Что такое напряжение и электрический потенциал - простыми словами

3 October

Чтобы легче было понять, что такое напряжение, сравним эту величину с разностью уровней в ручье, то есть с перепадом: где-то уровень воды выше, где-то ниже.

Для примера возьмём ручей, в котором разность уровней 1 м и второй ручей, где разность уровней в пять раз больше чем в первом случае.

Перепад по высоте воды в ручье 1 м
Перепад по высоте воды в ручье 1 м

В ручье, где разность уровней 1 м, высота небольшая. Снизу поставим какое-нибудь вращающееся колесо. Поток воды попадая на колесо приводит его в движение. Во втором случае, когда разность уровней 5 м, тогда мы сможем поставить 5 колёс друг за другом и в теории все они будут вращаться.

Перепад по высоте воды в ручье 5 м
Перепад по высоте воды в ручье 5 м

Подобное мы можем наблюдать и с напряжением. Если возьмем светодиод, рассчитанный, например, на 1 В. Для упрощения будем считать, что светодиод идеальный и для того, чтобы открылся его pn-переход, не нужно 0.7 В или около того. Если подключим светодиод к батарейке 1 В, то он засветится.

Светодиод подключен на постоянное напряжение 1 В
Светодиод подключен на постоянное напряжение 1 В

А теперь возьмем пять таких же светодиодов, подключенных последовательно. Одновольтовой батарейки тут уже будет недостаточно, понадобится 5 В.

В случае последовательного соединения, через все светодиоды будет протекать один и тот же ток и к каждому светодиоду будет приложено одинаковое напряжение, так как мы взяли 5 светодиодов абсолютно одинаковые по всем параметрам.

На каждый светодиод приложена 1/5 часть напряжения батарейки
На каждый светодиод приложена 1/5 часть напряжения батарейки

Сравним напряжение с ручьем. Имеется некоторое озеро и в него по ручью поступает вода. Ручей имеет некоторые перепады по высоте. Вместе слияния ручья и озера перепадов по высоте нет. А вот около первого дерева уровень русла ручья по отношению к уровню воды в озере равен 1 м, а около второго дерева уровень еще выше и составляет 2 м относительно уровня воды в озере и на 1 м выше относительно уровня воды около первого дерева, то есть разность уровней русла между первым и вторым деревьями составляет 1 м.

Уровни перепада воды в ручье по отношению у нулевому уровню воды в озере
Уровни перепада воды в ручье по отношению у нулевому уровню воды в озере

Такую разность уровней русла ручья измеряют, например, метрами или сантиметрами. В электронике и электротехнике вместо уровня ручья используется электрический потенциал. То есть уровню русла ручья, по отношению к нулевому уровню воды в озере, соответствует потенциал. В электрической цепи каждая точка имеет свой потенциал.

Электрическая схема цепи
Электрическая схема цепи
Электрический потенциал численно равен работе, совершаемой силами поля по переносу единичного положительного заряда в данную точку.

Ток всегда течет от большего потенциала к меньшему. Если потенциалы двух точек одинаковые и между ними есть какой-либо элемент, то ток между ними протекать не будет. Протекание электрического тока, то есть перенос заряда в цепи, связано с преобразованием или потреблением энергии.

Направление тока в ветви с R1 при разных потенциалах
Направление тока в ветви с R1 при разных потенциалах
Разность электрических потенциалов называется напряжением.

Напряжение - это количество энергии, затрачиваемое на перемещение единицы заряда из одной точки в другую:

Формулы напряжения
Формулы напряжения

Электрический потенциал и напряжение имеют одну и ту же единицу измерения - "Вольт". Для измерения напряжения, пользуется измерительными приборами, называемые вольтметрами.

Если понравилась статья, подписывайтесь на канал и не пропускайте новые публикации.

Читайте также:
1.
Как электроэнергия передается от электростанций до наших домов;
2. Что такое электрический ток - простыми словами;