В таблице приведены значения напряжений технических устройств. Запишите недостающие данные и объясните их физический смысл.

Для решения этой задачи нужно сначала понять, что такое электрическое напряжение, как оно измеряется и от чего зависит. Рассмотрим подробную теоретическую часть, которая поможет разобраться в данной теме.

Электрическое напряжение $ U $ — это физическая величина, которая характеризует разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного заряда ($ 1 \, \text{Кл} $) между этими точками.

Формула для напряжения:
$$ U = \frac{A}{q}, $$
где:
− $ U $ — напряжение, измеряется в вольтах ($ \text{В} $),
− $ A $ — работа, совершённая электрическим полем, измеряется в джоулях ($ \text{Дж} $),
− $ q $ — электрический заряд, измеряется в кулонах ($ \text{Кл} $).

Единицы измерения напряжения

Основной единицей измерения напряжения является вольт ($ \text{В} $). Один вольт — это напряжение, при котором работа в 1 джоуль совершается при перемещении заряда в 1 кулон:
$$ 1 \, \text{В} = 1 \, \frac{\text{Дж}}{\text{Кл}}. $$

Источники напряжения

Различные устройства работают на разных напряжениях, которые определяются их конструкцией и областью применения. Источники электрического напряжения бывают:
1. Гальванические элементы и аккумуляторы (например, батарейки, автомобильные аккумуляторы): обычно обеспечивают постоянное низкое напряжение, например 1,5 В, 6 В, 12 В.
2. Электрические сети переменного тока: стандартное напряжение в бытовых электросетях составляет 220 В (в некоторых странах — 110 В).
3. Специфические устройства или промышленные установки: могут работать при напряжениях, сильно отличающихся от стандартных.

Характеристика устройств в таблице

Для заполнения таблицы нужно знать типичные значения напряжения, при которых работают указанные устройства, и понимать их физический смысл.

1. Электропылесос бытовой (2–2,4 В):

   • Вероятно, речь идёт о портативном пылесосе с встроенным аккумулятором. Такое устройство работает на постоянном напряжении 2–2,4 В, характерном для некоторых литий−ионных или никель−металлгидридных аккумуляторов.

2. Двигатель троллейбуса (550 В):

   • Троллейбусы получают питание от контактной сети постоянного тока, стандартное напряжение которой составляет 550 В.

3. Автомобильный аккумулятор (6 В; 12 В):

   • Аккумуляторы в автомобилях бывают двух основных типов:
   • 6 В — используется в старых моделях автомобилей, мотоциклах.
   • 12 В — стандартное напряжение для большинства современных легковых автомобилей.

4. Электрическая лампа в сети (?):

   • Электролампы, подключаемые к бытовой электросети, работают на стандартном напряжении 220 В. Для сетей с другим стандартом (например, 110 В) применяются лампы с соответствующим напряжением.

5. Лампочка в ёлочной гирлянде (?):

   • Лампочки в гирлянде обычно рассчитаны на низкое напряжение, например 6 В, 12 В или 24 В. Они подключаются через трансформатор, который понижает напряжение до безопасного уровня.

6. Аккумулятор для сотового телефона (?):

   • Современные аккумуляторы сотовых телефонов имеют напряжение около 3,7 В. Это значение характерно для большинства литий−ионных аккумуляторов.

Законы электрической цепи

Работа устройств в электрических цепях подчиняется законам электротехники. Например:
1. Закон Ома для участка цепи:
$$ I = \frac{U}{R}, $$
где:
− $ I $ — ток, измеряется в амперах ($ \text{А} $),
− $ U $ — напряжение, измеряется в вольтах ($ \text{В} $),
− $ R $ — сопротивление, измеряется в омах ($ \text{Ом} $).

1. Мощность в электрической цепи: $$ P = U \cdot I, $$ где:
2. $ P $ — мощность, измеряется в ваттах ($ \text{Вт} $),
3. $ U $ — напряжение ($ \text{В} $),
4. $ I $ — сила тока ($ \text{А} $).

Эти формулы помогают рассчитать параметры цепи, определить мощность устройства и оценить его энергопотребление.

Физический смысл напряжения в конкретных устройствах

Напряжение каждого устройства связано с необходимостью обеспечить стабильную работу и безопасность:
− Высокое напряжение (например, 220 В в сети) позволяет передавать больше энергии на большие расстояния.
− Низкое напряжение (например, 3,7 В в аккумуляторе телефона) используется для маломощных устройств, чтобы минимизировать риск поражения током.

Заполнение пропусков в таблице основывается на знании стандартных значений напряжений для различных приборов.