Polski

Co to jest napięcie

11 Listopad 2020 | Parametry elektryczne
Co to jest napięcie
Napięcie jest to ciśnienie źródła zasilania obwodu elektrycznego, które przepycha naładowane elektrony (prąd elektryczny) przez pętlę przewodzącą, umożliwiając wykonanie pracy, np. oświetlenie pomieszczenia. 

Napięcie jest to ciśnienie źródła zasilania obwodu elektrycznego, które przepycha naładowane elektrony (prąd elektryczny) przez pętlę przewodzącą, umożliwiając wykonanie pracy, np. oświetlenie pomieszczenia.

W skrócie napięcie = ciśnienie i jest mierzone w woltach (V). Termin ten upamiętnia włoskiego fizyka Alessandro Voltę (1745–1827), wynalazcę stosu galwanicznego — pierwowzoru dzisiejszej baterii.

W początkach elektryczności napięcie było znane jako siła elektromotoryczna (SEM). Dlatego w równaniu prawa Ohma, napięcie wyrażone jest symbolem U.

Przykład napięcia w prostym obwodzie prądu stałego (DC):

Co to jest napięcie — Nagłówek
  1. W tym obwodzie prądu stałego przełącznik jest zamknięty (włączony).
  2. Napięcie w źródle zasilania — różnica potencjałów pomiędzy dwoma biegunami baterii — jest aktywowane i wytwarza ciśnienie, które wymusza odpływ elektronów (prąd) z ujemnego bieguna baterii.
  3. Prąd dociera do żarówki, która zaczyna świecić.
  4. Prąd wraca do źródła zasilania.

Napięcie może być napięciem prądu przemiennego (AC) lub napięciem prądu stałego (DC). Czym się one różnią:

Napięcie prądu przemiennego (reprezentowane na multimetrze cyfrowym przez ):

  • Ma kształt równomiernej fali sinusoidalnej, jak pokazano poniżej:
    Napięcie AC
  • Zmienia kierunek w regularnych odstępach czasu.
  • Powszechnie produkowane przez elektrownie za pomocą generatorów, w których energia mechaniczna — ruch obrotowy wytwarzany przez wodę, parę, wiatr lub ciepło — jest przekształcana w energię elektryczną.
  • Częściej spotykane niż napięcie DC. elektrownie dostarczają napięcie AC do domów i firm, w których większość urządzeń wykorzystuje napięcie prądu przemiennego.
  • Podstawowe napięcie sieciowe różni się w zależności od kraju. Na przykład w USA napięcie wynosi 120 V.
  • Niektóre urządzenia gospodarstwa domowego, takie jak telewizory i komputery, wykorzystują napięcie prądu stałego. Używają prostowników (lub zasilaczy, np. w laptopach) do konwersji napięcia przemiennego na stałe.
Generator
Generatory przekształcają ruch obrotowy w elektryczność. Ruch obrotowy jest najczęściej wytwarzany przez przepływającą wodę (hydroelektrownia) lub parę wodną z obiegu wodnego ogrzewanego gazem, olejem, węglem lub energią jądrową.

Napięcie prądu stałego (reprezentowane na multimetrze cyfrowym przez V z linią przerywaną i mV):

  • Ma przebieg linii prostej i nie zmienia kierunku.
  • Zazwyczaj pochodzi ze źródeł zmagazynowanej energii, takich jak akumulatory.
  • Źródła napięcia DC mają dodatnie i ujemne zaciski. Zaciski określają polaryzację w obwodzie; polaryzacja może również służyć do określenia, czy jest to obwód DC czy AC.
  • Powszechnie używane w urządzeniach przenośnych o zasilaniu bateryjnym (pojazdy, latarki, kamery).

Co to jest różnica potencjałów

Napięcie i pojęcie „różnica potencjałów” są często używane zamiennie. Różnica potencjałów może być lepiej zdefiniowana jako różnica energii potencjalnej między dwoma punktami w obwodzie. Wielkość tej różnicy (wyrażona w woltach) określa, ile energii potencjalnej istnieje i może zostać wykorzystane do przemieszczania elektronów z jednego określonego punktu do drugiego. Ilość ta określa, ile pracy, potencjalnie, może zostać wykonane w danym obwodzie.

Na przykład bateria alkaliczna AA do urządzeń gospodarstwa domowego ma napięcie 1,5 V. Typowe domowe gniazda elektryczne mają napięcie 230 V. Im większe napięcie w obwodzie, tym większa jest jego zdolność do „przepchnięcia” większej liczby elektronów i tym samym wykonania większej pracy.

Napięcie/ różnicę potencjałów można porównać do wody zgromadzonej w zbiorniku. Im większy zbiornik, tym większa jego wysokość (a tym samym potencjalna prędkość) i większa zdolność wody do oddziaływania, gdy zawór jest otwarty i woda (jak elektrony) może płynąć.

Dlaczego pomiar napięcia jest przydatny

Technicy podchodzą do większości sytuacji związanych z rozwiązywaniem problemów z wiedzą, jak obwód powinien zwyczajowo funkcjonować.

Obwody są wykorzystywane do dostarczania energii do odbiornika — od małego urządzenia przez większe sprzęty domowe aż po silniki przemysłowe. Odbiorniki często mają tabliczkę znamionową, która określa ich standardowe wartości elektryczne, w tym napięcie i prąd. Zamiast tabliczki znamionowej niektórzy producenci dostarczają szczegółowy schemat (schemat techniczny) obwodu odbiornika. Instrukcje obsługi również mogą zawierać wartości standardowe.

Liczby te mówią technikowi, czego powinien się spodziewać, gdy odbiornik pracuje normalnie. Wskazanie multimetru cyfrowego może obiektywnie określić odchylenia od normy. Jednak nawet w takim wypadku technik musi wykorzystać wiedzę i doświadczenie do określenia czynników powodujących takie odchylenia.

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