1.3. Электрическое напряжение
Известно, что на заряд, помещенный в электрическое поле, действует сила, значение и направление которой определяются напряженностью электрического поля, величиной заряда и его знаком. Работа, совершаемая силами электрического поля по переносу свободного единичного положительного заряда (один кулон) из некоторой точки поля в бесконечность, называется электрическим потенциалом этой точки. Такая работа совершается за счет энергии электрического поля.
Электрическим напряжением между
двумя точками
и
электрического поля называется работа,
совершаемая этим полем по перемещению
единичного положительного заряда из
точки
в точку
и равная разности потенциалов этих
точек
.
О
Рис. 1.2
1.4. Электродвижущая сила
Источник электрической энергии характеризуется электродвижущей силой (э.д.с.), которая определяется как работа сторонних сил (неэлектрического происхождения), затрачиваемая на перемещение единичного положительного заряда внутри источника от вывода с меньшим потенциалом к выводу с большим потенциалом, то есть в направлении противоположном силам электрического поля, существующего в источнике энергии.
Электродвижущая сила так же, как и напряжение, измеряется в вольтах.
Направление напряжения между выводами источника электрической энергии, всегда противоположно направлению тока, протекающего через источник.
1.5. Электрическая энергия и мощность
При перемещении элементарного
электрического заряда
под действием сил электрического поля
из одной точки электрической цепи в
другую этим полем совершается работа
. (1.2)
где
— напряжение между точками цепи;
— ток участка цепи, соединяющего точки
Откуда напряжение между двумя точками электрического поля может быть определено как скорость изменения энергии поля, затрачиваемой на перенос положительного заряда из одной точки в другую,
.
В Международной системе единиц СИ напряжение измеряется в вольтах (В), энергия (работа) — в джоулях (Дж), а заряд в кулонах (Кл), поэтому В = Дж/Кл.
Энергия, затраченная на перемещение зарядов, в произвольный момент времени , определяется с учётом (1.2) в виде
.
Если в любой момент времени значение энергии положительно, то цепь является потребителем энергии и называется пассивной цепью, а если — отрицательна, то это означает, что цепь содержит не менее одного источника энергии и называется активной цепью.
Мгновенная мощность представляет собой скорость изменения энергии и вычисляется как производная от энергии по времени. Следовательно, мгновенная мощность равна подынтегральному выражению предшествующей формулы
. (1.3)
В Международной системе единиц СИ мощность выражают в ваттах (Вт). Тогда ватт можно выразить в виде Вт = Дж/с.