Volt: Mida see on?

Electrical4u

Väli: Põhiline Elekter

China

Mis on voltag?

Voltag (tuntud ka kui elektriline potentsiaalierinevus, elektromootorväli emf, elektriline rõhk või elektriline pingeväli) on defineeritud kui elektriline potentsiaalierinevus ühiku laeng vahel kahe punkti vahel elektrilises väljas. Voltagit matemaatiliselt (näiteks valemites) väljendatakse sümboliga „V“ või „E“.

Kui soovite rohkem intuitiivset selgitust, mis aitab mõista, mis on voltag, siis lugege siinartiklis.

Muidu jätkame allpool voltagi ametlikumaga definitsiooniga.

Staatilises elektrilises väljas tuleb teha töö, et liigutada ühiku laeng kahe punkti vahel, mida nimetatakse voltagiks. Matemaatiliselt saab voltagi väljendada nii,

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

Kus tehtud töö on džouleides ja laeng on kulonides.

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

Voolt võib defineerida kui potentsiaalenergia hulk kahe punkti vahel ringkonnas.

Üks punkt on suuremas potentsiaalis ja teised punktid on väiksemas potentsiaalis. Laengude erinevus suurema ja väiksema potentsiaali vahel nimetatakse vooluks või potentsiaal-erinevuseks.

Vool või potentsiaal-erinevus annab elektronidele jõudu, et neil liikuks ringkonnas.

Mida suurem on vool, seda suurem on jõud, ja seega rohkem elektrone liigub ringkonnas. Vooluta või potentsiaal-erinevusteta liikuisid elektronid juhuslikult vaba ruumis.

Voolut tuntakse mõnikord ka kui "elektrilist pinget". Näiteks kabelite, nagu 1 kV, 11 kV ja 33 kV, voolutägust võiks vastavalt nimetada madala, kõrget ja ülitäguliseks kabeliteks.

Potentsiaal-erinevuse definitsioon elektrivälja potentsiaalina

Nagu mainitud, defineeritakse voolut kui elektrilise potentsiaal-erinevuse ühiku laengu kohta kahe punkti vahel elektriväljas. Kirjeldame seda võrrandite abil.

Kujutlege kahte punkti A ja B.

Punkti A potentsiaal punkti B suhtes defineeritakse tööna, mis tehakse ühiku laengu liigutamisel punktist A punktisse B elektrivälja E kohal.

Matemaatiliselt saab selle väljendada järgmiselt,

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

See on ka potentsiaal-erinevus punktide A ja B vahel, kus punkt B on viitepunkt. Seda saab väljendada ka järgmiselt,

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

Nüüd võib jõud teoreetiliselt mõista raske konseptsioonina.

Seega kasutame analoogiat midagi konkreetset—midagi tegelikkonnas—toeks, et jõudu oleks lihtsam mõista.

Jõudu Mõistmine Analoogi Abil

"Hüdrauliline analoogia" on tavaline analoogia, mis aitab selgitada jõudu.

Hüdraulilises analoogias:

Jõud või elektriline potentsiaal vastab hüdraulilisele vee survele
Elektriline vool vastab hüdraulilisele vee vooluhulga
Elektriline laeng vastab vee kogusele
Elektriline joontooj vastab putkile

Analoogia 1

Kujutlege veetanki, nagu on näidatud allolevas joonisel. Joonis (a) näitab kahte tanki, mis on täidetud sama vee tasandiga. Seega ei saa vett ühest tankist teise sellest, et surveerine erinevust ei ole.

Nüüd näitab joonis (b) kaks tanki, mis on täidetud erineva vee tasemega. Seega on nende kahe tanki vahel mingi rõhurõhkude erinevus. Seetõttu voolab vesi ühest tankist teise, kuni mõlemas tankis vee tase muutub võrdne.

Sarnaselt, kui me ühendame kaks akku läbi juhtivad juhe erineva pingetasemega, siis laeng voolab akust kõrgema potentsiaaliga aku poole, mis on madalamas potentsiaalis. Seega laenguneb aku madalam potentsiaaliga, kuni mõlemas akus saavutatakse sama potentsiaal.

Analüüs 2

Kujutlege veetanki, mis asub teatud kõrgusel maapinna üleval.

Vee röhk putukahju lõpus vastab elektriliini voltagile või potentsiaalide erinevusele. Tankis olev vesi vastab elektrilaengu. Kui me suurendame tankis oleva veekoguse, siis areneb putukahju lõpus rohkem rööki.

Vastupidi, kui me tühjendame tankist teatud koguse vett, siis putukahju lõpus loodud röökimäär väheneb. Me võime eeldada, et see veetank on nagu säilitusakku. Kui aku voltmik väheneb, siis lampid helednevad.

Analüüs 3

Mõistagem, kuidas voltagi või potentsiaalide erinevus elektriliinis saab tööd teha. Elektriliin on näidatud allolevas joonises.

Nagu näidatud hüdraulilises veeliinis, voolab vesi putukahjudes, mida juhib mehaaniline pumb. Putukahju vastab elektriliinis juhitava liini.

Kui mehaaniline pumb tekitab röökurõhu erinevuse kahe punkti vahel, siis röögitud vesi suudab tööd teha, näiteks tuurbin käivitada.

Sarnaselt, elektriliinis saab aku voltagi põhjal vool elektri juhitava liini kaudu, seega saab voolav elektritööd teha, näiteks lambi palesitada.

Mis on voltagi mõõtühikud?

Voltagi SI ühik

Volt on SI-süsteemi ühik späinad. See tähistatakse V-ga. Volt on späina tuletatud SI-ühik. Itaalia füüsik Alessandro Volta (1745-1827), kes leiutas volta pilve, mis oli esimene elektriline aku, seega on ühik volt nimekirjastatud nende auks.

Volt SI-põhiumikutes

Volt defineeritakse kui elektrilise potentsiaalierinevus kahe punkti vahel elektrilises ringis, mis saastab ühe džouli energiat kohaliku laenguga, mis läbib elektrilist ringi. Matemaatiliselt saab seda väljendada järgmiselt,

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

Seega saab volt väljendada SI-põhiumikutena kujul $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ või $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Seda saab mõõta ka vatides per ampeer või ampeer korda om.

Späina valem

Pinge Voltage'i esitab järgmine pilt.

Voltage Valem 1 (Ohmi seadus)

Kohaselt Ohmi seadusega, voltage võib väljendada kui,

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

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

Näide 1

Nagu näidatud allolevas ringis, läheb 4 A tugevusega vool läbi päisega 15 Ω. Määra ringi pingevahetuse.

Lahendus:

Antud andmed: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Kohaldatakse Ohmi seadust,

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

Seega, võrrandi abil saame, et ringi pinge on 60 voldi.

Pingevalem 2 (Töö ja vool)

Ülekanne toimub elektrivoolu ja tarvikuvoolu korrutisena.

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

Nüüd asetame $I=\frac{V}{R}$ eelnevatesse võrranditesse ja saame,

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

Nii leidame, et pinge on võrdne jõudluse jagatud vooluga. Matemaatiliselt,

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

Näide 2

Allpool näidatud kringis voogub 2 A suuruseline vool 48 W tugevusega lampi läbi. Määra toitepinge.

Lahendus:

Antud andmed: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Kasutades eespool mainitud valemite ühendust voltaga, võimsusega ja ströömi,

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

Nii saame valemi abil tarvikuvooluks 24 voldi.

Voltage Formula 3 (Võimsus ja vastus)

Vastavalt valemile (1) on voltagi ruutjuur võimsuse ja vastuse korrutisest. Matemaatiliselt,

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

Näide 3

Näidatud langesse järgi määrake vajalik pingviimne, et 5 W lamp töötaks vastavalt 2 Ω vastusega.

Lahendus:

Antud andmed: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Ülaltoodud valemi järgi,

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

Seega, kasutades ülaltoodud võrrandit, saame vajaliku pingeväärtuse 5 W, 2Ω lampe püütavaks 3.16 Volts.

Pinge Voltage Sümbool (AC ja DC)

AC Voltage Sümbool

Vahelduvvoolu (vahelduvvoolu) pinge sümbool on näidatud allpool:

企业微信截图_17098668569432.png — AC Voltage Sümbool

DC Voltage Sümbool

Pideva voolu (pidev vool) pinge sümbool on näidatud allpool:

Pinge mõõtühikud

Pinge (V) on elektrilise potentsiaal-energia ühiku laeng.

Pinge mõõtühikud võivad väljenduda massi (M), pikkuse (L), aja (T) ja ampera (A) kaudu, nagu on antud $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

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

Võtke arvesse, et mõned kasutavad asemel A-t I-t, et tähistada voolu. Sel juhul saab pingetähistada kui $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Kuidas mõõta pinget

Elektrilises ja elektroonilises võris on pingemõõtmine oluline parameeter, mida tuleb mõõta. Saame mõõta pinget teatud punkti ja maapunkti või nullpingevõidu vahel võrgus.

Kolmefaasis võrgus, kui mõõdame pinget ühe kolmefaasi ja neutraalpunkti vahel, siis seda nimetatakse fasi-maapiirkonnaks.

Sarnaselt, kui mõõdame pinget kahe kolmefaasi vahel, siis seda nimetatakse fasi-fasipiirkonnaks.

On mitmeid seadmeid, mida kasutatakse pingemõõtmiseks. Arutagem iga meetodit.

Voltmetri meetod

Süsteemi kahe punkti vahelist pinget saab mõõta voltmetriga. Pingemõõtmiseks tuleb voltmeter ühendada paralleelselt selle komponendi, mille pinge mõõdatakse.

Voltmetri üks joon peab olema ühendatud esimese punktiga ja üks teise punktiga. Võtke arvesse, et voltmeteri ei tohi kunagi ühendada sarikesse.

Voltmetrit saab kasutada ka selleks, et mõõta pingelangus ühe komponendi või kaks või rohkem komponentide pingelanguste summa ringkonnas.

Järgmises joonisel on näidatud teine voltmetri ühendamise näide 9 V akula pingu mõõtmiseks:

Mitmemõõdupaari meetod

Praegu on üks levinumaid viise pingu mõõtmiseks mitmemõõdupaari kasutamine. Mitmemõõdupaari võib olla nii analoogiline kui ka digitaalne, kuid digitaalsed mitmemõõdupaari on kõige levinumad täpuse ja madala hinnaga tõttu.

Pingu või potentsiaalse erinevuse mõõtmine üksikute seadmete läheduses toimub lihtsalt ühendades mitmemõõdupaari sondeid kahel punktil, kus pingu mõõta tahetakse. Akula pingu mõõtmine mitmemõõdupaari abil on näidatud järgmisel joonisel.

Multimeter for Voltage Measurement — Akula pingu mõõtmiseks mitmemõõdupaari ühendamine

Potentsiomeetri meetod

potentsiomeeter töötab nulli tasakaalu meetodil. See mõõdab pingu võrreldes tundmatut pingu teadaoleva viiteteguriga.

Muud seadmed, nagu oskilloskoop, elektrostaatiline voltmeter, võivad ka kasutada pingu mõõtmiseks.

Spanning ja vool (Spannung vs Strom)

Spanning ja voolu peamine erinevus seisneb selles, et spanning on elektriliste laengude potentsiaalne erinevus kahe punkti vahel elektriväljas, samas kui vool on elektriliste laengude liikumine ühest punktist teise elektriväljas.

Võib öelda, et spanning on põhjus, miks vool hakkab liikuma, samas kui vool on spanningu tulemus.

Mida suurem on spanning, seda rohkem voolu tekib kahe punkti vahel. Tähelepanu, kui kaks punkti ringkonnas on sama potentsiaaliga, siis vool ei saa nende punktide vahel liikuda. Spanningu ja voolu suurus sõltub üksteisest (kohandades Ohmi seadust).

Muud erinevused spanningu ja voolu vahel on toodetud järgmisel tabelil.

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.

Volt ja voolu erinevus

Volt ja potentsiaalierinevuse erinevus (Volt vs Potentsiaalierinevus)

Volt ja potentsiaalierinevus ei erine palju. Siiski saame neid eristada järgmiste viisidega.

Volt on energia kogus, mida vajatakse ühe ühiku laenguga kahe punkti vahel liigutamiseks, samas kui potentsiaalierinevus on ühe punkti kõrgema potentsiaali ja teise punkti madalama potentsiaali vaheline erinevus.

Punktlaengu tõttu:

Volt on potentsiaal, mille saab mingis punktis, arvestades teist referentspunkti lõpmatusega. Samas on potentsiaalierinevus kahe punkti vaheline potentsiaalierinevus, mis asuvad laengust piiratud kaugusel. Matemaatiliselt saavad need väljenduda järgmiselt,

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

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

Kui soovite voltide videokäsitlust, vaadake allolevat videot:

Mis on tavaline volt?

Tavaline volt määratletakse elektriseadme või -varustuse tavalise voltmäära või -klassifikatsioonina.

Allikas: erinevate elektrooniliste seadmete või varustuse tavalised pinged on loetletud allpool.

Leiad-kaltsiumi akud elektriautodes kasutatavates: 12 V DC. 12 V aku koosneb 6 elemendist, kus iga elemendi tavaline pinge on 2,1 V. Märgige, et elemendid on ühendatud rida, et suurendada pingeratet.
Päikeseelemendid: Tavaliselt toodavad umbes 0,5 V DC avapindlikult. Kuid mitmeid päikeseelemente tavaliselt ühendatakse rida, et moodustada päikesepaneelid, mis võivad väljastada kõrgema kogupinge.
USB: 5 V DC.
Kõrgepingeline elektrijaotussüsteem: 110 kV kuni 1200 kV AC.
Kiirratasteele (vedlik) elektripiiged: 12 kV ja 50 kV AC või 0,75 kV ja 3 kV DC.
TTL/CMOS alampinge: 5 V.
Üksik element, taaskasutatav nikkel-kadmiyum aku: 1,2 V.
Lanterni akud: 1,5 V DC.

Jaotusettevõttest kodumajapidamistele pakutav tavaline pinge on:

100 V, 1-faasi AC Jaapanis
120 V, 1-faasi AC Ameerikas
230 V, 1-faasi AC Indias, Austraalias

Jaotusettevõttest tööstuslikele tarbijatele pakutav tavaline pinge on:

200 V, 3-faasi AC Jaapanis
480 V, 3-faasi AC Ameerikas
415 V, 3-faasi AC Indias

Pingete rakendused

Mõned pingete rakendused hõlmavad:

Üks kõige levinumaid pingete rakendusi on määra elektroonilise seadme või varustuse, näiteks vastuse, pingevahetuse.
Pingete lisamine on vajalik, et suurendada pingeratet. Seega on elemendid ühendatud rida, et suurendada pingeratet.

Pinge on elektrilise ja elektroonilise seadme põhiline energialähde. Väikeseid pingi (5 V) kuni suuri pingi (415 V) kasutatakse erinevates rakendustes.

Madalat pingi kasutatakse tavaliselt paljudes elektroonilistes seadmetes ja juhtimisrakendustes.

Kõrget pingi kasutatakse

Elektristaatilises trükkimises, elektristaatilises maalinamises, elektristaatilises materjali kaetamises
Kosmoloogia kosmi uurimisel
Elektristaatiline nihkeainekollektor (õhusaaste kontroll)
Raketijõudluse labor
Rentgenrööpüste
Suure võimsusega verempereme
Massspektromeetria
Dielektriliste testide tegemiseks
Toidu- ja jookide testimine
Elektrisprenkestamine ja -pintsmine, elektrofotograafia
Plasmapõhised rakendused
Tasemehindamine
Induktsioonikütte
Blitselambid
SONAR
Ehitustrükkide testimiseks