Napięcie elektryczne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzór

U_{AB}=\varphi_B - \varphi_A = {W_{A \longrightarrow B}\over q}

przy czym zakłada się, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, iż nie wpływa znacząco na zewnętrzne pole elektryczne[1].

W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła. Różnica ta spowodowana jest spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym źródła.

Zależność pomiędzy spadkami napięć i siłami elektromotorycznymi w obwodach elektrycznych opisuje drugie prawo Kirchhoffa.

Związek napięcia z natężeniem pola elektrycznego[edytuj | edytuj kod]

Napięcie elektryczne można określić znając natężenie pola elektrycznego:

U_{AB} = {W_{A \longrightarrow B}\over q} = \int\limits_A^B \vec{E} \cdot\;d\vec{l}

Całkowanie odbywa się pomiędzy punktami A i B[1], przy czym wartość całki nie zależy od wyboru drogi. Wynika stąd, że napięcie między dwoma punktami może być dodatnie, ujemne, a w szczególnych przypadkach – równe zero.

Napięcie elektryczne otwartego źródła prądu[edytuj | edytuj kod]

Napięcie elektryczne otwartego źródła prądu (bez poboru prądu) równe jest sile elektromotorycznej (SEM) tego źródła, co wynika z zależności:

U=\varepsilon -IR_{w}

gdzie:

U – napięcie na zaciskach źródła,
ε – siła elektromotoryczna,
Rw – opór wewnętrzny źródła,
I – natężenie prądu pobieranego ze źródła.

Dla otwartego źródła: I=0, zatem

U = \varepsilon

Jednostka napięcia[edytuj | edytuj kod]

Jednostką napięcia jest wolt (V). Między dwoma punktami pola elektrycznego jest napięcie 1 V, jeżeli do przeniesienia między tymi punktami ładunku 1 C potrzebna jest praca 1 J

1\operatorname{V}=\frac{1\operatorname{J}}{1\operatorname{C}}

a wymiar wolta

\operatorname{V}=\frac{\operatorname{kg} \cdot \operatorname{m}^{2}}{\operatorname{s}^{3}\cdot\operatorname{A}}

Pomiar napięcia[edytuj | edytuj kod]

Przyrządy służące do pomiaru napięcia elektrycznego to woltomierze[2].

Napięcie w obwodach prądu zmiennego[edytuj | edytuj kod]

W obwodach prądu zmiennego napięcie może być opisane przy pomocy kilku pojęć, są to: wartość chwilowa, skuteczna, średnia i maksymalna.

Wartość skuteczną Usk napięcia elektrycznego okresowego o okresie T określa się wzorem[3]:

U_{sk} = \sqrt {{1 \over T} \int\limits_0^T u^2 (t)\ dt}

Wartością średnią Uśr napięcia określa się napięcie o wartości:

U_{sr} = {1 \over T} \int\limits_0^T u(t)\ dt

Dla napięcia przemiennego sinusoidalnego, którego przebieg można opisać wzorem[4]:

u(t) = U_{max} \sin (\omega \cdot t + \varphi)

wartość skuteczna napięcia wynosi[4]:

U_{sk} = {1\over \sqrt 2}\ U_{max}

a wartość średnia równa się[4]:

U_{sr} = {2 \over \pi }\ U_{max} \approx 0,637 U_{max}

gdzie:

u(t) – napięcie chwilowe w funkcji czasu t,
Umax – napięcie maksymalne, równe jego amplitudzie,
Usknapięcie skuteczne
Usr – napięcie średnie
ωpulsacja,
φ – faza początkowa.

W sieciach niskiego napięcia w Polsce napięcie skuteczne fazowe (mierzone między przewodem fazowym, czyli będącym pod napięciem, a ziemią) wynosi 230 V, zaś międzyfazowe (mierzone między przewodami dwóch faz) 400 V, co odpowiada amplitudom: Umax ≈ 325 V i 563 V. Pomiędzy napięciem fazowym Uf  a międzyfazowym Up układu 3-fazowego, symetrycznego, gwiazdowego zachodzi następująca zależność[5]:

U_{p}=\sqrt 3 \,U_{f}

gdzie:

Upnapięcie międzyfazowe (nazywane też przewodowym lub liniowym od od ang. line-to-line voltage)
Ufnapięcie fazowe.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Bolkowski Stanisław: Elektrotechnika Teoretyczna Tom 1: Teoria obwodów elektrycznych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1986, s. 23. ISBN 83-204-0733-8.
  2. pod red. Tadeusza Janowskiego: Laboratorium Podstaw Elektrotechniki I. Lublin: Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Lubelskiej, 1994, s. 7-8.
  3. Bolkowski Stanisław: Elektrotechnika Teoretyczna Tom 1: Teoria obwodów elektrycznych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1986, s. 49. ISBN 83-204-0733-8.
  4. 4,0 4,1 4,2 Bolkowski Stanisław: Elektrotechnika Teoretyczna Tom 1: Teoria obwodów elektrycznych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1986, s. 51-52. ISBN 83-204-0733-8.
  5. Bolkowski Stanisław: Elektrotechnika Teoretyczna Tom 1: Teoria obwodów elektrycznych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1986, s. 207. ISBN 83-204-0733-8.