Электрическое напряжение

Электри́ческое напряже́ние между точками 1 и 2, скалярная физическая величина, численно равная суммарной работе электрических и сторонних сил при перемещении единичного положительного электрического заряда из точки 1 в точку 2 электрической цепи:

${\displaystyle {U}_{12}=\int _{1}^{2}\!(E+E^{*})dl=\int _{1}^{2}\!E\;dl+\int _{1}^{2}E^{*}dl,\quad (1)}$

где ${\displaystyle E}$ – напряжённость электростатического поля; ${\displaystyle E^{*}}$ – напряжённость поля сторонних сил, численно равная сторонней силе, действующей на единичный положительный заряд; ${\displaystyle dl}$ – вектор, модуль которого равен длине ${\displaystyle dl}$ линии, соединяющей точки 1 и 2, направленный вдоль неё от точки 1 к точке 2. К сторонним силам относят силы, отличные от сил электростатического поля. Сторонние силы могут иметь различную физическую природу: механическую, химическую, электромагнитную и др. Так, например, в гальванических элементах, батареях и аккумуляторах – это химические силы – силы молекулярного взаимодействия. К сторонним силам относятся и силы, действующие со стороны вихревого электрического поля (описывается уравнениями Максвелла).

Так как электростатическое поле потенциально, то первый интеграл в формуле (1) не зависит от пути интегрирования, соединяющего точки 1 и 2; он равен разности потенциалов в точках 1 и 2: Второй интеграл в формуле (1) называют электродвижущей силой (эдс) ${\displaystyle \epsilon _{12}}$ на участке 1–2:

${\displaystyle \varepsilon _{12}=\int _{1}^{2}E^{*}dl}$.

Значение эдс зависит от пути интегрирования между точками 1 и 2. Таким образом, электрическое напряжение равно:

${\displaystyle U_{12}=\varphi _{1}-\varphi _{2}+\varepsilon _{12}\quad (2)}$

и в общем случае также зависит от пути интегрирования между точками 1 и 2. Как видно из формулы (2), для участков электрической цепи, не содержащих эдс, электрическое напряжение равно разности потенциалов в точках 1 и 2. Если на участке электрической цепи от точки 1 к точке 2 протекает электрический ток силой ${\displaystyle I}$, то электрическое напряжение определяется по закону Ома: ${\displaystyle U_{12}=IR}$, где ${\displaystyle R}$ – электрическое сопротивление участка электрической цепи между точками 1 и 2. Под электрическим напряжением на зажимах гальванического элемента, батареи или аккумулятора понимают не величину ${\displaystyle U_{12}}$, определяемую формулами (1) или (2), а модуль разности потенциалов ${\displaystyle \mid \phi _{1}-\phi _{2}\mid }$ (он равен эдс ${\displaystyle \epsilon _{12}}$ в случае, когда сила тока равна нулю – цепь разомкнута).

Термин «электрическое напряжение» применяют при описании процессов в электрических цепях не только постоянного, но и переменного тока. В случае переменного тока электрическое напряжение характеризуется действующим (эффективным) значением

${\displaystyle U_{\text{эфф}}={\sqrt {\overline {U_{12}^{2}(t)}}}}$,

где черта сверху означает усреднение по периоду колебаний.

Электрическое напряжение измеряют с помощью вольтметров постоянного и переменного тока. Единица измерения электрического напряжения в Международной системе единиц СИ (SI) – вольт (В).