Spenning (elektrisitet)

Den elektriske spenningen eller potensialforskjellen (også kalt spenning ) [ 1 ] [ 2 ] er en fysisk størrelse som kvantifiserer forskjellen i elektrisk potensial mellom to punkter. Det kan også defineres som arbeidet per ladningsenhet som utøves av det elektriske feltet på en ladet partikkel for å flytte den mellom to gitte posisjoner. Det kan måles med et voltmeter . [ 3 ] Hans enhet iInternational System of Units (SI) er volt , brukt som strøm og strøm ; Fra og med 1990 ble kvante-Hall-effekten og Josephson-effekten brukt , og nylig (2019) ble grunnleggende fysiske konstanter introdusert for definisjonen av alle SI-enheter og avledede enheter. [ 4 ] : 177f, 197f Forskjellen i spenning eller elektrisk potensial er symbolsk betegnet med , forenklet til V , [ 5 ] spesielt i engelsktalende land eller internasjonale U , [ 6 ] for eksempel i sammenheng med Ohms eller Kirchhoffs kretsløpslover . $ΔV$

Spenningen mellom to punkter og er uavhengig av banen som ladningen går og avhenger utelukkende av det elektriske potensialet til nevnte punkter og av det elektriske feltet, som er et konservativt felt . $EN$ $B.$ $EN$ $B.$

Hvis to punkter som har en potensialforskjell er forbundet med en leder , vil det oppstå en strøm av elektroner . En del av ladningen skapt av punktet med høyere potensial vil bevege seg gjennom lederen til punktet med lavere potensial, og i fravær av en ekstern kilde (generator), vil denne strømmen opphøre når begge punktene er lik deres elektriske potensial. Denne overføringen av ladninger er det som kalles elektrisk strøm .

Når man snakker om en potensialforskjell på et enkelt punkt, eller potensial, refererer det til potensialforskjellen mellom dette punktet og et annet punkt der potensialet er definert som null.

Ved mange anledninger blir potensialet til bakken tatt i bruk som null .

Hydraulisk analogi

En analogi brukes ofte for å forstå de grunnleggende begrepene elektrisitet på en enkel og intuitiv måte. En lukket bane av rør i form av en sirkel antas, sammensatt av:

Vann: De er elektronene som beveger seg for å gjøre noe arbeid.
Vanndrivstoffpumpe: I den elektriske ekvivalenten vil det være spenningskilden, som utøver trykk på elektronene (vann). Hvis pumpen er av, strømmer det ikke vann eller elektroner. Hvis pumpen er på, er det en trykkforskjell (spenning) som beveger vannet (elektronene).
Svært smalt rørområde. Vann vil ha vanskelig for å komme gjennom et smalt rør. Det tilsvarer elektrisk motstand, som hindrer passasje av elektroner.

I tilfelle det er et elektrisk potensial på forskjellig fra punktet , kalles det potensialforskjell a . Hvis den er større enn , vil det etableres et elektrisk felt som vil flytte elektronene fra punktet mot . Siden det elektriske feltet er konservativt, må det være en lukket bane fra punkt a for at elektrisk fluks og arbeid skal oppstå på ladningen. [ 7 ] $EN$ $B.$ $V_{a}-V_{b}=\Delta V$ $V_{a}$ $V_{b}$ $EN$ $B.$ $EN$ $B.$

Stress på passive komponenter

Potensialforskjellen mellom terminalene til en passiv komponent avhenger av egenskapene til komponenten og intensiteten til den elektriske strømmen.

Spenning over en motstand

Det er gitt av Ohms lov :

V=I\cdot R

Spenning i en spole

En spole er en spiralviklet leder eller ledning. Spolene brukes mest i vekselstrøm, som er en strøm som endrer størrelse over tid, og genererer en potensiell forskjell ved terminalene som resulterer:

V={d\Phi c \over dt}={dLi \over dt}

Hvis L er konstant:

V=L\cdot {\frac {di}{dt}}

Spenning over en kondensator

To parallelle plater av et ledende materiale i et elektrisk isolerende medium danner en enkel kondensator. Spenningen i en kondensator produserer en strøm av elektroner der et overskudd av elektroner forblir på den ene platen og mangel på dem på den andre, derfor er den typiske ligningen: [ 8 ]

i={{dq} \over {dt}}={{d(CV)} \over {dt}}

Hvis C er konstant:

i=C\cdot {\frac {dV}{dt}}

Fra hvilken spenningsforskjellen Vb-Va utledes. Forutsatt at Va = 0 eller jord. Spenningen i en av de parallelle platene vil være:

V={\frac {1}{C}}\cdot q={\frac {1}{C}}\cdot \int{0}^{t}i\cdot dt+{\frac {q_ { 0}}{C}}

Effektivt stress

Den effektive spenningen eller den effektive verdien av spenningen er verdien som måles av de fleste vekselstrømvoltmetre . Det tilsvarer en konstant spenning som, påført den samme elektriske motstanden , bruker den samme elektriske kraften i en periode , og transformerer elektrisk energi til termisk energi ved Joule-effekten .

Energien som forbrukes i en periode av en elektrisk motstand er lik $T$

W=P\cdot T=I_{\rm {ef}}^{2}\cdot R\cdot T={\frac {1}{R}}\cdot V_{\rm {ef}}^ {2}\cdot T={\frac {1}{R}}\cdot {\int 0}^{T}{V^{2}(t)}\,dt}

hvor er energien som forbrukes, er kraften, er tidsperioden, ef er den effektive verdien av den elektriske strømmen , ef er den effektive spenningen og ( ) er den øyeblikkelige verdien av spenningen som en funksjon av tiden . $W$ $P$ $T$ $Yo$ $v$ $v$ $du$ $du$

Ved å løse den effektive spenningen, oppnås rotmiddelkvadraten til spenningen:

V_{\rm {ef}}={\sqrt {{1 \over {T}}{\int{0}^{T}{V^{2}(t)}\,dt}} }

I sinusformet vekselstrøm varierer spenningen som en sinusformet bølge .

V(t)=V_{0}\cdot \sin(\omega t+\phi )

hvor spenningen er uttrykt som en funksjon av tid , 0 er amplituden til spenningen, er vinkelfrekvensen og er fase- eller faseforskyvningen . $v$ $du$ $v$ $\omega$ $φ$

Tar vi perioden for bølgen ( ) som integreringsperiode, har vi: $T=2\pi /\omega$

V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {\omega }{2\pi }}{\int{0}^{\frac {2\pi }{\omega }} { V_{0}^{2}\sin2}(ωt)}\,dt}}}

;

Siden amplituden til spenningen 0 er konstant, kan den tas ut av integralet. $v$

V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}{\int{0}^{\frac {2 \ pi }{\omega }}{\sin 2}(\omega t)}\,dt}}}

Bruk av en trigonometrisk identitet for å fjerne kvadratisk potens til en trigonometrisk funksjon :

V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}{\int{0}^{\frac {2 \ pi }{\omega }}{1-\cos(2\omega t) \over 2}\,dt}}}

;

Integrerer :

V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}{\Stor [}{{\frac {t}{ 2}}-{\frac {\sin({2\omega t})}{4\omega }}}{\Big ]}_{0}^{\frac {2\pi }{\omega }}} }

V_{\rm {ef}}={\sqrt {{\frac {V_{0}^{2}\omega }{2\pi }}\cdot {\frac {\pi }{\omega } }}}

V_{\rm {ef}}={\frac {1}{\sqrt {2}}}V_{0}

Matematiske relasjoner

Spenning er en av tre vanlige variabler som brukes i elektrisitet, sammen med strøm og elektrisk impedans. Det er to grunnleggende viktige lover som er knyttet til stress; disse er:

Ohms lov : relaterer spenning til impedans og strøm gjennom forholdet . $Z$ $Yo$ $V=ZI$
Kirchhoffs andre lov eller spenningslov : sier at summen av alle potensialfall i en lukket krets er lik null.

Se også

Referanser

↑ Royal Spanish Academy og Association of Academies of the Spanish Language. "spenning " Ordbok for det spanske språket (23. utgave).
^ Levy, Elie (2004). "Spenning." Fysikkordbok . Akal Editions. ISBN 978-84-460-1255-9. På Google Bøker.
↑ Burbano de Ercilla, Santiago og Carlos Gracía Muñoz generell fysikk . På Google Bøker.
↑ Siter feil: Ugyldig tag <ref>; innholdet i de kalte referansene er ikke definertSI-Bro
↑ IEV: elektrisk potensial
↑ VEI: spenning
^ "Reformer" .
^ "Spenning" .