Επιστολή χαρακτηρισμού Volt. Βολτ το

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά οποιουδήποτε ηλεκτρικού εξοπλισμού είναι η τάση και η κατανάλωση ενέργειας, σε σχέση με τα οποία σε οποιαδήποτε συσκευή (ή στο διαβατήριό της) υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με την ισχύ (Watts) και την τάση (Volts).

Volt (V ή V)είναι μια μονάδα μέτρησης για το ηλεκτρικό δυναμικό, την τάση, τη διαφορά δυναμικού και την ηλεκτροκινητική δύναμη.

Σύγκριση

Τα Volt και Watt είναι μονάδες μέτρησης για διάφορες ηλεκτρικές παραμέτρους.

1 Volt είναι η ποσότητα ηλεκτρικής τάσης στα άκρα του αγωγού που απαιτείται για την απελευθέρωση θερμότητας με ισχύ ίση με 1 watt με σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσω αυτού του αγωγού ίσο με ένα αμπέρ. Επίσης, το 1 Volt μπορεί να χαρακτηριστεί ως η διαφορά ηλεκτρικών δυναμικών μεταξύ δύο υπαρχόντων σημείων στην περίπτωση που για να μετακινηθεί ηλεκτρικό φορτίο 1 Coulomb από σημείο σε σημείο απαιτείται εργασία ίση με 1 Joule.

1 watt είναι η ποσότητα ισχύος στην οποία γίνεται εργασία ίση με ένα joule σε ένα δευτερόλεπτο. Επομένως, το Watt είναι μια μονάδα που προέρχεται από άλλες ποσότητες. Έτσι, για παράδειγμα, η ισχύς σχετίζεται με την τάση ως εξής: W \u003d V A, όπου το B είναι ένας δείκτης της τιμής της τάσης και το A είναι ένας δείκτης της ισχύος ρεύματος. Εκτός από τη μηχανική ισχύ, διακρίνεται και η ηλεκτρική και η θερμική ισχύς.

Ιστότοπος ευρημάτων

1. Το Watt (W ή W) είναι μια τυπική μονάδα ισχύος.
2. Το Volt (V ή V) είναι μια τυπική μονάδα μέτρησης για την τάση, τη διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού, το ηλεκτρικό δυναμικό και την ηλεκτροκινητική δύναμη.
3. Η ισχύς (W) οποιασδήποτε συσκευής μπορεί να υπολογιστεί πολλαπλασιάζοντας την τάση (V) με το ρεύμα (A). Το AMP (A) είναι μια τυπική μονάδα μέτρησης για την ισχύ ενός ηλεκτρικού ρεύματος.

Δεδομένου ότι ζούμε στην εποχή του ηλεκτρισμού, πολλοί από εμάς γνωρίζουμε την έννοια της ηλεκτρικής ενέργειας από την παιδική μας ηλικία. Τάση:Εξάλλου, μερικές φορές, εξερευνώντας τη γύρω πραγματικότητα, δεχθήκαμε ένα σημαντικό σοκ από αυτόν, έχοντας κρύψει από τους γονείς μας μερικά δάχτυλα στην πρίζα των ηλεκτρικών συσκευών. Από τότε που διαβάζετε αυτό το άρθρο, δεν σας έχει συμβεί τίποτα ιδιαίτερα τρομερό - είναι δύσκολο να ζήσετε στην εποχή του ηλεκτρισμού και να μην τον γνωρίσετε για λίγο. Με μια έννοια ηλεκτρικό δυναμικότο θέμα είναι κάπως πιο περίπλοκο.

Ως μαθηματική αφαίρεση, το ηλεκτρικό δυναμικό περιγράφεται καλύτερα κατ' αναλογία με τη δράση της βαρύτητας - οι μαθηματικοί τύποι είναι απολύτως παρόμοιοι, εκτός από το ότι δεν υπάρχουν αρνητικά βαρυτικά φορτία, αφού η μάζα είναι πάντα θετική και ταυτόχρονα, τα ηλεκτρικά φορτία είναι τόσο θετικά όσο και αρνητικά. Τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να προσελκύσουν και να απωθήσουν. Ως αποτέλεσμα, οι ενέργειες των βαρυτικών δυνάμεων του σώματος μπορούν μόνο να προσελκύσουν, αλλά δεν μπορούν να απωθήσουν. Αν μπορούσαμε να αντιμετωπίσουμε την αρνητική μάζα, θα κυριαρχούσαμε στην αντιβαρύτητα.

Η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού παίζει σημαντικό ρόλο στην περιγραφή των φαινομένων που σχετίζονται με τον ηλεκτρισμό. Εν συντομία, η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού περιγράφει την αλληλεπίδραση φορτίων που είναι διαφορετικά στο πρόσημο ή πανομοιότυπα ως προς το πρόσημο, ή ομάδες τέτοιων φορτίων.

Από το μάθημα της σχολικής φυσικής και από την καθημερινή εμπειρία, γνωρίζουμε ότι όταν σκαρφαλώνουμε σε ένα βουνό, ξεπερνάμε τη δύναμη της βαρύτητας της Γης και, ως εκ τούτου, κάνουμε εργασία ενάντια στις δυνάμεις έλξης που δρουν σε ένα δυνητικό βαρυτικό πεδίο. Δεδομένου ότι έχουμε κάποια μάζα, η Γη προσπαθεί να μειώσει τις δυνατότητές μας - να μας παρασύρει προς τα κάτω, κάτι που της επιτρέπουμε με χαρά να κάνει σκι και σνόουμπορντ με ταχύτητα. Ομοίως, το ηλεκτρικό πεδίο δυναμικού προσπαθεί να συγκεντρώσει διαφορετικά φορτία και να απωθήσει παρόμοια.

Αυτό συνεπάγεται το συμπέρασμα ότι κάθε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα προσπαθεί να μειώσει το δυναμικό του πλησιάζοντας όσο το δυνατόν πιο κοντά σε μια ισχυρή πηγή ηλεκτρικού πεδίου του αντίθετου πρόσημου, εάν δεν υπάρχουν δυνάμεις που το εμποδίζουν. Στην περίπτωση των φορτίων με το ίδιο όνομα, κάθε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα προσπαθεί να μειώσει το δυναμικό του μετακινώντας όσο το δυνατόν πιο μακριά από μια ισχυρή πηγή ηλεκτρικού πεδίου του ίδιου σημείου, εάν καμία δύναμη δεν το εμποδίζει. Και αν παρεμβαίνουν, τότε το δυναμικό δεν αλλάζει - ενώ στέκεστε σε επίπεδο έδαφος στην κορυφή του βουνού, η δύναμη της βαρυτικής έλξης της Γης αντισταθμίζεται από την αντίδραση της υποστήριξης και τίποτα δεν σας τραβάει προς τα κάτω, μόνο το βάρος σας πατάει στα σκι. Αλλά πρέπει απλά να πιέσετε...

Ομοίως, το πεδίο που δημιουργείται από κάποιο φορτίο δρα σε οποιοδήποτε φορτίο, δημιουργώντας ένα δυναμικό για τη μηχανική του κίνηση προς τον εαυτό του ή μακριά από τον εαυτό του, ανάλογα με το πρόσημο του φορτίου των σωμάτων που αλληλεπιδρούν.

Ηλεκτρικό δυναμικό

Η χρέωση τέθηκε σε ηλεκτρικό πεδίο, έχει ένα ορισμένο ποσό ενέργειας, δηλ. την ικανότητα να κάνει δουλειά. Για να χαρακτηριστεί η ενέργεια που αποθηκεύεται σε κάθε σημείο του ηλεκτρικού πεδίου, εισάγεται μια ειδική έννοια - το ηλεκτρικό δυναμικό. Το δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου σε ένα δεδομένο σημείο είναι ίσο με το έργο που μπορούν να κάνουν οι δυνάμεις αυτού του πεδίου όταν μετακινούν μια μονάδα θετικού φορτίου από αυτό το σημείο έξω από το πεδίο.

Επιστρέφοντας στην αναλογία με το βαρυτικό πεδίο, μπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού είναι παρόμοια με την έννοια του επιπέδου διαφόρων σημείων στην επιφάνεια της γης. Δηλαδή, όπως θα δούμε παρακάτω, η εργασία για την ανύψωση ενός σώματος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας εξαρτάται από το πόσο ψηλά ανεβάζουμε το σώμα, και ομοίως, η εργασία για την απομάκρυνση ενός φορτίου από το άλλο εξαρτάται από το πόσο μακριά είναι αυτά τα φορτία.

Φανταστείτε τον ήρωα του αρχαίου ελληνικού κόσμου, τον Σίσυφο. Για τις αμαρτίες του στην επίγεια ζωή, οι θεοί καταδίκασαν τον Σίσυφο να κάνει σκληρή, χωρίς νόημα δουλειά στη μετά θάνατον ζωή, κυλώντας μια τεράστια πέτρα στην κορυφή ενός βουνού. Προφανώς, για να σηκώσει μια πέτρα στα μισά του βουνού, ο Σίσυφος χρειάζεται να ξοδέψει τη μισή δουλειά από αυτή για να σηκώσει μια πέτρα στην κορυφή. Περαιτέρω, η πέτρα, με τη θέληση των θεών, κύλησε από το βουνό, κάνοντας κάποια δουλειά. Φυσικά, μια πέτρα υψώθηκε στην κορυφή ενός βουνού ψηλά H(επίπεδο Η), κατά την κατάβαση θα μπορεί να κάνει καλή δουλειάπαρά μια πέτρα υψωμένη στο επίπεδο H/2. Συνηθίζεται να θεωρείται η στάθμη της θάλασσας ως η στάθμη μηδέν, από την οποία μετράται το ύψος.

Κατ' αναλογία, το ηλεκτρικό δυναμικό της επιφάνειας της γης θεωρείται μηδενικό δυναμικό, δηλαδή

φΓη = 0

όπου ϕ Γη είναι ο προσδιορισμός του ηλεκτρικού δυναμικού της Γης, το οποίο είναι μια κλιμακωτή τιμή (ϕ είναι ένα γράμμα του ελληνικού αλφαβήτου και διαβάζεται ως "phi").

Αυτή η τιμή χαρακτηρίζει ποσοτικά την ικανότητα του πεδίου να κάνει εργασία (W) για να μετακινήσει κάποιο φορτίο (q) από ένα δεδομένο σημείο του πεδίου σε άλλο σημείο:

ϕ = W/q

Στο σύστημα SI, η μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού είναι το βολτ (V).

Τάση

Ένας από τους ορισμούς της ηλεκτρικής τάσης την περιγράφει ως διαφορά στα ηλεκτρικά δυναμικά, η οποία καθορίζεται από τον τύπο:

V = ϕ1 – ϕ2

Η έννοια της τάσης εισήχθη από έναν Γερμανό φυσικό Γκέοργκ Ωμστο έργο του 1827, το οποίο πρότεινε ένα υδροδυναμικό μοντέλο ηλεκτρικού ρεύματος για να εξηγήσει τον εμπειρικό νόμο του Ohm που ανακάλυψε το 1826:

V = I∙R,

όπου V είναι η διαφορά δυναμικού, I είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και R είναι η αντίσταση.

Ένας άλλος ορισμός της ηλεκτρικής τάσης παρουσιάζεται ως ο λόγος του έργου του πεδίου για τη μετακίνηση του φορτίου στον αγωγό προς το μέγεθος του φορτίου.

Για αυτόν τον ορισμό, η μαθηματική έκφραση για το στρες περιγράφεται από τον τύπο:

V=A/q

Η τάση, όπως και το ηλεκτρικό δυναμικό, μετράται σε βολτ(V) και τα δεκαδικά πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια του - μικροβολτ (εκατομμύριο βολτ, μV), μιλιβολτ (το χιλιοστό του βολτ, mV), κιλοβολτ (χιλιάδες βολτ, kV) και μεγαβολτ (εκατομμύρια βολτ, MV).

Τάση 1 V θεωρείται η τάση ενός ηλεκτρικού πεδίου που κάνει έργο 1 J για να μετακινήσει φορτίο 1 C. Η διάσταση της τάσης στο σύστημα SI ορίζεται ως

B \u003d kg m² / (A s³)

Η τάση μπορεί να δημιουργηθεί από διάφορες πηγές: βιολογικά αντικείμενα, τεχνικές συσκευές, ακόμη και διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα.

Το στοιχειώδες στοιχείο κάθε βιολογικού αντικειμένου είναι ένα στοιχείο, το οποίο, από την άποψη του ηλεκτρισμού, είναι μια ηλεκτροχημική γεννήτρια χαμηλής τάσης. Ορισμένα όργανα των ζωντανών όντων, όπως η καρδιά, που είναι μια συλλογή κυττάρων, παράγουν υψηλότερη τάση. Είναι περίεργο ότι τα πιο προηγμένα αρπακτικά των θαλασσών και των ωκεανών μας - καρχαρίες διαφόρων ειδών - διαθέτουν έναν εξαιρετικά ευαίσθητο αισθητήρα τάσης που ονομάζεται όργανο πλευρικής γραμμής, και επιτρέποντάς τους να ανιχνεύουν με ακρίβεια τη λεία τους με τον καρδιακό παλμό. Ξεχωριστά, ίσως, αξίζει να αναφέρουμε τα ηλεκτρικά τσούχτρα και τα χέλια, τα οποία αναπτύχθηκαν στη διαδικασία της εξέλιξης για να νικήσουν το θήραμα και να αποκρούσουν τις επιθέσεις στον εαυτό τους, την ικανότητα να δημιουργούν τάσεις άνω των 1000 V!

Αν και οι άνθρωποι παράγουν ηλεκτρισμό και έτσι δημιουργούν μια διαφορά δυναμικού (τάση) τρίβοντας ένα κομμάτι κεχριμπαριού στο μαλλί από την αρχαιότητα, ιστορικά, η πρώτη τεχνική γεννήτρια τάσης ήταν γαλβανικό στοιχείο. Εφευρέθηκε από έναν Ιταλό επιστήμονα και γιατρό Λουίτζι Γκαλβάνι, ο οποίος ανακάλυψε το φαινόμενο της εμφάνισης διαφοράς δυναμικού κατά την επαφή ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙμέταλλο και ηλεκτρολύτη. Η περαιτέρω ανάπτυξη αυτής της ιδέας πραγματοποιήθηκε από έναν άλλο Ιταλό φυσικό Αλεσάντρο Βόλτα. Η Volta ήταν η πρώτη που τοποθέτησε πλάκες ψευδαργύρου και χαλκού σε οξύ για να παράγει συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα, δημιουργώντας την πρώτη πηγή χημικού ρεύματος στον κόσμο. Συνδέοντας πολλές τέτοιες πηγές σε σειρά, δημιούργησε μια χημική μπαταρία, τη λεγόμενη "Βολταϊκός πυλώνας", χάρη στην οποία κατέστη δυνατή η λήψη ηλεκτρικής ενέργειας μέσω χημικών αντιδράσεων.

Λόγω των πλεονεκτημάτων στη δημιουργία αξιόπιστων ηλεκτροχημικών πηγών τάσης, που έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην περαιτέρω μελέτη ηλεκτροφυσικών και ηλεκτροχημικών φαινομένων, η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης, το Volt, πήρε το όνομά του από το Volt.

Μεταξύ των δημιουργών των γεννητριών τάσης, είναι απαραίτητο να σημειωθεί ο Ολλανδός φυσικός Van der Graaffπου δημιούργησε γεννήτρια υψηλής τάσης , το οποίο βασίζεται στην αρχαία ιδέα του διαχωρισμού των φορτίων με χρήση τριβής - θυμηθείτε το κεχριμπάρι!

Οι πατέρες των σύγχρονων γεννητριών τάσης ήταν δύο αξιόλογοι Αμερικανοί εφευρέτες - Τόμας Έντισονκαι Νίκολα Τέσλα. Ο τελευταίος ήταν υπάλληλος στην εταιρεία του Έντισον, αλλά οι δύο ηλεκτρικές ιδιοφυΐες διέφεραν στις απόψεις τους σχετικά με τον τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ως αποτέλεσμα του επόμενου πολέμου διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, κέρδισε όλη η ανθρωπότητα - οι αναστρέψιμες μηχανές του Edison βρήκαν τη θέση τους με τη μορφή γεννητριών και κινητήρων. συνεχές ρεύμα, που αριθμούνται σε δισεκατομμύρια συσκευές - απλώς κοιτάξτε κάτω από το καπό του αυτοκινήτου σας ή απλώς πατήστε το κουμπί του ηλεκτρικού παραθύρου ή ενεργοποιήστε το μπλέντερ. και τρόπους δημιουργίας εναλλασσόμενης τάσης με τη μορφή γεννητριών εναλλασσόμενο ρεύμα, συσκευές για τη μετατροπή του με τη μορφή μετασχηματιστών τάσης και γραμμές μεταφοράς σε μεγάλες αποστάσεις και αμέτρητες συσκευές για την εφαρμογή του ανήκουν δικαιωματικά στην Tesla. Ο αριθμός τους δεν είναι σε καμία περίπτωση κατώτερος από τον αριθμό των συσκευών Edison - οι ανεμιστήρες, τα ψυγεία, τα κλιματιστικά και οι ηλεκτρικές σκούπες λειτουργούν σύμφωνα με τις αρχές της Tesla και μια σειρά από άλλες χρήσιμες συσκευές, η περιγραφή των οποίων ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.

Φυσικά, οι επιστήμονες αργότερα δημιούργησαν άλλες γεννήτριες τάσης με βάση άλλες αρχές, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης ενέργειας πυρηνικής διάσπασης. Έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμεύουν ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για τους διαστημικούς αγγελιοφόρους της ανθρωπότητας στο βαθύ διάστημα.

Αλλά η πιο ισχυρή πηγή ηλεκτρικής τάσης στη Γη, εκτός από μεμονωμένες επιστημονικές εγκαταστάσεις, εξακολουθούν να είναι οι φυσικές ατμοσφαιρικές διεργασίες.

Κάθε δευτερόλεπτο, πάνω από 2 χιλιάδες καταιγίδες βουίζουν στη Γη, δηλαδή, δεκάδες χιλιάδες φυσικές γεννήτριες Van der Graaff λειτουργούν ταυτόχρονα, δημιουργώντας τάσεις εκατοντάδων kilovolt, εκφορτίζοντας με ρεύμα δεκάδων κιλοαμπέρ με τη μορφή κεραυνού. Αλλά, παραδόξως, η ισχύς των γεννητριών της γης δεν μπορεί να συγκριθεί με τη δύναμη των ηλεκτρικών καταιγίδων που συμβαίνουν στην αδελφή της Γης - την Αφροδίτη - για να μην αναφέρουμε τεράστιους πλανήτες όπως ο Δίας και ο Κρόνος.

Χαρακτηριστικά τάσης

Η τάση χαρακτηρίζεται από το μέγεθος και το σχήμα της. Όσον αφορά τη συμπεριφορά του με την πάροδο του χρόνου, γίνεται διάκριση μεταξύ σταθερής τάσης (δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου), απεριοδικής τάσης (μεταβαλλόμενη με την πάροδο του χρόνου) και εναλλασσόμενης τάσης (μεταβαλλόμενη με την πάροδο του χρόνου σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο νόμο και, κατά κανόνα, επαναλαμβάνεται μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα). Μερικές φορές, για τη λύση ορισμένων στόχων, η ταυτόχρονη παρουσία μόνιμου και AC τάση. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για τάση εναλλασσόμενου ρεύματος με σταθερή συνιστώσα.

Στην ηλεκτρική μηχανική, οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος (δυναμό) χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας σχετικά σταθερής τάσης. υψηλή ισχύς, στα ηλεκτρονικά, χρησιμοποιούνται πηγές ακριβείας DC τάσης σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα, τα οποία ονομάζονται σταθεροποιητές.

Μέτρηση τάσης

Η μέτρηση τάσης παίζει μεγάλο ρόλο στη θεμελιώδη φυσική και χημεία, στην εφαρμοσμένη ηλεκτρολογία και ηλεκτροχημεία, στην ηλεκτρονική και στην ιατρική, και σε πολλούς άλλους κλάδους της επιστήμης και της τεχνολογίας. Είναι ίσως δύσκολο να βρεθούν κλάδοι ανθρώπινης δραστηριότητας, εξαιρουμένων των δημιουργικών περιοχών όπως η αρχιτεκτονική, η μουσική ή η ζωγραφική, όπου η μέτρηση της τάσης δεν θα έλεγχε τις συνεχιζόμενες διαδικασίες χρησιμοποιώντας διάφορους αισθητήρες, οι οποίοι στην πραγματικότητα είναι μετατροπείς φυσικών μεγεθών σε τάση. Αν και αξίζει να σημειωθεί ότι στην εποχή μας, αυτοί οι τύποι ανθρώπινης δραστηριότητας δεν μπορούν να κάνουν χωρίς ηλεκτρική ενέργεια γενικά και χωρίς τάση ειδικότερα. Οι καλλιτέχνες χρησιμοποιούν ταμπλέτες που μετρούν την τάση των χωρητικών αισθητήρων όταν ένα στυλό μετακινείται πάνω τους. Οι συνθέτες παίζουν ηλεκτρονικά όργανα, τα οποία μετρούν την τάση στους αισθητήρες των πλήκτρων και, ανάλογα με αυτήν, καθορίζουν πόσο δυνατά πατιέται το ένα ή το άλλο πλήκτρο. Οι αρχιτέκτονες χρησιμοποιούν AutoCAD και tablet, τα οποία μετρούν επίσης το στρες, τα οποία μετατρέπονται σε αριθμητική μορφή και επεξεργάζονται από υπολογιστή.

Οι μετρούμενες τιμές τάσης μπορούν να ποικίλλουν σε ένα ευρύ φάσμα: από κλάσματα ενός μικροβολτ σε μελέτες βιολογικών διεργασιών, έως εκατοντάδες βολτ σε οικιακές και βιομηχανικές συσκευές και συσκευές και έως δεκάδες εκατομμύρια βολτ σε υπερισχυρούς επιταχυντές. στοιχειώδη σωματίδια. Η μέτρηση τάσης μας επιτρέπει να παρακολουθούμε την κατάσταση μεμονωμένων οργάνων ανθρώπινο σώμαμε την αφαίρεση εγκεφαλογραφήματαεγκεφαλική δραστηριότητα. Ηλεκτροκαρδιογραφήματακαι υπερηχοκαρδιογραφήματαπαρέχουν πληροφορίες για την κατάσταση του καρδιακού μυός. Με τη βοήθεια διαφόρων βιομηχανικών αισθητήρων, ελέγχουμε με επιτυχία και, κυρίως, με ασφάλεια, τις διαδικασίες παραγωγής χημικών, που μερικές φορές συμβαίνουν σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες. Και ακόμη και οι πυρηνικές διεργασίες των πυρηνικών σταθμών μπορούν να ελεγχθούν με τη μέτρηση των τάσεων. Με τη βοήθεια μετρήσεων τάσης, οι μηχανικοί παρακολουθούν την κατάσταση γεφυρών, κτιρίων και κατασκευών, ακόμη και αντιστέκονται σε μια τέτοια τρομερή φυσική δύναμη όπως οι σεισμοί.

Η λαμπρή ιδέα της σύνδεσης διαφόρων τιμών των επιπέδων τάσης με τις τιμές της κατάστασης των μονάδων πληροφοριών έδωσε ώθηση στη δημιουργία σύγχρονων ψηφιακές συσκευέςκαι τεχνολογίες. Στους υπολογιστές, ένα επίπεδο χαμηλής τάσης αντιμετωπίζεται ως λογικό μηδέν (0), και ένα επίπεδο υψηλής τάσης αντιμετωπίζεται ως λογικό (1).

Στην πραγματικότητα, όλες οι σύγχρονες συσκευές τεχνολογίας υπολογιστών είναι, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, συγκριτές τάσης (συσκευές μέτρησης), που μετατρέπουν τις καταστάσεις εισόδου τους σε σήματα εξόδου σύμφωνα με ορισμένους αλγόριθμους.

Μεταξύ άλλων, οι ακριβείς μετρήσεις τάσης αποτελούν τη βάση πολλών σύγχρονων προτύπων, η εφαρμογή των οποίων εγγυάται την απόλυτη συμμόρφωσή τους και κατά συνέπεια την ασφαλή χρήση τους.

Όργανα μέτρησης τάσης

Κατά τη διάρκεια της μελέτης και της κατανόησης του κόσμου γύρω μας, οι μέθοδοι και τα μέσα μέτρησης της τάσης έχουν εξελιχθεί σημαντικά από την αρχέγονη οργανοληπτικές μεθόδους- Ο Ρώσος επιστήμονας Petrov έκοψε μέρος του επιθηλίου στα δάχτυλα για να αυξήσει την ευαισθησία στη δράση του ηλεκτρικού ρεύματος - στους απλούστερους δείκτες τάσης και σύγχρονες συσκευέςδιάφορα σχέδια που βασίζονται στις ηλεκτροδυναμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες διαφόρων ουσιών.

Παρεμπιπτόντως, οι αρχάριοι ραδιοερασιτέχνες ξεχώρισαν εύκολα μια «εργαζόμενη» επίπεδη μπαταρία 4,5 V από μια «εξαντλημένη» χωρίς συσκευές λόγω της πλήρους απουσίας τους, απλά γλείφοντας τα ηλεκτρόδιά της. Οι ηλεκτροχημικές διεργασίες που έγιναν ταυτόχρονα έδωσαν μια αίσθηση κάποιας γεύσης και ένα ελαφρύ αίσθημα καψίματος. Μεμονωμένες εξέχουσες προσωπικότητες ανέλαβαν να καθορίσουν την καταλληλότητα των μπαταριών με αυτόν τον τρόπο ακόμα και στα 9 V, κάτι που απαιτούσε μεγάλη αντοχή και θάρρος!

Ένα παράδειγμα του απλούστερου δείκτη - ένας αισθητήρας τάσης δικτύου - είναι ένας συνηθισμένος λαμπτήρας πυρακτώσεως με τάση λειτουργίας όχι χαμηλότερη από την τάση δικτύου. Στην πώληση υπάρχουν απλοί αισθητήρες τάσης σε λαμπτήρες νέον και LED που καταναλώνουν χαμηλά ρεύματα. Προσοχή, χρήση αυτοσχέδια σχέδιαμπορεί να είναι επικίνδυνο για τη ζωή σας!

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι συσκευές μέτρησης τάσης (βολτόμετρα) διαφέρουν πολύ μεταξύ τους, κυρίως στον τύπο της μετρούμενης τάσης - αυτές μπορεί να είναι συσκευές συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος. Γενικά, σε πρακτική μέτρησηςη συμπεριφορά της μετρούμενης τάσης είναι σημαντική - μπορεί να είναι συνάρτηση του χρόνου και να έχει διαφορετικό σχήμα - να είναι σταθερή, αρμονική, μη αρμονική, παλμική κ.λπ., και η τιμή της χρησιμοποιείται συνήθως για τον χαρακτηρισμό των τρόπων λειτουργίας των ηλεκτρικών κυκλώματα και συσκευές (χαμηλό ρεύμα και ισχύ).

Υπάρχουν οι ακόλουθες τιμές τάσης:

• στιγμή,
• εύρος,
• μέση τιμή,
• rms (ενεργό).

Η στιγμιαία τιμή τάσης U i (βλ. σχήμα) είναι η τιμή τάσης σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Μπορεί να παρατηρηθεί στην οθόνη του παλμογράφου και να προσδιοριστεί για κάθε χρονική στιγμή από τον παλμογράφο.

Η τιμή πλάτους (αιχμής) της τάσης U a είναι η μεγαλύτερη στιγμιαία τιμή τάσης για την περίοδο. Η αιώρηση τάσης U p-p είναι μια τιμή ίση με τη διαφορά μεταξύ της μεγαλύτερης και της μικρότερης τιμής τάσης για την περίοδο.

Τιμή τάσης RMS (rms) U rms ορίζεται ως η τετραγωνική ρίζα του μέσου όρου κατά την περίοδο του τετραγώνου των στιγμιαίων τιμών τάσης.

Όλοι οι δείκτης και τα ψηφιακά βολτόμετρα συνήθως βαθμονομούνται σε τάση rms.

Η μέση τιμή (σταθερή συνιστώσα) της τάσης είναι ο αριθμητικός μέσος όρος όλων των στιγμιαίων τιμών της κατά τη διάρκεια της μέτρησης.

Η μέση διορθωμένη τάση ορίζεται ως ο αριθμητικός μέσος όρος των απόλυτων στιγμιαίων τιμών για μια περίοδο.

Η διαφορά μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής της τάσης σήματος ονομάζεται πλάτος σήματος.

Τώρα, βασικά, τόσο πολυλειτουργικά ψηφιακά όργανα όσο και παλμογράφοι χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της τάσης - οι οθόνες τους εμφανίζουν όχι μόνο το σχήμα τάσης, αλλά και τα βασικά χαρακτηριστικά του σήματος. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν επίσης τη συχνότητα αλλαγής των περιοδικών σημάτων, επομένως, στην τεχνική μέτρησης, το όριο συχνότητας των μετρήσεων οργάνων είναι σημαντικό.

Μέτρηση τάσης με παλμογράφο

Μια απεικόνιση των παραπάνω θα είναι μια σειρά πειραμάτων για τη μέτρηση τάσεων χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια σήματος, μια πηγή σταθερής τάσης, έναν παλμογράφο και ένα πολυλειτουργικό ψηφιακό όργανο (πολύμετρο).

Πείραμα #1

Το γενικό σχήμα του πειράματος Νο. 1 παρουσιάζεται παρακάτω:

Η γεννήτρια σήματος είναι φορτωμένη με αντίσταση φορτίου R1 1 kOhm, τα άκρα μέτρησης του παλμογράφου και του πολύμετρου συνδέονται παράλληλα με την αντίσταση. Κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων, λαμβάνουμε υπόψη το γεγονός ότι η συχνότητα λειτουργίας του παλμογράφου είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συχνότητα λειτουργίας του πολύμετρου.

Εμπειρία 1:Εφαρμόζουμε ένα ημιτονοειδές σήμα από μια γεννήτρια με συχνότητα 60 hertz και πλάτος 4 βολτ στην αντίσταση φορτίου. Στην οθόνη του παλμογράφου, θα παρατηρήσουμε την εικόνα που φαίνεται παρακάτω. Σημειώστε ότι η κατακόρυφη διαίρεση κλίμακας της οθόνης του παλμογράφου είναι 2 V. Το πολύμετρο και ο παλμογράφος θα δείχνουν τάση 1,36 V RMS.

Εμπειρία 2:Ας διπλασιάσουμε το σήμα από τη γεννήτρια, το εύρος της εικόνας στον παλμογράφο θα διπλασιαστεί ακριβώς και το πολύμετρο θα δείξει διπλάσια τιμή τάσης:

Εμπειρία 3:Ας αυξήσουμε τη συχνότητα της γεννήτριας κατά 100 φορές (6 kHz), ενώ η συχνότητα σήματος στον παλμογράφο θα αλλάξει, αλλά το πλάτος και η μέση τετραγωνική τιμή της ρίζας θα παραμείνουν ίδιες και οι ενδείξεις του πολύμετρου θα γίνουν λανθασμένες - η επιτρεπόμενη λειτουργία εύρος συχνοτήτωνπολύμετρο 0-400 Hz:

Εμπειρία 4:Ας επιστρέψουμε στην αρχική συχνότητα των 60 Hz και στην τάση της γεννήτριας σήματος 4 V, αλλά αλλάξουμε την κυματομορφή από ημιτονοειδή σε τριγωνική. Το εύρος της εικόνας στον παλμογράφο παρέμεινε το ίδιο και οι ενδείξεις του πολύμετρου μειώθηκαν σε σύγκριση με την τιμή τάσης που έδειξε στο πείραμα Νο. 1, καθώς η πραγματική τάση σήματος άλλαξε:

Πείραμα #2

Το σχήμα του πειράματος Νο. 2 είναι παρόμοιο με το σχήμα του πειράματος 1.

Με το κουμπί για την αλλαγή της τάσης πόλωσης στη γεννήτρια σήματος, προσθέστε μια μετατόπιση 1 V. Στη γεννήτρια σήματος, ρυθμίστε την ημιτονοειδή τάση με ταλάντευση 4 V με συχνότητα 60 Hz - όπως στο πείραμα Νο. 1. Το σήμα στον παλμογράφο θα ανέβει μισό μεγάλο τμήμα και το πολύμετρο θα δείχνει 1,33 Vrms. Το πολύμετρο θα δείξει σχεδόν την ίδια τάση όπως στο πείραμα 1 του πειράματος Νο. 1, αφού έχει κλειστή είσοδο και ένας παλμογράφος με ανοιχτή είσοδο θα δείξει αυξημένη πραγματική τιμή του αθροίσματος των άμεσων και εναλλασσόμενων τάσεων, η οποία είναι μεγαλύτερη από την πραγματική τιμή της τάσης χωρίς σταθερή συνιστώσα:

Ασφάλεια μέτρησης τάσης

Δεδομένου ότι, ανάλογα με την κατηγορία ασφαλείας του δωματίου και την κατάστασή του, ακόμη και οι σχετικά χαμηλές τάσεις του επιπέδου 12–36 V μπορεί να είναι απειλητικές για τη ζωή, πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθοι κανόνες:

1. Μην πραγματοποιείτε μετρήσεις τάσης που απαιτούν ορισμένες επαγγελματικές δεξιότητες (πάνω από 1000 V).
2. Μην μετράτε τάσεις σε δυσπρόσιτα σημεία ή σε ύψη.
3. Κατά τη μέτρηση τάσεων σε οικιακό δίκτυο, χρησιμοποιήστε ειδικά μέσα προστασίας από ζημιές ηλεκτροπληξία(λαστιχένια γάντια, πατάκια, μπότες ή μπότες).
4. Χρησιμοποιήστε το σωστό εργαλείο μέτρησης.
5. Σε περίπτωση χρήσης πολυλειτουργικών οργάνων (πολύμετρα), ακολουθήστε τα σωστή εγκατάστασημετρούμενη παράμετρο και την τιμή της πριν από τη μέτρηση.
6. Χρησιμοποιήστε μια συσκευή μέτρησης με ανιχνευτές που μπορούν να επισκευαστούν.
7. Ακολουθήστε αυστηρά τις οδηγίες του κατασκευαστή για τη χρήση της συσκευής μέτρησης.

Δεδομένου ότι ζούμε στην εποχή του ηλεκτρισμού, πολλοί από εμάς γνωρίζουμε την έννοια της ηλεκτρικής ενέργειας από την παιδική μας ηλικία. Τάση:Εξάλλου, μερικές φορές, εξερευνώντας τη γύρω πραγματικότητα, δεχθήκαμε ένα σημαντικό σοκ από αυτόν, έχοντας κρύψει από τους γονείς μας μερικά δάχτυλα στην πρίζα των ηλεκτρικών συσκευών. Από τότε που διαβάζετε αυτό το άρθρο, δεν σας έχει συμβεί τίποτα ιδιαίτερα τρομερό - είναι δύσκολο να ζήσετε στην εποχή του ηλεκτρισμού και να μην τον γνωρίσετε για λίγο. Με μια έννοια ηλεκτρικό δυναμικότο θέμα είναι κάπως πιο περίπλοκο.

Ως μαθηματική αφαίρεση, το ηλεκτρικό δυναμικό περιγράφεται καλύτερα κατ' αναλογία με τη δράση της βαρύτητας - οι μαθηματικοί τύποι είναι απολύτως παρόμοιοι, εκτός από το ότι δεν υπάρχουν αρνητικά βαρυτικά φορτία, αφού η μάζα είναι πάντα θετική και ταυτόχρονα, τα ηλεκτρικά φορτία είναι τόσο θετικά όσο και αρνητικά. Τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να προσελκύσουν και να απωθήσουν. Ως αποτέλεσμα, οι ενέργειες των βαρυτικών δυνάμεων του σώματος μπορούν μόνο να προσελκύσουν, αλλά δεν μπορούν να απωθήσουν. Αν μπορούσαμε να αντιμετωπίσουμε την αρνητική μάζα, θα κυριαρχούσαμε στην αντιβαρύτητα.

Η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού παίζει σημαντικό ρόλο στην περιγραφή των φαινομένων που σχετίζονται με τον ηλεκτρισμό. Εν συντομία, η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού περιγράφει την αλληλεπίδραση φορτίων που είναι διαφορετικά στο πρόσημο ή πανομοιότυπα ως προς το πρόσημο, ή ομάδες τέτοιων φορτίων.

Από το μάθημα της σχολικής φυσικής και από την καθημερινή εμπειρία, γνωρίζουμε ότι όταν σκαρφαλώνουμε σε ένα βουνό, ξεπερνάμε τη δύναμη της βαρύτητας της Γης και, ως εκ τούτου, κάνουμε εργασία ενάντια στις δυνάμεις έλξης που δρουν σε ένα δυνητικό βαρυτικό πεδίο. Δεδομένου ότι έχουμε κάποια μάζα, η Γη προσπαθεί να μειώσει τις δυνατότητές μας - να μας παρασύρει προς τα κάτω, κάτι που της επιτρέπουμε με χαρά να κάνει σκι και σνόουμπορντ με ταχύτητα. Ομοίως, το ηλεκτρικό πεδίο δυναμικού προσπαθεί να συγκεντρώσει διαφορετικά φορτία και να απωθήσει παρόμοια.

Αυτό συνεπάγεται το συμπέρασμα ότι κάθε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα προσπαθεί να μειώσει το δυναμικό του πλησιάζοντας όσο το δυνατόν πιο κοντά σε μια ισχυρή πηγή ηλεκτρικού πεδίου του αντίθετου πρόσημου, εάν δεν υπάρχουν δυνάμεις που το εμποδίζουν. Στην περίπτωση των φορτίων με το ίδιο όνομα, κάθε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα προσπαθεί να μειώσει το δυναμικό του μετακινώντας όσο το δυνατόν πιο μακριά από μια ισχυρή πηγή ηλεκτρικού πεδίου του ίδιου σημείου, εάν καμία δύναμη δεν το εμποδίζει. Και αν παρεμβαίνουν, τότε το δυναμικό δεν αλλάζει - ενώ στέκεστε σε επίπεδο έδαφος στην κορυφή του βουνού, η δύναμη της βαρυτικής έλξης της Γης αντισταθμίζεται από την αντίδραση της υποστήριξης και τίποτα δεν σας τραβάει προς τα κάτω, μόνο το βάρος σας πατάει στα σκι. Αλλά πρέπει απλά να πιέσετε...

Ομοίως, το πεδίο που δημιουργείται από κάποιο φορτίο δρα σε οποιοδήποτε φορτίο, δημιουργώντας ένα δυναμικό για τη μηχανική του κίνηση προς τον εαυτό του ή μακριά από τον εαυτό του, ανάλογα με το πρόσημο του φορτίου των σωμάτων που αλληλεπιδρούν.

Ηλεκτρικό δυναμικό

Ένα φορτίο που εισάγεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο έχει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας, δηλ. την ικανότητα να κάνει εργασία. Για να χαρακτηριστεί η ενέργεια που αποθηκεύεται σε κάθε σημείο του ηλεκτρικού πεδίου, εισάγεται μια ειδική έννοια - το ηλεκτρικό δυναμικό. Το δυναμικό του ηλεκτρικού πεδίου σε ένα δεδομένο σημείο είναι ίσο με το έργο που μπορούν να κάνουν οι δυνάμεις αυτού του πεδίου όταν μετακινούν μια μονάδα θετικού φορτίου από αυτό το σημείο έξω από το πεδίο.

Επιστρέφοντας στην αναλογία με το βαρυτικό πεδίο, μπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι η έννοια του ηλεκτρικού δυναμικού είναι παρόμοια με την έννοια του επιπέδου διαφόρων σημείων στην επιφάνεια της γης. Δηλαδή, όπως θα δούμε παρακάτω, η εργασία για την ανύψωση ενός σώματος πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας εξαρτάται από το πόσο ψηλά ανεβάζουμε το σώμα, και ομοίως, η εργασία για την απομάκρυνση ενός φορτίου από το άλλο εξαρτάται από το πόσο μακριά είναι αυτά τα φορτία.

Φανταστείτε τον ήρωα του αρχαίου ελληνικού κόσμου, τον Σίσυφο. Για τις αμαρτίες του στην επίγεια ζωή, οι θεοί καταδίκασαν τον Σίσυφο να κάνει σκληρή, χωρίς νόημα δουλειά στη μετά θάνατον ζωή, κυλώντας μια τεράστια πέτρα στην κορυφή ενός βουνού. Προφανώς, για να σηκώσει μια πέτρα στα μισά του βουνού, ο Σίσυφος χρειάζεται να ξοδέψει τη μισή δουλειά από αυτή για να σηκώσει μια πέτρα στην κορυφή. Περαιτέρω, η πέτρα, με τη θέληση των θεών, κύλησε από το βουνό, κάνοντας κάποια δουλειά. Φυσικά, μια πέτρα υψώθηκε στην κορυφή ενός βουνού ψηλά H(επίπεδο Η), όταν κατεβαίνει, θα μπορεί να κάνει περισσότερη δουλειά από μια πέτρα ανυψωμένη στο επίπεδο H/2. Συνηθίζεται να θεωρείται η στάθμη της θάλασσας ως η στάθμη μηδέν, από την οποία μετράται το ύψος.

Κατ' αναλογία, το ηλεκτρικό δυναμικό της επιφάνειας της γης θεωρείται μηδενικό δυναμικό, δηλαδή

φΓη = 0

όπου ϕ Γη είναι ο προσδιορισμός του ηλεκτρικού δυναμικού της Γης, το οποίο είναι μια κλιμακωτή τιμή (ϕ είναι ένα γράμμα του ελληνικού αλφαβήτου και διαβάζεται ως "phi").

Αυτή η τιμή χαρακτηρίζει ποσοτικά την ικανότητα του πεδίου να κάνει εργασία (W) για να μετακινήσει κάποιο φορτίο (q) από ένα δεδομένο σημείο του πεδίου σε άλλο σημείο:

ϕ = W/q

Στο σύστημα SI, η μονάδα ηλεκτρικού δυναμικού είναι το βολτ (V).

Τάση

Ένας από τους ορισμούς της ηλεκτρικής τάσης την περιγράφει ως διαφορά στα ηλεκτρικά δυναμικά, η οποία καθορίζεται από τον τύπο:

V = ϕ1 – ϕ2

Η έννοια της τάσης εισήχθη από έναν Γερμανό φυσικό Γκέοργκ Ωμστο έργο του 1827, το οποίο πρότεινε ένα υδροδυναμικό μοντέλο ηλεκτρικού ρεύματος για να εξηγήσει τον εμπειρικό νόμο του Ohm που ανακάλυψε το 1826:

V = I∙R,

όπου V είναι η διαφορά δυναμικού, I είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και R είναι η αντίσταση.

Ένας άλλος ορισμός της ηλεκτρικής τάσης παρουσιάζεται ως ο λόγος του έργου του πεδίου για τη μετακίνηση του φορτίου στον αγωγό προς το μέγεθος του φορτίου.

Για αυτόν τον ορισμό, η μαθηματική έκφραση για το στρες περιγράφεται από τον τύπο:

V=A/q

Η τάση, όπως και το ηλεκτρικό δυναμικό, μετράται σε βολτ(V) και τα δεκαδικά πολλαπλάσια και υποπολλαπλάσια του - μικροβολτ (εκατομμύριο βολτ, μV), μιλιβολτ (το χιλιοστό του βολτ, mV), κιλοβολτ (χιλιάδες βολτ, kV) και μεγαβολτ (εκατομμύρια βολτ, MV).

Τάση 1 V θεωρείται η τάση ενός ηλεκτρικού πεδίου που κάνει έργο 1 J για να μετακινήσει φορτίο 1 C. Η διάσταση της τάσης στο σύστημα SI ορίζεται ως

B \u003d kg m² / (A s³)

Η τάση μπορεί να δημιουργηθεί από διάφορες πηγές: βιολογικά αντικείμενα, τεχνικές συσκευές, ακόμη και διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα.

Το στοιχειώδες στοιχείο κάθε βιολογικού αντικειμένου είναι ένα στοιχείο, το οποίο, από την άποψη του ηλεκτρισμού, είναι μια ηλεκτροχημική γεννήτρια χαμηλής τάσης. Ορισμένα όργανα των ζωντανών όντων, όπως η καρδιά, που είναι μια συλλογή κυττάρων, παράγουν υψηλότερη τάση. Είναι περίεργο ότι τα πιο προηγμένα αρπακτικά των θαλασσών και των ωκεανών μας - καρχαρίες διαφόρων ειδών - διαθέτουν έναν εξαιρετικά ευαίσθητο αισθητήρα τάσης που ονομάζεται όργανο πλευρικής γραμμής, και επιτρέποντάς τους να ανιχνεύουν με ακρίβεια τη λεία τους με τον καρδιακό παλμό. Ξεχωριστά, ίσως, αξίζει να αναφέρουμε τα ηλεκτρικά τσούχτρα και τα χέλια, τα οποία αναπτύχθηκαν στη διαδικασία της εξέλιξης για να νικήσουν το θήραμα και να αποκρούσουν τις επιθέσεις στον εαυτό τους, την ικανότητα να δημιουργούν τάσεις άνω των 1000 V!

Αν και οι άνθρωποι παράγουν ηλεκτρισμό και έτσι δημιουργούν μια διαφορά δυναμικού (τάση) τρίβοντας ένα κομμάτι κεχριμπαριού στο μαλλί από την αρχαιότητα, ιστορικά, η πρώτη τεχνική γεννήτρια τάσης ήταν γαλβανικό στοιχείο. Εφευρέθηκε από έναν Ιταλό επιστήμονα και γιατρό Λουίτζι Γκαλβάνι, ο οποίος ανακάλυψε το φαινόμενο της εμφάνισης διαφοράς δυναμικού όταν έρχονται σε επαφή διαφορετικοί τύποι μετάλλου και ηλεκτρολύτη. Η περαιτέρω ανάπτυξη αυτής της ιδέας πραγματοποιήθηκε από έναν άλλο Ιταλό φυσικό Αλεσάντρο Βόλτα. Η Volta ήταν η πρώτη που τοποθέτησε πλάκες ψευδαργύρου και χαλκού σε οξύ για να παράγει συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα, δημιουργώντας την πρώτη πηγή χημικού ρεύματος στον κόσμο. Συνδέοντας πολλές τέτοιες πηγές σε σειρά, δημιούργησε μια χημική μπαταρία, τη λεγόμενη "Βολταϊκός πυλώνας", χάρη στην οποία κατέστη δυνατή η λήψη ηλεκτρικής ενέργειας μέσω χημικών αντιδράσεων.

Λόγω των πλεονεκτημάτων στη δημιουργία αξιόπιστων ηλεκτροχημικών πηγών τάσης, που έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην περαιτέρω μελέτη ηλεκτροφυσικών και ηλεκτροχημικών φαινομένων, η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής τάσης, το Volt, πήρε το όνομά του από το Volt.

Μεταξύ των δημιουργών των γεννητριών τάσης, είναι απαραίτητο να σημειωθεί ο Ολλανδός φυσικός Van der Graaffπου δημιούργησε γεννήτρια υψηλής τάσης, το οποίο βασίζεται στην αρχαία ιδέα του διαχωρισμού των φορτίων με χρήση τριβής - θυμηθείτε το κεχριμπάρι!

Οι πατέρες των σύγχρονων γεννητριών τάσης ήταν δύο αξιόλογοι Αμερικανοί εφευρέτες - Τόμας Έντισονκαι Νίκολα Τέσλα. Ο τελευταίος ήταν υπάλληλος στην εταιρεία του Έντισον, αλλά οι δύο ηλεκτρικές ιδιοφυΐες διέφεραν στις απόψεις τους σχετικά με τον τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ως αποτέλεσμα του επόμενου πολέμου διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, κέρδισε όλη η ανθρωπότητα - οι αναστρέψιμες μηχανές του Edison βρήκαν τη θέση τους με τη μορφή γεννητριών και κινητήρων συνεχούς ρεύματος, που αριθμούνται σε δισεκατομμύρια συσκευές - απλά κοιτάξτε κάτω από το καπό του αυτοκινήτου σας ή απλώς πατήστε το ηλεκτρικό παράθυρο κουμπί ή ενεργοποιήστε το μπλέντερ. και οι μέθοδοι παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης με τη μορφή εναλλάκτη, οι συσκευές για τη μετατροπή της με τη μορφή μετασχηματιστών τάσης και γραμμές μεταφοράς σε μεγάλες αποστάσεις και αναρίθμητες συσκευές για την εφαρμογή της είναι δικαίως της Tesla. Ο αριθμός τους δεν είναι σε καμία περίπτωση κατώτερος από τον αριθμό των συσκευών Edison - οι ανεμιστήρες, τα ψυγεία, τα κλιματιστικά και οι ηλεκτρικές σκούπες λειτουργούν σύμφωνα με τις αρχές της Tesla και μια σειρά από άλλες χρήσιμες συσκευές, η περιγραφή των οποίων ξεφεύγει από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.

Φυσικά, οι επιστήμονες αργότερα δημιούργησαν άλλες γεννήτριες τάσης με βάση άλλες αρχές, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης ενέργειας πυρηνικής διάσπασης. Έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμεύουν ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για τους διαστημικούς αγγελιοφόρους της ανθρωπότητας στο βαθύ διάστημα.

Αλλά η πιο ισχυρή πηγή ηλεκτρικής τάσης στη Γη, εκτός από μεμονωμένες επιστημονικές εγκαταστάσεις, εξακολουθούν να είναι οι φυσικές ατμοσφαιρικές διεργασίες.

Κάθε δευτερόλεπτο, πάνω από 2 χιλιάδες καταιγίδες βουίζουν στη Γη, δηλαδή, δεκάδες χιλιάδες φυσικές γεννήτριες Van der Graaff λειτουργούν ταυτόχρονα, δημιουργώντας τάσεις εκατοντάδων kilovolt, εκφορτίζοντας με ρεύμα δεκάδων κιλοαμπέρ με τη μορφή κεραυνού. Αλλά, παραδόξως, η ισχύς των γεννητριών της γης δεν μπορεί να συγκριθεί με τη δύναμη των ηλεκτρικών καταιγίδων που συμβαίνουν στην αδελφή της Γης - την Αφροδίτη - για να μην αναφέρουμε τεράστιους πλανήτες όπως ο Δίας και ο Κρόνος.

Χαρακτηριστικά τάσης

Η τάση χαρακτηρίζεται από το μέγεθος και το σχήμα της. Όσον αφορά τη συμπεριφορά του με την πάροδο του χρόνου, γίνεται διάκριση μεταξύ σταθερής τάσης (δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου), απεριοδικής τάσης (μεταβαλλόμενη με την πάροδο του χρόνου) και εναλλασσόμενης τάσης (μεταβαλλόμενη με την πάροδο του χρόνου σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο νόμο και, κατά κανόνα, επαναλαμβάνεται μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα). Μερικές φορές, για ορισμένους σκοπούς, απαιτείται η ταυτόχρονη παρουσία άμεσων και εναλλασσόμενων τάσεων. Σε αυτή την περίπτωση, μιλάμε για τάση εναλλασσόμενου ρεύματος με σταθερή συνιστώσα.

Στην ηλεκτρική μηχανική, οι γεννήτριες συνεχούς ρεύματος (δυναμό) χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας σχετικά σταθερής τάσης υψηλής ισχύος, στην ηλεκτρονική χρησιμοποιούνται πηγές ακριβείας σταθερής τάσης σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα, οι οποίες ονομάζονται σταθεροποιητές.

Μέτρηση τάσης

Η μέτρηση τάσης παίζει μεγάλο ρόλο στη θεμελιώδη φυσική και χημεία, στην εφαρμοσμένη ηλεκτρολογία και ηλεκτροχημεία, στην ηλεκτρονική και στην ιατρική, και σε πολλούς άλλους κλάδους της επιστήμης και της τεχνολογίας. Είναι ίσως δύσκολο να βρεθούν κλάδοι ανθρώπινης δραστηριότητας, εξαιρουμένων των δημιουργικών περιοχών όπως η αρχιτεκτονική, η μουσική ή η ζωγραφική, όπου η μέτρηση της τάσης δεν θα έλεγχε τις συνεχιζόμενες διαδικασίες χρησιμοποιώντας διάφορους αισθητήρες, οι οποίοι στην πραγματικότητα είναι μετατροπείς φυσικών μεγεθών σε τάση. Αν και αξίζει να σημειωθεί ότι στην εποχή μας, αυτοί οι τύποι ανθρώπινης δραστηριότητας δεν μπορούν να κάνουν χωρίς ηλεκτρική ενέργεια γενικά και χωρίς τάση ειδικότερα. Οι καλλιτέχνες χρησιμοποιούν ταμπλέτες που μετρούν την τάση των χωρητικών αισθητήρων όταν ένα στυλό μετακινείται πάνω τους. Οι συνθέτες παίζουν ηλεκτρονικά όργανα, τα οποία μετρούν την τάση στους αισθητήρες των πλήκτρων και, ανάλογα με αυτήν, καθορίζουν πόσο δυνατά πατιέται το ένα ή το άλλο πλήκτρο. Οι αρχιτέκτονες χρησιμοποιούν AutoCAD και tablet, τα οποία μετρούν επίσης το στρες, τα οποία μετατρέπονται σε αριθμητική μορφή και επεξεργάζονται από υπολογιστή.

Οι μετρούμενες τιμές τάσης μπορούν να ποικίλλουν σε ένα ευρύ φάσμα: από κλάσματα μικροβολτ σε μελέτες βιολογικών διεργασιών, σε εκατοντάδες βολτ σε οικιακές και βιομηχανικές συσκευές και συσκευές και έως δεκάδες εκατομμύρια βολτ σε υπερισχυρά στοιχειώδη σωματίδια επιταχυντές. Η μέτρηση τάσης μας επιτρέπει να παρακολουθούμε την κατάσταση μεμονωμένων οργάνων του ανθρώπινου σώματος αφαιρώντας εγκεφαλογραφήματαεγκεφαλική δραστηριότητα. Ηλεκτροκαρδιογραφήματακαι υπερηχοκαρδιογραφήματαπαρέχουν πληροφορίες για την κατάσταση του καρδιακού μυός. Με τη βοήθεια διαφόρων βιομηχανικών αισθητήρων, ελέγχουμε με επιτυχία και, κυρίως, με ασφάλεια, τις διαδικασίες παραγωγής χημικών, που μερικές φορές συμβαίνουν σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες. Και ακόμη και οι πυρηνικές διεργασίες των πυρηνικών σταθμών μπορούν να ελεγχθούν με τη μέτρηση των τάσεων. Με τη βοήθεια μετρήσεων τάσης, οι μηχανικοί παρακολουθούν την κατάσταση γεφυρών, κτιρίων και κατασκευών, ακόμη και αντιστέκονται σε μια τέτοια τρομερή φυσική δύναμη όπως οι σεισμοί.

Η λαμπρή ιδέα της σύνδεσης διαφορετικών τιμών των επιπέδων τάσης με τις τιμές της κατάστασης των μονάδων πληροφοριών έδωσε ώθηση στη δημιουργία σύγχρονων ψηφιακών συσκευών και τεχνολογιών. Στους υπολογιστές, ένα επίπεδο χαμηλής τάσης αντιμετωπίζεται ως λογικό μηδέν (0), και ένα επίπεδο υψηλής τάσης αντιμετωπίζεται ως λογικό (1).

Στην πραγματικότητα, όλες οι σύγχρονες συσκευές τεχνολογίας υπολογιστών είναι, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, συγκριτές τάσης (συσκευές μέτρησης), που μετατρέπουν τις καταστάσεις εισόδου τους σε σήματα εξόδου σύμφωνα με ορισμένους αλγόριθμους.

Μεταξύ άλλων, οι ακριβείς μετρήσεις τάσης αποτελούν τη βάση πολλών σύγχρονων προτύπων, η εφαρμογή των οποίων εγγυάται την απόλυτη συμμόρφωσή τους και κατά συνέπεια την ασφαλή χρήση τους.

Όργανα μέτρησης τάσης

Κατά τη διάρκεια της μελέτης και της κατανόησης του κόσμου γύρω μας, οι μέθοδοι και τα μέσα μέτρησης της τάσης έχουν εξελιχθεί σημαντικά από την αρχέγονη οργανοληπτικές μεθόδους- Ο Ρώσος επιστήμονας Petrov έκοψε μέρος του επιθηλίου στα δάχτυλα για να αυξήσει την ευαισθησία στη δράση του ηλεκτρικού ρεύματος - στους απλούστερους δείκτες τάσης και σύγχρονες συσκευές διαφόρων σχεδίων με βάση τις ηλεκτροδυναμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες διαφόρων ουσιών.

Παρεμπιπτόντως, οι αρχάριοι ραδιοερασιτέχνες ξεχώρισαν εύκολα μια «εργαζόμενη» επίπεδη μπαταρία 4,5 V από μια «εξαντλημένη» χωρίς συσκευές λόγω της πλήρους απουσίας τους, απλά γλείφοντας τα ηλεκτρόδιά της. Οι ηλεκτροχημικές διεργασίες που έγιναν ταυτόχρονα έδωσαν μια αίσθηση κάποιας γεύσης και ένα ελαφρύ αίσθημα καψίματος. Μεμονωμένες εξέχουσες προσωπικότητες ανέλαβαν να καθορίσουν την καταλληλότητα των μπαταριών με αυτόν τον τρόπο ακόμα και στα 9 V, κάτι που απαιτούσε μεγάλη αντοχή και θάρρος!

Ένα παράδειγμα του απλούστερου δείκτη - ένας αισθητήρας τάσης δικτύου - είναι ένας συνηθισμένος λαμπτήρας πυρακτώσεως με τάση λειτουργίας όχι χαμηλότερη από την τάση δικτύου. Στην πώληση υπάρχουν απλοί αισθητήρες τάσης σε λαμπτήρες νέον και LED που καταναλώνουν χαμηλά ρεύματα. Προσοχή, η χρήση σπιτικών κατασκευών μπορεί να είναι επικίνδυνη για τη ζωή σας!

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι συσκευές μέτρησης τάσης (βολτόμετρα) διαφέρουν πολύ μεταξύ τους, κυρίως στον τύπο της μετρούμενης τάσης - αυτές μπορεί να είναι συσκευές συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος. Γενικά, στην πρακτική μέτρησης, η συμπεριφορά της μετρούμενης τάσης είναι σημαντική - μπορεί να είναι συνάρτηση του χρόνου και να έχει διαφορετικό σχήμα - να είναι σταθερή, αρμονική, μη αρμονική, παλμική κ.λπ. και συνήθως χρησιμοποιείται η τιμή της να χαρακτηρίζει τους τρόπους λειτουργίας των ηλεκτρικών κυκλωμάτων και συσκευών (χαμηλό ρεύμα και ισχύ).

Υπάρχουν οι ακόλουθες τιμές τάσης:

• στιγμή,
• εύρος,
• μέση τιμή,
• rms (ενεργό).

Η στιγμιαία τιμή τάσης U i (βλ. σχήμα) είναι η τιμή τάσης σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή. Μπορεί να παρατηρηθεί στην οθόνη του παλμογράφου και να προσδιοριστεί για κάθε χρονική στιγμή από τον παλμογράφο.

Η τιμή πλάτους (αιχμής) της τάσης U a είναι η μεγαλύτερη στιγμιαία τιμή τάσης για την περίοδο. Η αιώρηση τάσης U p-p είναι μια τιμή ίση με τη διαφορά μεταξύ της μεγαλύτερης και της μικρότερης τιμής τάσης για την περίοδο.

Τιμή τάσης RMS (rms) U rms ορίζεται ως η τετραγωνική ρίζα του μέσου όρου κατά την περίοδο του τετραγώνου των στιγμιαίων τιμών τάσης.

Όλοι οι δείκτης και τα ψηφιακά βολτόμετρα συνήθως βαθμονομούνται σε τάση rms.

Η μέση τιμή (σταθερή συνιστώσα) της τάσης είναι ο αριθμητικός μέσος όρος όλων των στιγμιαίων τιμών της κατά τη διάρκεια της μέτρησης.

Η μέση διορθωμένη τάση ορίζεται ως ο αριθμητικός μέσος όρος των απόλυτων στιγμιαίων τιμών για μια περίοδο.

Η διαφορά μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης τιμής της τάσης σήματος ονομάζεται πλάτος σήματος.

Τώρα, βασικά, τόσο πολυλειτουργικά ψηφιακά όργανα όσο και παλμογράφοι χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της τάσης - οι οθόνες τους εμφανίζουν όχι μόνο το σχήμα τάσης, αλλά και τα βασικά χαρακτηριστικά του σήματος. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν επίσης τη συχνότητα αλλαγής των περιοδικών σημάτων, επομένως, στην τεχνική μέτρησης, το όριο συχνότητας των μετρήσεων οργάνων είναι σημαντικό.

Μέτρηση τάσης με παλμογράφο

Μια απεικόνιση των παραπάνω θα είναι μια σειρά πειραμάτων για τη μέτρηση τάσεων χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια σήματος, μια πηγή σταθερής τάσης, έναν παλμογράφο και ένα πολυλειτουργικό ψηφιακό όργανο (πολύμετρο).

Πείραμα #1

Το γενικό σχήμα του πειράματος Νο. 1 παρουσιάζεται παρακάτω:

Η γεννήτρια σήματος είναι φορτωμένη με αντίσταση φορτίου R1 1 kOhm, τα άκρα μέτρησης του παλμογράφου και του πολύμετρου συνδέονται παράλληλα με την αντίσταση. Κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων, λαμβάνουμε υπόψη το γεγονός ότι η συχνότητα λειτουργίας του παλμογράφου είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συχνότητα λειτουργίας του πολύμετρου.

Εμπειρία 1:Εφαρμόζουμε ένα ημιτονοειδές σήμα από μια γεννήτρια με συχνότητα 60 hertz και πλάτος 4 βολτ στην αντίσταση φορτίου. Στην οθόνη του παλμογράφου, θα παρατηρήσουμε την εικόνα που φαίνεται παρακάτω. Σημειώστε ότι η κατακόρυφη διαίρεση κλίμακας της οθόνης του παλμογράφου είναι 2 V. Το πολύμετρο και ο παλμογράφος θα δείχνουν τάση 1,36 V RMS.

Εμπειρία 2:Ας διπλασιάσουμε το σήμα από τη γεννήτρια, το εύρος της εικόνας στον παλμογράφο θα διπλασιαστεί ακριβώς και το πολύμετρο θα δείξει διπλάσια τιμή τάσης:

Εμπειρία 3:Ας αυξήσουμε τη συχνότητα της γεννήτριας κατά 100 φορές (6 kHz), ενώ η συχνότητα σήματος στον παλμογράφο θα αλλάξει, αλλά το πλάτος και η μέση τετραγωνική τιμή της ρίζας θα παραμείνουν ίδιες και οι μετρήσεις του πολύμετρου θα γίνουν λανθασμένες - το επιτρεπόμενο εύρος συχνοτήτων λειτουργίας το πολύμετρο είναι 0-400 Hz:

Εμπειρία 4:Ας επιστρέψουμε στην αρχική συχνότητα των 60 Hz και στην τάση της γεννήτριας σήματος 4 V, αλλά αλλάξουμε την κυματομορφή από ημιτονοειδή σε τριγωνική. Το εύρος της εικόνας στον παλμογράφο παρέμεινε το ίδιο και οι ενδείξεις του πολύμετρου μειώθηκαν σε σύγκριση με την τιμή τάσης που έδειξε στο πείραμα Νο. 1, καθώς η πραγματική τάση σήματος άλλαξε:

Πείραμα #2

Το σχήμα του πειράματος Νο. 2 είναι παρόμοιο με το σχήμα του πειράματος 1.

Με το κουμπί για την αλλαγή της τάσης πόλωσης στη γεννήτρια σήματος, προσθέστε μια μετατόπιση 1 V. Στη γεννήτρια σήματος, ρυθμίστε την ημιτονοειδή τάση με ταλάντευση 4 V με συχνότητα 60 Hz - όπως στο πείραμα Νο. 1. Το σήμα στον παλμογράφο θα ανέβει μισό μεγάλο τμήμα και το πολύμετρο θα δείχνει 1,33 Vrms. Το πολύμετρο θα δείξει σχεδόν την ίδια τάση όπως στο πείραμα 1 του πειράματος Νο. 1, αφού έχει κλειστή είσοδο και ένας παλμογράφος με ανοιχτή είσοδο θα δείξει αυξημένη πραγματική τιμή του αθροίσματος των άμεσων και εναλλασσόμενων τάσεων, η οποία είναι μεγαλύτερη από την πραγματική τιμή της τάσης χωρίς σταθερή συνιστώσα:

Ασφάλεια μέτρησης τάσης

Δεδομένου ότι, ανάλογα με την κατηγορία ασφαλείας του δωματίου και την κατάστασή του, ακόμη και οι σχετικά χαμηλές τάσεις του επιπέδου 12–36 V μπορεί να είναι απειλητικές για τη ζωή, πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθοι κανόνες:

1. Μην πραγματοποιείτε μετρήσεις τάσης που απαιτούν ορισμένες επαγγελματικές δεξιότητες (πάνω από 1000 V).
2. Μην μετράτε τάσεις σε δυσπρόσιτα σημεία ή σε ύψη.
3. Κατά τη μέτρηση τάσεων σε οικιακό δίκτυο, χρησιμοποιήστε ειδικά μέσα προστασίας από ηλεκτροπληξία (λαστιχένια γάντια, χαλιά, μπότες ή μπότες).
4. Χρησιμοποιήστε το σωστό εργαλείο μέτρησης.
5. Σε περίπτωση χρήσης πολυλειτουργικών οργάνων (πολύμετρα), βεβαιωθείτε ότι η μετρούμενη παράμετρος και η τιμή της έχουν ρυθμιστεί σωστά πριν από τη μέτρηση.
6. Χρησιμοποιήστε μια συσκευή μέτρησης με ανιχνευτές που μπορούν να επισκευαστούν.
7. Ακολουθήστε αυστηρά τις οδηγίες του κατασκευαστή για τη χρήση της συσκευής μέτρησης.