Електричненапруга
Цей термін має й інші значення, див. Напруга. Шаблон: Фізична величина
Визначення електричної напруги можна записати в іншій формі. Для цього потрібно уявити роботу A^_ як інтеграл уздовж траєкторії Шаблон: Math, прокладеної з точки Шаблон: Math в точку Шаблон: Math.
U_=\int\limits_L \vec E_ d\vec l - інтеграл від проекції ефективної напруженості поля \vec E_ (що включає сторонні поля) на дотичну до траєкторії Шаблон:Math, напрямок якої в кожній точці траєкторії збігається з напрямком вектора d \vec l у цій точці. У електростатичному полі, коли сторонніх сил немає, значення цього інтеграла залежить від шляху інтегрування і збігається з різницею потенціалів.
Розмірність електричної напруги в Міжнародній системі величин (англ.International System of Quantities, ISQ), на якій заснована Міжнародна система одиниць (СІ), -L 2 MT -3 I -1. Одиницею вимірювання напруги в СІ є вольт (українське позначення:В; міжнародне:V).
Поняттянапруженняввів Георг Ом в роботі 1827, в якій пропонувалася гідродинамічна модель електричного струму для пояснення відкритого ним в 1826 емпіричного закону Ома: U \! = IR.
Зміст
Напруга в ланцюгах постійного струму
Напруга в ланцюзі постійного струму визначається так само Шаблон: Як, як і в електростатиці.
Напруга в ланцюгах змінного струму
Для опису ланцюгів змінного струму застосовуються такі напруги:
- миттєва напруга;
- амплітудне значення напруги;
- середнє значення напруги;
- середньоквадратичне значеннянапруги;
- середньовипрямлене значення напруги.
Миттєва напругає різниця потенціалів між двома точками, виміряна в даний момент часу. Залежить від часу (є функцією часу):
Амплітудне значення напругиє максимальне за модулем значення миттєвої напруги за весь період коливань:
Для гармонійних (синусоїдальних) коливань напруги миттєве значення напруги виражається як:
u(t) = U_M \ sin ( \ omega t + \ phi ).
Для мережі змінної синусоїдальної напруги із середньоквадратичним значенням 220 В амплітудна напруга дорівнює приблизно 311,127 В .
Амплітудна напруга можна виміряти за допомогою осцилографа.
Середнє значення напруги(постійна складова напруги) є напруга, що визначається за весь період коливань, як:
U_m = \frac \int_0^T u(t) dt.
Для синусоїди середнє значення напруги дорівнює нулю.
Середньоквадратичне значення напруги(застарілі найменування:діюча,ефективна) є напруга, що визначається за весь період коливань, як:
U_q = \sqrt< \frac\int\limits_0^T u^2(t) dt >.
Середньоквадратичне значення напруги найбільш зручне для практичних розрахунків, так як на лінійному активному навантаженні воно здійснює ту ж роботу (наприклад, лампа розжарювання має ту ж яскравість свічення, нагрівальний елемент виділяє стільки ж тепла), що і рівну йому постійну напругу.
Для синусоїдальної напруги справедлива рівність:
U_q = < 1 \over \sqrt> U_M \approx 0,707 U_M; \qquad U_M = \sqrt U_q \approx 1,414 U_q.
У техніці та побуті під час використання змінного струму під терміном «напруга» єчерез середньоквадратичне значення напруги, і всі вольтметри проградуйовані виходячи з його визначення. Однак конструктивно більшість приладів фактично вимірюють не середньоквадратичне, а середньовипрямлене значення напруги, тому для несинусоїдального сигналу їх показання можуть відрізнятися від істинного значення.
Середньовипрямлене значення напругиє середнє значення модуля напруги:
U_m = \frac \int \limits_0^T u(t) dt.
Для синусоїдальної напруги справедлива рівність:
U_m = < 2 \over \pi >U_M ( \approx 0,637 U_M ) = < 2 \sqrt\over \pi > U_q (\approx 0,9 U_q).
Насправді використовується рідко, проте більшість вольтметрів змінного струму (ті, у яких струм перед виміром випрямляється) фактично вимірюють саме цю величину, хоча їх шкала і проградуйована по среднеквадратичным значенням.
Напруга в ланцюгах трифазного струму
У ланцюгах трифазного струму розрізняють фазну та лінійну напруги. Під фазною напругою розуміють середньоквадратичне значення напруги на кожній з фаз навантаження щодо нейтралі, а під лінійним - напруга між фазами, що підводять, проводами. При з'єднанні навантаження в трикутник фазна напруга дорівнює лінійному, а при з'єднанні в зірку (при симетричному навантаженні або при глухозаземленной нейтралі) лінійна напруга \sqrt разів більше фазного.
На практиці напруга трифазної мережі позначають дробом, у чисельнику якого стоїть фазне при з'єднанні в зірку (або, що те саме, потенціал кожної з ліній щодо землі), а в знаменнику - лінійна напруга. Так, в Україні найбільш поширені мережі з напругою 220/380 В; також іноді використовуються мережі 127/220 В та 380/660 В .