Elektriese spanning

Elektriese spanning, spanningsverskil of elektriese potensiaalverskil (formeel geskryf as $∆ V$ of $∆ U$ , maar meer algemeen eenvoudig as V of U) is die verskil in elektriese potensiaal tussen twee punte. Die spanning tussen twee punte is gelyk aan die arbeid per eenheidslading teen 'n statiese elektriese veld om 'n toetslading tussen die twee punte te beweeg. Dit word gemeet in Volt (Joule per Coulomb). Dit beteken om 1 Coulomb lading oor 'n 1 Volt elektriese potensiaal te beweeg, benodig 1 Joule se arbeid.

Elektriese potensiaalverskil tussen punte kan veroorsaak word deur statiese elektriese velde, elektriese stroom deur 'n magneetveld, deur tydveranderende magneetvelde of 'n kombinasie van die drie.^[1]^[2] 'n Voltmeter kan gebruik word om die spanning tussen twee punte in 'n stelsel te meet. 'n Gemeenskaplike verwysing, soos die grond van die stelsel word gereeld as een van die punte gebruik.

Definisie

Gegewe twee punte in ruimte, $x_{A}$ en $x_{B}$ , is spanning die verskil in elektriese potensiaal tussen hierdie twee punte. Hierdie spanning is gelyk aan die arbeid benodig per eenheidslading om die lading van punt $x_{A}$ na $x_{B}$ te beweeg. Dit word wiskundig uitgedruk as die lynintegraal van die elektriese veld oor die pad tussen A en B. Vanuit hierdie definisie van spanning volg dat:

\Delta V_{BA}=V(x_{B})-V(x_{A})=-\int _{r_{0}}^{x_{B}}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}-\left(-\int _{r_{0}}^{x_{A}}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}\right)

=\int _{x_{B}}^{r_{0}}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}} \int _{r_{0}}^{x_{A}}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}=\int _{x_{B}}^{x_{A}}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}

Waar ${\vec {E}}$ die elektriese veld is.

Die nulpunt van elektriese potensiaal kan by enige punt gekies word, daarom is die verskil in potensiaal, dus die spanning, die hoeveelheid van betekenisvol is.

Volt

Volt is die afgeleide eengeid van elektriese potensiaal en elektriese potensiaalverskil of spanning. Volt is vernoem na die Italiaanse fisikus Alessandro Volta (1745–1827), wie die voltaïese stapel ontwerp het, en moontlik ook die eerste chemiese battery.

Hidroliese analogie

'n Eenvoudige analogie vir 'n elektriese stroombaan is water wat deur 'n geslote pypnetwerk vloei, gedryf deur 'n meganiese pomp. Elektriese spanning tussen twee punte, stem ooreen met 'n drukverskil tussen twee punte in die waternetwerk. Indien die pomp 'n drulverskil tussen twee punte veroorsaak, vloei water van een punt na 'n ander en is in staat om arbeid te verrig. Op 'n soortgelyke manier kan arbeid verrig word deur elektriese stroom, gedryf deur 'n potensiaalverskil soos vanaf 'n battery. Wanneer die pomp in die waternetwerk nie werk nie, skep dit geen drukverskil nie en die water kan nie arbeid verrig nie en op dieselfde manier kan 'n battery geen arbeid verrig wanneer dit pap is nie omdat dit nie meer 'n potensiaalverskil veroorsaak nie.

Meting van spanning

'n Spanningsmeting benodig 'n aanduiding van die punte waaroor die spanning gemeet word. Wanneer 'n voltmeter gebruik word om spanning te meet, moet die een terminaal van die meter verbind word aan die een punt en die ander terminaal aan die ander punt, soos hulle gespesifiseer is.

Spanning word algemeen gebruik om die spanningsverskil oor 'n elektriese toestel of komponent (soos 'n resistor) aan te dui. Hierdie spanningsval oor die komponent kan gesien word as die verskil tussen die spanning by die twee terminale van die komponent ten opsigte van 'n gemeenskaplike punt (soos grond). Twee punte in 'n stroombaan wat verbind is met 'n ideale geleier, sal 'n spanningsverskil van 0 V hê. Enige twee punte met dieselfde potensiaal, en dus geen spanning, kan verbind word met 'n geleier en daar sal geen stroom tussen die twee punte vloei nie.

Multimeter wat gestel is om spanning te meet

Instrumente om spanning te meet sluit in die voltmeter, potensiometer en die ossiloskoop. 'n Voltmeter werk deur die stroom deur 'n vaste resistor te meet, wat volgens Ohm se wet proporsioneel is tot die spanning oor die resistor. Die potensiometer werk deur die onbekende spanning te balanseer teenoor 'n bekende spannig in 'n brugstroombaan. 'n Ossiloskoop werk deur die spanning te versterk en dit te gebruik om 'n elektronstraal van 'n reguit pad te deflekteer, sodat die defleksie proporsioneel is aan die spanning.

Tipiese spannings

Die algemene spanning vir flitsbatterye is 1.5 V (GS) en die vir motorbatterye is 12 V (GS).

Die spanning voorsien vir huishoudelike gebruik is in Suid-Afrika 220 tot 240 V (WS). Die spanning in elektriese transmissielyne is baie hoër, tot selfs 1200 kV.

Verwysings

↑ Demetrius T. Paris and F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, New York 1969, ISBN 0-07-048470-8, pp. 512, 546
↑ P. Hammond, Electromagnetism for Engineers, p. 135, Pergamon Press 1969 OCLC 854336.

Eksterne skakels

[1] Demetrius T. Paris and F. Kenneth Hurd, Basic Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, New York 1969, ISBN 0-07-048470-8, pp. 512, 546

[2] P. Hammond, Electromagnetism for Engineers, p. 135, Pergamon Press 1969 OCLC 854336.

[1]

[2]