หน่วยวัดแรงดันกระแส แรงดันไฟฟ้า ความหมาย ประเภท หน่วยการวัด การกำหนดแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าหมายถึงงานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าเพื่อเคลื่อนย้ายประจุ 1 C (คูลอมบ์) จากจุดหนึ่งของตัวนำหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

ความตึงเครียดเกิดขึ้นได้อย่างไร?

สสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นนิวเคลียสที่มีประจุบวกซึ่งมีอิเล็กตรอนเชิงลบที่มีขนาดเล็กกว่าเป็นวงกลมด้วยความเร็วสูง โดยทั่วไปอะตอมจะเป็นกลางเนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนตรงกับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส

อย่างไรก็ตาม หากอิเล็กตรอนจำนวนหนึ่งถูกดึงออกจากอะตอม พวกมันก็จะมีแนวโน้มที่จะดึงดูดจำนวนเดียวกัน ทำให้เกิดสนามบวกรอบตัวพวกมัน หากคุณเพิ่มอิเล็กตรอน ส่วนเกินจะปรากฏขึ้นและสนามลบจะปรากฏขึ้น ศักยภาพเกิดขึ้นทั้งบวกและลบ

เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กันก็จะเกิดแรงดึงดูดระหว่างกัน

ยิ่งความแตกต่างมากขึ้น - ความต่างศักย์ - ยิ่งอิเล็กตรอนจากวัสดุที่มีเนื้อหามากเกินไปจะถูกดึงไปยังวัสดุที่มีข้อบกพร่องมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งจะแข็งแกร่งเท่าไร สนามไฟฟ้าและความตึงเครียดของมัน

หากคุณเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้ากับประจุตัวนำที่แตกต่างกันไฟฟ้าจะเกิดขึ้น - การเคลื่อนที่โดยตรงของตัวพาประจุซึ่งมีแนวโน้มที่จะกำจัดความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ในการเคลื่อนย้ายประจุไปตามตัวนำ แรงของสนามไฟฟ้าจะทำงานซึ่งมีคุณลักษณะเฉพาะตามแนวคิดของแรงดันไฟฟ้า

มันวัดจากอะไร?

อุณหภูมิ;

ประเภทของแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าคงที่

แรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายไฟฟ้าจะคงที่เมื่อมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกที่ด้านหนึ่งเสมอและมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบที่อีกด้านหนึ่ง ไฟฟ้าในกรณีนี้มีทิศทางเดียวและคงที่

แรงดันไฟฟ้าของวงจร ดี.ซีถูกกำหนดให้เป็นความต่างศักย์ที่ปลายของมัน

เมื่อเชื่อมต่อโหลดเข้ากับวงจร DC สิ่งสำคัญคืออย่าให้หน้าสัมผัสปะปนกัน มิฉะนั้นอุปกรณ์อาจทำงานล้มเหลว ตัวอย่างคลาสสิกของแหล่งที่มา แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นแบตเตอรี่ เครือข่ายจะใช้เมื่อไม่จำเป็นต้องส่งพลังงานในระยะทางไกล: ในการขนส่งทุกประเภท - จากรถจักรยานยนต์ไปจนถึง ยานอวกาศ, วี อุปกรณ์ทางทหาร, อุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าและโทรคมนาคม, ในระหว่างการจ่ายไฟฉุกเฉิน, ในอุตสาหกรรม (กระแสไฟฟ้า, การถลุงในเตาอาร์กไฟฟ้า ฯลฯ )

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

หากคุณเปลี่ยนขั้วของศักย์ไฟฟ้าเป็นระยะหรือเคลื่อนย้ายไปในอวกาศไฟฟ้าจะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม จำนวนการเปลี่ยนแปลงทิศทางดังกล่าวในช่วงเวลาหนึ่งจะแสดงด้วยคุณลักษณะที่เรียกว่าความถี่ ตัวอย่างเช่น มาตรฐาน 50 หมายความว่าขั้วของแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายเปลี่ยนแปลง 50 ครั้งต่อวินาที

แรงดันไฟฟ้าเข้า เครือข่ายไฟฟ้ากระแสไฟ AC เป็นฟังก์ชันเวลา

กฎการสั่นแบบไซนูซอยด์มักใช้บ่อยที่สุด

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากสิ่งที่เกิดขึ้นในขดลวดของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสเนื่องจากการหมุนของแม่เหล็กไฟฟ้ารอบ ๆ หากคุณขยายการหมุนตามเวลา คุณจะได้ไซนูซอยด์

ประกอบด้วยสายไฟสี่เส้น - สามเฟสและหนึ่งสายที่เป็นกลาง แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกลางและสายเฟสคือ 220 V และเรียกว่าเฟส ระหว่างแรงดันไฟฟ้าเฟสยังมีอยู่ เรียกว่าเชิงเส้นและเท่ากับ 380 V (ความต่างศักย์ระหว่างสายไฟสองเฟส) ขึ้นอยู่กับประเภทของการเชื่อมต่อค่ะ เครือข่ายสามเฟสคุณสามารถรับแรงดันไฟฟ้าเฟสหรือแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นได้

แรงดันไฟฟ้าคือปริมาณที่ทราบที่ใช้ในแหล่งแสงและแบตเตอรี่ทั้งหมด คืออะไร มีประเภทใดบ้าง วัดแรงดันไฟฟ้าอย่างไร วัดแรงดันไฟฟ้าเป็นหน่วยใด และอื่นๆ อีกมากมาย

แรงดันไฟฟ้าเรียกว่าไฟฟ้า แรงผลักดันซึ่งออกแบบมาเพื่อผลักอิเล็กตรอนชนิดอิสระจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งไปในทิศทางที่แน่นอน ข้อกำหนดบังคับสำหรับการไหลของประจุคือการมีวงจรที่มีวงปิดซึ่งสร้างเงื่อนไขสำหรับการเคลื่อนที่ หากมีการแตกหักในวงจรไฟฟ้ากระบวนการเคลื่อนที่ตามทิศทางของอนุภาคจะหยุดลง

ใส่ใจ!เป็นที่น่าสังเกตว่าหน่วยแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวนำวิธีการเชื่อมต่อโหลดและอุณหภูมิเท่าไร

มันคืออะไร

พันธุ์

มีสองประเภท: ค่าคงที่และตัวแปร ประการแรกอยู่ในวงจรประเภทไฟฟ้าสถิตและวงจรที่มีกระแสตรง ตัวแปรเกิดขึ้นเมื่อมีพลังงานไซน์ซอยด์ สิ่งสำคัญคือพลังงานไซน์ซอยด์จะถูกแบ่งออกเป็นแบบมีประสิทธิภาพ แบบทันที และแบบเฉลี่ย หน่วยวัดแรงดันไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าคือโวลต์

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าปริมาณพลังงานระหว่างเฟสเรียกว่าเฟสเชิงเส้นและตัวบ่งชี้ของกระแสกราวด์และเฟสเรียกว่ากระแสเฟส มีการใช้กฎที่คล้ายกันทั้งหมด สายการบิน- บนอาณาเขต สหพันธรัฐรัสเซียในเครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือน มาตรฐานคือ 380 โวลต์ และเฟสที่ 1 คือ 220 โวลต์

พันธุ์หลัก

แรงดันไฟฟ้าคงที่

ค่าคงที่คือความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้า ซึ่งค่าเดียวกันจะยังคงเท่าเดิมเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงขั้วในช่วงเวลาที่กำหนด ข้อได้เปรียบหลักของพลังงานคงที่คือไม่มีพลังงานปฏิกิริยา ซึ่งหมายความว่าพลังงานทั้งหมดที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกใช้โดยโหลด ไม่รวมการสูญเสียสายไฟ ไหลตลอดหน้าตัดตัวนำทั้งหมด

สำหรับข้อเสียมีความยากในการเพิ่มขึ้นเมื่อพลังงานลดลงนั่นคือในขณะที่ทำการแปลงเนื่องจากการออกแบบตัวแปลงและการขาดสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ที่ทรงพลัง นอกจากนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะแยกพลังงานสูงและต่ำออก

ใส่ใจ!มีการใช้พลังงานคงที่ใน วงจรอิเล็กทรอนิกส์, เซลล์กัลวานิก, แบตเตอรี่, โรงอิเล็กโทรลิซิส, เครื่องมือเชื่อม, อินเวอร์เตอร์คอนเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ อีกมากมาย

ดี.ซี

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

กระแสสลับคือกระแสที่เปลี่ยนแปลงขนาดและทิศทางเป็นระยะ ๆ แต่ในขณะเดียวกันก็รักษาทิศทางในวงจรไฟฟ้าไว้ไม่เปลี่ยนแปลง มักเรียกว่าไซนูซอยด์ ทิศทางหนึ่งที่การเคลื่อนที่ของพลังงานเรียกว่าบวก และอีกทิศทางหนึ่งเรียกว่าลบ ดังนั้นปริมาณผลลัพธ์จึงเรียกว่าบวกและลบ เลขชี้กำลังนี้เป็นปริมาณเชิงพีชคณิต ในการตอบคำถามว่าหน่วยแรงดันไฟฟ้าเรียกว่าอะไร ควรสังเกตว่ามันคือโวลต์ ค่าของมันถูกกำหนดโดยทิศทาง ค่าสูงสุดคือแอมพลิจูด มันเกิดขึ้น:

• สองเฟส;

สองเฟส

• สามเฟส;

สามเฟส

• มัลติเฟส

มัลติเฟส

มันถูกใช้อย่างแข็งขันในอุตสาหกรรมบน สถานีไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อยหม้อแปลงไฟฟ้าและส่งต่อไปยังบ้านแต่ละหลังโดยใช้สายส่งไฟฟ้า ส่วนใหญ่จะใช้สามเฟสในการเชื่อมต่อ การใช้พลังงานไฟฟ้าประเภทนี้พบเห็นได้ทั่วไปในทางรถไฟหลายสาย

ใส่ใจ!เป็นที่น่าสังเกตว่ายังมีตู้รถไฟไฟฟ้าสองระบบบางประเภทซึ่งทำงานในหลายกรณีในอัตราตัวแปร

เครื่องปรับอากาศ

หน่วยวัด

แรงดันไฟฟ้าวัดเป็นโวลต์ มันถูกกำหนดให้เป็น V หรือโวลต์ ค่าหนึ่งจะแสดงเป็นผลต่างระหว่างจุดต่างๆ บนสนามไฟฟ้า ค่า 220 โวลต์แสดงว่าสนามไฟฟ้าได้รับการออกแบบให้ใช้พลังงานเพื่อดึงประจุทั้งหมด วงจรไฟฟ้ามีภาระ

เครื่องมือวัด

ในการวัดแรงจะใช้โวลต์มิเตอร์แบบหมุนหรือแบบอะนาล็อกดิจิตอลหรืออิเล็กทรอนิกส์ ด้วยเครื่องมือเหล่านี้ ทำให้สามารถวัดและตรวจสอบคุณลักษณะของสัญญาณได้ คุณยังสามารถวัดด้วยออสซิลโลสโคปได้อีกด้วย พวกมันทำงานเนื่องจากพลังงานถูกเบี่ยงเบนโดยลำแสงอิเล็กตรอนและจ่ายให้กับอุปกรณ์ที่สร้างตัวบ่งชี้ค่าตัวแปร

โวลต์มิเตอร์เป็นอุปกรณ์วัดหลัก

แรงดันไฟฟ้าคือ ปริมาณทางกายภาพแสดงปริมาณกระแสไฟฟ้าในวงจรและอุปกรณ์เป็นโวลต์ กระแสสามารถคงที่หรือสลับกันได้ ความแตกต่างก็คือแนวคิดแรกหมายความว่ากระแสจะเปลี่ยนแปลงขั้วอย่างต่อเนื่องและไหลสลับกันในเครือข่าย ในกรณีที่สองกระแสจะไหลผ่านวงจรไฟฟ้าโดยไม่หยุดชะงัก วัดด้วยโวลต์มิเตอร์

หน่วยแรงดันไฟฟ้ามีชื่อว่าโวลต์ (V) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี อเลสซานโดร โวลตา ผู้สร้างเซลล์กัลวานิกเซลล์แรก

หน่วยแรงดันไฟฟ้าถือเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ปลายตัวนำซึ่งงานที่ทำเพื่อเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้า 1 C ไปตามตัวนำนี้มีค่าเท่ากับ 1 J

1 โวลต์ = 1 เจ/ซี

นอกจากโวลต์แล้ว ยังใช้มัลติเพิลย่อยและทวีคูณอีกด้วย: มิลลิโวลต์ (mV) และกิโลโวลต์ (kV)

1 มิลลิโวลต์ = 0.001 โวลต์;
1 กิโลโวลต์ = 1,000 โวลต์

ไฟฟ้าแรงสูง (สูง) เป็นอันตรายถึงชีวิต สมมติว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างสายหนึ่งของสายส่งไฟฟ้าแรงสูงและกราวด์คือ 100,000 V หากสายไฟนี้เชื่อมต่อด้วยตัวนำบางตัวเข้ากับกราวด์งานก็จะเป็นเมื่อประจุไฟฟ้า 1 C ผ่านไป เสร็จเรียบร้อยประมาณ 100,000 J งานเดียวกันจะรับน้ำหนักได้ 1,000 กิโลกรัม เมื่อตกจากที่สูง 10 เมตร อาจทำให้เกิดการทำลายล้างครั้งใหญ่ได้ ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดกระแสไฟฟ้าแรงสูงจึงเป็นอันตราย

โวลตา อเลสซานโดร (1745-1827)
นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี หนึ่งในผู้ก่อตั้งหลักคำสอนเรื่องกระแสไฟฟ้า ได้สร้างเซลล์ไฟฟ้าแห่งแรก

แต่ต้องปฏิบัติตามความระมัดระวังเมื่อทำงานกับมากกว่านี้ แรงดันไฟฟ้าต่ำ- แม้แต่แรงดันไฟฟ้าเพียงไม่กี่สิบโวลต์ก็อาจเป็นอันตรายได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข สำหรับงานในอาคาร แรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 42 V ถือว่าปลอดภัย

เซลล์กัลวานิกสร้างแรงดันไฟฟ้าต่ำ ดังนั้นเครือข่ายแสงสว่างจึงใช้กระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สร้างแรงดันไฟฟ้า 127 และ 220 V นั่นคือสร้างพลังงานได้มากขึ้นอย่างมาก

คำถาม

1. แรงดันไฟฟ้ามีหน่วยอะไร?
2. เครือข่ายแสงสว่างใช้แรงดันไฟฟ้าเท่าใด
3. แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่แห้งและแบตเตอรี่กรดคือเท่าใด
4. ในทางปฏิบัติใช้หน่วยแรงดันไฟฟ้าใดนอกเหนือจากโวลต์?

นั่นคือสนามไฟฟ้าต้อง "ดึง" อิเล็กตรอนผ่านโหลดและพลังงานที่ใช้ในกรณีนี้มีลักษณะเป็นปริมาณที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้า พลังงานเดียวกันนี้ถูกใช้ไปกับการเปลี่ยนแปลงสถานะของสารโหลด อย่างที่เราทราบกันว่าพลังงานไม่ได้หายไปจากที่ไหนเลยและไม่ปรากฏจากที่ไหนเลย นี่คือสิ่งที่มันบอกว่า กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน- นั่นคือหากพลังงานที่ใช้ไปในปัจจุบันผ่านโหลดโหลดจะได้รับพลังงานนี้และทำให้ร้อนขึ้น

นั่นคือเรามาถึงคำจำกัดความ: แรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันคือปริมาณที่แสดงปริมาณงานที่สนามทำได้เมื่อย้ายประจุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง แรงดันไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของวงจรจะต่างกัน แรงดันไฟฟ้าบนส่วนของเส้นลวดเปล่าจะมีขนาดเล็กมากและแรงดันไฟฟ้าบนส่วนที่มีโหลดใด ๆ จะมีค่ามากกว่ามากและขนาดของแรงดันไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับปริมาณงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าวัดเป็นโวลต์ (1 V) เพื่อกำหนดแรงดันไฟฟ้ามีสูตร:

โดยที่ U คือแรงดันไฟฟ้า A คืองานที่ทำโดยกระแสเพื่อย้ายประจุ q ไปยังส่วนของวงจร

แรงดันไฟที่ขั้วของแหล่งกำเนิดกระแส

ส่วนแรงดันไฟฟ้าที่หน้าตัดวงจรทุกอย่างชัดเจน แล้วแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วหมายถึงอะไร? แหล่งที่มาปัจจุบัน- ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้านี้หมายถึงปริมาณพลังงานที่เป็นไปได้ที่แหล่งกำเนิดสามารถส่งให้กับกระแสไฟฟ้าได้ ก็เหมือนกับแรงดันน้ำในท่อ นี่คือปริมาณพลังงานที่จะใช้หากมีการเชื่อมต่อโหลดบางอย่างเข้ากับแหล่งกำเนิด ดังนั้นยิ่งแรงดันไฟฟ้าที่แหล่งกำเนิดกระแสสูงเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะสามารถทำงานได้มากขึ้นเท่านั้น

2) ไดอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า

ไดอิเล็กทริกไม่มีค่าใช้จ่ายฟรีต่างจากตัวนำไฟฟ้า ค่าธรรมเนียมทั้งหมดอยู่ที่

ผูกพัน: อิเล็กตรอนอยู่ในอะตอมของพวกมัน และไอออนของไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งจะสั่นสะเทือน

ใกล้กับโหนดของโครงตาข่ายคริสตัล

ดังนั้น เมื่อวางอิเล็กทริกไว้ในสนามไฟฟ้า จะไม่มีการเคลื่อนที่ในทิศทางของประจุเกิดขึ้น

ดังนั้นการพิสูจน์คุณสมบัติของเราจึงไม่ผ่านสำหรับไดอิเล็กทริก

ตัวนำ - ท้ายที่สุดแล้วข้อโต้แย้งทั้งหมดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความเป็นไปได้ของการปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้า อันที่จริงไม่มีคุณสมบัติสี่ประการของตัวนำที่กำหนดไว้ในบทความก่อนหน้านี้

ใช้ไม่ได้กับไดอิเล็กทริก

2. ความหนาแน่นประจุปริมาตรในอิเล็กทริกสามารถแตกต่างจากศูนย์ได้

3. เส้นแรงดึงอาจไม่ตั้งฉากกับพื้นผิวของอิเล็กทริก

4. จุดต่าง ๆ ของอิเล็กทริกอาจมีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน เลยมาพูดถึง

ไม่จำเป็นต้องใช้ "ศักย์ไฟฟ้า"

โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก- ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการกระจัดที่จำกัดของประจุที่ถูกผูกมัดในไดอิเล็กตริกหรือการหมุนของไดโพลไฟฟ้า โดยปกติจะอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก บางครั้งอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกอื่น ๆ หรือโดยธรรมชาติ

โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริกมีลักษณะเฉพาะคือ เวกเตอร์โพลาไรซ์ไฟฟ้า- ความหมายทางกายภาพของเวกเตอร์โพลาไรเซชันทางไฟฟ้าคือโมเมนต์ไดโพลต่อหน่วยปริมาตรของอิเล็กทริก บางครั้งเวกเตอร์โพลาไรเซชันเรียกสั้นๆ ว่าโพลาไรเซชัน

เวกเตอร์โพลาไรเซชันใช้เพื่ออธิบายสถานะมหภาคของโพลาไรเซชันไม่เพียงแต่ของไดอิเล็กทริกธรรมดาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเฟอร์โรอิเล็กทริกด้วย และโดยหลักการแล้ว ตัวกลางใดๆ ที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน ไม่เพียงแต่ใช้อธิบายโพลาไรเซชันที่เหนี่ยวนำเท่านั้น แต่ยังใช้อธิบายโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองได้ (ในเฟอร์โรอิเล็กทริก)

โพลาไรเซชันเป็นสถานะของไดอิเล็กทริก ซึ่งมีลักษณะพิเศษคือการมีโมเมนต์ไดโพลไฟฟ้าอยู่ในองค์ประกอบใดๆ (หรือเกือบทุกองค์ประกอบ) ของปริมาตร

ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นในอิเล็กทริกภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกและโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเอง (เกิดขึ้นเอง) ซึ่งเกิดขึ้นในเฟอร์โรอิเล็กทริกในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก ในบางกรณี โพลาไรเซชันของอิเล็กทริก (เฟอร์โรอิเล็กทริก) เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของความเค้นทางกล แรงเสียดทาน หรือเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

โพลาไรเซชันไม่เปลี่ยนแปลงประจุสุทธิในปริมาตรมหภาคใดๆ ภายในอิเล็กทริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน อย่างไรก็ตาม มันมาพร้อมกับการปรากฏบนพื้นผิวของประจุไฟฟ้าที่ถูกผูกไว้ด้วยความหนาแน่นของพื้นผิวที่แน่นอน σ ประจุที่ถูกผูกไว้เหล่านี้จะสร้างสนามขนาดมหภาคเพิ่มเติมที่มีความเข้มในอิเล็กทริก และพุ่งตรงไปที่สนามภายนอกด้วยความเข้ม เป็นผลให้ความแรงของสนามไฟฟ้าภายในอิเล็กทริกจะแสดงด้วยความเท่าเทียมกัน:

ขึ้นอยู่กับกลไกโพลาไรเซชัน โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริกสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

อิเล็กทรอนิกส์ - การกระจัดของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก โพลาไรเซชันที่เร็วที่สุด (สูงสุด 10−15 วินาที)

ไม่เกี่ยวข้องกับการสูญเสีย

อิออน - การกระจัดของโหนดของโครงสร้างผลึกภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกและการกระจัดนั้นน้อยกว่าค่าคงที่ของโครงตาข่าย

การคลายตัวของอิเล็กตรอน - การวางแนวของอิเล็กตรอนที่มีข้อบกพร่องในสนามไฟฟ้าภายนอก

การผ่อนคลายไอออน - การแทนที่ของไอออนที่ได้รับการแก้ไขอย่างอ่อนในโหนดของโครงสร้างผลึกหรืออยู่ในช่องว่าง

โครงสร้าง - การวางแนวของสิ่งเจือปนและการรวมด้วยตาเปล่าที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในอิเล็กทริก

ประเภทที่ช้าที่สุด

เกิดขึ้นเอง (เกิดขึ้นเอง) - เนื่องจากโพลาไรเซชันประเภทนี้ในอิเล็กทริกที่มีการสังเกตโพลาไรเซชันแสดงคุณสมบัติที่ไม่เชิงเส้นอย่างมีนัยสำคัญแม้ที่ค่าต่ำของสนามภายนอกและสังเกตปรากฏการณ์ของฮิสเทรีซีส

อิเล็กทริก (เฟอร์โรอิเล็กทริก) ดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่สูงมาก (จาก 900 ถึง 7500 สำหรับเซรามิกตัวเก็บประจุบางประเภท) การแนะนำโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองตามกฎจะเพิ่มการสูญเสียแทนเจนต์ของวัสดุ (มากถึง 10 −2)

เสียงสะท้อน - การวางแนวของอนุภาคที่มีความถี่ธรรมชาติตรงกับความถี่ของสนามไฟฟ้าภายนอก

โพลาไรเซชันของการย้ายถิ่นเกิดจากการมีอยู่ของชั้นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน การก่อตัวของประจุในอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับแรงดันไฟฟ้าสูง มีการสูญเสียอย่างมากและเป็นโพลาไรเซชันที่ออกฤทธิ์ช้า โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก (ยกเว้นโพลาไรเซชันแบบเรโซแนนซ์) มีค่าสูงสุดในสนามไฟฟ้าสถิต ในสนามไฟฟ้ากระแสสลับ เนื่องจากการมีอยู่ของความเฉื่อยของอิเล็กตรอน ไอออน และไดโพลไฟฟ้า เวกเตอร์โพลาไรซ์ไฟฟ้าจึงขึ้นอยู่กับความถี่เราถือว่าไฟฟ้าเป็นเรื่องธรรมดา และแทบไม่มีใครคิดว่าแรงดันไฟฟ้าคืออะไร และสาระสำคัญทางกายภาพของแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปิดไฟ คอมพิวเตอร์ หรือไฟฟ้าคืออะไร

เครื่องซักผ้า

อนุภาคที่มีประจุลบมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปยังจุดที่มีน้อยกว่า ซึ่งจะทำให้ความแตกต่างเป็นโมฆะ แน่นอนว่าอิเล็กตรอนไม่ได้เคลื่อนที่ไปมาระหว่างลูกบอลที่มีประจุซึ่งเรียกว่าขั้ว ระยะของพวกมันถูกจำกัดด้วยโครงตาข่ายคริสตัล ซึ่งเป็นโหนดที่พวกมันไม่สามารถออกไปได้ แต่พวกมันสามารถชนอนุภาคข้างเคียงและส่งโมเมนตัมต่อไปตามสายโซ่ ทำให้เกิดเอฟเฟกต์โดมิโน การชนกันแต่ละครั้งจะทำให้เกิดการระเบิดพลังงาน เนื่องจากระบบจะผ่านจากสถานะพักไปสู่สถานะตื่นเต้น ซึ่งมักเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า

แรงที่เคลื่อนอนุภาคที่มีประจุ

เพื่อที่จะนำแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ามาใช้งาน มนุษย์ต้องหาแรงที่สามารถคืนความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้ว ทำให้เกิดการชนกันอย่างต่อเนื่องของอนุภาคของโครงตาข่ายคริสตัล มีสามคน:

1. การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างกระแสไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ที่พึ่งพาซึ่งกันและกันของโลหะในสนามแม่เหล็ก ใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ
2. ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่เกิดจากความต่างศักย์ระหว่างโครงผลึกของสาร ใช้ในแบตเตอรี่, แบตเตอรี่ DC
3. ปฏิกิริยาเทอร์โมเคมีที่เพิ่มกิจกรรมของอิเล็กตรอนอันเป็นผลมาจากการให้ความร้อน

แรงที่สร้างการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเรียกว่า "แรงเคลื่อนไฟฟ้า" (ตัวย่อ EMF) และระบุไว้ในแผนภาพด้วยตัวอักษร "E" ซึ่งมักจะมาพร้อมกับสัญลักษณ์ช่วยจำของขั้วต่อที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน

โวลต์และแอมป์

EMF และแรงดันไฟฟ้าวัดเป็นโวลต์ ซึ่งเป็นหน่วยทั่วไปที่ตั้งชื่อตาม Alessandro Volta ชาวอิตาลี ผู้ประดิษฐ์แบตเตอรี่กัลวานิกที่ได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง นี่คือปริมาณงานที่ทำได้เมื่อเคลื่อนที่หน่วยประจุ (คูลอมบ์) หากใช้พลังงานแบบเดิมไป 1 จูล

อย่างไรก็ตาม มีหน่วยวัดกระแสไฟฟ้าหน่วยที่สอง - แอมแปร์ ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส อองเดร-มารี แอมแปร์ ตามเนื้อผ้าเรียกว่าความแข็งแกร่งในปัจจุบันแม้ว่าจะถูกต้องกว่าถ้าใช้คำว่า "แรงแม่เหล็ก" ซึ่งสะท้อนถึงแก่นแท้ทางกายภาพของอนุภาคที่มีประจุได้อย่างเต็มที่ที่สุด

สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าของอิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะชดเชยร่วมกันและการพึ่งพาอาศัยกันนั้นถูกกำหนดโดยกฎของโอห์มซึ่งอธิบายโดยสูตร I = U / R หากความต้านทานของตัวกลางลดลงอย่างรวดเร็ว (ตัวอย่างเช่นเมื่อ ไฟฟ้าลัดวงจร) จากนั้นกระแสจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ สิ่งนี้ทำให้แรงดันไฟฟ้าตอบสนองลดลง ส่งผลให้ระบบกลับสู่สภาวะสมดุล ระหว่างการทำงานของหม้อแปลงเชื่อมสามารถสังเกตเห็นผลกระทบที่คล้ายกันเมื่อเกิดส่วนโค้งหลอดไส้เกือบจะดับลง

มีผลกระทบอีกอย่างหนึ่ง: ด้วยความต้านทานสูงของตัวกลาง ประจุของสัญญาณเดียวกันจะสะสมบนพื้นผิวใด ๆ จนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าถึงระดับวิกฤติ หลังจากนั้นเกิดการพังทลาย (กระแสปรากฏขึ้น) เกิดขึ้นในทิศทางของพื้นผิวที่มีศักยภาพมากที่สุด ความแตกต่าง. แรงดันไฟฟ้าคงที่เป็นอันตรายอย่างยิ่ง เนื่องจากในขณะที่คายประจุ แรงดันไฟฟ้าดังกล่าวสามารถสร้างกระแสได้หลายร้อยแอมแปร์ นั่นเป็นเหตุผล โครงสร้างโลหะที่อยู่ในสนามแม่เหล็กเป็นเวลานานจะต้องต่อสายดิน

ค่าคงที่หรือตัวแปร?

แรงดันไฟฟ้าเป็นองค์ประกอบคงที่ของกระแสไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าเป็นแบบไดนามิก เนื่องจากทิศทางของกระแสไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับขั้วที่ปลายตัวนำ และทรัพย์สินนี้กลับกลายเป็นว่ามีประโยชน์มากในการแพร่กระจายกระแสไฟฟ้าไปทั่วโลก ความจริงก็คือกระแสใด ๆ ถูกทำให้หมาด ๆ เนื่องจากความต้านทานภายในของตัวกลางตามกฎการอนุรักษ์พลังงานเดียวกัน แต่ปรากฎว่ามันยากมากที่จะขยายการไหลของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว แต่สิ่งหนึ่งที่เปลี่ยนทิศทางแบบวัฏจักรนั้นเป็นเรื่องง่าย สำหรับสิ่งนี้ จะใช้หม้อแปลงที่มีขดลวดสองเส้นบนแกนเดียว

ที่จะได้รับ เครื่องปรับอากาศจำเป็นต้องกลับด้านในออกหลักการที่ฟาราเดย์ค้นพบซึ่งอยู่ในต้นแบบ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนแผ่นทองแดงในสนามแม่เหล็กถาวร Nikola Tesla ทำตรงกันข้าม - เขาวางแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำลังหมุนไว้ในขดลวดที่อยู่นิ่งซึ่งได้รับผลที่ไม่คาดคิด: ในขณะนี้ ขั้วไฟฟ้าทะลุผ่านแกนที่เป็นกลาง สนามแม่เหล็กแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าลดลงเหลือศูนย์แล้วเพิ่มขึ้นอีกครั้ง แต่มีเครื่องหมายอื่น ในระหว่างการปฏิวัติครั้งหนึ่ง ทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในตัวนำจะเปลี่ยนไปสองครั้ง ซึ่งถือเป็นระยะการทำงาน ดังนั้นกระแสสลับจึงเรียกว่ากระแสเฟส และแรงดันไฟฟ้าที่สร้างนั้นเป็นไซน์ซอยด์

Nikola Tesla ได้สร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขดลวดสองเส้นซึ่งทำมุมกัน 90 0 และวิศวกรชาวรัสเซีย M.O. Dolivo-Dobrovolsky ปรับปรุงโดยการวางสามตัวบนสเตเตอร์ซึ่งเพิ่มความเสถียรของเครื่องจักรไฟฟ้า เป็นผลให้กระแสสลับทางอุตสาหกรรมกลายเป็นสามเฟส

ทำไมต้อง 220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์?

ในประเทศของเรา เครือข่ายเฟสเดียวในครัวเรือนมีพิกัด 220 โวลต์และ 50 เฮิรตซ์ เหตุผลในการปรากฏตัวของตัวเลขเหล่านี้น่าสนใจมาก

สิ่งสำคัญในการพัฒนาไฟฟ้าภายในประเทศเป็นของโธมัส เอดิสัน เขาใช้กระแสตรงโดยเฉพาะ เนื่องจากสิ่งประดิษฐ์กระแสสลับอันชาญฉลาดของ Nikola Tesla ยังไม่เกิดขึ้น

อุปกรณ์ไฟฟ้าชิ้นแรกคือหลอดไส้ที่มีไส้หลอดคาร์บอน จากการทดลองพบว่าทำงานได้ดีที่สุดที่แรงดันไฟฟ้า 45 โวลต์และมีความต้านทานบัลลาสต์รวมอยู่ในวงจรซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการกระจายตัวของอีกยี่สิบ รับประกันเวลาการทำงานที่ยอมรับได้โดยการเปิดไฟสองดวงติดต่อกัน โดยรวมแล้วในเครือข่ายครัวเรือนตามที่ Edison กล่าวไว้ ควรมีไฟฟ้า 110 โวลต์

อย่างไรก็ตามการส่งกระแสตรงจากโรงไฟฟ้าไปยังผู้บริโภคนั้นมาพร้อมกับความยากลำบากอย่างมาก: หลังจากผ่านไปหนึ่งหรือสองไมล์มันก็ดับสนิท ตามกฎของ Joule-Lenz ปริมาณความร้อนที่ตัวนำกระจายไประหว่างกระแสไหลผ่านจะคำนวณโดยสูตรต่อไปนี้: Q = R ฉัน 2. เพื่อลดการสูญเสียสี่เท่า แรงดันไฟฟ้าจึงเพิ่มขึ้นเป็น 220 โวลต์ และ สายไฟสร้างจากตัวนำไฟฟ้าสามตัว - มี "บวก" สองอันและ "ลบ" หนึ่งอัน ผู้ใช้บริการได้รับไฟ 110 โวลต์เท่ากัน

การเผชิญหน้าระหว่างนิโคลา เทสลา และโธมัส เอดิสัน ที่เรียกว่า "สงครามแห่งกระแสน้ำ" ได้รับการตัดสินให้ใช้กระแสสลับ เนื่องจากสามารถส่งผ่านในระยะทางไกลโดยสูญเสียน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวนำไฟฟ้ายังคงอยู่ที่ 220 และแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นที่จ่ายให้กับผู้บริโภคคือ 127 โวลต์เนื่องจากเนื่องจากการเปลี่ยนเฟส 120 องศา แอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าจึงไม่บวกกันทางคณิตศาสตร์ แต่คูณด้วย 1.73 - กำลังสอง รากของสาม

ในสหภาพโซเวียตมีการใช้ระดับเครือข่าย 127 โวลต์ในเฟสเดียวจนถึงต้นทศวรรษที่ 60 ในระหว่างการปรับปรุงสายไฟฟ้าซึ่งดำเนินการเพื่อเพิ่มกำลังส่งนักออกแบบได้ปฏิบัติตามเส้นทางเดียวกันกับเอดิสัน - พวกเขาเพิ่มแรงดันไฟฟ้า

จุดอ้างอิงคือ 220 โวลต์ ซึ่งวัดระหว่างเฟส มันกลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว และแรงดันไฟฟ้าเฟสต่อเฟสอุตสาหกรรม 380 โวลต์ได้มาจากการคูณ 220 ด้วย 1.73 ความถี่ 50 Hz คือ 3,000 การสั่นสะเทือนต่อนาทีนั่นคือจำนวนรอบเพลาข้อเหวี่ยงที่เหมาะสมของเครื่องยนต์ดีเซลหรือเครื่องยนต์สันดาปภายในอื่น ๆ ที่ขับเคลื่อนเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสสลับ

ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าแรงดันและกระแสไฟฟ้าคืออะไร วัดเป็นหน่วยใด และขึ้นอยู่กับแต่ละแรงดันอย่างไร และทำไมจึงมีไฟ 220 โวลต์ในเต้าเสียบของคุณ ข้อเท็จจริงที่นำเสนอไม่มีลักษณะทางวิชาการและไม่ได้อ้างว่าเป็นความจริงขั้นสุดท้าย คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ได้ในหนังสือเรียนเกี่ยวกับวิศวกรรมไฟฟ้า