電位と電圧の差。起電力、電圧、電位差

静電界にはエネルギーがあります。静電界に電荷がある場合、電界はそれに何らかの力で作用してそれを動かし、仕事をします。すべての仕事は、ある種のエネルギーの変化に関連しています。仕事静電界電荷の動きに応じて、電位差と呼ばれる量で表現するのが通例です。

ここで、qは転送された電荷の値です。

j1およびj2-パスの開始点と終了点の電位。

簡潔にするために、以降、を示します。 Vは電位差です。

V = A/q。 静電場のポイント間の潜在的な違いは、電荷がそれらの間を移動する1つのペンダントであるときに電気力が行う仕事です。 .

[V] \ u003d V. 1ボルトはポイント間の電位差であり、その間を1クーロンの電荷で移動すると、静電力が1ジュールの仕事をします。

物体間の電位差は電位計で測定され、一方の物体は導体によって電位計の本体に接続され、もう一方は矢印に接続されています。電気回路では、回路のポイント間の電位差は電圧計で測定されます。

電荷からの距離とともに、静電界は弱まります。その結果、ゼロになる傾向があり、フィールドのエネルギー特性-ポテンシャル。物理学では、無限遠点のポテンシャルはゼロと見なされます。電気工学では、地球の表面の電位はゼロであると考えられています。

電荷が特定の点から無限大に移動する場合、

A = q（j-O）= qj => j = A / q、つまり ポイントの可能性は、電気力が行う必要のある作業であり、1つのペンダントの電荷を与えられたポイントから無限に転送します .

正電荷qが、距離dで強度ベクトルの方向に沿って強度Eの均一な静電界内を移動するとします。電荷を移動させる際の電界の働きは、電界強度と電位差の両方から見つけることができます。明らかに、仕事を計算するどんな方法でも、それの1つの同じ値が得られます。

A = Fd = Eqd=qV。 =>

この式は、フィールドの電力特性とエネルギー特性を結び付けます。さらに、それは私たちに緊張の単位を与えます。

[E] = V/m。 1 V / mは、このような均一な静電界の強度であり、強度ベクトルの方向に沿って1 m移動すると、その電位が1V変化します。

チェーンセクションのオームの法則。

導体の両端の電位差が大きくなると、導体の電流が大きくなります。オームは、導体の電流強度が導体間の電位差に正比例することを実験的に証明しました。

異なる消費者を同じものに接続する場合電子回路現在の強さは異なります。これは、さまざまな消費者がさまざまな方法でそれらを通過するのを防ぐことを意味します。電流. 導体が電流を通過するのを防ぐ能力を特徴付ける物理的量は、電気抵抗と呼ばれます。 。特定の導体の抵抗は、一定の温度で一定の値です。温度が上昇すると、金属の抵抗は増加しますが、液体の抵抗は減少します。 [R]=オーム。 1オームはそのような導体の抵抗であり、1Aの電流が1Vの両端に電位差を伴って流れます。最も一般的に使用される金属導体。それらの電流キャリアは自由電子です。導体に沿って移動するとき、それらは結晶格子の正イオンと相互作用し、それらにエネルギーの一部を与え、速度を失います。希望の抵抗を得るには、抵抗ボックスを使用します。抵抗ボックスは、既知の抵抗を備えたワイヤのコイルのセットであり、目的の組み合わせで回路に含めることができます。

オームは実験的にそれを発見しました 回路の均質なセクションの現在の強度は、このセクションの終わりの電位差に直接比例し、このセクションの抵抗に逆比例します。

回路の均一なセクションは、電流源がないセクションです。これは、回路の均一なセクションに対するオームの法則であり、すべての電気計算の基礎です。

異なる長さ、異なる導体を含む断面から作られたさまざまな素材、発見された：導体の抵抗は、導体の長さに直接比例し、その断面積に反比例します。電流が反対側の面に垂直に流れる場合、任意の物質から作られた1メートルのエッジを持つ立方体の抵抗は、この物質の特定の抵抗と呼ばれます。 [r]\u003dオームm。抵抗率の非体系的な単位がよく使用されます-断面積が\u200b\ u200b1 mm 2で、長さが1mの導体の抵抗。[r]\ u003dオームmm2/m。

抵抗率物質-表の値。導体の抵抗はその抵抗率に比例します。

スライダーとステップレオスタットの動作は、導体抵抗の長さへの依存性に基づいています。スライダーレオスタットは、ニッケル線が巻かれたセラミックシリンダーです。レオスタットの回路への接続は、スライダーを使用して実行されます。スライダーには、回路内の巻線の長さが長くなったり短くなったりします。ワイヤーはスケールの層で覆われており、ターンを互いに分離します。

A）消費者のシリーズと並列接続。

多くの場合、いくつかの現在の消費者が電気回路に含まれています。これは、各消費者に独自の電流源を持たせることは合理的ではないという事実によるものです。コンシューマーをオンにする方法は2つあります。直列と並列、および混合接続の形式でのそれらの組み合わせです。

a）消費者のシリアル接続。

でシリアル接続消費者は、消費者が次々とつながる連続的なチェーンを形成します。直列に接続した場合、タップはありません接続線。簡単にするために、直列に接続された2つのコンシューマーのチェーンについて考えてみます。なぜなら、消費者の1人を通過した電荷は2番目の消費者も通過するからです。消費者をつなぐ導体では、電荷の消失、発生、蓄積はあり得ません。 q = q 1 =q2。回路を流れる電流の時間で得られた式を除算すると、接続全体を流れる電流とそのセクションを流れる電流の関係が得られます。

接続全体で単一の正電荷を移動する作業は、この電荷をそのすべてのセクションで移動する作業で構成されていることは明らかです。それらの。 V \ u003d V 1 + V 2（2）。

直列接続された消費者間の潜在的な差異の合計は、消費者間の潜在的な差異の合計に等しくなります。

式（2）の両方の部分を回路の電流で割ると、U / I = V 1 / I + V 2/Iが得られます。それらの。直列接続されたセクション全体の抵抗は、そのコンポーネントの消費者の抵抗の合計に等しくなります。

B）消費者の並列接続。

これは、消費者を有効にする最も一般的な方法です。この接続により、すべてのコンシューマーは、すべてのコンシューマーの2つの共通ポイントに接続されます。

通過するとき並列接続、回路を通過する電荷は、個々の消費者を通過するいくつかの部分に分割されます。電荷保存則によるとq=q 1 +q2。この式を電荷通過時間で割ると、回路を流れる総電流と個々の消費者を流れる電流の関係が得られます。

電位差の定義に従って、V = V 1 = V 2（2）。

回路のセクションのオームの法則に従って、式（1）の電流強度を抵抗に対する電位差の比率で置き換えます。 V / R \ u003d V / R 1 + V /R2を取得します。還元後：1 / R = 1 / R 1 + 1 / R 2、

それらの。並列接続の抵抗の逆数は、その個々の分岐の抵抗の逆数の合計に等しくなります。

電位差

一方の体をより多く加熱し、もう一方の体をより少なく加熱できることは明らかです。物体の加熱の程度は、その温度と呼ばれます。同様に、ある体は別の体よりも電化される可能性があります。身体の帯電の程度は、電子電位または単に身体の電位と呼ばれる値を特徴づけます。

体を電化するとはどういう意味ですか？それは彼に言うことを意味します電荷つまり、体を負に帯電させる場合はそれに一定量の電子を追加し、体を正に帯電させる場合は電子を取り除きます。いずれの場合も、物体はある程度の帯電、つまり1つまたは別の電位を持ち、正に帯電した物体は正の電位を持ち、負に帯電した物体は負の電位を持ちます。

電子料金のレベルの違い 2体は通常呼ばれます電子電位差あるいは単に電位差.

2つの類似した物体が同じ電荷で帯電しているが、一方が他方よりも大きい場合、それらの間にも電位差があることを理解する必要があります。

さらに、そのような2つの物体の間には電位差があり、一方は帯電しており、もう一方は帯電していません。したがって、たとえば、地球から隔離された物体に特定の電位がある場合、それと地球（その電位はゼロと見なされます）との間の電位差は、この物体の電位に数値的に等しくなります。

したがって、2つの物体が同じ電位にならないように帯電している場合、必然的にそれらの間に電位差が存在します。

みんな知ってる帯電現象髪にこすりつけるときの櫛は、櫛と人間の髪の毛の間に潜在的な違いを生み出すことに他なりません。

確かに、櫛が髪をこすり合わせると、電子の一部が櫛に流れ込み、負に帯電します。一方、電子の一部を失った髪は、櫛と同じ程度ですが、正に帯電します。このようにして生じた電位差は、櫛を髪に接触させることによってゼロに減らすことができます。この電子の逆遷移は、帯電した櫛を耳に近づけると簡単に聞こえます。特徴的なパチパチという音は、放電が起こっていることを示します。

電位差について上で話すと、2つの帯電した物体を念頭に置いていましたが、電位差は、1番目のボディと同じボディの異なるパーツ（ポイント）間でも取得できます。

したがって、たとえば、何らかの外力の作用下で、ワイヤ内の自由電子がワイヤの一端に移動した場合に、銅ワイヤで何が起こるかを見てみましょう。もちろん、ワイヤーのもう一方の端では電子が不足し、ワイヤーの端の間に電位差が発生します。

私たちが外力の作用を終えるとすぐに、反対の電荷の引力のために、電子はすぐに、正に帯電しているワイヤーの端、つまりそれらが不足している場所に急いで行き、電子平衡になります再びワイヤーに入ります。

起電力と緊張

D 導体内の電子電流を維持するには、外部エネルギー源が必要です。これにより、この導体の両端の電位差が常に維持されます。

これらのエネルギー源はいわゆる電子電流源特定の所有者起電力作ると長い間導体の両端で電位差を維持します。

起電力（EMFと略記）は文字Eで表されます。 EMFの測定単位はボルトです。私たちの国では、ボルトは文字「B」と省略され、国際指定-文字「V」。

したがって、電子電流の連続的な流れを得るためには、起電力が必要であり、すなわち、電子電流の供給源が必要である。

最初のそのような電流源は、酸性水に浸した革で裏打ちされた一連の銅と亜鉛の円で構成された、いわゆる「電圧カラム」でした。したがって、起電力を取得する方法の1つは、特定の物質の化学的相互作用であり、その結果、化学エネルギーが電子エネルギーに変換されます。この方法で起電力が発生する電流源を化学電流源.

現在、化学電流源- ガルバニ電池およびバッテリー-電気工学および電力産業で広く使用されています。

電気工学および電力産業のすべての分野で広まっているもう1つの主な電流源は、発電機です。

発電機は発電所に設置されており、産業会社、電子都市照明、電子鉄道、路面電車、地下鉄、トロリーバスなどに電力を供給するための唯一の電流源として機能します。

化学電流源（部品とバッテリー）と発電機の両方で、起電力の作用は完全に同じです。これは、EMFが電流源の端子で電位差を生じ、それを長期間維持するという事実にあります。

これらのクランプは電流源極と呼ばれます。電流源の一方の極は常に電子の不足を経験し、当然のことながら正の電荷を持ち、もう一方の極は過剰の電子を経験し、当然のことながら負の電荷を持ちます。

したがって、電流源の一方の極は正（+）と呼ばれ、もう一方の極は-負（-）と呼ばれます。

電流源は、さまざまなデバイス（現在の消費者）に電子電流を供給するために使用されます。電流消費者は、導体の助けを借りて電流源の極に接続され、閉じた電子回路を形成します。電子回路が閉じた状態で電流源の極間に確立される電位差は電圧と呼ばれ、文字Uで示されます。

EMFと同様に、電圧の単位はボルトです。

たとえば、電流源の電圧が12ボルトであることを書き留める必要がある場合、U-12Vと書きます。

EMFまたは電圧を測定するには、電圧計と呼ばれるデバイスが使用されます。

電流源のEMFまたは電圧を測定するには、電圧計をその極に特別に接続する必要があります。これらすべてで、電子回路が開いている場合、電圧計は電流源のEMFを表示します。回路を閉じると、電圧計にはEMFは表示されなくなりますが、電流源の端子の電圧が表示されます。

電流源によって発生するEMFは、常にその端子の電圧よりも大きくなります。

エクスプローラーで作成する場合電界そしてそれを維持するための措置を講じないでください、そうすれば電荷キャリアの動きは導体内部の磁場が消えて電流が止まるという事実に非常に迅速につながります。十分に長い間電流を維持するためには、より低い電位の導体の端から必要です。 j2（電荷キャリアは正であると想定されます）電流によってここにもたらされた電荷を継続的に除去し、大きな可能性を持って最後に向かって j1それらを継続的に下げます（図20.1）。

j 1 j 2

米。 20.1。 EMFの概念に。

言い換えれば、充電のサイクルを実行する必要があります。このサイクルでは、充電は閉じたパスに沿って移動します。静電界ベクトルkの循環はゼロに等しい。したがって、閉回路では、正電荷が減少する方向に移動する領域とともに j、正電荷の移動が増加方向に発生する領域が必要です j、つまり静電界の力に逆らう（図20.1の点線で示されている回路の部分を参照）。これらの地域での空母の移動は、力の助けを借りてのみ可能です 非静電起源、と呼ばれる外力 。したがって、電流を維持するには、回路全体またはその個々のセクションのいずれかに作用する外力が必要です。それらは、機械的起源の力、化学的プロセス、不均一な媒体内での電荷キャリアの拡散、または2つの異なる物質の境界を介した、時間変化によって生成される電界（静電ではない）によって引き起こされる可能性があります。磁場、など。

外力は、チェーンに沿って移動する電荷に対して行う仕事によって特徴付けることができます。正電荷の単位と呼ばれる外力の仕事に等しい値は、回路またはそのセクションで作用する起電力（EMF）Eと呼ばれます。したがって、外力が電荷に作用する場合 qはAに等しいので、定義上

E= A/q。（20.6）

ポテンシャルとEMFの式を比較すると、EMFの次元はポテンシャルの次元と一致していることがわかります。それが理由です Eと同じ単位で測定 j-ボルト（V）単位。

電荷に作用する外力fst q, として表すことができます

ベクトル値 食べる外力の場の強さと呼ばれます。電荷に対する外力の働き q閉回路全体では、次のように表すことができます。