Spriegums — elektriskā potenciāla starpība: definīcija, volti un piemēri
Uzzini, kas ir spriegums — elektriskā potenciāla starpība, kā to mēra voltos, formulās un praktiskos piemēros ikdienā. Skaidri, precīzi un saprotami.
Spriegums (elektriskā potenciāla starpība) ir fizikāla lieluma nosaukums, kas raksturo elektriskā lauka spēju veikt darbu, pārvietojot elektrisko lādiņu no viena punkta uz citu. Vienkāršā valodā spriegums ir "grūdiens", kas liek lādiņiem kustēties vadā vai citā elektrības vadītājā; tas nosaka, cik daudz enerģijas tiek piegādāts vai noņemts vienam lādiņa vienībai, kad lādiņš pārvietojas starp diviem punktiem.
Kas ir elektriskā potenciāla starpība?
Elektriskā potenciāla starpība ir atstarpe starp elektriskajiem potenciāliem divos punktos. To mēra starp divām vietām (piemēram, starp akumulatora pozitīvo un negatīvo galu vai starp vadu un zemi). Matemātiski spriegumu var uzrakstīt arī kā darbu uz vienu lādiņu: V = W / q, kur W ir veiktais darbs un q — lādiņš. Praktiski spriegums nosaka, vai un kādā apjomā strāva plūdīs, ja pastāv ceļš strāvas plūsmai.
Mērvienība un simboli
Sprieguma SI mērvienība ir volts, kas nosaukta Alessandro Voltas vārdā. Viens volts ir vienāds ar vienu džoulu uz vienu kulonu (1 V = 1 J/C). Volta vienības simbols tiek rakstīts ar lielo burtu V (piemēram, 9 V). Mainot starp teoriju un praktiku, spriegumu formulās bieži apzīmē ar mazo burtu v, un elektrotehnikā reizēm izmanto arī simbolu 
vai lielo burtu E EMF (elektromotoriskā spēka) apzīmēšanai.
Atšķirība starp mērvienību un lielumu
Ir svarīgi saprast, ka volts ir mērvienība, bet spriegums ir fizikāls lielums, kuru mēs ar voltiem mēram. Sprieguma vērtību var izteikt skaitliski kopā ar mērvienību (piem., 
vai 9 V). Formulās spriegumu bieži raksta kursīvā vai kā simbolu v, piemēram, Ohma likums: v = ir {\displaystyle {\text{v}}={\text{ir}}}
(parasti raksta V = I·R).
EMF un spriegums
Dažkārt spriegumu apzīmē arī kā elektromotorisko spēku (EMF), tomēr EMF tehniski ir avota spēja radīt potenciālu (piemēram, ķīmiskā reakcija akumulatorā). EMF un spriegums nav pilnīgi identiski jēdzieni: EMF ir "iekšējais" potenciāla avots, bet spriegums var samazināties, ja ķēdē ir iekšējā pretestība.
Praktiski piemēri un mērījumi
- Parasti izmantotie spriegumi: 1,5 V (AA akumulators), 9 V (dažādas baterijas), 12 V (automašīnas akumulators) un tīkla spriegumi — ASV aptuveni 120 V (RMS), Eiropā/Austrālijā aptuveni 230 V (RMS).
- Maiņstrāva (AC) spriegums maina polaritāti periodiski — Amerikas tīklos 60 reizes sekundē (60 Hz), Eiropā parasti 50 Hz. Šo maiņstrāvas vērtību bieži norāda kā efektīvo (RMS) spriegumu, kas ir zemāks par sprieguma pīķvērtību.
- Līdzstrāva (DC) spriegums ir ar nemainīgu polaritāti, piemēram, akumulatoros.
Sprieguma nozīme jaudas pārnesē
Lai pārnestu jaudu (enerģiju) no viena ķermeņa uz otru, nepieciešami gan spriegums, gan strāva. Ja ir tikai spriegums, bet nav slēgta ceļa strāvai (piem., vadam nav pieslēguma vai ceļā ir pārtraukums), tad strāva neplūdīs un jauda netiks pārvadīta. Pretēji — ja ceļš ir slēgts un pastāv potenciālu starpība, plūdīs strāva, un tiks nodota enerģija.
Drošība un bieži pieminēti piemēri
Augsts spriegums ne vienmēr nozīmē automātiski nāvējošu bīstamību — svarīgs ir lauks un iespējamā strāvas plūsma caur ķermeni. Putni var sēdēt uz viena augstsprieguma vada (piem., 12 kV vai 16 kV līnijas) un nenokrist, jo abu kāju potenciāls ir praktiski vienāds, tātad caur putna ķermeni neizveidojas būtiska potenciālu starpība. Tomēr, ja organisms vienlaikus pieskaras diviem punktiem ar atšķirīgu potenciālu (vai vads un zeme), caur to var plūst strāva, kas var būt bīstama vai letāla.
Kā spriegumu mēra
Spriegumu mēra ar voltmetru vai multimetrā kā voltāžu, pieslēdzot mērījumu ierīci starp diviem punktem, kuru potenciālu vēlas noteikt. Voltmetriem parasti ir liela iekšējā pretestība, lai pēc iespējas mazāk ietekmētu mērīto ķēdi.
Kopsavilkums
- Spriegums = elektriskā potenciāla starpība starp diviem punktiem.
- Mērvienība — volts (V), 1 V = 1 J/C.
- Spriegums kopā ar strāvu nosaka, kāda jauda tiek pārvadīta.
- Pastāv DC (līdzstrāva) un AC (maiņstrāva) spriegumi; AC frekvence parasti 50 Hz vai 60 Hz.
Ja vēlaties, varu pievienot vienkāršus skaitliskus piemērus ar aprēķiniem (piem., kā aprēķināt strāvu, kad zināms spriegums un pretestība), vai īsu salīdzinājumu starp EMF, atvērtā ķēdes spriegumu un slodzes spriegumu.
Augstsprieguma kabeļa pieslēgšana
Definīcija
Spriegums ir elektriskā potenciāla izmaiņas starp divām vietām
vai elektriskā potenciāla enerģijas izmaiņas uz vienu kulonu starp divām vietām.
V = Δ ( E P E / q ) = ( E P E / q ) 2 - ( E P E / q ) 1 {\displaystyle V=\Delta (EPE/q)=(EPE/q)_{2}-(EPE/q)_{1}}}. 
kur V=Voltāža, EPE=Elektriskā potenciālā enerģija, q=uzlāde, ∆=atšķirība.
Zemes spriegums
Spriegumu vienmēr mēra starp diviem punktiem, un vienu no tiem bieži sauc par "zemi" jeb nulles voltu (0 V) punktu. Lielākajā daļā maiņstrāvas elektroinstalāciju ir savienojums ar zemi. Savienojums ar reālo zemi tiek izveidots ar ūdensvada caurules, zemē ierakta vai iedzīta zemē iedzīta vai iedzīta zemē iedzīta iezemējuma stienī vai zem zemes ieraktā ērtā metāla vadītājā (nevis gāzes vadā). Šo savienojumu izveido vietā, kur elektriskā sistēma ieiet ēkā, pie katra staba, kur pie ielas ir transformators (bieži vien uz elektriskā staba), un citās sistēmas vietās. Visa planēta Zeme tiek izmantota kā atskaites punkts sprieguma mērīšanai. Ēkā šis zemējums pa diviem vadiem tiek novadīts līdz katrai elektroierīcei. Viens no tiem ir "zemējuma vads" (zaļš vai kails vads), un to izmanto kā drošības zemējumu, lai savienotu iekārtu metāla daļas ar zemi. Otrs vads tiek izmantots kā viens no elektrības vadītājiem sistēmas ķēdēs un tiek saukts par "neitrālo vadu". Šis vads, kas atrodas zem potenciāla, noslēdz visas ķēdes, novadot strāvu no visām elektroiekārtām atpakaļ uz sistēmas ieejas punktu ēkās un pēc tam uz transformatoru, kas parasti atrodas uz ielas. Daudzās vietās ārpus ēkām nav nepieciešams vads, kas noslēdz ķēdes un novada strāvu no ēkām uz ģeneratoriem. Atgriešanās ceļš, pa kuru visu strāvu pārvada atpakaļ, ir zeme.
Līdzstrāvas ķēdēs ģeneratora vai akumulatora negatīvo galu bieži sauc par "zemi" vai nulles voltu (0 V) punktu, lai gan var būt vai nebūt savienojuma ar zemi. Uz vienas iespiedshēmas plates (PCB) var būt vairāki zemējumi, piemēram, jutīgās analogajās shēmās šī shēmas daļa var izmantot "analogo zemējumu", bet digitālajai daļai var būt "digitālais zemējums".
Elektroiekārtās 0 voltu punkts var būt metāla šasija, ko sauc par šasijas zemējumu, vai savienojums ar faktisko zemi, ko sauc par zemējumu, un katram no tiem ir savs simbols, ko izmanto elektrisko shēmu rasējumos (shēmas rasējumos).
Mērinstrumenti
Daži no instrumentiem sprieguma mērīšanai ir voltmetrs un osciloskops.
Voltmetrs mēra spriegumu starp diviem punktiem, un to var iestatīt līdzstrāvas vai maiņstrāvas režīmā. Voltmetrs var mērīt, piemēram, akumulatora līdzstrāvas spriegumu (parasti 1,5 V vai 9 V) vai maiņstrāvas spriegumu no sienas rozetes (parasti 120 V).
Sarežģītākiem signāliem var izmantot osciloskopu, lai izmērītu līdzstrāvas un/vai maiņstrāvas spriegumu, piemēram, lai izmērītu spriegumu uz skaļruņa.
Potenciālu starpība
Spriegums jeb potenciālu starpība no punkta a uz punktu b ir enerģijas daudzums džoulos (elektriskā lauka rezultātā), kas nepieciešams, lai pārvietotu 1 kulonu pozitīva lādiņa no punkta a uz punktu b. Negatīvs spriegums starp punktiem a un b ir tāds, kurā nepieciešams 1 kulons enerģijas, lai pārvietotu negatīvu lādiņu no punkta a uz punktu b. Ja ap uzlādētu objektu ir vienmērīgs elektriskais lauks, negatīvi uzlādēti objekti tiks vilkti uz augstāku spriegumu, bet pozitīvi uzlādēti objekti tiks vilkti uz zemāku spriegumu. Potenciālu starpība/spriegums starp diviem punktiem nav atkarīgs no ceļa, kas veikts, lai nokļūtu no punkta a uz punktu b. Tādējādi spriegums no punkta a uz punktu b + spriegums no punkta b uz punktu c vienmēr būs vienāds ar spriegumu no punkta a uz punktu c.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir spriegums?
A: Spriegums ir elektrisko potenciālu starpība, elektrisko potenciālu starpība starp divām vietām. To var uzskatīt par spēku, kas spiež lādiņus pārvietoties vadā vai citā elektrības vadītājā.
J: Kādu mērvienību izmanto sprieguma mērīšanai?
A: Sprieguma mērvienība ir volts. Šo vienību apzīmē ar lielo burtu V (9 V).
J: Kā spriegums rada strāvu?
A: Spriegums var izraisīt lādiņu kustību, un, tā kā kustīgi lādiņi rada strāvu, spriegums var izraisīt strāvu.
J: Kas bija Alessandro Volta un kāpēc volts tika nosaukts viņa vārdā?
A: Alessandro Volta bija itāļu fiziķis, kurš 1800. gadā izgudroja pirmo akumulatoru. Volts tika nosaukts viņa vārdā, lai godinātu viņa ieguldījumu zinātnē.
Vai volts un spriegums ir divas dažādas lietas?
A: Jā, volti ir mērvienības, ar kurām mēs kaut ko mēra, bet spriegums attiecas uz to, ko mēs mēra, izmantojot šīs mērvienības.
J: Kādi ir divi sprieguma veidi?
A: Ir divu veidu spriegums - līdzstrāvas (līdzstrāva) un maiņstrāvas (maiņstrāva). Līdzspriegumam vienmēr ir vienāda polaritāte, bet maiņstrāvas spriegumam ir pozitīva un negatīva polaritāte.
J: Vai putni var piezemēties uz augstsprieguma līnijām, nenodarot sev kaitējumu?
A:Jā, putni var piezemēties uz augstsprieguma līnijām, piemēram, 12 kV un 16 kV līnijām, nenodarot sev kaitējumu, jo, lai pa tām varētu pārnest jaudu (enerģiju), ir jābūt gan spriegumam, gan strāvai - ja ir tikai viens elements, nekas nenotiks.
Meklēt