Dutch

Wat is spanning?

11 Nov 2020 | Elektrisch
Wat is spanning?
Spanning is de druk die de voedingsbron van een stroomkring uitoefent om geladen elektronen (stroom) door een geleidende lus te duwen, waardoor deze bijvoorbeeld een lamp kunnen laten branden. 

Spanning is de druk die de voedingsbron van een stroomkring uitoefent om geladen elektronen (stroom) door een geleidende lus te duwen, waardoor deze bijvoorbeeld een lamp kunnen laten branden.

In het kort, spanning = druk en deze wordt gemeten in volt (V). De naam van deze eenheid verwijst naar de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta (1745-1827), de uitvinder van de zuil van Volta – de voorloper van de hedendaagse batterij.

Spanning wordt aangegeven met het symbool U. Dit verwijst naar het Latijnse woord voor voortdrijven, 'urgere'.

Voorbeeld van spanning in een eenvoudige gelijkstroomkring (DC):

Wat is spanning? - Kop
  1. In dit DC-circuit is de schakelaar gesloten (ingeschakeld).
  2. Spanning in de voedingsbron – het 'potentiaalverschil' tussen de twee polen van de batterij – wordt geactiveerd. Hierdoor ontstaat druk die de elektronen als stroom door de negatieve aansluiting van de batterij doet vloeien.
  3. De stroom bereikt de lamp waardoor deze gaat gloeien.
  4. De stroom keert terug naar de voedingsbron.

Spanning is ofwel wisselspanning (AC) ofwel gelijkspanning (DC). De verschillen hiertussen:

Wisselspanning (op een digitale multimeter weergegeven met ):

  • stroomt in gelijkmatig sinusgolven, zoals hieronder te zien:
    Wisselspanning
  • wisselt met regelmatige intervallen van richting.
  • wordt gewoonlijk geproduceerd door nutsbedrijven door middel van generatoren die mechanische energie – een draaibeweging die wordt aangedreven door stromend water, stoom, wind of warmte – omzetten in elektrische energie.
  • komt meer voor dan DC-spanning. Nutsbedrijven leveren AC-spanning aan huizen en bedrijven, waar de meeste apparaten AC-spanning gebruiken.
  • De primaire voedingsspanning is in elk land anders. In de Verenigde Staten is het bijvoorbeeld 120 volt.
  • Sommige apparaten in huis, zoals tv's en computers, gebruiken echter DC-spanning. Deze zijn uitgerust met een gelijkrichter (zoals het grote blok in de voedingskabel van een laptop) om AC-spanning en -stroom om te zetten naar DC.
Generator
Generatoren zetten een draaiende beweging om in elektriciteit. De draaiende beweging wordt meestal opgewekt door stromend water (waterkracht) of stoom van water dat wordt verhit door middel van gas, olie, kolen of kernenergie.

Gelijkspanning (op een digitale multimeter weergegeven met Streep van V-lijn en mV):

  • beweegt zich voort in een rechte lijn en in slechts één richting.
  • wordt vaak geproduceerd door bronnen van opgeslagen energie, zoals batterijen.
  • DC-spanningsbronnen hebben een positieve en een negatieve aansluiting. Deze aansluitingen zorgen voor polariteit in een stroomkring, en polariteit kan worden gebruikt om vast te stellen of een stroomkring DC of AC is.
  • Veel gebruikt bij draagbare apparatuur op batterijen (auto's, zaklampen, camera's).

Wat is potentiaalverschil?

Spanning en de term 'potentiaalverschil' worden vaak door elkaar gebruikt. Potentiaalverschil kan beter worden gedefinieerd als het potentiële energieverschil tussen twee punten in een stroomkring. Hoe groot dat verschil is (uitgedrukt in volt), bepaalt hoeveel potentiële energie er bestaat om elektronen van één specifiek punt naar een ander punt te verplaatsen. Dit verschil geeft aan hoeveel arbeid er mogelijk door de stroomkring kan worden verricht.

Een gewone AA-alkalinebatterij bijvoorbeeld levert 1,5 V. Een gewone wandcontactdoos in huis levert 230 V. Hoe groter de spanning in een stroomkring, hoe groter het vermogen om meer elektronen vooruit te 'duwen' en arbeid te verrichten.

Spanning/potentiaalverschil kan worden vergeleken met water dat is opgeslagen in een tank. Hoe groter de tank en hoe hoger deze is (en dus hoe hoger de potentiële snelheid is), hoe groter de capaciteit van het water is om een effect te hebben als er een kraan wordt geopend en het water kan stromen (net als elektronen).

Het nut van spanning meten

Technici nemen bij het oplossen van problemen de normale werking van de stroomkring als uitgangspunt.

Stroomkringen worden gebruikt om energie te leveren aan een belasting – van een klein apparaatje tot huishoudelijke apparatuur tot een industriële motor. Belastingen zijn vaak voorzien van een typeplaatje met daarop de standaard elektrische referentiewaarden, waaronder de spanning en stroom. Sommige fabrikanten leveren in plaats van een typeplaatje een gedetailleerd technisch schema aan van de stroomkring van de belasting. Ook handleidingen kunnen standaardwaarden vermelden.

Op basis van deze cijfers weet een technicus welke meetwaarden hij kan verwachten bij een normaal werkende belasting. Een meetwaarde op een digitale multimeter kan afwijkingen van de norm op objectieve wijze identificeren. De technicus moet echter zijn kennis en ervaring gebruiken om vast te stellen waardoor deze afwijkingen optreden.

Referentie: Digital Multimeter Principles door Glen A. Mazur, American Technical Publishers.