mellem punkt A og B er det arbejde, som det elektriske felt udfører, når det overfører en positiv testladning fra punkt A til punkt B.

Spænding i AC-kredsløb

Følgende spændinger bruges til at beskrive AC kredsløb :

øjeblikkelig spænding;
amplitude værdi af spænding;
gennemsnitlig spændingsværdi;
rms spændingsværdi;
gennemsnitlig ensrettet spændingsværdi.

Den øjeblikkelige spænding er potentialforskellen mellem to punkter målt på et givet tidspunkt. Afhænger af tid (er en funktion af tid):

u=u(t).

Spændingens amplitudeværdi er den maksimale modulo-værdi af den øjeblikkelige spænding for hele oscillationsperioden :

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

For harmoniske (sinusformede) spændingsudsving udtrykkes den øjeblikkelige spændingsværdi som:

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

For en 220V rms AC sinusformet spænding er spidsspændingen cirka 311V .

Amplitudespændingen kan måles ved hjælp af et oscilloskop .

Den gennemsnitlige værdi af spændingen (den konstante komponent af spændingen) er spændingen bestemt over hele oscillationsperioden, som:

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

For en sinusform er den gennemsnitlige spændingsværdi nul.

Den gennemsnitlige kvadratiske værdi af spændingen (elektrotekniske navne: effektiv , effektiv ) er spændingen bestemt for hele oscillationsperioden, som:

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

Root-middel-kvadrat-spændingsværdien er mest praktisk til praktiske beregninger, da den udfører det samme arbejde på en lineær aktiv belastning (for eksempel har en glødelampe den samme glødelysstyrke, et varmeelement udsender den samme mængde varme) som en konstant spænding svarende til den.

For en sinusformet spænding er ligheden sand:

U_{q}={1 \over {\sqrt {2}}}U_{M}\ca. 0,707U_{M};\qquad U_{M}={\sqrt {2}}U_{q} \ca. 1.414U_{q}.

I teknologi og hverdagsliv, når der bruges vekselstrøm, refererer udtrykket "spænding" til den gennemsnitlige kvadratiske værdi af spændingen, og alle voltmetre er kalibreret baseret på dens definition. Konstruktivt måler de fleste enheder faktisk ikke rodgennemsnittet, men den gennemsnitlige ensrettede (se nedenfor) spændingsværdi, derfor kan deres aflæsninger for et ikke-sinusformet signal afvige fra den sande værdi.

Den gennemsnitlige ensrettede spændingsværdi er gennemsnitsværdien af spændingsmodulet:

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

For en sinusformet spænding er ligheden sand:

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

Det bruges sjældent i praksis, men de fleste AC voltmetre (dem hvor strømmen er ensrettet før måling ) måler faktisk præcis denne værdi, selvom deres skala er kalibreret til RMS værdier.

Spænding i trefasede strømkredsløb

I trefasede strømkredsløb skelnes der mellem fase og lineære spændinger. Fasespændingen forstås som rod-middel-kvadratværdien af spændingen på hver af belastningens faser i forhold til nulpunktet, og den lineære spænding er spændingen mellem forsyningsfasetrådene. Når belastningen er forbundet med en trekant, er fasespændingen lig med den lineære spænding, og når den er forbundet til en stjerne (med en symmetrisk belastning eller med en solidt jordet nul), er den lineære spænding flere gange større end fasespændingen. $\sqrt{3}$

I praksis er spændingen i et trefaset netværk angivet med en brøkdel, i hvis tæller er fasen, når den er forbundet til en stjerne (eller, hvad der er det samme, potentialet for hver af linjerne i forhold til jorden) , og i nævneren - den lineære spænding. Så i Rusland er netværk med en spænding på 220/380 V mest almindelige ; 127/220 V og 380/660 V netværk bruges også nogle gange .

Karakteristiske betydninger og standarder

Et objekt	Spændingstype	Værdi (på forbrugerinput)	Værdi (kildeoutput)
Elektrokardiogram	Puls	1-2 mV	-
TV antenne	Variabel høj frekvens	1-100 mV	-
Galvanisk zinkcelle type AA ("finger")	permanent	1,5V	-
Lithium celle	permanent	3-3,5 V	-
Logiske signaler fra computerkomponenter	Puls	3,3V; 5 V	-
Batteritype 6F22 ("Krona")	permanent	9 V	-
Strømforsyning til computerkomponenter	permanent	5V, 12V	-
Køretøjets elektriske udstyr	permanent	12/24 V	-
Strømforsyning til bærbare og LCD - skærme	permanent	19 V	-
"Sikkert" lavspændingsnetværk til farlige miljøer	variabel	12-42 V	-
Spændingen for den mest stabile afbrænding af Yablochkov-stearinlyset	permanent	55 V	-
Telefonlinjespænding (på røret )	permanent	60 V	-
Japans strømspænding	Variabel trefaset	100/172 V	-
amerikansk elektrisk spænding i hjemmet	Variabel trefaset	120 V / 240 V ( splitfaset )	-
Spænding i husholdningernes elektriske netværk i Rusland	Variabel trefaset	220/380 V	230/400 V
Elektrisk stråleudladning	permanent	op til 200-250 V	-
Sporvogn og trolleybus kontaktnet	permanent	550 V	600 V
Elektrisk åleudledning	permanent	op til 650 V	-
Metro kontakt netværk	permanent	750 V	825 V
Kontaktnetværk af elektrificeret jernbane (Rusland, jævnstrøm)	permanent	3 kV	3,3 kV
Distribution overhead transmission linje af lille magt	Variabel trefaset	6-20 kV	6,6-22 kV
Kraftværksgeneratorer , kraftige elektriske motorer	Variabel trefaset	10-35 kV	-
Ved kineskopets anode	permanent	7-30 kV	-
Statisk elektricitet	permanent	1-100 kV	-
På et bil tændrør	Puls	10-25 kV	-
Kontaktnetværk af elektrificeret jernbane (Rusland, vekselstrøm)	variabel	25 kV	27,5 kV
Nedbrydning af luft i en afstand af 1 cm		10-20 kV	-
Ruhmkorff spole	Puls	op til 50 kV	-
Nedbrydning af et lag transformerolie 1 cm tykt		100-200 kV	-
Højeffekt overliggende elledning	Variabel trefaset	35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV	38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
elektrofor maskine	permanent	50-500 kV	-
Ekstra højspændingsluftledning (intersystem)	Variabel trefaset	500 kV, 750 kV, 1150 kV	545 kV, 800 kV, 1250 kV
Tesla transformer	Puls høj frekvens	op til flere MV	-
Van de Graaff generator	permanent	op til 7 MV	-
tordensky _	permanent	2 til 10 GW	-

Se også

Noter

↑ Miller M. A., Permitin G. V. Elektrisk spænding // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 s. - 48.000 eksemplarer. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Elektrisk spænding / Yuryev Yu. V. // Great Russian Encyclopedia : [i 35 bind] / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M . : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
↑ Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Fysikkursus . - 1977. - T. 2.

Litteratur

Miller M. A., Permitin G. V. Elektrisk spænding // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M .: Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 s. - 48.000 eksemplarer. — ISBN 5-85270-019-3 .
Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. . Fysik kursus. elektricitet og magnetisme. - M . : "HIGH SCHOOL", 1977. - T. 2.