Měření napětí. Druhy a princip měření. Zvláštnosti. Jednotka měření napětí. Měření napětí multimetrem Jak se měří aktuální napětí?

Obsah:

Elektrický proud je charakterizován veličinami, jako je proud, napětí a odpor, které jsou vzájemně propojeny. Před zvážením otázky, jak se měří napětí, je nutné přesně zjistit, co je tato veličina a jaká je její role při tvorbě proudu.

Jak funguje napětí?

Obecným pojmem elektrického proudu je řízený pohyb nabitých částic. Tyto částice jsou elektrony, k jejichž pohybu dochází vlivem elektrického pole. Čím více náloží je třeba přesunout, tím více práce odvede pole. Tato práce je ovlivněna nejen proudem, ale také napětím.

Fyzikální význam této hodnoty spočívá v tom, že práce vykonaná proudem v jakékoli části obvodu koreluje s množstvím náboje, který touto částí prochází. V procesu této práce se kladný náboj pohybuje z bodu, kde je malý potenciál, do bodu s vysokým potenciálem. Napětí je tedy definováno jako elektromotorická síla a samotná práce je energie.

Práce vykonaná elektrickým proudem se měří v joulech (J) a množství elektrického náboje je coulomb (C). V důsledku toho je napětí v poměru 1 J/C. Výsledná jednotka napětí se nazývá volt.

Chcete-li jasně vysvětlit fyzikální význam stresu, musíte se obrátit na příklad hadice naplněné vodou. V tomto případě bude objem vody hrát roli síly proudu a její tlak bude ekvivalentní napětí. Když se voda pohybuje bez špičky, pohybuje se volně a ve velkém množství hadicí a vytváří nízký tlak. Pokud stisknete konec hadice prstem, objem se sníží, zatímco tlak vody se zvýší. Samotný proudový letoun urazí mnohem větší vzdálenost.

Totéž se děje v elektřině. Síla proudu je určena počtem nebo objemem elektronů pohybujících se vodičem. Hodnota napětí je v podstatě síla, kterou jsou tyto elektrony protlačeny. Z toho vyplývá, že při stejném napětí musí mít vodič, který vede větší množství proudu, i větší průměr.

Jednotka napětí

Napětí může být konstantní nebo proměnné v závislosti na proudu. Tato hodnota může být označena jako písmeno B (ruské označení) nebo V, odpovídající mezinárodnímu označení. Pro označení střídavého napětí se používá symbol „~“, který je umístěn před písmenem. Pro konstantní napětí existuje znak „-“, ale v praxi se téměř nepoužívá.

Při zvažování otázky, jak se měří napětí, je třeba si uvědomit, že pro to nejsou pouze volty. Větší množství se měří v kilovoltech (kV) a megavoltech (mV), což znamená 1 tisíc, respektive 1 milion voltů.

Jak měřit napětí a proud

Elektrické napětí označuje práci, kterou elektrické pole vykoná při přesunu náboje o velikosti 1 C (coulomb) z jednoho bodu vodiče do druhého.

Jak vzniká napětí?

Všechny látky se skládají z atomů, což jsou kladně nabité jádro, kolem kterého obíhají menší záporné elektrony vysokou rychlostí. Obecně jsou atomy neutrální, protože počet elektronů odpovídá počtu protonů v jádře.

Pokud je však atomům odebrán určitý počet elektronů, budou mít tendenci přitahovat stejný počet a vytvářet kolem sebe kladné pole. Pokud přidáte elektrony, objeví se jich nadbytek a objeví se negativní pole. Tvoří se potenciály – pozitivní i negativní.

Když se vzájemně ovlivňují, vznikne vzájemná přitažlivost.

Čím větší rozdíl - potenciálový rozdíl - tím silněji budou elektrony z materiálu s jejich nadbytečným obsahem přitahovány k materiálu s jejich nedostatkem. Čím silnější bude elektrické pole a jeho napětí.

Pokud spojíte potenciály s různými náboji vodičů, pak vznikne elektrický - řízený pohyb nosičů náboje, snažící se eliminovat rozdíl v potenciálech. Pro pohyb nábojů po vodiči konají síly elektrického pole práci, která je charakterizována pojmem elektrické napětí.

V čem se měří?

teploty;

Druhy napětí

Konstantní tlak

Napětí v elektrické síti je konstantní, když je na jedné straně vždy kladný potenciál a na druhé záporný potenciál. Elektřina má v tomto případě jeden směr a je konstantní.

Napětí ve stejnosměrném obvodu je definováno jako rozdíl potenciálů na jeho koncích.

Při připojování zátěže ke stejnosměrnému obvodu je důležité nezaměnit kontakty, jinak může zařízení selhat. Klasickým příkladem zdroje konstantního napětí jsou baterie. Sítě se používají tam, kde není potřeba přenášet energii na velké vzdálenosti: ve všech druzích dopravy - od motocyklů po kosmické lodě, ve vojenské technice, elektrické energii a telekomunikacích, pro nouzové zásobování energií, v průmyslu (elektrolýza, tavení v elektrických obloukových pecích , atd.) .

střídavé napětí

Pokud periodicky měníte polaritu potenciálů nebo je pohybujete v prostoru, elektrický se bude řítit opačným směrem. Počet takových změn směru za určitou dobu ukazuje charakteristika zvaná frekvence. Například standardní 50 znamená, že polarita napětí v síti se mění 50krát za sekundu.

Napětí ve střídavých elektrických sítích je časovou funkcí.

Nejčastěji se používá zákon sinusových kmitů.

To se děje kvůli tomu, co se děje v cívce asynchronních motorů v důsledku rotace elektromagnetu kolem ní. Pokud rotaci rozšíříte v čase, získáte sinusoidu.

Skládá se ze čtyř vodičů - třífázového a jednoho neutrálního. napětí mezi nulovým a fázovým vodičem je 220 V a nazývá se fáze. Existují také mezifázová napětí, nazývaná lineární a rovnající se 380 V (potenciální rozdíl mezi dvěma fázovými vodiči). V závislosti na typu připojení v třífázové síti můžete získat buď fázové napětí, nebo lineární napětí.

Lekce je věnována pojmu elektrické napětí, jeho označení a měrným jednotkám. Druhá část lekce je věnována především demonstraci zařízení pro měření napětí na úseku obvodu a jejich vlastností.

Pokud uvedeme standardní příklad o významu známého nápisu na jakýchkoli domácích spotřebičích „220 V“, znamená to, že na části obvodu je vykonáno 220 J práce pro přesun náboje 1 C.

Vzorec pro výpočet napětí:

Práce elektrického pole na přenosu náboje, J;

Charge, Cl.

Proto může být jednotka napětí reprezentována následovně:

Mezi vzorci pro výpočet napětí a proudu existuje vztah, kterému byste měli věnovat pozornost: a. Oba vzorce obsahují hodnotu elektrického náboje, která se může hodit při řešení některých problémů.

K měření napětí slouží přístroj tzv voltmetr(obr. 2).

Rýže. 2. Voltmetr ()

Existují různé voltmetry podle vlastností jejich aplikace, ale princip jejich činnosti je založen na elektromagnetickém účinku proudu. Všechny voltmetry jsou označeny latinským písmenem, které je naneseno na číselníku přístroje a je použito ve schematickém znázornění zařízení.

Ve školním prostředí se například používají voltmetry, znázorněné na obrázku 3. Používají se k měření napětí v elektrických obvodech při laboratorních pracích.

()	()	()

Rýže. 3. Voltmetry

Hlavními prvky demonstračního voltmetru jsou tělo, stupnice, ukazatel a svorky. Svorky jsou obvykle označeny plus nebo mínus a jsou pro přehlednost zvýrazněny různými barvami: červená - plus, černá (modrá) - mínus. To bylo provedeno proto, aby bylo zajištěno, že svorky zařízení jsou zjevně správně připojeny k odpovídajícím vodičům připojeným ke zdroji. Na rozdíl od ampérmetru, který je zapojen do otevřeného obvodu sériově, je voltmetr zapojen do obvodu paralelně.

Každé elektrické měřicí zařízení by samozřejmě mělo mít minimální vliv na zkoumaný obvod, proto má voltmetr takové konstrukční vlastnosti, že jím protéká minimální proud. Tento efekt je zajištěn výběrem speciálních materiálů, které přispívají k minimálnímu průtoku náboje zařízením.

Schematické znázornění voltmetru (obr. 4):

Rýže. 4.

Nakreslíme si např. elektrický obvod (obr. 5), do kterého je zapojen voltmetr.

Rýže. 5.

Obvod obsahuje téměř minimální sadu prvků: zdroj proudu, žárovku, spínač, ampérmetr zapojený do série a voltmetr zapojený paralelně k žárovce.

Komentář. Je lepší začít s montáží elektrického obvodu se všemi prvky kromě voltmetru a na konci jej připojit.

Existuje mnoho různých typů voltmetrů s různými stupnicemi. Proto je otázka výpočtu ceny zařízení v tomto případě velmi aktuální. Velmi rozšířené jsou mikrovoltmetry, milivoltmetry, prostě voltmetry atd. Z jejich názvu je jasné, s jakou frekvencí se měření provádí.

Kromě toho jsou voltmetry rozděleny na stejnosměrná a střídavá zařízení. V městské síti je sice střídavý proud, ale v této fázi studia fyziky máme co do činění se stejnosměrným proudem, který dodávají všechny galvanické prvky, takže nás budou zajímat odpovídající voltmetry. Skutečnost, že zařízení je určeno pro střídavé obvody, je na číselníku obvykle znázorněno jako vlnovka (obr. 6).

Rýže. 6. AC voltmetr ()

Komentář. Pokud se budeme bavit o hodnotách napětí, tak např. napětí 1 V je malá hodnota. Průmysl používá mnohem vyšší napětí, měřeno ve stovkách voltů, kilovoltech a dokonce megavoltech. V každodenním životě se používá napětí 220 V nebo méně.

V další lekci se dozvíme, jaký je elektrický odpor vodiče.

Bibliografie

1. Gendenshtein L. E., Kaidalov A. B., Kozhevnikov V. B. Physics 8 / Ed. Orlová V. A., Roizena I. I. - M.: Mněmosyně.
2. Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop obecný, 2010.
3. Fadeeva A. A., Zasov A. V., Kiselev D. F. Fyzika 8. - M.: Vzdělávání.

Dodatečná pdoporučené odkazy na internetové zdroje

1. Skvělá fyzika ().
2. Youtube().
3. Youtube().

Domácí práce

Pomocí této analogie lze použít, jak se napětí liší od proudu, odporu a výkonu. Představte si potrubí, na které působí určitý tlak plynu nebo kapaliny. Tento tlak je napětí. Množství látky procházející potrubím za jednotku času bude záviset na tlaku. Zde je analogem odporu a množství látky procházející potrubím za jednotku času je analogem síly proudu. Zároveň se na potrubí vlivem tření uvolní určitý výkon ve formě tepla. Toto je analogie tepelné energie uvolněné na vodiči s proudem.

Napětí se měří ve voltech. Tento je pojmenován po italském vědci Alessandru Voltovi, vynálezci jednoho typu elektrochemických zdrojů proudu. Tisíc voltů se nazývá kilovolt, milion voltů se nazývá kilovolt. Tisíctina voltu se nazývá milivolt, miliontina se nazývá mikrovolt.

Napětí může být konstantní nebo proměnné. Ve druhém případě periodicky mění polaritu s určitou frekvencí. Střídavé napětí má dvě hodnoty: amplitudu a efektivní. První charakterizuje amplitudu kmitů a druhý charakterizuje ekvivalentní konstantní napětí, které by produkovalo stejný výkon při stejné zátěži. Vztah mezi hodnotami amplitudy a efektivního napětí závisí na jeho tvaru. U sinusového jednofázového napětí překračuje hodnota amplitudy efektivní hodnotu o počet rovných odmocnině ze dvou.

Pojem „nebezpečné napětí“ není zcela správný. Nebezpečí vystavení osobě elektřinou nezávisí na napětí, ale na síle proudu. Další věc je, že kůže má určitý odpor, a proto v ní může při určité hodnotě napětí vzniknout nebezpečný proud. Kůže různých lidí má různou odolnost a záleží také na psychickém a fyzickém stavu. Proto se práh nebezpečného napětí může lišit i u stejné osoby. Při určitém napětí se kůže prorazí a na zdroj je kladen podstatně menší odpor z podkožních vrstev, což je ještě nebezpečnější.

Kromě elektrického namáhání existuje také mechanické namáhání. Vyskytuje se v konstrukcích, na které se uplatňují vnější mechanické vlivy. Navíc u některých konstrukcí může vnitřní pnutí vznikat již ve fázi výroby. Pokud vytvoříte předmět z průhledného materiálu a umístíte jej mezi dva polarizátory, můžete v nich určit přítomnost takových napětí. A v přeneseném smyslu je napětí napjatý stav lidské psychiky.

Voltmetr je měřicí zařízení, které je určeno k měření Napětí stejnosměrný nebo střídavý proud v elektrických obvodech.

Voltmetr je připojen paralelně ke svorkám zdroje napětí pomocí vzdálených sond. Podle způsobu zobrazování výsledků měření se voltmetry dělí na číselníkové a digitální.

Hodnota napětí se měří v Voltach, označený na nástrojích písmenem V(v ruštině) nebo latinské písmeno PROTI(mezinárodní označení).

Na elektrických schématech je voltmetr označen latinským písmenem V obklopeným kruhem, jak je znázorněno na fotografii.

Napětí může být konstantní nebo střídavé. Pokud je napětí zdroje proudu střídavé, pak se před hodnotu umístí znak " ~ "pokud je konstantní, pak znaménko" – ".

Například střídavé napětí domácí sítě 220 voltů je stručně označeno takto: ~220 V nebo ~220 V. Při označování baterií a akumulátorů se uvede značka „ – " se často vynechává, jednoduše se vytiskne číslo. Napětí napájení vozidla nebo akumulátoru je indikováno následovně: 12 V nebo 12 V a baterie do svítilny nebo fotoaparátu: 1,5 V nebo 1,5V. Pouzdro musí být v blízkosti kladného pólu označeno ve tvaru " + ".

Polarita střídavého napětí se v průběhu času mění. Například napětí v elektrickém vedení domácnosti mění polaritu 50krát za sekundu (frekvence změny se měří v Hertzech, jeden Hertz se rovná jedné změně polarity napětí za sekundu).

Polarita stejnosměrného napětí se v průběhu času nemění. Pro měření střídavého a stejnosměrného napětí jsou proto zapotřebí různé měřicí přístroje.

Existují univerzální voltmetry, které lze použít pro měření střídavého i stejnosměrného napětí bez přepínání provozních režimů, například voltmetr typu E533.

Jak měřit napětí v elektroinstalaci domácnosti

Pozornost! Při měření napětí nad 36 V je nepřijatelné, aby se osoba dotýkala obnažených vodičů, protože by mohla dostat elektrický šok.

Podle požadavků GOST 13109-97 musí být efektivní hodnota napětí v elektrické síti 220 V ±10 %, to znamená, že se může lišit od 198 V až 242 V. Pokud žárovky v bytě začnou hořet slabě nebo často vyhoří nebo domácí spotřebiče začnou pracovat nestabilně, pak abyste mohli jednat, musíte nejprve změřit hodnotu napětí v elektrickém vedení.

Při zahájení měření je nutné přístroj připravit: – zkontrolovat spolehlivost izolace vodičů hroty a sondami; – nastavte přepínač mezí měření do polohy měření střídavého napětí minimálně 250 V;

– zasuňte konektory vodičů do zásuvek zařízení podle nápisů vedle nich;

– zapněte měřicí zařízení (je-li to nutné).

Jak vidíte na obrázku, limit pro změnu střídavého napětí je u testeru 300 V a u multimetru 700 V U mnoha modelů testerů je potřeba nastavit více přepínačů do požadované polohy najednou. Typ proudu (~ nebo –), typ měření (V, A nebo Ohmy) a také zasuňte konce sond do požadovaných zdířek.

U multimetru se černý konec sondy zasune do zdířky COM (společné pro všechna měření) a červený konec do V, společné pro změnu stejnosměrného a střídavého napětí, proudu, odporu a frekvence. Zásuvka s označením ma slouží k měření malých proudů, 10 A při měření proudu dosahujícího 10 A.

Pozornost! Měřením napětí při zasunuté zástrčce do zásuvky 10 A dojde k poškození zařízení. V lepším případě vypadne pojistka vložená uvnitř zařízení, v horším případě budete muset koupit nový multimetr. Zvláště často dělají chyby, když používají přístroje k měření odporu, a když zapomínají přepínat režimy, měří napětí. Takových vadných zařízení s vypálenými odpory uvnitř jsem potkal desítky.

Po dokončení všech přípravných prací můžete začít měřit. Pokud zapnete multimetr a na indikátoru se nezobrazí žádná čísla, znamená to, že buď baterie není v zařízení nainstalována, nebo již vyčerpala svůj zdroj. Multimetry obvykle používají 9V baterii Krona s životností jeden rok. Baterie tedy nemusí fungovat, i když nebylo zařízení delší dobu používáno. Při použití multimetru ve stacionárních podmínkách je vhodné místo korunky použít adaptér ~220 V/–9 V.

Zasuňte konce sond do zásuvky nebo se jimi dotkněte elektrických vodičů.

Multimetr okamžitě ukáže napětí v síti, ale stále musíte být schopni odečíst hodnoty na číselníku. Na první pohled se to zdá obtížné, protože existuje mnoho měřítek. Ale když se podíváte pozorně, je jasné, na jakém měřítku číst zařízení. Dotyčný přístroj typu TL-4 (který mi bezchybně slouží více než 40 let!) má 5 stupnic.

Horní stupnice se používá k měření, když je přepínač v polohách, které jsou násobky 1 (0,1, 1, 10, 100, 1000). Stupnice umístěná těsně pod je násobky 3 (0,3, 3, 30, 300). Při měření střídavého napětí 1 V a 3 V se použijí 2 další stupnice. Pro měření odporu je samostatná stupnice. Všechny testery mají podobnou kalibraci, ale násobnost může být libovolná.

Protože byl limit měření nastaven na ~300 V, znamená to, že odečet musí být proveden na druhé stupnici s limitem 3, přičemž naměřené hodnoty se vynásobí 100. Hodnota malého dílku je 0,1, takže se ukáže 2,3 + šipka je uprostřed mezi řádky, což znamená odečtenou hodnotu 2,35×100=235 V.

Ukázalo se, že naměřená hodnota napětí je 235 V, což je v přijatelných mezích. Pokud během procesu měření dochází k neustálé změně hodnoty nejméně významných číslic a ručička testeru neustále kolísá, znamená to, že jsou špatné kontakty v zapojení elektrického vedení a je nutné jej zkontrolovat.

Jak měřit napětí baterie
baterie nebo napájecí zdroj

Vzhledem k tomu, že napětí stejnosměrných zdrojů obvykle nepřesahuje 24 V, není dotyk svorek a holých vodičů pro člověka nebezpečný a nejsou nutná žádná zvláštní bezpečnostní opatření.

Pro posouzení vhodnosti baterie, akumulátoru nebo zdraví zdroje je nutné změřit napětí na jejich svorkách. Svorky kulatých baterií jsou umístěny na koncích válcového těla, kladná svorka je označena znaménkem „+“.

Měření stejnosměrného napětí se prakticky příliš neliší od měření střídavého napětí. Stačí přepnout zařízení do příslušného režimu měření a dodržet polaritu připojení.

Velikost napětí, které baterie vytváří, je obvykle vyznačeno na jejím těle. Ale i když výsledek měření ukázal dostatečné napětí, neznamená to, že je baterie dobrá, protože byla měřena EMF (elektromotorická síla) a ne kapacita baterie, na kterou je životnost výrobku, ve kterém bude instalace závisí.

Pro přesnější odhad kapacity baterie je potřeba změřit napětí připojením zátěže k jejím pólům. Žárovka na svítilnu dimenzovaná na napětí 1,5 V se dobře hodí jako zátěž pro 1,5 V baterii Pro snadnou obsluhu je potřeba k její patici připájet vodiče.

Pokud se napětí při zátěži sníží o méně než 15%, pak je baterie nebo akumulátor docela vhodný pro použití. Pokud není měřící zařízení, tak vhodnost baterie pro další použití můžete posoudit podle jasu žárovky. Ale takový test nemůže zaručit životnost baterie zařízení. Označuje pouze, že baterie je v současné době stále použitelná.