Mikä tarkoittaa järjestelmän jännitettä ja miten jännite virtaa sähkövirran kautta?

Järjestelmän jännitteen merkitys

Määritelmä

Järjestelmän jännite on potentiaaliero tiettyjen pisteiden välillä sähköjärjestelmässä (kuten sähköntarjontajärjestelmässä, elektronisessa piirijärjestelmässä jne.). Sähköjärjestelmissä se viittaa yleensä jännitteeseen tietyllä vaiheella tai linjalla verkossa. Esimerkiksi kolmivaiheisessa nelilohdossa alijännitteessä vaihejännite (jännite live-johtimella ja neutraalijohtimella) on 220V, ja linjajännite (jännite live-johtimella ja toisella live-johtimella) on 380V, jotka ovat tyypillisiä arvoja järjestelmän jännitteelle.

Vaikutus

Järjestelmän jännite on tärkeä mittari sähköjärjestelmän energiatilan mittaamiseksi. Se määrittää, kuinka paljon energiaa järjestelmä voi tarjota kuormalle ja energian siirron tehokkuuden. Eri sähkölaitteet voivat toimia vain normaalisti niiden nimellisellä jännitteellä. Esimerkiksi kynttilälampu, jonka nimellinen jännite on 220V, jos järjestelmän jännite poikkeaa liikaa 220V:sta, lampun kirkkaus ja käyttöikä vaikuttaa.

Määrittävä tekijä

Järjestelmän jännitteen suuruus määräytyy tuotantolaitteiden (kuten generaattorin) ulosjännitteestä, muuntimen muunnossuhdeesta ja erilaisista säätölaitteista sähkönsiirrossa ja -jakelussa. Voimalassa generaattori tuottaa tietyn jännitteen sähköenergiaa, joka sitten nostetaan lisämuuntimella pitkän matkan kuljetusta varten, ja lopulta alennetaan askelmuuntimella tasolle, joka sopii käyttäjän laitteille ennen asiakkaan saavuttamista.

Jännitteen ja sähvön välinen suhde (ilmaisu "kuinka jännite virtaa sähkövirran kautta" ei ole tarkka, mutta kuinka sähkövirta syntyy ja virtaa jännitteen vaikutuksesta)

Mikroskooppinen mekanismi (metallisen johtajan esimerkkinä)

Metallisissa johtimissa on suuri määrä vapaita elektroneja. Kun johtimessa on jännite molemmissa päissä, se on sama kuin sähkökentän luominen johtimessa. Sähkökentän voiman vaikutuksen mukaan sähkökenttä harjoittaa voimaa vapaille elektroneille, mikä aiheuttaa elektronien suuntautuneen liikkumisen, mikä luo sähkövirtauksen. Jännite on voima, joka aiheuttaa elektronien suuntautuneen liikkumisen, samalla tavalla kuin vesipaine putkessa aiheuttaa vedenvirtauksen korkeammasta paineesta kohti alhaisempaa painetta, ja elektronit virtaavat alhaalta potentiosta kohti korkeampaa potentiota (sähkövirran suunta on määritelty positiivisen varauksen liikkumissuunnaksi, joten se on vastakkainen elektronien todelliselle liikkumissuunnalle).

Ohmin laki

Ohmin laissa I=U/R (missä I on sähkövirta, U on jännite, R on vastus), tietystä vastuksesta huolimatta, mitä suurempi jännite, sitä suurempi sähkövirta. Tämä osoittaa, että jännitellä ja sähkövirralla on kvantitatiivinen suhde, jännite on sähkövirran syy, ja sähkövirran suuruus riippuu jännitteen ja vastuksen suuruudesta. Esimerkiksi yksinkertaisessa piirissä, jos vastus on 10Ω ja jännite on 10V, sähkövirta voidaan laskea 1A:ksi Ohmin lain mukaan; jos jännite nousee 20V:ksi ja vastus pysyy ennallaan, sähkövirta muuttuu 2A:ksi.

Tilanne piirissä

Kokonaisessa piirissä virtalähde tarjoaa jännitteen, joka vaikuttaa piirin eri komponentteihin (kuten vastuksiin, kondensaattoreihin, induktansseihin jne.). Kun piiri suljetaan, sähkövirta alkaa virran myötäisen päähän, kulkee läpi eri piirikomponentit ja palaa virran vastapäiseen päähän. Tässä prosessissa jännite jakautuu eri komponenttien päihin, ja sähkövirran virtaus jokaisessa komponentissa määräytyy komponentin ominaisuuksien mukaan (kuten vastuksen vastus, kondensaattorin kapasitanssi, indukttorin induktanssi jne.). Esimerkiksi sarjapiirissä sähkövirta on kaikkialla sama, ja jännite jakautuu vastustimiin verrannollisesti vastuksiin; rinnakkaispiirissä jännite on kaikkialla sama, ja kokonaissähkövirta on haarojen sähkövirtojen summa.