Электрическое напряжение - работа по перемещению единичного электрич. заряда, определяемая интегралом напряжённости эфф. электрич.
поля Eэ (включающего сторонние поля) вдоль заданного
контура g, соединяющего
две точки (1, 2) токовой цепи или иной эл--динамич. системы:
Измеряется электрическое напряжение в СИ в вольтах (1 B = 1 Дж/А.с),
в СГСЭ - в г1/2 см1/2 с-1(1СГСЭ = 300 В).
Понятие о электрическом напряжении 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 температуры 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)
электрическое напряжение 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 электрическое напряжение 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 электродинамич. 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>
= Eэ.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., u2э
= (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 электрическим напряжением понимают интеграл (1) вдоль контура, соединяющего провода линии и лежащего в нормальном к линии сечении.
Измеряется электрическое напряжение с помощью вольтметра - гальванометра с большим дополнит. сопротивлением RB; в идеале RB (электроскоп). Вольтметр измеряет падение электрического напряжения на самом себе - UB (или при RB - разность потенциалов на своих клеммах). Чаще всего UВ 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.
А. Миллер, Г. В. Пермитин