Напряжение и как оно измеряется

Все атомы в стабильном состоянии имеют равное количество протонов и электронов, то есть положительный заряд ядра скомпенсирован отрицательным зарядом электронной оболочки. Но электрон - довольно «ветреная» частица и может перескочить с одного атома на другой. При таких изменениях мы получим картину из двух атомов, на одном из которых будет лишний электрон, и атом будет иметь общий отрицательный* заряд, на другом будет дефицит электронов, и суммарный заряд протонов будет больше суммарного заряда электронов на один элементарный заряд, то есть общий заряд будет положительным. Таким образом создается напряжение. Напряжения принято измерять в вольтах (В). 1 Вольт – это такая разница потенциалов между двумя точками, если для перемещения заряда в 1 Кл (1019 электронов) нужно совершить работу в 1 Джоуль*.


В природе все стремится к равновесию и совершенству. Для некоторых нужд человек вынужден противостоять этому состоянию с наименьшей энергией, строя плотины или вырубая леса. Природа, а это и есть физика, стремится вернуть всё к начальному положению равновесия, и постоянно создает напряжение на плотину, которая рано или поздно разрушится, заставляет траву расти вновь, чем создает напряжение у коммунальных служб. Тоже самое происходит в электричестве, мы можем создать напряжение, на какой-то момент времени, но в конечном счете все вернется на круги своя.

https://alexragulin.ru/img/lesson/be/becd53eebd999fb484ff523684cf285120210328113429.jpg
Для получения напряжения, или разности потенциалов (возможностей, средств) атомов, можно применить метод трения, с которым все встречались при расчесывании волос. При плотном контакте диэлектриков (расчески и волос) часть электронов с волос переходят на поверхность расчёски, поэтому возникает напряжение между волосами и расческой. С проводниками такой картины не налюдается. так как заряды образуются на поверхности диэлектрика и не распределяются вглубь из-за высокого сопротивления, о котором мы поговорим в следующей главе. В то время, как отрывается один диэлектрик от другого получаем точечные мини-заряды, распределенные по всей поверхности.


Создание напряжения, его сохранение и транспортировка - очень важные умения для человечества. Чего только стоят наши электростанции! Некоторые из них работают за счёт энергии течения рек, так называемые гидроэлектростанции. Другие за счёт энергии, выделяющейся при сгорания топлива – теплоэлектростанции. Мы даже научились контролировать ядерные реакции, что используется на атомных электростанциях. Но у всех этих махин цель одна – превращение внутренней, механической, химической и других видов энергий в электрическую.

https://alexragulin.ru/img/lesson/79/799bad5a3b514f096e69bbc4a7896cd920210328113316.jpg
С помощью электростанций мы создаем такое напряжение, которое можно передавать по проводам на огромные расстояния. Это напряжение можно использовать напрямую в электрических приборах, или использовать для накопления напряжения в аккумуляторах.

Работа приборов обусловлена создаваемым в приборе запасом энергии электрического поля, которое гоняет электроны в цепи.

Рассмотри некоторые типичные значения напряжения:

- Напряжение в пальчиковой батарейке - 1.5 В
- Напряжение в электросети - 220 В
- Контактная сеть трамвая - 550 В
- Контактная сеть электрички - 3000 В
- Статическое электричество - 1000 — 100 000 В (то самое которые электролизует волосы)

Прибор для измерения напряжения называется вольтметром. Вольтметр подключают паралллельно к тому участку цепи, на котором меряют напряжение. Внутренне соспртивление вольтметра настолько большое, что не оказывает существенного влияния на цепь.

И напоследок, проведем эксперимент. Возьмем двенадцативольтовый АКБ автомобиля и небольшой аккумулятор от бытового прибора на те же 12 вольт. Замкнем их на самих себя. И заметим, что в бытовом аккумуляторе перетекание заряда завершится очень быстро. А вот автомобильный аккумулятор хранит намного больше разделенного заряда, что способствует более длительному процессу разряжения, следствием чего является интенсивное нагревание проводов и самого аккумулятора, что в свою очередь повлечет за собой возгорание аккумулятора. Причина: разные силы тока при одном и том же напряжении. Следующая глава посвящена силе тока, так давайте приступим к обсуждению.

---

* Частицы, имеющие ненулевой заряд, называются ионами. Так, атомы с излишком электронов, - отрицательные ионы, а атомы с недостатком электронов – положительные ионы.
* 1 Джоуль – это энергия, требуемая для нагрева примерно 0,24 г воды на 1 градус по Цельсию. Для сравнения можете посмотреть сколько энергии содержится в одной баночке йогурта. На этикетке есть позиция «энергетическая ценность\калорийность продукта». В 100 г йогурта 70 ккал, или 294 кДж, то есть 292 000 Дж!