Voltage: Ano ito?

Electrical4u

Larangan: Basic Electrical Basikong Elektikal

China

Unsa ang Voltage?

Ang voltage (kasagaran gipangutana usab og electric potential difference, electromotive force emf, electric pressure, o electric tension) mao kini ang electric potential difference per unit charge tali sa duha ka puntos sa usa ka electric field. Ang voltage gisulbaran matematikal (usa ra mga formula) pinaagi sa simbolo “V” o “E”.

Kon gusto nimo og mas intuitive nga explanation aron makatabang molihok kung unsa ang voltage, skip ha kining bahin sa artikulo.

Kondili, magpadayon mi ubos pinaagi sa mas formal nga definition sa voltage.

Sa usa ka static electric field, ang trabaho nga kinahanglanon aron mobalhin per unit of charge tali sa duha ka puntos gitawag nga voltage. Matematikal, ang voltage mahimong isulbaran isip,

$\begin{align*} Voltage = \frac{Work\,\,Done\ (W)}{Charge\ (Q)} \end{align*}$

Diin ang work done adunay joules ug ang charge adunay coulombs.

$\begin{align*} Thus, Voltage = \frac{joule}{coulomb} \end{align*}$

Mahimong mahatagan nato ang voltagh sa pagtumong sa kasinatian nga potential energy tali sa duha ka puntos sa circuit.

Ang usa ka punto adunay mas taas nga potential ug ang uban nga puntos adunay mas basa nga potential. Ang kalainan sa charge tali sa mas taas nga potential ug mas basa nga potential gitawag og voltagh o potential difference.

Ang voltagh o potential difference naghatag sa pwersa sa mga electrons aron mabuhat ang flow sa circuit.

Ang mas taas nga voltagh, mas taas usab ang pwersa, ug tungod niini mas daghan ang electrons nga mobuhat sa circuit. Tungod kay walay voltagh o potential difference, ang electrons mobuhat random sa free space.

Ang voltagh usab kahangturan isip “electric tension”. Pwede isip e.g., ang voltage handling capacity sa cables sama sa 1 kV, 11 kV, ug 33 kV gisulti isip low tension, high tension, ug super tension cables respectively.

Definition of Potential Difference as Potential of Electric Field

Bilang gisulti, ang voltagh gi define isip electric potential difference per unit charge tali sa duha ka puntos sa electric field. Himo nato ang description niini gamit ang equations.

Konsiderar ang duha ka puntos A ug B.

Ang potential sa punto A labi sa punto B gi define isip ang trabaho nga gibuhat sa pag move sa per unit charge gikan sa punto A ngadto sa B sa presence sa electric field E.

Mathematically, this can be expressed as,

$\begin{align*} V_A_B = \frac{W}{Q} = -\int_B^A E^- * dl^-\end{align*}$

Kini usab ang potential difference tali sa puntos A ug B sa punto B isip reference point. Mahimo usab kini mogamit sa,

$\begin{align*} V_A_B = V_A - V_B \end{align*}$

Ang koltaje mahimong komplikado kaayo nga konsepto aron maunawaan sa pag-atiman.

Busa, gigamiton nato ang isahanalohiya sa usa ka bagay nga matanggugok—usa ka bagay sa tunay nga kalibutan—aroon mapadali ang pagsabot sa koltaje.

Pag-unawa sa Koltaje Pinaagi sa Analohiya

Ang “Hydraulic analogy” usa ka kasagaran nga analohiya nga gigamit aron mapadali ang pagsabot sa koltaje.

Sa hydraulic analogy:

Ang koltaje o elektrikong potensyal sama sa presyon sa tubig sa hydraulic
Elektrikong corriente sama sa flow rate sa tubig sa hydraulic
Ang elektrikong carga sama sa kantidad sa tubig
Ang elektrikong conductor sama sa pipe

Analohiya 1

Isipon ang usa ka tank sa tubig sama sa gisipon sa ubos nga figura. Ang Figura (a) nagpakita og duha ka tank nga adunay parehas nga level sa tubig. Busa, wala gyud mokaon ang tubig gikan sa usa ka tank ngadto sa uban nga tank tungod kay walay presyong pagkakaiba.

Ngayon, ang Figure (b) nagpakita og duha ka tank nga adunay di parehas nga lebel sa tubig. Busa, adunay usa ka presyon nga pagkakaiba-iba sa gitas-on sa duha ka tank. Busa, ang tubig mogulang gikan sa usa ka tank ngadto sa uban hangtud ang lebel sa tubig sa duha ka tank magpadayon ug sama.

Parehas niini, kon mi konektar ang duha ka baterya pinaagi sa wire nga adunay di parehas nga voltage level, ang mga charge mogulang gikan sa baterya nga may mas taas nga potensyal ngadto sa baterya nga may mas basa nga potensyal. Busa, ang baterya nga may mas basa nga potensyal magpadayon ug ig-charged hangtud ang potensyal sa duha ka baterya magpadayon ug sama.

Analogy 2

Pagsabot og usa ka water tank nga gisugyot sa usa ka certain height sa itaas sa ground.

Ang presyon sa tubig sa dulo sa hose equivalent sa voltage o potential difference sa electric circuit. Ang tubig sa tank equivalent sa electric charge. Kon mapataas nato ang amount sa tubig sa tank, mas taas ang presyon nga giproduksyon sa dulo sa hose.

Sa baliktad, kon mubasa nato ang certain amount sa tubig sa tank, ang presyon nga giproduksyon sa dulo sa hose mobasa. Mahimong mahimong asa storage battery ang water tank. Kon mubasa ang voltage sa baterya, ang mga lampara mobasa.

Analogy 3

Pagsabot kung unsaon ang pagtrabaho sa voltage o potential difference sa electric circuit. ang electric circuit gipakita sa figure sa ubos.

Kon makita sa hydraulic water circuit, ang tubig mogulang sa pipe nga gipatindog pinaagi sa mechanical pump. Ang pipe equivalent sa conducting wire sa electric circuit.

Kon ang mechanical pump moprodukta og presyon nga pagkakaiba-iba sa duha ka puntos, ang pressurized water mogawas ug mogamit, sama sa pagdrive sa turbine.

Parehas niini, sa electric circuit, ang potential difference sa baterya makapag-cause og current nga mogulang sa conductor, busa, ang flowing electric current mogamit, sama sa paglight sa lamp.

Unsa ang Voltage Measured In (Voltage Units)?

SI Unit of Voltage

Ang SI unit sa voltage mao ang volts. Kini gisimboloan ngadto sa V. Ang volt mao ang derived SI unit sa voltage. Ang Italyano nga physicist Alessandro Volta (1745-1827), usa ka inventor sa voltaic pile, ang unang electrical battery, kung diin gitawag usab ang unit volt isip paghunahuna alang kanila.

Volt sa SI Base Units

Ang volt mahimong ipahayag isip electric potential difference tali sa duha ka puntos sa electric circuit nga nagdissipate og one joule sa energy per coulomb sa charge nga nagaagi sa electric circuit. Mathematically, mahimo kini ipahayag isip,

$\begin{align*} 1\,\,Volt = \frac{potential \ energy} {chrage} = \frac{1\,\, joule}{1\,\,coulomb} = \frac{kg\,\, m^2}{A\,\,s^3} \end{align*}$

Kini, ang volt mahimong ipahayag gamit ang SI base units isip $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ o $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Mahimong masukod usab kini gamit ang watts per ampere o ampere times ohms.

Voltage Formula

Ang basic nga formula sa voltage gitakda sa ubang imahe.

Voltage Formula 1 (Ohm’s Law)

Batasan sa Ohm’s law, ang voltage mahimong ipahayag isip,

$\begin{align*} Voltage = Current * Resistance \end{align*}$

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Example 1

Gisud sa circuit nga ania ang 4 A nga kuryente nga nagdagan pinaagi sa resistance nga 15 Ω. Pwede mo determinar ang voltage drop sa circuit.

Solusyon:

Gihatag nga Datos: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Batasan ni Ohm,

$\begin{align*} & V = I * R \\ & = 4 * 15 \\ & V = 60\,\,Volts \end{align*}$

Ania, pinaagi sa paggamit sa equation, makuha nato ang 60 volts nga voltage drop sa circuit.

Formula sa Voltage 2 (Power ug Current)

Ang power nga gipasabot mao ang produkto sa supply voltage ug electric current.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Karon, isulat ang $I=\frac{V}{R}$ sa itaas nga ekuwasyon, makakuha kita og,

(1) $\begin{equation*} P = V * I = \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Bisan pa, makakuha kita og voltage sama sa power gisabot sa current. Matematikal,

$\begin{align*} V = \frac{P}{I} \,\,Volts \end{align*}$

Example 2

Tumong sa circuit sa ubos, ang 2 A nga current nagduol sa 48 W nga lamp. Hukom ang supply voltage.

Solusyon:

Gibay nga Datos: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Batasan sa formula sa pagitan sa voltage, power, ug current nga gisulti sa itaas,

$\begin{align*} & V = \frac{P}{I} \\ & = \frac{48}{2} \\ & V = 24 \,\,Volts \end{align*}$

Sumala sa equation, nakakuha ta og supply voltage nga 24 volts.

Formula sa Voltage 3 (Power ug Resistance)

Sumala sa equation (1), ang Voltage mao ang square root sa product sa power ug resistance. Mathematically,

$\begin{align*} V = \sqrt{P*R} \end{align*}$

Pangutana 3

Tumongon sa circuit nga gihatag, pagsabot ang kinahanglang voltaje aron moglow ang 5 W nga lampara nga may resistance nga 2 Ω.

Solusyon:

Gihatag nga Datos: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Batasan sa formula nga gihatag,

$\begin{align*} & V = \sqrt{P*R} \\ & = \sqrt{5*2} \\ & = \sqrt{10} \\ & V = 3.16 \,\,Volts \end{align*}$

Busa, gamiton ang equation, natubag nato ang kinahanglang voltaje aron moglow ang $5 W, 2\Omega$ nga lampara nga 3.16 Volts.

Simbolo sa Voltage Circuit (AC ug DC)

Simbolo sa AC Voltage

Ang simbolo sa AC (alternating current) voltage makita sa ubos:

企业微信截图_17098668569432.png — Simbolo sa AC Voltage

Simbolo sa DC Voltage

Ang simbolo sa DC (direct current) voltage makita sa ubos:

Mga Dimensyon sa Voltage

Ang Voltage (V) usa ka pagpakita sa electric potential energy per unit charge.

Ang mga dimensyon sa voltage mahimong ipahayag gamit ang mass (M), length (L), time (T), ug ampere (A) ingon ania gihatag ni $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

$\begin{align*} V = \frac{W}{Q} = \frac{M L^2 T^-^2}{A T} = M L^2 T^-^3 A^-^1 \end{align*}$

Tandaan nga ang uban usab mogamit og I sa lugar sa A aron ipresentar ang kasinatian. Sa kasong ini, ang dimensyon sa voltaga mahimong ipresentar isip $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Paano Sukatin ang Voltaga

Sa elektrikal ug elektronikong circuit, ang sukat sa voltaga usa ka essential nga parametro nga kinahanglan sukatan. Mahimo nato sukatan ang voltaga tali sa usa ka partikular nga punto ug ang ground o zero-volt line sa circuit.

Sa 3-phase circuit, kung sukatan nato ang voltaga tali sa anaa nga phase gikan sa 3-phase ug neutral point, giingon kini nga line-to-ground voltaga.

Parehas, kung sukatan nato ang voltaga tali sa duha ka phases gikan sa 3-phase, giingon kini nga line-to-line voltaga.

Adunay daghang instrumento nga gamiton aron sukatan ang voltaga. Huna-hunaan nato ang bawg method.

Metodo sa Voltmeter

Ang voltaga tali sa duha ka puntos sa usa ka system mahimong sukatan pinaagi sa paggamit og voltmeter. Aron sukatan ang voltaga, ang voltmeter kinahanglan i-connect sa parallel sa komponente nga ang voltaga nian ang imong isukatan.

Ang usa ka lead sa voltmeter kinahanglan i-connect sa unang punto ug usa sa ikaduhang punto. Tandaan nga ang voltmeter dili dapat i-connect sa series.

Ang voltmeter usab mahimong gamiton aron masukod ang voltage drop sa asa pa lang komponente o ang sumahan sa voltage drop sa duha o daghan pa nga komponente sa usa ka circuit.

Ang analog voltmeter nagtrabaho pinaagi sa pag-sukod sa current sa usa ka fixed resistor. Karon, batasan ni Ohm, ang current sa resistor direktang proportional sa voltage o potential difference sa fixed resistor. Busa, mahimo nato matun-an ang wala mailhi nga voltage.

Usa pang ehempiyo sa koneksyon sa voltmeter para sa sukod sa voltage sa 9 V battery gitrayo sa figure sa ubos:

Multimeter Method

Sa kasagaran karon, ang pinaka common nga metodo sa pag-sukod sa voltage mao ang paggamit og multimeter. Ang multimeter mahimong analog o digital apan ang digital multimeters adunay mas taas nga accuracy ug mas abotan nga presyo.

Ang voltage o potential difference sa asa pa lang equipment mahimong sukdan pinaagi sa pagkonektar sa mga probes sa multimeter sa duha ka puntos diin ang voltage gusto isukod. Ang pag-sukod sa battery voltage pinaagi sa multimeter gipakita sa image sa ubos.

Multimeter for Voltage Measurement — Multimeter Connection for Measurement of Battery Voltage

Potentiometer Method

Ang potentiometer nagtrabaho pinaagi sa null balance technique. Isukod nito ang voltage pinaagi sa pag-compare sa wala mailhi nga voltage sa known reference voltage.

Ang uban pang instrument sama sa oscilloscope, electrostatic voltmeter usab mahimong gamiton aron masukod ang voltage.

Pagkakaiba sa Voltage ug Current (Voltage vs Current)

Ang pangunahon nga pagkakaiba sa voltage ug current mao ang voltage mao ang potensyal nga pagkakaiba sa mga elektrikal nga carga sa duha ka puntos sa usa ka elektrikal nga field, samtang ang current mao ang pagsulay sa mga elektrikal nga carga gikan sa usa ka punto ngadto sa uban sa usa ka elektrikal nga field.

Mahimong mas simple nga ipahibalo nato nga ang voltage mao ang san-o sa pagpauli sa current samtang ang current mao ang epekto sa voltage.

Ang mas taas nga voltage, mas daghan ang current nga moguli sa duha ka puntos. Pwede molhatob nga kon duha ka puntos sa usa ka circuit adunay parehas nga potensyal, wala makapauli ang current tali sa mga puntos. Ang magnitude sa voltage ug current depende sa bako-bako (batasan ni Ohm).

Ang uban pang pagkakaiba sa voltage ug current gitumong sa table sa ubos.

Voltage	Current
The voltage is the difference in potential between two points in an electric field.	The current is the flow of charges between two points in an electric field.
The symbol of the current is I.	The SI unit of current is ampere or amp.
The symbol of voltage is V or ΔV or E.	The symbol of current is I.
Voltage can be measured by using a voltmeter.	Current can be measured by using an ammeter.
$Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)}$	$Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)}$
$1\ Volt=\frac{1\ joule}{1\ coulomb}$	$1\ Ampere=\frac{1\ coulomb}{(1\ second)}$
In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same.	In a series circuit, the magnitude of the current remains the same.
The voltage creates a magnetic field around it.	The current creates an electrostatic field around it.
Dimensions of voltage is $ML^2 T^-^3 A^-^1$	Dimensions of current is $MLTA^1$
In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure.	In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate.
The voltage is the cause of the current flowing in the circuit.	An electric current is the effect of a voltage.

Kalibutan sa Voltage ug Current

Kalibutan sa Voltage ug Potential Difference (Voltage vs Potential Difference)

Wala kasayran kaayo ang kalibutan sa voltage ug potential difference. Apan mahimong mailhan nato ang kalibutan sa matag usa sa sumusunod nga mga paagi.

Ang voltage mao ang damo sa energia nga kinahanglanon aron mobalhin ang usa ka unit charge tali sa duha ka puntos apan ang potential difference mao ang pagkakaiba tali sa mas taas nga potential sa usa ka punto ug ang mas basa nga potential sa uban pang punto.

Tungod sa point charge:

Ang voltage mao ang potential nga nahitabo sa usa ka punto pinaagi sa pag-ila sa uban nga reference point sa infinity. Apan ang potential difference mao ang pagkakaiba sa potential tali sa duha ka puntos sa finite distances gikan sa charge. Mathematically sila mahimo molihok isip,

$\begin{align*} Potential = V = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0 R} \end{align}$

$\begin{align*} Potential \,\, Difference= V_1_2 = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0}(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}) \end{align}$

Kon gusto nimo ang video explanation sa voltage, sulayi ang video sa ubos:

Unsa ang Common Voltage?

Ang common voltage mao ang typical nga voltage level o rating sa electrical apparatus o equipment.

Ania ang listahan sa mga karaniwang tensyon para sa iba't ibang electrical apparatus o equipment.

Lead-acid batteries ginagamit sa electric vehicles: 12 Volts DC. 12 V battery binubuo ng 6 cells na may karaniwang tensyon ng bawat cell ay 2.1 V. Tandaan na ang mga cell ay konektado sa series upang taasan ang tensyon rating.
Solar cells: Karaniwang naglalabas ng tensyon ng 0.5 Volts DC sa ilalim ng open-circuit conditions. Gayunpaman, maraming solar cells ang madalas na konektado sa series upang bumuo ng solar panels, na maaaring maglabas ng mas mataas na kabuuang tensyon.
USB: 5 Volts DC.
High voltage electric power transmission line: 110 kV to 1200 kV AC.
High-speed train (traction) power lines: 12 kV and 50 kV AC or 0.75 kV and 3 kV DC.
TTL/CMOS power supply: 5 Volts.
A single-cell, rechargeable nickel-cadmium battery: 1.2 Volts.
Flashlight batteries: 1.5 Volts DC.

Ang karaniwang tensyon na ibinibigay ng distribution company sa mga residential consumers ay:

100 V, 1-phase AC sa Japan
120 V, 1-phase AC sa America
230 V, 1-phase AC sa India, Australia

Ang karaniwang tensyon na ibinibigay ng distribution company sa mga industrial consumers ay:

200 V, 3-phase AC sa Japan
480 V, 3-phase AC sa America
415 V, 3-phase AC sa India

Applications of Voltage

Ang ilan sa mga application ng tensyon ay kinabibilangan ng:

Isa sa mga pinakakaraniwang application ng tensyon ay upang tukuyin ang tensyon drop sa isang electrical device o equipment tulad ng resistor.
Ang pagdaragdag ng tensyon ay kinakailangan upang taasan ang tensyon rating. Kaya, ang mga cell ay konektado sa series upang taasan ang tensyon rating.
Ang voltage mao ang basic nga energy source alang sa tanang electrical ug electronic equipment. Gikan sa gamay nga voltages (5 V) hangtud sa taas nga voltages (415 V) gigamit sa daghang aplikasyon.
Ang low voltage kasagaran gigamit para sa daghang electronics equipment ug control applications.
Ang high voltage gigamit para sa

Electrostatic printing, Electrostatic painting, Electrostatic coating of material
Cosmology study of space
Electrostatic precipitator (air pollution control)
Jet propulsion laboratory
X-Ray tubes
High-power amplifier vacuum tubes
Mass spectroscopy
Dielectric testing
Food and beverage testing
Electro spraying and spinning applications, electrophotography
Plasma-based application
Level sensing
Induction heating
Flash lamps
SONAR
For testing electrical equipment