Электрический потенциал

14.02.2015
Комментариев: 0



В гидравлических системах вода может течь при условии, что к одному концу трубы приложено давление, а другой ее конец открыт. Чем больше давление в гидравлической системе, тем больше количество протекающей воды. Подобным образом и в электрических системах электроны будут двигаться при условии, что к системе приложено электрическое «давление». Напряжение, разность потенциалов и электродвижущая сила — все это термины, описывающие электрическое «давление».

Электрический потенциал

Вспомним, что закон электрических зарядов гласит: разноименные заряды притягиваются. Следовательно, существует тяга, или сила притяжения, между двумя противоположно заряженными объектами. Мы называем эту силу притяжения напряженностью поля.

Другой способ взглянуть на происходящее — это представить избыточные электроны (отрицательный заряд) стремящимися достичь точки, где имеется их недостаток (положительный заряд). Если два заряда соединяются проводником, избыток электронов будет перетекать в точку, где имелся их недостаток. Однако если два заряда разделены изолятором, избыточные электроны не сдвинутся с места. Следовательно, избыток электронов будет накапливаться на одном конце изолятора параллельно с соответствующим ему недостатком или дефицитом электронов на другом.

Поскольку электроны не могут течь, напряженность поля между разноименно заряженными концами изолятора возрастает. Результирующая нагрузка на изолятор между двумя его концами называется электрическим напряжением. Это напряжение может стать действительно большим. После достижения им определенного предела изолятор более не в состоянии удерживать избыточные электроны (что уже рассматривалось в предыдущем подразделе). Следовательно, электроны устремятся через изолятор к его противоположному концу.

Электрическое напряжение, вызывающее ток электронов, называется просто напряжением. Напряжение — это разность потенциалов (или электрического заряда) между двумя точками. Вольт (В) — количество напряжения, которое требуется, чтобы вызвать силу тока в один ампер (А, единица измерения силы тока) через проводник сопротивлением в один Ом (Q, единица измерения сопротивления — греческая буква «омега»). В промышленности напряжение практически всегда измеряется в диапазоне обычных вольт. В других областях напряжение может измеряться на более низкой шкале милливольт (мВ), или тысячных долей вольта. Для более крупного масштаба измерений напряжения используется киловольт (кВ), равный 1000 вольт:

1 милливольт = 0,001 вольт 1 киловольт = 1000 вольт.

Для поддержания напряжения нужно иметь какие-нибудь средства перемещения электронов таким же образом, как гидравлическое давление двигает воду. В электрических цепях это может осуществляться с помощью батарейки (как показано на 1.4) или с помощью генератора постоянного или переменного тока (как изображено на 1.5). В батарейке электроны движутся к положительному электроду и вызывают напряжение. Генератор вызывает напряжение за счет переноса электронов из одного места в другое.

Электродвижущая сила (ЭДС) может создаваться несколькими способами. Наилегчайший метод ее объяснения — это сухой элемент электрической батарейки, рассмотренный в подразделе 1.3. Наиболее распространенный способ производства электродвижущей силы — использование генератора переменного тока. Этот генератор снабжается электропитанием от внешнего источника. Кроме того, в магнитном поле, созданном напряжением внешнего источника, вращается виток провода, в котором вырабатывается электродвижущая сила. Мы обсудим эти идеи более подробно в последующих разделах.