Напряжение: Какво е то?

Electrical4u

Поле: Основни електротехника

China

Какво е напрежение?

Напрежението (известно също като електрическа потенциална разлика, електромоторна сила emf, електрическо налягане или електрическо напрежение) е дефинирано като електрическата потенциална разлика за единица заряд между две точки в електрическо поле. Напрежението се изразява математически (т.е. в формули) чрез символа „V“ или „E“.

Ако търсите по-интуитивно обяснение, което да помогне да разберете какво е напрежението, пропуснете до този раздел на статията.

В противен случай, ще продължим по-долу с по-формалното определение на напрежението.

В статично електрическо поле, работата, необходима за преместване на единица заряд между две точки, се нарича напрежение. Математически, напрежението може да бъде изразено като,

$\begin{align*} Voltage = \frac{Work\,\,Done\ (W)}{Charge\ (Q)} \end{align*}$

Където работата е измерена в джаули, а зарядът – в кулони.

$\begin{align*} Thus, Voltage = \frac{joule}{coulomb} \end{align*}$

Можем да дефинираме напрежението като количество потенциална енергия между две точки в електрическата верига.

Едната точка има по-висок потенциал, а другите точки имат по-нисък потенциал. Разликата в заряда между точката с по-висок потенциал и тази с по-нисък потенциал се нарича напрежение или потенциална разлика.

Напрежението или потенциалната разлика дава сила на електроните, за да протечат през веригата.

Колкото по-високо е напрежението, толкова по-голяма е силата, и следователно повече електрони протичат през веригата. Без напрежение или потенциална разлика, електроните биха се движели случайно в свободното пространство.

Напрежението понякога се нарича още „електрическо напрежение“. Например, капацитетът за обработка на напреженията на кабели като 1 кВ, 11 кВ и 33 кВ се наричат съответно кабели с ниско, високо и супервисоко напрежение.

Дефиниция на потенциалната разлика като потенциал на електрическото поле

Както беше споменато, напрежението се дефинира като разликата в електрическия потенциал на единица заряд между две точки в електрическото поле. Нека го опишем с уравнения.

Разгледайте две точки A и B.

Потенциалът на точка A спрямо точка B се дефинира като работата, извършена при преместването на единица заряд от точка A до B в присъствието на електрическото поле E.

Математически, това може да се изрази като,

$\begin{align*} V_A_B = \frac{W}{Q} = -\int_B^A E^- * dl^-\end{align*}$

Това е и потенциална разлика между точките A и B, като точка B е референтна точка. Тя може да бъде изразена и като,

$\begin{align*} V_A_B = V_A - V_B \end{align*}$

Сега напрежението може да е доста труден концепт за разбиране от концептуална гледна точка.

Затова ще използваме аналогия с нещо веществено – нещо в реалния свят – за да помогнем за по-лесното разбиране на напрежението.

Разбиране на напрежението чрез аналогия

„Гидравличната аналогия“ е обща аналогия, използвана за обяснение на напрежението.

В гидравличната аналогия:

Напрежението или електрическия потенциал е еквивалентно на гидравличното водно налягане
Електрическият ток е еквивалентен на гидравличната скорост на потока на водата
Електрическият заряд е еквивалентен на количество вода
Електрическият проводник е еквивалентен на тръба

Аналогия 1

Представете си резервоар с вода, както е показано на фигурата по-долу. Фигура (а) показва два резервоара, пълни до едно и също ниво. Затова водата не може да протече от един резервоар в друг, тъй като няма разлика в налягането.

Сега, фигура (b) показва два резервоара, напълнени с различни нива на вода. Следователно има някаква разлика в налягането между тези два резервоара. По този начин, водата ще протече от един резервоар към друг, докато нивото на водата в двата резервоара стане еднакво.

По същия начин, ако свържем два батерии чрез проводник с различни нива на напрежение, зарядите могат да протекат от батерията с по-висок потенциал към батерията с по-нисък потенциал. Следователно, батерията с по-нисък потенциал ще се зареди, докато потенциалът на двете батерии стане еднакъв.

Аналогия 2

Представете си резервоар с вода, поставен на определена височина над земята.

Налягането на водата в края на шланга е еквивалентно на напрежението или разликата в потенциала в електрическата верига. Водата в резервоара е еквивалентна на електрическия заряд. Ако увеличим количеството вода в резервоара, ще се развие повече налягане в края на шланга.

Обратно, ако изпразним определено количество вода от резервоара, налягането, създадено в края на шланга, ще намалее. Можем да приемем, че този резервоар с вода е като акумулятор. Когато напрежението на батерията намалее, лампите стават по-слаби.

Аналогия 3

Да разберем как работата може да бъде извършена от напрежението или разликата в потенциала в електрическата верига. Електрическата верига е показана на фигурата по-долу.

Както е показано в хидравлическата водна верига, водата протича през тръба, движена от механичен помп. Тръбата е еквивалентна на проводника в електрическата верига.

Сега, ако механичният помп произведе разлика в налягането между две точки, то под налягане водата ще може да извърши работа, например да задвижи турбина.

По същия начин, в електрическата верига, разликата в потенциала на батерията може да причини тока да протече през проводника и следователно, течният електрически ток може да извърши работа, например да освети лампа.

Какво се измерва с напрежение (единици за напрежение)?

Единица на напрежението в SI система

Единицата SI за напрежение е волт. Това се представя с V. Волт е изведена единица на SI за напрежение. Италианският физик Алессандро Волта (1745-1827), който изобрети волтовата колона, първата електрическа батерия, и затова единицата волт е наречена в негова чест.

Волт в основни единици на SI

Волт може да се дефинира като електрическата потенциална разлика между две точки в електрическа верига, която дисипира едно джаул енергия за кулона заряд, минаващ през електрическата верига. Математически, това може да се изрази като,

$\begin{align*} 1\,\,Volt = \frac{potential \ energy} {chrage} = \frac{1\,\, joule}{1\,\,coulomb} = \frac{kg\,\, m^2}{A\,\,s^3} \end{align*}$

Следователно, волт може да се изрази в термините на основните единици на SI като $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ или $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Той може също да се измерва в ватове на ампер или ампер по оми.

Формула за напрежение

Основната формула за напрежението е показана на следващата снимка.

Формула за напрежението 1 (Закон на Ом)

Според закона на Ом, напрежението може да бъде изразено като,

$\begin{align*} Voltage = Current * Resistance \end{align*}$

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Пример 1

Както е показано в долната схема, ток от 4 А протича през съпротивление от 15 Ω. Определете нападение на напрежението в цепта.

Решение:

Дадени данни: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Според законите на Ом,

$\begin{align*} & V = I * R \\ & = 4 * 15 \\ & V = 60\,\,Volts \end{align*}$

Така, използвайки уравнението, получаваме нападение на напрежението в цепта от 60 волта.

Формула за напрежението 2 (Мощност и ток)

Мощността, която се пренася, е продукт от напрежението на захранването и електрическия ток.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Сега, заместете $I=\frac{V}{R}$ в горното уравнение и получаваме,

(1) $\begin{equation*} P = V * I = \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Така, получаваме, че напрежението е равно на мощността, делена на тока. Математически,

$\begin{align*} V = \frac{P}{I} \,\,Volts \end{align*}$

Пример 2

Както е показано в следния коло, ток от 2 A протича през лампа с мощност 48 W. Определете напрежението на захранване.

Решение:

Дадени данни: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Според формулата между напрежение, мощност и ток, спомената по-горе,

$\begin{align*} & V = \frac{P}{I} \\ & = \frac{48}{2} \\ & V = 24 \,\,Volts \end{align*}$

Така, използвайки уравнението, получаваме напрежение от 24 волта.

Формула за напрежение 3 (Мощност и съпротивление)

Според уравнение (1), напрежението е квадратен корен от произведението на мощността и съпротивлението. Математически,

$\begin{align*} V = \sqrt{P*R} \end{align*}$

Пример 3

Как показано в следващата схема, определете необходимото напрежение, за да светне лампа от 5 Вт със съпротивление на тока от 2 Ом.

Решение:

Дадени данни: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Според формулата, спомената по-горе,

$\begin{align*} & V = \sqrt{P*R} \\ & = \sqrt{5*2} \\ & = \sqrt{10} \\ & V = 3.16 \,\,Volts \end{align*}$

Така, използвайки уравнението, получаваме, че необходимо напрежение, за да светне лампа от $5 W, 2\Omega$ е 3.16 волта.

Символи за напрежение (АС и DC)

Символ за АС напрежение

Символът за АС (чередащо се напрежение) е показан по-долу:

企业微信截图_17098668569432.png — Символ за АС напрежение

Символ за DC напрежение

Символът за DC (постоянно напрежение) е показан по-долу:

Размерности на напрежението

Напрежението (V) е представяне на електрическия потенциал енергия върху единица заряд.

Размерностите на напрежението могат да бъдат изразени чрез маса (M), дължина (L), време (T) и ампер (A) както следва $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

$\begin{align*} V = \frac{W}{Q} = \frac{M L^2 T^-^2}{A T} = M L^2 T^-^3 A^-^1 \end{align*}$

Забележете, че някои използват I вместо A, за да представят тока. В този случай размерността на напрежението може да бъде представена като $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Как да се измерва напрежението

В електрическите и електронни вериги, измерването на напрежението е основен параметър, който трябва да се измерва. Можем да измерим напрежението между определена точка и земната или нулевата линия в веригата.

В трифазна верига, ако измерим напрежението между която и да е фаза от трифазната и нейтралната точка, то това се нарича напрежение между фаза и земя.

Подобно, ако измерим напрежението между две фази от трифазната верига, то това се нарича напрежение между фази.

Има различни инструменти, използвани за измерване на напрежението. Да обсъдим всеки метод.

Метод с волтметър

Напрежението между две точки в системата може да бъде измерено, използвайки волтметър. За да се измери напрежението, волтметърът трябва да бъде свързан паралелно с компонента, чийто потенциал се измерва.

Един проводник на волтметъра трябва да бъде свързан с първата точка, а друг - с втората точка. Забележете, че волтметърът никога не трябва да бъде свързан последователно.

Волтметърът може също да се използва за измерване на падането на напрежението във всяка компонента или сумата от паданията на напрежението в две или повече компоненти в една верига.

Аналоговият волтметър работи чрез измерване на тока през фиксиран резистор. Сега, според законите на Ом, токът през резистора е директно пропорционален на напрежението или потенциалната разлика през фиксирания резистор. Така можем да определим неизвестното напрежение.

Друг пример за свързване на волтметър за измерване на напрежението в батерия 9 В е показан на фигурата по-долу:

Метод на мултиметъра

В наши дни един от най-общи методи за измерване на напрежението е чрез използване на мултиметър. Мултиметърът може да бъде или аналогов или цифров, но цифровите мултиметри са най-често използвани поради по-високата точност и ниския ценик.

Напрежението или потенциалната разлика във всяко устройство може просто да бъде измерено, като се свържат зондите на мултиметъра между две точки, където трябва да бъде измерено напрежението. Измерването на напрежението на батерията чрез използване на мултиметър е показано на изображението по-долу.

Multimeter for Voltage Measurement — Свързване на мултиметър за измерване на напрежението на батерията

Метод на потенциометъра

Потенциометърът работи на принципа на техниката на нулев баланс. Той измерва напрежението чрез сравнение на неизвестно напрежение с известно референтно напрежение.

Други инструменти като осцилоскоп, електростатичен волтметър, също могат да бъдат използвани за измерване на напрежението.

Разлика между напрежение и ток (Напрежение срещу ток)

Основната разлика между напрежението и тока е, че напрежението е потенциалната разлика на електрическите заряди между две точки в електрическо поле, докато токът е потокът на електрически заряди от една точка към друга в електрическо поле.

Можем просто да кажем, че напрежението е причината за протичане на ток, а токът е ефектът от напрежението.

Колкото по-високо е напрежението, толкова повече ток ще протече между две точки. Забележете, че ако две точки в една верига са при еднакво потенциално ниво, ток не може да протече между тях. Магнитудата на напрежението и тока зависят един от друг (според законите на Ом).

Други различия между напрежението и тока са обсъдени в таблицата по-долу.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Разлика между напрежение и ток

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Разлика между напрежение и ток

Разлика между напрежение и потенциална разлика (Напрежение срещу потенциална разлика)

Няма голяма разлика между напрежението и потенциалната разлика. Но можем да опишем разликата между тях по следния начин.

Напрежението е количеството енергия, необходимо за преместване на единица заряд между две точки, докато потенциалната разлика е разликата между високия потенциал на една точка и нискитеят потенциал на другата точка.

Поради точков заряд:

Напрежението е потенциалът, получен в някаква точка, като се приема другата референтна точка за безкрайност. Докато потенциалната разлика е разликата в потенциала между две точки на крайни разстояния от заряда. Математически те могат да бъдат изразени като,

$\begin{align*} Potential = V = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0 R} \end{align}$

$\begin{align*} Potential \,\, Difference= V_1_2 = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0}(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}) \end{align}$

Ако предпочитате видео обяснение на напрежението, проверете видеото по-долу:

Какво е обикновено напрежение?

Обикновеното напрежение се дефинира като типичното ниво или класификация на напрежението на електрическата апаратура или оборудване.

По-долу е списък с общи напрежения за различни електрически апарати или устройства.

Оловно-киселинови батерии, използвани в електрически автомобили: 12 Волта DC. Батерията от 12 В се състои от 6 клетки, всяка с обикновено напрежение от 2,1 В. Забележете, че клетките са свързани поред, за да се увеличи напрежението.
Фотоелементи: Обикновено произвеждат напрежение около 0,5 Волта DC при открито състояние. Много фотоелементи обаче често са свързани поред, за да формират сонячни панели, които могат да излъчат по-високо общо напрежение.
USB: 5 Волта DC.
Високонапрежен електрически трансмисионен кабел: 110 кВ до 1200 кВ AC.
Високоскоростни железопътни (тягови) линии: 12 кВ и 50 кВ AC или 0,75 кВ и 3 кВ DC.
TTL/CMOS захранване: 5 Волта.
Едноклетъчен, зареждане на никел-кадмиев акумулятор: 1,2 Волта.
Батерии за фенери: 1,5 Волта DC.

Обикновеното напрежение, предоставяно от дистрибутиращата компания на потребителите, е:

100 В, 1-фазно AC в Япония
120 В, 1-фазно AC в Америка
230 В, 1-фазно AC в Индия, Австралия

Обикновеното напрежение, предоставяно от дистрибутиращата компания на промишлените потребители, е:

200 В, 3-фазно AC в Япония
480 В, 3-фазно AC в Америка
415 В, 3-фазно AC в Индия

Приложения на напрежението

Някои от приложението на напрежението включват:

Едно от най-общи приложения на напрежението е определянето на падането на напрежението в електрическо устройство или оборудване, такова като резистор.
Добавянето на напрежение е необходимо, за да се увеличи напрежението. Ето защо клетките са свързани поред, за да се увеличи напрежението.

Напряжението е основен източник на енергия за всяко електрическо и електронно оборудване. От малки напрежения (5 В) до високи напрежения (415 В) се използват в различни приложения.

Ниското напрежение обикновено се използва за много електронни устройства и контролни приложения.

Високото напрежение се използва за

Електростатично печатане, електростатично боядисване, електростатично покриване на материали
Космологически изследвания на космоса
Електростатичен осадител (контрол на замърсяването на въздуха)
Лаборатория за реактивно движение
Рентгенови трубки
Вакуумни трубки с висока мощност
Масов спектрометрия
Тест на диелектрици
Тест на храни и напитки
Електростатично разпръскване и приложение на пряхане, електрофотография
Приложение на плазма
Сензор за ниво
Индукционно затопляне
Блеснали лампи
СОНАР
За тестове на електрическо оборудване

Източник: Electrical4u

Заявление: Уважавайте оригинала, добри статии заслужават споделяне, ако има нарушение на авторските права, моля, свържете се за изтриване.

Дайте бакшиш и поощрете автора

Теми:

Основни електротехника

Напряжение

За експертите

Electrical4u

China

Област на експертиза

Basic Electrical

Профессионална статия

607

Препоръчано

Повече

Високонапрядна SF₆-свободна кръгова разпределителна уредба: Регулиране на механичните характеристики

(1) Разстоянието между контактите се определя главно от параметрите на координацията на изолацията, параметрите за прекъсване, материалът на контактите на високоволтовата без SF₆ кръгова разпределителна уредба и дизайна на магнитната камера за дъхане. В практическия приложение, по-голямото разстояние между контактите не е непременно по-добро; вместо това, разстоянието между контактите трябва да бъде регулирано колкото е възможно по-близко до неговата долна граница, за да се намали енергийното по

James

12/10/2025

Нисковолтови разпределителни линии и изисквания за електроенергийното разпределение на строителни площадки

Нисковолтовите дистанционни линии се отнасят за кръгови пъти, които, чрез дистанционен трансформатор, намаляват високото напрежение от 10 кВ до нивото на 380/220 В - т.е. нисковолтовите линии, които се протегат от подстанцията до конечната употребителска апаратура.Нисковолтовите дистанционни линии трябва да бъдат разгледани по време на проектирането на конфигурациите на електрическите мрежи в подстанциите. В заводи, за работилници с относително висока потребност от енергия, обикновено се инстали

James

12/09/2025

Как въздействат гармониите на напрежението върху загряването на трансформатора за разпределение H59

Влиянието на гармониките в напрежението върху температурното увеличение в H59 разпределителни трансформаториH59 разпределителните трансформатори са сред най-важното оборудване в електроенергийните системи, като основна им функция е преобразуването на високонапрегнатата електроенергия от мрежата в нисконапрегнатата електроенергия, необходима за крайните потребители. Обачно, електроенергийните системи съдържат множество нелинейни товари и източници, които възникват гармоники в напрежението, които

Echo

12/08/2025

Основни причини за отказ на трансформатор H59 за разпределение

1. Прекомерна натовареностПърво, с подобряването на стандартите на живот, електроенергийното потребление е увеличено бързо. Оригиналните трансформатори за разпределение H59 имат малка капацитет—“малка кобила, дърпяща голяма кола”—и не могат да удовлетворят потребителските нужди, което води до работа на трансформаторите в условия на прекомерна натовареност. Второ, сезонните вариации и екстремни метеорологични условия довеждат до пиково потребление на електроенергия, което допълнително причинява р

Felix Spark

12/06/2025

Voltage	Current
The voltage is the difference in potential between two points in an electric field.	The current is the flow of charges between two points in an electric field.
The symbol of the current is I.	The SI unit of current is ampere or amp.
The symbol of voltage is V or ΔV or E.	The symbol of current is I.
Voltage can be measured by using a voltmeter.	Current can be measured by using an ammeter.
$Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)}$	$Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)}$
$1\ Volt=\frac{1\ joule}{1\ coulomb}$	$1\ Ampere=\frac{1\ coulomb}{(1\ second)}$
In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same.	In a series circuit, the magnitude of the current remains the same.
The voltage creates a magnetic field around it.	The current creates an electrostatic field around it.
Dimensions of voltage is $ML^2 T^-^3 A^-^1$	Dimensions of current is $MLTA^1$
In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure.	In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate.
The voltage is the cause of the current flowing in the circuit.	An electric current is the effect of a voltage.