Finish

Mitä jännite on?

9.Tou.2021 | Sähkö

Jännite tarkoittaa virtapiirin teholähteen painetta, joka työntää varautuneita elektroneja (virtaa) sähköä johtavan piirin läpi ja mahdollistaa niiden toimimisen vaikkapa valon sytyttämisessä.

Lyhyesti sanottuna jännite = paine, ja sitä mitataan voltteina (V). Mittayksikön nimi tulee italialaiselta fyysikolta, Alessandro Voltalta (1745–1827), joka keksi Voltan pylvään eli nykypäivän pariston edeltäjän.

Sähkön varhaisina vuosina jännitteestä puhuttiin sähkömotorisena voimana (EMF). Siksi Ohmin lain kaltaisissa yhtälöissä jännitteen symbolina on U.

Esimerkki jännitteestä yksinkertaisessa DC-piirissä:

Mitä jännite on? - Otsikko
  1. Tässä DC-piirissä kytkin on suljettuna (käännetty ON-asentoon).
  2. Teholähteen jännite eli pariston kahden navan välinen potentiaaliero aktivoituu, jolloin syntyvä paine pakottaa elektronit kulkemaan virtana ulos pariston negatiivisen liittimen kautta.
  3. Virta kulkeutuu valon luo, jolloin valo syttyy.
  4. Virta palaa teholähteeseen.

Jännite voi olla joko vaihtojännitettä (AC) tai tasajännitettä (DC) . Jännitetyyppien erot:

Vaihtojännite (digitaalisessa yleismittarissa käytetään symbolia ):

  • Vaihtojännite virtaa tasaisesti aaltoilevana alla olevan kuvan mukaisesti.
    AC-jännite
  • Vaihtojännite vaihtaa suuntaa säännöllisin väliajoin.
  • Laitoksissa vaihtojännitettä tuotetaan yleensä generaattoreilla, joissa mekaaninen energia – virtaavan veden, höyryn, tuulen tai lämmön aiheuttama pyörimisliike – muutetaan sähköenergiaksi.
  • Vaihtojännite on tasajännitettä yleisempää. Laitokset toimittavat AC-jännitettä kotitalouksiin ja yrityksiin, joissa suurin osa laitteista käyttää AC-jännitettä.
  • Ensisijainen jännitteensyöttö vaihtelee maittain. Esimerkiksi Yhdysvalloissa syötettävä jännite on 120 volttia.
  • Jotkut kodinkoneet, kuten televisiot ja tietokoneet, toimivat DC-jännitteellä. Niissä käytetään tasasuuntaajia (yhtenä esimerkkinä kannettavan tietokoneen johdossa oleva suurehko kappale) muuntamaan AC-jännitettä ja -virtaa DC:ksi.
Generaattori
Generaattorit muuntavat pyörimisliikkeen sähköksi. Yleensä pyörimisliike saadaan aikaan virtaavalla vedellä (vesivoima) tai kaasulla, öljyllä, hiilellä tai ydinvoimalla lämmitetystä vedestä syntyvällä höyryllä.

Tasajännite (digitaalisessa yleismittarissa käytetään symboleita V, – ja mV):

  • Tasajännite kulkee suoraa linjaa pitkin ja ainoastaan yhteen suuntaan.
  • Sitä tuotetaan energiaa varastoivilla virtalähteillä, kuten esimerkiksi paristoilla ja akuilla.
  • DC-jännitelähteissä on positiiviset ja negatiiviset liittimet. Liittimistä näkyy piirin napaisuus, ja napaisuuden avulla pystytään määrittämään, onko kyse DC- vai AC-piiristä.
  • Yleisimpiä käyttökohteita ovat akku- ja paristokäyttöiset koneet ja kannettavat laitteet (esimerkiksi autot, taskulamput ja kamerat).

Mitä potentiaaliero tarkoittaa?

Jännitettä ja potentiaalieroa käytetään usein toistensa synonyymeinä. Potentiaaliero voidaan määritellä paremmin virtapiirin kahden eri kohdan välisen potentiaalienergian erona. Eron suuruus (ilmaistu volteissa) kertoo, kuinka paljon potentiaalienergiaa on käytettävissä elektronien siirtämiseen yhdestä paikasta toiseen. Sen perusteella tiedetään, kuinka paljon töitä piirin kautta voi tehdä (mahdollisesti).

Esimerkiksi tavallisen AA-alkalipariston jännite on 1,5 volttia. Yleensä kotitalouksien pistorasiat syöttävät 230 voltin jännitettä. Mitä suurempi piirin jännite on, sitä enemmän elektroneja pystytään ”työntämään”. Tällöin myös piirissä tehtävä työmäärä kasvaa.

Jännitettä ja potentiaalieroa voidaan verrata vaikkapa vesisäiliöön. Mitä suurempi ja korkeampi säiliö (ja sitä kautta säiliössä syntyvä liikevoima) on kyseessä, sitä voimakkaammin säiliössä oleva vesi vaikuttaa, kun venttiili avataan ja vesi pääsee virtaamaan (elektronien tapaan).

Jännitteen mittaamisen hyödyt

Useimmissa vianhakutilanteissa lähtökohtana on se, miten kyseisen virtapiirin pitäisi yleensä käyttäytyä.

Virtapiirejä käytetään tuottamaan energiaa kuormaan – olipa kyseessä sitten pieni laite, kodinkone tai teollisuusmoottori. Kuormissa on usein tyyppikilpi, jossa kerrotaan niiden sähköiset vakioviitearvot. Näitä ovat esimerkiksi jännite ja virta. Tyyppikilven sijaan jotkut valmistajat toimittavat yksityiskohtaisen kaavion (teknisen kaavion) kuorman piiristöstä. Vakioarvot saatetaan kertoa käyttöoppaissa.

Näiden arvojen perusteella tiedetään, mitä lukemia on syytä odottaa normaalisti toimivan kuorman kohdalla. Digitaalisella yleismittarilla tehdyt mittaukset antavat objektiivisen tiedon poikkeamista. Silti mittaajan on hyödynnettävä asiantuntemustaan ja kokemustaan selvittääkseen, mitkä tekijät aiheuttavat havaitut vaihtelut.

Viite: ”Digital Multimeter Principles”, Glen A. Mazur, American Technical Publishers.