Вольт - це одиниця виміру різниці потенціалів в системі СІ. Різниця потенціалів характеризує енергію, необхідну для переміщення одиничного заряду між двома точками. У фізиці вольт позначається символом V.
Різниця потенціалів вимірюється за допомогою вольтметра. Вольтметр підключається паралельно елементу електричного кола і дозволяє виміряти різницю потенціалів між двома точками.
У фізиці існує кілька важливих формул, в яких використовується вольт:
- U = IR, Де U-різниця потенціалів у вольтах, I – сила струму в амперах, R – опір ланцюга в омах.
- W = QV, де W-робота в джоулях, Q-заряд в кулонах, V-різниця потенціалів у вольтах.
- E = V/d, де E – напруженість електричного поля у вольтах на метр, V – напруга у вольтах, d – відстань між пластинами конденсатора.
Знання основних формул і їх значень, пов'язаних з вольтом, дозволяє вирішувати завдання, пов'язані з електричними ланцюгами, електричними полями і електростатичним потенціалом.
Електричний потенціал і напруга у фізиці
Електричний потенціал (V) - це міра енергії, яку несе заряджена частинка в електричному полі. Він вимірюється у вольтах (В) і визначається як відношення енергії (Е) до заряду (q):
Електричний потенціал також можна визначити як роботу (W) для переміщення заряду (q) з однієї точки в іншу в електричному полі:
Напруга (U), також вимірюється у вольтах, є різницею потенціалів між двома точками в електричному полі. Воно визначає, наскільки сильно електричне поле насправді "штовхає" заряджені частинки. Напругу можна виразити як:
де V2 і V1 - потенціали другої і першої точок відповідно.
Зазвичай електричний потенціал прикладання напруги позначається позитивним ( + ), а потенціали щодо землі позначаються негативним знаком ( -).
Використання конкретних формул та значення напруги та електричного потенціалу залежить від конкретної фізичної ситуації та контексту. Наприклад, в електричних ланцюгах ви використовуєте закон Ома (U = I * r), де U - напруга, I - струм, R - опір. В електростатиці ви можете використовувати закон Кулона (U = k * (q2 - q1) / r), Де U - напруга, k - постійна Кулона, q2 і q1 - заряди, r - відстань між ними.
Що таке вольт і як він вимірюється?
Для вимірювання вольтів використовуються прилади, звані вольтметрами. Вони підключаються паралельно джерела напруги або до електричного кола, в якій необхідно виміряти напругу. Вольтметри зазвичай мають діапазони вимірювання, які можна перемикати відповідно до різних рівнів напруги.
Візуально вольт можна уявити як силу, що рухає заряди в електричному ланцюзі. Він дозволяє оцінити, наскільки ефективно електричне поле переміщує заряди з однієї точки в іншу. Якщо різниця потенціалів між двома точками дорівнює 1 вольту, це означає, що електричне поле працює з такою силою, що здійснює роботу в 1 джоулі для переміщення заряду в 1 кулоні.
Основне рівняння для розрахунку електричної напруги
Основне рівняння, яке дозволяє обчислити значення електричної напруги, називається законом Ома:
Де U-електрична напруга в вольтах, I - сила струму в амперах, R - опір ланцюга в омах.
Дане рівняння встановлює пряму пропорційність між напругою, силою струму і опором. Тобто, при збільшенні сили струму або опору, напруга також збільшується.
Це рівняння широко застосовується в різних галузях фізики та електротехніки для обчислення та прогнозування значень електричної напруги в різних електричних ланцюгах.
Вплив електричного поля на заряди
Заряди в електричному полі піддаються силі, яка називається електричною силою. Вона визначається величиною електричного поля і величиною заряду, на яку вона діє. Електрична сила спрямована вздовж ліній електричного поля і викликає прискорення або уповільнення заряду.
Величину електричного поля позначають символом E і вимірюють у вольтах на метр (В/м). Вона показує напрямок і силу дії поля на заряд. Чим більше величина поля, тим сильніше його вплив на заряди.
Кількість електричного потоку через поверхню також залежить від величини електричного поля. Воно визначається формулою:
де Φ-електричний потік, E-величина електричного поля, a - площа поверхні, і θ-кут між напрямком електричного поля і нормаллю до поверхні.
Вплив електричного поля на заряди також описується законом Кулона, який говорить про те, що сила взаємодії двох зарядів прямо пропорційна їх величинам і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:
F = k * (q1 * q2) / r^2
де F-сила взаємодії зарядів, k-постійна Кулона, q1 і q2-величини зарядів, і r - відстань між зарядами.
Електричне поле має значний вплив на заряди і є важливим у фізиці.
Розрахунок електричного поля в опірному середовищі
Електричне поле в середовищі опору може бути розраховане за допомогою закону Ома та закону збереження енергії. Для цього необхідно врахувати опір середовища і прикладена напруга.
Закон Ома встановлює залежність між струмом, напругою і опором середовища: сила струму пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору, виражається формулою I = v / r, де I - струм, V - напруга, R - опір. Якщо опір середовища відомо, можна розрахувати значення струму в цьому середовищі.
Для розрахунку електричного поля в опірній середовищі, важливо також враховувати закон збереження енергії. Енергія, витрачена на подолання опору середовища, перетворюється в енергію електричного поля. Формула для розрахунку енергії електричного поля має вигляд W = 0.5 * C * v^2, де W - енергія, C - ємність середовища, V - напруга. Шляхом заміни C на Q / V, де Q-заряд, можна отримати формулу для енергії електричного поля в залежності від заряду і напруги: W = 0.5 * Q * V.
За розрахованої енергії електричного поля можна визначити напруженість поля, використовуючи формулу E = sqrt(2 * W / ε), де E - напруженість поля, W - енергія електричного поля, ε - діелектрична проникність середовища.
Певне значення напруженості поля дозволяє розрахувати силу, що діє на заряд в цьому полі, за формулою F = Q * E, де F - сила, Q - заряд, E - напруженість поля.