Что такое ток и напряжение простыми словами

Напряжение и ток

Для того, чтобы электронный компонент совершал полезную работу: лампа — горела, двигатель — вращался, через него должен протекать электрический ток.

Ток создаётся электрическим потенциалом. Если сравнивать течение тока и течение жидкости, то электрический потенциал — это напор, а ток — это струя воды. Наличие потенциала самого по себе не достаточно для создания тока.

Во-первых, необходим проводник по которому ток будет течь. Например: медный провод. Если проводника нет, потенциал «утыкается» в воздух, а воздух очень хорошо препятствует течению электричества. Это аналогично тому, что вода не будет течь пока закрыт кран: давление есть — течения нет. Материалы, не позволяющие току течь называются диэлектриками. Позволяющие течь — проводниками. Позволяющие при одних условиях и не позволяющие при других — полупроводниками.

Во-вторых, необходима разность потенциалов. Ведь если с двух концов водопроводной трубы будет одинаковый напор, каким бы сильным он не был — течения внутри не будет. То же самое и с электричеством. Разность потенциалов называют напряжением.

Потенциал и напряжение (обозначаются буквой U или V) мерятся в вольтах; сила тока (обозначается буквой I) или просто ток — в амперах. В микроэлектронике обычно используются напряжения от долей вольт до десятков вольт и силы тока от долей миллиампер (мА) до сотен миллиампер.

По договорённости считается, что ток течёт в направлении от плюса к минусу. По аналогии как вода течёт из области высокого давления к пустому концу трубы. На самом деле, какое направление положительное, а какое отрицательное — условность. Исторически так сложилось, что открытие отрицательно заряженных электронов, которые и формируют ток, было сделано уже после того, как все договорились, что считать положительным течением тока. Поэтому в силу той ошибки на практике ситуация такова: говорят, что ток течёт из точки А в точку Б, хотя на физическом уровне электроны мчатся от точки Б к точке А. Чтобы не путаться, нужно запомнить: в схемотехнике никто не вспоминает куда перемещаются электроны, положительное течение тока — это течение из точки с большим потенциалом в точку с меньшим; в направлении тока перемещаются положительные заряды. Да, они виртуальные, их не бывает на самом деле, но так удобнее.

Точку цепи, предоставляющую неограниченную возможность возврата/слива отработавших зарядов называют землёй (Ground, GND). Не нужно понимать «землю» в буквальном смысле. Ей может быть и отрицательный полюс батарейки, и корпус автомобиля, и, действительно, планета Земля. Для удобства считают, что земля — это потенциал в 0 В. Все остальные потенциалы считают относительно неё. Кроме того, в схемотехнике практически не пользуются понятием электрического потенциала: говорят, что напряжение в определённой точке составляет 12 В, на самом деле имеют в виду, что разность потенциалов между ней и землёй составляет 12 В.

Источники питания

Проходя по цепи, электрическая энергия расходуется: часть её идёт на совершение полезной работы, часть теряется, превращаясь в тепло. Чтобы устройство работало постоянно, требуется сила, которая бы удерживала напряжение в цепи. Её называют ЭДС (электродвижущая сила, electromotive force, EMF), а создают её источники питания. Примером компонента с ЭДС являются: обычные батарейки, солнечные батареи, трансформатор в блоке питания, моторчик вращаемый хомяком в колесе.

На схемах источник питания может указываться как в явном виде, собственным символом, так и в неявном: обозначается ноль контакт входного напряжения и земля без акцента на то, откуда энергия возьмётся. Таким образом, следующие схемы эквивалентны:

Мощность

Мощность — это количество переносимой энергии за единицу времени. Переносимая электрическая энергия обычно трансформируется конечными устройствами в другие формы: тепло, свет, звук и т.д. Единица измерения мощности — Ватт. Мощность P рассчитывается по формуле:

Различные компоненты расчитаны на разную мощность. Обычно в документации на компонент указывается при каком напряжении он работает и какой ток при этом потребляет. Есть компоненты, которые «возьмут» только то количество тока, которое им необходимо; есть те, которые будут гореть и плавиться, но заберут всё, что дают.

Предоставить нужное количество энергии в нужный момент в определённое место цепи — одна из главных задач разработчика схемы. Реализуется это с помощью соединения базовых компонентов (таких как, например, резисторы и транзисторы) в типовые, шаблонные схемы.

Если не указано иное, содержимое этой вики предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International

Производные работы должны содержать ссылку на http://wiki.amperka.ru, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы.
Вики работает на суперском движке DokuWiki.

схемотехника/напряжение-и-ток.txt · Последние изменения: 2010/12/27 07:37 — nailxx

Инструменты страницы

• Показать исходный текст
• История страницы
• Ссылки сюда
• Наверх

Что такое напряжение?

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое обеспечивает движение заряженных электронов (ток) через проводящий контур, позволяя им выполнять полезную работу (например, обеспечивать свечение лампочки).

В кратком виде: напряжение = давление, оно измеряется в вольтах (В). Эта единица измерения названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827 гг.), который изобрел вольтов столб, ставший предшественником современной бытовой батареи.

Ранее напряжение называлось электродвижущей силой (эдс). Поэтому в ряде уравнений, например в законе Ома, напряжение обозначается символом E.

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (переведен во включенное положение).
2. В источнике питания образуется напряжение («разность потенциалов» между двумя полюсами батареи), создавая давление, под действием которого поток электронов движется к отрицательной клемме батареи.
3. Ток достигает лампочки, и лампочка начинает светиться.
4. Ток возвращается в источник питания.

Различают напряжение переменного тока и постоянного тока. Отличия заключаются в следующем:

Напряжение переменного тока (на цифровом мультиметре обозначается символом ):

• распространяется равномерными синусоидальными волнами, как показано ниже:
• меняет направление с регулярными интервалами.
• обычно вырабатывается электростанциями с помощью генераторов, которые преобразуют механическую энергию, производимую вращением под действием протекающей воды, пара, ветра или тепла, в электрическую энергию.
• более распространено, чем напряжение постоянного тока. Электростанции подают напряжение переменного тока в организации и дома, где большинство устройств работает на напряжении переменного тока.
• Основные источники питания различаются в зависимости от страны. Например, в США напряжение источников равно 120 В.
• Некоторые бытовые устройства, например телевизоры и компьютеры, используют напряжение постоянного тока. Они используют выпрямители (например, массивный блок шнуре портативного компьютера), которые преобразовывают напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а также переменный ток — в постоянный.

Напряжение постоянного тока (на цифровом мультиметре обозначается символами и ):

• распространяется по прямой и только в одном направлении.
• обычно вырабатывается источниками накапливаемой энергии, например батареями.
• на источниках напряжения постоянного тока есть положительная и отрицательная клеммы. Клеммы определяют полярность в цепи. По полярности можно определить, является ли данная цепь цепью постоянного или переменного тока.
• обычно используется в портативном оборудовании с питанием от батареи (фонарики, камеры).

Что такое разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» зачастую взаимозаменяемы. Разность потенциалов правильнее назвать разностью потенциальной энергии между двумя точками цепи. Величина разности (выраженная в вольтах) определяет величину потенциальной энергии, доступной для перемещения электронов из одной точки в другую. От этой величины зависит, какая работа потенциально может быть совершена в цепи.

Например, бытовая щелочная батарея типа AA обеспечивает напряжение 1,5 В. Обычные бытовые розетки обеспечивают напряжение 120 В. Чем выше напряжение в цепи, тем выше способность приводить в движение большое количество электронов и выполнять работу.

Напряжение/разность потенциалов можно сравнить с водой в резервуаре. Чем крупнее резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, возможная развиваемая скорость), тем сильнее будет способность воды оказать воздействие при открытии клапана, когда вода начинает течь, подобно электронам.

Почему нужно измерять напряжение

В большинстве случаев при проведении проверки технические специалисты знают, как должна работать цепь.

Цепи используются для передачи энергии на нагрузку: от небольших устройств и бытовой техники до промышленных двигателей. На нагрузках часто есть паспортная табличка, на которой указаны эталонные значения стандартных электрических параметров, в том числе напряжения и силы тока. Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) всех контуров нагрузки. Стандартные значения могут содержаться в руководствах.

Благодаря этим значениям технический специалист понимает, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определять отклонения от нормы. Однако и в этом случае технический специалист должен руководствоваться знаниями и опытом для определения причин, вызывающих подобные отклонения.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Что есть напряжение простыми словами.

Электрический ток сравним с водопроводом . Сила тока — толщина трубы, а напряжение — сила напора . Произведение этих величин — есть мощность .

напряжение — это характеристика поля её двумя словами не объяснишь, если тебя интересует с точки зрения воздействия то это вектор указывающий электрозаряженным частицам направление движения, если с точки зрения материального объекта то электромагнитное поле — это фотоны, но они не находятся на одном месте, с помощью них происходит взаимодействие.

Напряжение это разность потенциалов двух проводников, который обусловлен избытком электронов в одном проводнике, относительно другого.

Если говорить об электрическом токе, то это-упорядоченное движение заряженных частиц.
Источник: Учебник Физики 9 класс

Если не мудрить, можно двумя словами. Напряжение- это Сила+ мощность, определенного тока. И все объяснения на всех страничках- это белиберда!

Напряжение — это какую работу совершает элек. поле перемещяя заряд с одной точки до другой. Пример: если повышать напряжение то допустим электродвигатель быстрее крутить будет.

Что такое ток и напряжение простыми словами

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, для металлов это электроны.

Напряжение – это отношение электрического поля к величине заряда.

Такое объяснение встречается в большинстве научных источников, но совершенно непригодно к визуальному моделированию движения носителей заряда. Не смотря на то, что в понимании схемотехники, и электроники в целом это никак не скажется, так как затрагиваются фундаментальные процессы, которые лежат в основе большинства явлений, которые используются не только в электронике.

Для начала вспомним несколько вполне пригодных к визуализации явлений – кристаллическая решётка атомов металла, который является проводником в подавляющем большинстве схем.

Как мы видим, ядра атомов – положительного заряда, электроны – негативного, расстояние между ядрами атомов очень значительное, но из-за разных потенциалов они склонны притягиваться, поэтому при интенсивном движении заряженных частиц они могут время от времени сталкиваться с ядрами.

Так же немало важную роль играет скорость движения ядер атомов, которая зависит от температуры проводника, они начинают быстро двигаться, и натыкаться на большее количество электронов, и больше отпускает электронов назад, таким образом, больше количество электронов передаёт свою кинетическую энергию ядру атома, вызывающее большую вибрацию, и как следствие больший нагрев. Тем самым меньше электронов может пробегать по проводнику. Заряженные частицы двигаются под действием напряжения, это та сила, которая заставляет носители заряда двигаться в одном направлении, чем больше напряжение, тем больше электронов может преодолеть притяжение ядер атомов. Но при этом, давая электронам больше кинетической энергии, можно повысить вибрацию ядер атомов, как следствие – ещё больший нагрев проводника. Сопротивление так же зависит от площади сечения проводника, чем больше сечение – тем больше ядер атомов могут одновременно принимать и отпускать носителей заряда, что не только уменьшает сопротивление, но так же и увеличивает теплоёмкость проводника, значит, он легче может выдержать перегрев.

Но стоит отметить, что охладить такой провод сложнее, понадобится больше мощности затратить на его охлаждение, хотя на практике провод подбирают так, что бы при номинальном токе, он не грелся, и это правило применимо только к резисторам, где сопротивление больше, и мощность выделяемая больше. Так как при движении электронов, они на некоторое время задерживаются у ядер атомов, пока их не выбьет с поля ядра другой электрон, то на участке проводника, при протекании через него тока будет определённая разница в количестве заряженных частиц. Это зовётся падением напряжения, как правило, наибольшее падение напряжения происходит на самом высокоомном участке цепи, падение напряжения зависит от тока в цепи и сопротивления участка, на котором производится замер. Только что мы на уровне движения элементарных частиц объяснили некоторые аспекты закона Ома, и мощности выделяемой на резисторе, и почему она превращается в тепло. С напряжением всё проще, для начала вспомним, что источником напряжения могут быть как химические батареи (аккумуляторы, батарейки, и т.д.) так и магнитно-динамические (генераторы, электродвигатели). Принцип работы разный, но результат одинаков – это разница потенциалов на выводах. Если говорить совсем просто, то это банально разница свободных электронов, то есть на одном выводе их значительно больше чем на другом. Свободные электроны – это те электроны, которые не прикреплены на определённой орбите возле ядра атома, они под воздействием магнитных полей хаотично двигаются по всему проводнику, поэтому напряжение одинаково во всех частях проводника (пока через него не протекает ток). А источник напряжения можно представить как насос, который перекачивает ток с одного вывода в другой.

Ну и под конец в видео приводится аналогия заряженных частиц с автомобилями, а проводника с дорогой.

Статья специально подготовлена для конкурса на канале АКА

Автор — Ростислав Михайлов