Что такое электрическое напряжение?

Электрическое напряжение — это физическая величина, которая показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении электрического заряда между двумя точками цепи.

Проще говоря, напряжение можно представить как «электрическое давление», которое заставляет заряды двигаться по проводнику. Если ток — это движение электрических зарядов, то напряжение — причина, из-за которой это движение возникает.

Обозначается напряжение обычно буквой U, иногда V. Измеряется оно в вольтах, сокращённо — В.

Формально напряжение определяется так:

U = A / q

где:

U — напряжение,
A — работа электрического поля,
q — электрический заряд.

То есть если электрическое поле совершает работу в 1 джоуль при перемещении заряда в 1 кулон, то напряжение между этими точками равно 1 вольту.

Например, если между двумя точками цепи есть напряжение 12 В, это значит, что при перемещении заряда в 1 кулон электрическое поле совершает работу 12 джоулей.

Важно понимать, что напряжение всегда измеряется между двумя точками. Нельзя сказать, что «в одной точке есть напряжение» без указания второй точки, относительно которой оно измеряется. Например, в розетке напряжение 220–230 В означает, что такая разность потенциалов существует между двумя контактами розетки.

Напряжение тесно связано с понятием электрического потенциала. Электрический потенциал показывает энергетическое состояние заряда в данной точке поля, а напряжение — это разность потенциалов между двумя точками:

U = φ₁ − φ₂

где φ₁ и φ₂ — потенциалы двух точек.

Можно привести бытовую аналогию с водой. Если есть две ёмкости с водой на разной высоте, вода будет течь из верхней в нижнюю, потому что есть разность уровней. Чем больше эта разность, тем сильнее поток. В электричестве похожую роль играет напряжение: чем больше напряжение, тем сильнее электрическое поле стремится перемещать заряды.

Однако напряжение само по себе ещё не означает, что ток обязательно течёт. Для тока нужна замкнутая цепь. Например, батарейка может иметь напряжение 1,5 В на своих выводах, но если к ней ничего не подключено, ток практически не течёт. Когда цепь замыкается, напряжение создаёт движение зарядов, и появляется электрический ток.

Связь между напряжением, током и сопротивлением описывается законом Ома:

I = U / R

где:

I — сила тока,
U — напряжение,
R — сопротивление.

Из этой формулы видно: при одном и том же сопротивлении чем больше напряжение, тем больше ток. А при одном и том же напряжении чем больше сопротивление, тем меньше ток.

Источниками напряжения могут быть батарейки, аккумуляторы, генераторы, солнечные панели, блоки питания и другие устройства. Они создают разность потенциалов, благодаря которой в цепи может возникать ток.

Различают также постоянное и переменное напряжение.

Постоянное напряжение не меняет направление со временем. Например, батарейка или аккумулятор дают постоянное напряжение.

Переменное напряжение периодически меняет направление и величину. Именно такое напряжение используется в бытовой электросети.

Таким образом, электрическое напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками, характеризующая способность электрического поля совершать работу по перемещению зарядов. Именно наличие напряжения в цепи является одной из главных причин возникновения электрического тока.