Sähköjännite

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 27.7.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 15 muokkausta .

Jännite
U, V
Ulottuvuus	L 2 MT -3 I -1
Yksiköt
SI	volttia

Sähköpiirin tai sähkökentän pisteiden A ja B välinen sähköjännite on skalaarinen fysikaalinen suure , jonka arvo on yhtä suuri kuin tehollisen sähkökentän (mukaan lukien ulkoiset kentät) työ , joka suoritetaan siirrettäessä yksikkökoesähkövarausta pisteestä A pisteeseen B [1] [2] .

Tässä tapauksessa katsotaan, että testivarauksen siirto ei muuta varausten jakautumista kenttälähteillä (koevarauksen määritelmän mukaan ). Jännite muodostuu yleensä kahden työn panoksesta: sähkövoimien työstä ja ulkoisten voimien työstä . Jos piiriosaan (eli ) ei vaikuta ulkoisia voimia, siirtymätyö sisältää vain potentiaalisen sähkökentän työn (joka ei riipu siitä, mitä reittiä pitkin varaus liikkuu) ja sähköjännitteen välillä. pisteet A ja B ovat yhtäpitäviä näiden pisteiden välisen potentiaalieron kanssa (koska ). Yleisessä tapauksessa pisteiden A ja B välinen jännite eroaa näiden pisteiden välisestä potentiaalierosta [3] ulkoisten voimien työlle yksikköpositiivista varausta liikuttaessa. Tätä työtä kutsutaan sähkömoottorivoimaksi tässä piirin osassa: $A_{{AB}}^{{el}}$ $A_{AB}^{ex}$ $A_{{AB}}^{{ex}}=0$ $A_{{AB}}^{{el}}$ $U_{{AB}}$ $\varphi _{{A}}-\varphi _{{B}}=A_{{AB}}^{{el}}/q$ $U_{{AB}}$ ${\mathcal E}_{{AB}}$ ${\mathcal {E}}_{AB}=A_{AB}^{ex}/q.$

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

Sähköjännitteen määritelmä voidaan kirjoittaa toisessa muodossa. Tätä varten sinun on esitettävä työ integraalina liikeradalla L pisteestä A pisteeseen B. $A_{{AB}}^{{ef}}$

$U_{{AB}}=\int \limits _{L}{\vec E}_{{ef}}d{\vec l}$ on tehollisen kentänvoimakkuuden ${\vec {E}}_{ef}$ (mukaan lukien ulkoiset kentät) projektion integraali lentoradan L tangentille , jonka suunta liikeradan kussakin pisteessä on sama kuin vektorin suunta tässä pisteessä. Sähköstaattisessa kentässä, kun ulkoisia voimia ei ole, tämän integraalin arvo ei riipu integraatioreitistä ja osuu yhteen potentiaalieron kanssa . $d{\vec {l))$

Sähköjännitteen ulottuvuus kansainvälisessä määräjärjestelmässä ( English International System of Quantities, ISQ ), johon kansainvälinen yksikköjärjestelmä (SI) perustuu , on L 2 MT -3 I -1 . Jännitteen SI-yksikkö on voltti (venäläinen nimitys: V ; kansainvälinen: V ).

Jännitteen käsitteen esitteli Georg Ohm työssään 1827, jossa ehdotettiin sähkövirran hydrodynaamista mallia selittämään hänen vuonna 1826 löytämänsä Ohmin empiirinen laki : . $U\!=IR$

Jännite tasavirtapiireissä

Tasavirtapiirin jännite pisteiden A ja B välillä on työ, jonka sähkökenttä tekee siirrettäessä testipositiivista varausta pisteestä A pisteeseen B.

Jännite AC-piireissä

Seuraavia jännitteitä käytetään kuvaamaan AC-piirejä :

välitön jännitys;
jännitteen amplitudiarvo;
keskimääräinen jännitearvo;
rms jännitteen arvo;
keskimääräinen tasasuunnattu jännitteen arvo.

Hetkellinen jännite on kahden tietyllä hetkellä mitatun pisteen välinen potentiaaliero. Riippuu ajasta (on ajan funktio):

u=u(t).

Jännitteen amplitudiarvo on hetkellisen jännitteen suurin moduloarvo koko värähtelyjakson ajalta :

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

Harmonisten (sinimuotoisten) jännitevaihteluiden kohdalla hetkellinen jännitteen arvo ilmaistaan seuraavasti :

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

220 V rms AC sinijännitteellä huippujännite on noin 311 V.

Amplitudijännite voidaan mitata oskilloskoopilla .

Jännitteen keskiarvo (jännitteen vakiokomponentti) on jännite, joka määritetään koko värähtelyjakson ajalta, kuten:

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

Sinimuodossa keskimääräinen jännitearvo on nolla.

Jännitteen neliökeskiarvo (sähkötekniset nimet: tehollinen , tehollinen ) on jännite, joka on määritetty koko värähtelyjaksolle, kuten:

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

Jännitteen keskiarvo on kätevin käytännön laskelmiin, koska se tekee saman työn lineaarisella aktiivisella kuormalla (esimerkiksi hehkulampulla on sama hehkun kirkkaus, lämmityselementti lähettää saman määrän lämpöä) sitä vastaava vakiojännite.

Sinimuotoiselle jännitteelle yhtälö on totta:

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

Tekniikassa ja arjessa vaihtovirtaa käytettäessä termillä "jännite" tarkoitetaan jännitteen neliökeskiarvoa ja kaikki volttimittarit kalibroidaan sen määritelmän mukaan. Useimmat laitteet eivät kuitenkaan käytännössä mittaa keskimääräistä neliötä, vaan keskimääräistä tasasuunnattua (katso alla) jännitearvoa, joten ei-sinimuotoisen signaalin lukemat voivat poiketa todellisesta arvosta.

Keskimääräinen tasasuunnattu jännitearvo on jännitemoduulin keskiarvo:

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

Sinimuotoiselle jännitteelle yhtälö on totta:

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

Käytännössä sitä käytetään harvoin, mutta useimmat AC-volttimittarit (ne, joissa virta tasasuunnetaan ennen mittausta ) todella mittaavat juuri tämän arvon, vaikka niiden asteikko on kalibroitu RMS-arvoihin.

Jännite kolmivaiheisissa virtapiireissä

Kolmivaiheisissa virtapiireissä erotetaan vaihe- ja lineaarijännitteet. Vaihejännitteellä tarkoitetaan kuorman kunkin vaiheen jännitteen neliöarvoa suhteessa nollaan, ja lineaarinen jännite on syöttövaihejohtojen välinen jännite. Kun kuorma on kytketty kolmioon, vaihejännite on yhtä suuri kuin lineaarijännite, ja kun se kytketään tähtiin (symmetrisellä kuormalla tai kiinteästi maadoitetulla nollalla), lineaarijännite on useita kertoja suurempi kuin vaihejännite. $\sqrt{3}$

Käytännössä kolmivaiheisen verkon jännite merkitään murto-osalla, jonka osoittajassa on vaihe, kun se on kytkettynä tähteen (tai mikä on sama, kunkin johdon potentiaali suhteessa maahan) , ja nimittäjässä - lineaarinen jännite. Joten Venäjällä verkot, joiden jännite on 220/380 V , ovat yleisimpiä ; Joskus käytetään myös 127/220 V ja 380/660 V verkkoja .

Tunnusomaiset merkitykset ja standardit

Esine	Jännitteen tyyppi	Arvo (kuluttajan syötteen perusteella)	Arvo (lähdelähtö)
Elektrokardiogrammi	Pulssi	1-2 mV	-
TV antenni	Vaihteleva korkea taajuus	1-100 mV	-
Galvaaninen sinkkikenno AA ("sormi")	Pysyvä	1,5V	-
Litiumkenno	Pysyvä	3-3,5 V	-
Tietokonekomponenttien logiikkasignaalit _	Pulssi	3,3 V; 5 V	-
Paristotyyppi 6F22 ("Krona")	Pysyvä	9 V	-
Tietokonekomponenttien virtalähde _	Pysyvä	5V, 12V	-
Ajoneuvojen sähkölaitteet	Pysyvä	12/24 V	-
Virtalähde kannettavalle tietokoneelle ja LCD - näytöille	Pysyvä	19 V	-
"Turvallinen" pienjänniteverkko vaarallisiin ympäristöihin	muuttuja	12-42 V	-
Yablochkov-kynttilän vakaimman palamisen jännite	Pysyvä	55 V	-
Puhelinlinjan jännite (on-hook)	Pysyvä	60 V	-
Japanin tehojännite	Muuttuva kolmivaiheinen	100/172V	-
Yhdysvaltain kodin sähköjännite	Muuttuva kolmivaiheinen	120 V / 240 V ( jaettu vaihe )	-
Jännite kotitalouksien sähköverkoissa Venäjällä	Muuttuva kolmivaiheinen	220/380V	230/400 V
Sähköinen säteilypurkaus	Pysyvä	200-250 V asti	-
Raitiovaunu- ja johdinautoyhteysverkosto _	Pysyvä	550 V	600 V
Sähköinen ankeriaanpurkaus	Pysyvä	650 V asti	-
Metron yhteysverkosto	Pysyvä	750 V	825 V
Sähköistetyn rautatien yhteysverkko (Venäjä, tasavirta)	Pysyvä	3 kV	3,3 kV
Pienen tehon jakelu ilmajohdin	Muuttuva kolmivaiheinen	6-20 kV	6,6-22 kV
Voimalaitosgeneraattorit , tehokkaat sähkömoottorit	Muuttuva kolmivaiheinen	10-35 kV	-
Kineskoopin anodilla _	Pysyvä	7-30 kV	-
Staattinen sähkö	Pysyvä	1-100 kV	-
Auton sytytystulpassa _	Pulssi	10-25 kV	-
Sähköistetyn rautatien yhteysverkko (Venäjä, vaihtovirta)	muuttuja	25 kV	27,5 kV
Ilman hajoaminen 1 cm:n etäisyydellä		10-20 kV	-
Ruhmkorff kela	Pulssi	50 kV asti	-
1 cm:n paksuisen muuntajaöljykerroksen rikkoutuminen		100-200 kV	-
Suuritehoinen ilmajohto _	Muuttuva kolmivaiheinen	35 kV, 110 kV, 220 kV, 330 kV	38 kV, 120 kV, 240 kV, 360 kV
elektrofori kone	Pysyvä	50-500 kV	-
Erikoiskorkea jännite ilmajohto (järjestelmien välinen)	Muuttuva kolmivaiheinen	500 kV, 750 kV, 1150 kV	545 kV, 800 kV, 1250 kV
Teslan muuntaja	Pulssin korkea taajuus	useisiin MV:iin asti	-
Van de Graaff generaattori	Pysyvä	jopa 7 MV	-
ukkonen pilvi	Pysyvä	2-10 GW	-

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Miller M. A., Permitin G. V. Sähköjännite // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Suuri venäläinen tietosanakirja , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 s. - 48 000 kappaletta. — ISBN 5-85270-019-3 .
↑ Sähköjännite / Yuryev Yu. V. // Suuri venäläinen tietosanakirja : [35 nidettä] / ch. toim. Yu. S. Osipov . - M . : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.
↑ Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. Fysiikan kurssi. - 1977. - T. 2.

Kirjallisuus

Miller M. A., Permitin G. V. Sähköjännite // Physical Encyclopedia / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M .: Suuri venäläinen tietosanakirja , 1992. - T. 3. - S. 244-245. — 672 s. - 48 000 kappaletta. — ISBN 5-85270-019-3 .
Detlaf A. A., Yavorsky B. M., Milkovskaya L. B. . Fysiikan kurssi. sähköä ja magnetismia. - M . : "LUKIO", 1977. - T. 2.

Linkit

Sähköjännite // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
Potentiaalierosta, sähkömotorisesta voimasta ja jännitteestä
"Glossary.ru": Luonnontieteiden sanakirja.