§ 39. Электрическое напряжение. Измерение напряжения

Электрический ток представляет собой направленное перемещение носителей заряда внутри проводника. Такое движение возможно только благодаря воздействию сил электрического поля. При перемещении зарядов поле совершает работу, превращая электрическую энергию во внутреннюю или механическую. Для количественной оценки этой преобразованной энергии вводится новая физическая величина. Она позволяет понять, насколько интенсивно поле воздействует на носители заряда на каждом участке цепи, и служит главным критерием при анализе энергетических процессов в схемах. Понимание этой величины необходимо для расчёта мощности приборов. Этот параметр напрямую влияет на скорость преобразования энергии и определяет рабочие характеристики каждого элемента.

Рассмотрим опыт с двумя лампами накаливания. В первой цепи лампа подключается к батарейке, а во второй — к более мощному источнику. Амперметры показывают одинаковые значения силы тока, однако вторая лампа светится значительно ярче (рис. 1: сравни две схемы — стрелки амперметров одинаковы, а лучики света пририсованы только правой лампе). Это доказывает, что за одинаковый промежуток времени через оба прибора проходит равный заряд, но во втором случае поле совершает большую работу. Чем дольше идёт ток, тем больше и работа поля, и перенесённый заряд, а их отношение от заряда не зависит — это энергетическая характеристика самого поля. Её назвали электрическим напряжением и обозначили буквой U:

U = A/q,

где U — напряжение между двумя точками цепи (В), A — работа электрического поля по перемещению заряда между этими точками (Дж), q — перенесённый заряд (Кл).