Įtampa — kas tai? Elektrinio potencialo skirtumas, voltas, AC/DC
Sužinokite, kas yra įtampa — elektrinio potencialo skirtumas, voltas ir kaip veikia AC vs DC. Aiškus, paprastas paaiškinimas su pavyzdžiais.
Elektros krūviai juda dėl įtampos. Tai tarsi „postūmis“, kuris verčia krūvius judėti laidu ar kitu elektros laidininku. Įtampą galima įsivaizduoti kaip sąlygą, dėl kurios krūviai stumiami — nors formaliai ji nėra mechaninė jėga, ji gali sukelti krūvių judėjimą. Kadangi judantys krūviai sudaro srovę, įtampa gali sukelti srovę grandinėje.
Ką reiškia „įtampa“ ir kaip ji matuojama
Tikrasis mokslinis terminas yra elektrinio potencialo skirtumas — tai skirtumas tarp elektrinio potencialo dviejuose taškuose. Paprastai šį skirtumą trumpai vadiname įtampa arba neoficialiai „potencialų skirtumu“. Tam tikrose situacijose įtampa taip pat paminima kaip elektromotorinė jėga (EMF).
Įtampos matavimo vienetas yra voltas. Voltas pavadintas Alessandro Voltos garbei. Vienas voltas atitinka vieną džaulį vienam kulonui (1 V = 1 J/C). Pagal Tarptautinės vienetų sistemos taisykles vienetų, kilusių iš asmenvardžių, simboliai rašomi didžiąja raide — taip voltui priskirtas simbolis V.
Voltas, įtampa ir ženklinimas
Svarbu atskirti voltą ir įtampą. Voltas yra matavimo vienetas — kaip metras ar kilogramas — o įtampa yra dydis, kurį tuo vienetu matuojame. Dažnai inžinerinėje literatūroje įtampa formule žymima kursyva (pvz., V = 9 V {\displaystyle V=9\,{\text{V}}}. 
), o jei reikia naudoti vieno simbolio žymėjimą, įprasta rašyti mažąją v (pvz., v = i r). Kai kur inžinieriai įtampai žymi raide 
(elektromotorinė jėga), kad akcentuotų skirtumą tarp įtampos ir voltų.
Dėl įvairių pateikimo formų originaliame tekste gali būti matomos formulės ir vaizdiniai elementai, pvz., įtampa = srovė × varža {\displaystyle {\text{įtampa}}}={\text{srovė}}} kartus {\text{varža}}} 
arba v = ir {\displaystyle {\text{v}}={\text{ir}}} 
— tai iliustracija įtampos sąryšio su srove ir varža (Ohmo dėsnis).
Įtampa visada matuojama tarp dviejų taškų
Techniniu požiūriu įtampa yra elektrinio potencialo skirtumas tarp dviejų taškų — ji visada matuojama „tarp“ tų taškų, pvz., tarp baterijos teigiamo ir neigiamo poliaus, tarp laido ir žemės arba tarp dviejų taškų grandinėje. Namų elektros tinkluose JAV dažniausiai matoma 120 V įtampa — ši reikšmė paprastai nurodoma tarp laido ir žemės. Europoje ir daugelyje kitų šalių įprasta tinklo įtampa ~230 V (kai kur nurodoma kaip 220–240 V).
Įtampa ir elektros galia
Norint perduoti galią (energiją) per grandinę, būtini ir įtampa, ir srovė. Aukšta įtampa be užbaigtos grandinės (be kelio srovei tekėti) neduos galios. Pvz., paukštis gali tūpti ant labai aukštos įtampos laidų (pvz., 12 kV ar 16 kV), bet, jei jo kūnas neprijungia laidininko prie žemės arba kito potencialo taško, per paukštį nepraeis reikšminga srovė ir jis nenukentės.
Nuolatinė (DC) ir kintamoji (AC) įtampa
- Nuolatinė įtampa (DC) išlaiko tą patį poliškumą — ji būna pastovi teigiama arba neigiama. Pavyzdžiai: baterijos, akumuliatoriai, DC maitinimo šaltiniai. Nuolatinė įtampa dažnai naudojama elektronikos grandinėse.
- Kintamoji įtampa (AC) periodiškai keičia poliškumą ir dydį. Namų tinklo įtampa priklauso nuo šalies: Amerikoje dažniausiai 60 Hz (poliškumas keičiasi 60 kartų per sekundę), Europoje ir Jungtinėje Karalystėje 50 Hz (50 kartų per sekundę). Kintamoji įtampa naudojama elektros tinkluose ir daugelyje variklio bei transformatorių grandinių.
RMS, piko ir nuolatinės ekvivalentai
Kintamosios įtampos apibrėžimui svarbu skirti piko reikšmę (maksimalus amplitudės dydis) ir RMS (Root Mean Square, tolygiai veikiančioji vertė), kuri parodytų ekvivalentinę nuolatinę įtampą, galinčią tiekti tą patį šiluminį efektą varžoje. Pvz., AC sinusoidė, kurios efektinė (RMS) įtampa yra ~230 V, turi pikinę reikšmę apie 325 V (230 × √2).
Matavimo priemonės ir sauga
Įtampai matuoti naudojami voltmetrai arba multimetrų įtampų funkcija. Matavimai atliekami prijungus prietaiso zondus prie dviejų taškų — svarbu teisingai nustatyti matavimo diapazoną ir saugos priemones. Dirbant su tinklo įtampa ar aukštos įtampos įrenginiais būtina:
- Įsitikinti, kad prietaisas ir zondai skirti matyti atitinkamai įtampai;
- Nenaudoti įrankių su pažeistomis izoliacijomis;
- Laikytis atitinkamų saugos procedūrų ir, esant abejonėms, kreiptis į kvalifikuotą specialistą.
Elektromotorinė jėga (EMF) ir įkrovinė įtampa
Terminas EMF (elektromagnetinė arba elektromotorinė jėga) dažnai vartojamas apibūdinti įtampai, kurią sukuria baterija ar generatorius, kai grandinė atvira (be apkrovos). Kai grandinėje atsiranda srovė, dėl vidaus varžos šaltinio išmatuota galutinė įtampa gali būti mažesnė už EMF.
Praktiniai pavyzdžiai
- Baterijoje: teigiamas polius turi aukštesnį potencialą nei neigiamas — skirtumas tarp jų yra baterijos nominali įtampa (pvz., 1,5 V, 9 V).
- Namų lizdas: Europoje ~230 V AC prie 50 Hz — tai reiškia, kad potencialų skirtumas tarp fazės ir neutro (ar fazės ir žemės priklausomai nuo prijungimo) periodiškai kinta 50 kartų per sekundę.
- Aukštos įtampos linijos: per jas perduodama didelė galia, nes pakėlus įtampą sumažėja srovė tam pačiam galingumui perduoti, taip sumažinant nuostolius šiluma.
Santrauka
Įtampa — tai elektrinio potencialo skirtumas, matuojamas volto vienetu. Ji yra pagrindinė priežastis, dėl kurios krūviai gali judėti, todėl įtampa ir srovė kartu lemia galingumo perdavimą. Galime skirti nuolatinę (DC) ir kintamąją (AC) įtampas, o praktiniuose matavimuose svarbu naudoti tinkamą įrangą ir laikytis saugos.
Originalūs pavyzdžiai ir iliustracijos iš pradinių šaltinių (formulės ir vaizdai) palikti, kad vizualiai parodytų ryšį tarp įtampos, srovės ir varžos: V = 9 V {\displaystyle V=9\,{\text{V}}}. .
Aukštos įtampos kabelio prijungimas
Apibrėžimas
Įtampa - tai elektrinio potencialo pokytis tarp dviejų vietų
arba elektrinio potencialo energijos pokytis vienam kulonui tarp dviejų vietų.
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=įtampa, EPE=Elektrinė potencinė energija, q=įkrova, ∆=skirtumas.
Įžeminimo įtampa
Įtampa visada matuojama tarp dviejų taškų, o vienas iš jų dažnai vadinamas "žeme" arba nulinės įtampos (0 V) tašku. Daugumoje kintamosios srovės elektros įrenginių yra jungtis su žeme. Ryšys su tikruoju žeme atliekamas per vandentiekio vamzdį, į žemę įkastą arba į žemę įleistą įžeminimo strypą arba po žeme įkastą patogų metalinį laidininką (ne dujų vamzdį). Šis sujungimas atliekamas elektros sistemos įėjimo į pastatą vietoje, prie kiekvieno stulpo, kai gatvėje yra transformatorius (dažnai ant elektros stulpo), ir kitose sistemos vietose. Įtampai matuoti kaip atskaitos taškas naudojama visa Žemės planeta. Pastate šis įžeminimas dviem laidais nuvedamas iki kiekvieno elektros prietaiso. Vienas iš jų yra "įžeminimo laidininkas" (žalias arba plikas laidas) ir naudojamas kaip apsauginis įžeminimas, skirtas metalinėms įrangos dalims sujungti su žeme. Kitas laidininkas naudojamas kaip vienas iš sistemos elektros grandinių laidininkų ir vadinamas neutraliuoju laidininku. Šis įžeminimo potencialą turintis laidas užbaigia visas grandines, praleisdamas srovę iš bet kokios elektros įrangos atgal į sistemos įėjimo į pastatus tašką ir tada į transformatorių, kuris paprastai yra gatvėje. Daugelyje vietų, esančių už pastatų ribų, laidas, kuriuo užbaigiamos grandinės ir srovė iš pastatų perduodama generatoriams, tampa nereikalingas. Grįžtamasis kelias, kuriuo visa srovė grįžta atgal, yra žemė.
Nuolatinės srovės grandinėse neigiamas generatoriaus ar akumuliatoriaus galas dažnai vadinamas "žeme" arba nulinės įtampos (0 V) tašku, nors ryšys su žeme gali būti arba nebūti. Toje pačioje spausdintinėje plokštėje (PCB) gali būti keli įžeminimai, pavyzdžiui, jautriose analoginėse grandinėse ta grandinės dalis gali naudoti "analoginį įžeminimą", o skaitmeninė dalis - " skaitmeninį įžeminimą".
Elektros įrangoje 0 voltų taškas gali būti metalinė važiuoklė, vadinama važiuoklės įžeminimu, arba jungtis su tikruoju įžeminimu, vadinama įžeminimu; kiekvienas jų turi savo simbolį, naudojamą elektros schemų brėžiniuose (grandinių brėžiniuose).
Matavimo įrankiai
Kai kurie įtampos matavimo įrankiai yra voltmetras ir osciloskopas.
Voltmetras matuoja įtampą tarp dviejų taškų ir gali būti nustatytas į nuolatinės arba kintamosios srovės režimą. Voltmetru galima matuoti, pavyzdžiui, akumuliatoriaus nuolatinę įtampą (paprastai 1,5 V arba 9 V) arba kintamosios srovės įtampą iš elektros lizdo sienoje (paprastai 120 V).
Sudėtingesniems signalams matuoti galima naudoti oscilografą, kuriuo matuojama nuolatinė ir (arba) kintamoji įtampa, pavyzdžiui, įtampa garsiakalbyje.
Potencialų skirtumas
Įtampa arba potencialų skirtumas tarp taškų a ir b yra energijos kiekis džaulais (dėl elektrinio lauko), kurio reikia 1 kulonui teigiamo krūvio perkelti iš taško a į tašką b. Neigiama įtampa tarp taškų a ir b yra tokia, kai 1 kulono energijos reikia neigiamam krūviui perkelti iš taško a į tašką b. Jei apie įkrautą objektą yra vienodas elektrinis laukas, neigiamai įkrauti objektai bus traukiami link aukštesnės įtampos, o teigiamai įkrauti objektai bus traukiami link žemesnės įtampos. Potencialų skirtumas / įtampa tarp dviejų taškų nepriklauso nuo kelio, kuriuo nueita iš taško a į tašką b. Taigi įtampa iš taško a į tašką b + įtampa iš taško b į tašką c visada bus lygi įtampai iš taško a į tašką c.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra įtampa?
A: Įtampa - tai elektrinis potencialų skirtumas, elektrinių potencialų skirtumas tarp dviejų vietų. Ją galima įsivaizduoti kaip jėgą, kuri verčia krūvius judėti laidu ar kitu elektros laidininku.
K: Koks vienetas naudojamas įtampai matuoti?
A: Įtampos matavimo vienetas yra voltas. Šio vieneto simbolis rašomas didžiąja raide V (9 V).
K: Kaip įtampa sukelia srovę?
A: Dėl įtampos gali judėti krūviai, o kadangi judantys krūviai sukuria srovę, įtampa gali sukelti srovę.
K: Kas buvo Alessandro Volta ir kodėl voltas pavadintas jo vardu?
A: Alessandro Volta buvo italų fizikas, 1800 m. išradęs pirmąjį akumuliatorių. Voltas buvo pavadintas jo vardu, taip pagerbiant jo indėlį į mokslą.
K: Ar voltas ir įtampa yra du skirtingi dalykai?
A: Taip, voltai yra vienetai, kuriais ką nors matuojame, o įtampa reiškia tai, ką matuojame tais vienetais.
K: Kokios yra dvi įtampos rūšys?
A: Yra dvi įtampos rūšys - nuolatinė (nuolatinė srovė) ir kintamoji (kintamoji srovė). Nuolatinės srovės poliškumas visada vienodas, o kintamosios srovės poliškumas kaitaliojasi tarp teigiamo ir neigiamo poliškumo.
K: Ar paukščiai gali nutūpti ant aukštos įtampos linijų ir nenukentėti?
A:Taip, paukščiai gali nutūpti ant aukštos įtampos linijų, pavyzdžiui, 12 ir 16 kV, ir nenukentėti, nes tam, kad jomis persiduotų energija, turi būti ir įtampa, ir srovė - jei yra tik vienas elementas, nieko neatsitiks.
Ieškoti