Spænding: Hvad er det?

Electrical4u

Felt: Grundlæggende elektricitet

China

Hvad er spænding?

Spænding (også kendt som elektrisk potentiafdifferens, elektromotiv kraft emf, elektrisk tryk eller elektrisk spænding) defineres som den elektriske potentiafdifferens pr. ladning mellem to punkter i et elektrisk felt. Spænding udtrykkes matematisk (dvs. i formler) ved hjælp af symbolet "V" eller "E".

Hvis du leder efter en mere intuitiv forklaring, der kan hjælpe med at forklare, hvad spænding er, spring til denne sektion af artiklen.

Ellers fortsætter vi nedenfor med en mere formel definition af spænding.

I et statisk elektrisk felt er arbejdet, der kræves for at flytte per enhed ladning mellem to punkter, kendt som spænding. Matematisk kan spændingen udtrykkes som,

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

Hvor det udførte arbejde er i joule og ladningen er i coulomb.

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

Vi kan definere spænding som mængden af potentiell energi mellem to punkter i en kredsløb.

Et punkt har et højere potentiale, og de andre punkter har et lavere potentiale. Forskellen i ladning mellem det højere potentiale og det lavere potentiale kaldes for spænding eller potentiaforskelle.

Spændingen eller potentiaforskellen giver elektronerne kraft til at flyde gennem kredsløbet.

Jo højere spændingen, jo større kraften, og derfor flere elektroner flyder gennem kredsløbet. Uden spænding eller potentiaforskelle ville elektroner bevæge sig tilfældigt i frit rum.

Spænding kaldes også nogle gange for "elektrisk spænding". For eksempel refererer kapaciteten til kabler som 1 kV, 11 kV, og 33 kV henholdsvis til lavspændings-, højspændings- og superhøjspændingskabler.

Definition af Potentiaforskel som Potentiale i Elektriske Felt

Som nævnt, er spænding defineret som den elektriske potentiaforskel pr. enhed ladning mellem to punkter i et elektrisk felt. Lad os beskrive dette ved hjælp af ligninger.

Overvej to punkter A og B.

Potentialet for punkt A i forhold til punkt B er defineret som arbejdet udført ved at flytte en enhedladning fra punkt A til B i tilstedeværelsen af et elektrisk felt E.

Matematisk kan dette udtrykkes som,

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

Dette er også en potentiaforskel mellem punkterne A og B, med punkt B som referencepunkt. Det kan også udtrykkes som,

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

Spænding kan være en ret svær begreb at forstå konceptuelt.

Derfor vil vi bruge en analogi til noget, der kan mærkes – noget i den virkelige verden – for at gøre spændingen lettere at forstå.

Forståelse af spænding ved hjælp af analogi

"Hydraulisk analogi" er en almindelig analogi, der bruges til at hjælpe med at forklare spænding.

I hydraulisk analogi:

Spænding eller elektrisk potentiale er ækvivalent med hydraulisk vandtryk
Elektrisk strøm er ækvivalent med hydraulisk vandflowrate
Elektrisk ladning er ækvivalent med en mængde vand
En elektrisk ledere er ækvivalent med en rør

Analogi 1

Overvej en vandtank som vist på nedenstående figur. Figur (a) viser to tanker fyldt med samme vandniveau. Så vand kan ikke flyde fra en tank til en anden, da der ikke er noget trykforskelle.

Nu viser figur (b) to tank med forskellige vandniveauer. Der er derfor en vis trykfordeling mellem de to tank. Så vil vand strømme fra den ene tank til den anden, indtil vandniveauet i begge tank bliver det samme.

På samme måde, hvis vi forbinder to batterier gennem en ledende tråd med forskellige spændingsniveauer, kan ladninger strømme fra batteriet med højere potentiale til batteriet med lavere potentiale. Således bliver batteriet med lavere potentiale opladt, indtil potentialet for begge batterier bliver det samme.

Analogi 2

Overvej en vandtank placeret på en bestemt højde over jorden.

Vandtrykket ved slangen er lig med spændingen eller potentialets forskel i en elektrisk kredslut. Vandet i tanken er lig med den elektriske ladning. Hvis vi øger mængden af vand i tanken, så opbygges mere tryk ved slangen.

Omvendt, hvis vi tømmer en vis mængde vand fra tanken, så vil trykket ved slangen falde. Vi kan antage, at denne vandtank er som en lagerbatteri. Når spændingen i batteriet falder, bliver lyset svagere.

Analogi 3

Lad os forstå, hvordan arbejde kan udføres af spænding eller potentialets forskel i en elektrisk kredslut. Den elektriske kredslut vises i nedenstående figur.

Som vist i den hydrauliske vandkredslut, strømmer vand gennem en rør, drevet af en mekanisk pumpe. Et rør er lig med en ledende tråd i en elektrisk kredslut.

Hvis en mekanisk pumpe producerer et trykforskud mellem to punkter, så kan pressuriseret vand udføre arbejde, som at drevet en turbine.

På samme måde, i en elektrisk kredslut, kan spændingsforskellen af et batteri få strøm til at strømme gennem lederen, og dermed kan arbejde udføres af den strømmende elektriske strøm, som at tænde for en lampe.

Hvad Måles Spænding I (Spændingsenheder)?

SI-enhed for Spænding

SI-enheden for spænding er volt. Dette repræsenteres ved et V. Volt er en afledt SI-enhed for spænding. Den italienske fysiker Alessandro Volta (1745-1827), der opfandt voltaisk pille, som var den første elektriske batteri, og derfor er enheden volt opkaldt efter ham.

Volt i SI-basiseenheder

Volt kan defineres som det elektriske potentiale mellem to punkter i en elektrisk kredsløb, der udsender en joule energi pr. coulomb ladning, der passerer gennem elektrisk kredsløb. Matematisk kan det udtrykkes som,

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

Derfor kan volt udtrykkes i termer af SI-basiseenheder som $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ eller $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Det kan også måles i watt per ampere eller ampere gange ohm.

Spændingsformel

Den grundlæggende formel for spænding vises i nedenstående billede.

Spændingsformel 1 (Ohms lov)

Ifølge Ohms lov kan spændingen udtrykkes som,

$\begin{align*} Spænding = Strøm * Modstand \end{align*}$

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

Eksempel 1

Som vist i den nedenstående kreds strømmer en strøm på 4 A gennem modstanden på 15 Ω. Bestem spændingsfaldet over kredsen.

Løsning:

Givne data: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Ifølge Ohms lov,

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

Dermed får vi ved brug af ligningen et spændingsfald over kredsen på 60 volt.

Spændingsformel 2 (Effekt og Strøm)

Den overførte effekt er produktet af forsyningsspænding og elektrisk strøm.

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

Nu sættes $I=\frac{V}{R}$ i den ovenstående ligning, og vi får,

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

Dermed fås spændingen som effekten divideret med strømmen. Matematisk,

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

Eksempel 2

Som vist i nedenstående kredsløb strømmer en strøm på 2 A gennem en lampe på 48 W. Bestem spændingskilden.

Løsning:

Givne data: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Efter formlen mellem spænding, effekt og strøm nævnt ovenfor,

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

Dermed får vi ved hjælp af ligningen en spænding på 24 volt.

Spændingsformel 3 (Effekt og Modstand)

Ifølge ligning (1) er spændingen kvadratroden af produktet af effekt og modstand. Matematisk,

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

Eksempel 3

Som vist i den nedenstående kredsløb, bestem den nødvendige spænding for at tænde en 5 W pære med et motstand på 2 Ω.

Løsning:

Givne data: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Ifølge den ovenfor nævnte formel,

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

Dermed, ved brug af ligningen, får vi den nødvendige spænding til at tænde en 5 W, 2Ω pære, som er 3.16 Volt.

Spændingskredssymbol (AC og DC)

AC spændingssymbol

Symbol for AC (alternativ strøm) spænding vises nedenfor:

企业微信截图_17098668569432.png — AC spændingssymbol

DC spændingssymbol

Symbol for DC (direkte strøm) spænding vises nedenfor:

Dimensioner for spænding

Spænding (V) er en repræsentation af den elektriske potentiale energi pr. enhed ladning.

Dimensionerne for spænding kan udtrykkes i massen (M), længden (L), tiden (T) og ampere (A) som givet ved $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

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

Bemærk, at nogle også bruger I i stedet for A for at repræsentere strøm. I dette tilfælde kan spændingsdimensionen i stedet blive repræsenteret som $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Hvordan måle spænding

I et elektrisk og elektronisk kredsløb er en spændingsmåling en afgørende parameter, der skal måles. Vi kan måle spændingen mellem et bestemt punkt og jordlinjen eller nulvoltslinjen i et kredsløb.

I et 3-fasekredsløb, hvis vi måler spændingen mellem en af faserne fra de 3 faser og neutralpunktet, kaldes det for fase-jordspænding.

På samme måde, hvis vi måler spændingen mellem to faser fra de 3 faser, kaldes det for fase-fasespænding.

Der findes forskellige instrumenter til at måle spænding. Lad os diskutere hver metode.

Voltmetermetode

Spændingen mellem to punkter i et system kan måles ved hjælp af en voltmeter. For at måle en spænding skal en voltmeter være forbundet parallelt med komponenten, hvis spænding skal måles.

En ledning fra voltmeteren skal være forbundet til det første punkt, og en anden til det andet punkt. Bemærk, at voltmeteren aldrig bør være forbundet i serie.

Voltmåler kan også bruges til at måle spændingsfaldet over enhver komponent eller summen af spændingsfaldet over to eller flere komponenter i en kredsløb.

En analog voltmåler fungerer ved at måle strømmen gennem en fast resistor. Ifølge Ohms lov er strømmen gennem resistoren proportional med spændingen eller potentialet over den faste resistor. Derved kan vi bestemme den ukendte spænding.

Et andet eksempel på en voltmålers forbindelse for måling af spændingen over en 9 V batteri vises i nedenstående figur:

Multimetermetode

I nutid er en af de mest almindelige metoder til at måle spændingen ved hjælp af en multimeter. Multimetern kan være enten analog eller digital, men digitale multimetre anvendes mest ofte pga. højere præcision og lavere omkostninger.

Spændingen eller potentialet over enhver udstyr kan simpelthen måles ved at forbinde sondene fra en multimeter over de to punkter, hvor spændingen skal måles. Målingen af batterispændingen ved hjælp af en multimeter vises i nedenstående billede.

Multimeter for Voltage Measurement — Multimeterforbindelse for måling af batterispænding

Potentiometermetode

Potentiometren arbejder på princippet om nullbalanceteknik. Den måler spændingen ved sammenligning af en ukendt spænding med en kendt referencespænding.

Andre instrumenter som oscilloskop, elektrostatiske voltmåler kan også bruges til at måle spændingen.

Forskellen mellem spænding og strøm (Spænding vs Strøm)

Den største forskel mellem spænding og strøm er, at spænding er den potentielle forskel i elektriske ladninger mellem to punkter i et elektrisk felt, mens strøm er flyden af elektriske ladninger fra et punkt til et andet punkt i et elektrisk felt.

Vi kan simpelt sige, at spænding er årsagen til, at strømmen flyder, mens strøm er effekten af spændingen.

Jo højere spændingen, jo mere strøm flyder mellem to punkter. Bemærk, at hvis to punkter i en kredsløb er på samme potentiale, så kan der ikke flyde strøm mellem disse punkter. Størrelsen af spænding og strøm afhænger af hinanden (ifølge Ohms lov).

Andre forskelle mellem spænding og strøm diskuteres i tabellen nedenfor.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Forskellen mellem spænding og strøm

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Forskellen mellem spænding og strøm

Forskellen mellem spænding og potentialeforskel (Spænding vs Potentialeforskel)

Der er ikke meget forskel mellem spænding og potentialeforskel. Men vi kan beskrive forskellen mellem dem på følgende måder.

Spændingen er den mængde energi, der kræves for at flytte en enhedsladning mellem to punkter, mens potentialeforskellen er forskellen mellem det højere potentiale af et punkt og det lavere potentiale af det andet punkt.

På grund af punktladning:

Spændingen er det potentielle, der opnås ved et bestemt punkt, hvor det andet referencepunkt er i uendelig. Mens potentialeforskellen er forskellen i potentiale mellem to punkter ved endelige afstande fra ladningen. Matematisk kan de udtrykkes som,

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

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

Hvis du foretrækker en videoforklaring af spænding, se videoen nedenfor:

Hvad er en almindelig spænding?

En almindelig spænding defineres som den typiske spændingsniveau eller -rating for elektriske apparater eller udstyr.

Nedenfor er en liste over almindelige spændinger for forskellige elektriske apparater eller udstyr.

Blybatterier brugt i elbiler: 12 Volts DC. 12 V batteri består af 6 celler med en almindelig spænding på hver celle på 2,1 V. Bemærk, at cellerne er forbundet i serie for at øge spændingsklassen.
Solceller: Producerer typisk en spænding på omkring 0,5 Volts DC under åben-kreditsbetingelser. Dog er flere solceller ofte forbundet i serie til solpaneler, som kan give et højere total spænding.
USB: 5 Volts DC.
Højspændings elektricitetsforsyningslinjer: 110 kV til 1200 kV AC.
Højhastighedstog (traktion) strømledninger: 12 kV og 50 kV AC eller 0,75 kV og 3 kV DC.
TTL/CMOS strømforsyning: 5 Volts.
En enkel celle, genopladelig nikkel-cadmium batteri: 1,2 Volts.
Pålysbatterier: 1,5 Volts DC.

En almindelig spænding leveret af distributionsvirksomhederne til private forbrugere er:

100 V, 1-fase AC i Japan
120 V, 1-fase AC i Amerika
230 V, 1-fase AC i Indien, Australien

En almindelig spænding leveret af distributionsvirksomhederne til industrielle forbrugere er:

200 V, 3-fase AC i Japan
480 V, 3-fase AC i Amerika
415 V, 3-fase AC i Indien

Spændingsanvendelser

Nogle af anvendelserne af spænding inkluderer:

En af de mest almindelige anvendelser af spænding er at bestemme spændingsfaldet over et elektrisk enhed eller udstyr, såsom en modstand.
Tilføjelse af spænding er nødvendig for at øge spændingsklassen. Derfor er cellerne forbundet i serie for at øge spændingsklassen.

Spænding er den grundlæggende energikilde for alle elektriske og elektroniske udstyr. Fra små spændinger (5 V) til høje spændinger (415 V) bruges i forskellige applikationer.

Lavspænding anvendes ofte til mange elektroniske udstyr og styringsapplikationer.

Højspænding anvendes til

Elektrostatisk print, elektrostatisk maling, elektrostatisk overfladebehandling af materialer
Kosmologisk studie af rummet
Elektrostatisk nedfanger (luftforurening kontrol)
Jet propulsion laboratorium
Røntgenrør
Høj effekt forstærkere vakuumrør
Massespektroskopi
Dielektrisk test
Fødevare- og drikkevaretest
Elektrosprøjting og spinningsapplikationer, elektrofotografi
Plasma-baserede applikationer
Niveau sensor
Induktion opvarmning
Blitzlamper
SONAR
Til test af elektrisk udstyr

Kilde: Electrical4u

Erklæring: Respekter det originale, godt artikel fortjener at deles, hvis der er overtrædelse bedes kontakt slet.

Giv en gave og opmuntre forfatteren

Emner:

Grundlæggende Elektricitet

Spænding

Om eksperter

Electrical4u

China

Anbefalet

Mere

Højspændings SF₆-fri ringhovedenhed: Justering af mekaniske karakteristika

(1) Kontaktdistance er primært bestemt af isoleringskoordinationsparametre, afbrydelsesparametre, kontaktmaterialer i højspændings SF₆-fri ringhovedenhed, og designet af magnetblæsekammeret. I praksis er en større kontaktdistance ikke nødvendigvis bedre; i stedet bør kontaktdistance justeres så tæt som muligt på dens nedre grænse for at reducere driftsenergiforbrug og forlænge levetiden.(2) Bestemmelsen af kontaktoverspring er relateret til faktorer som egenskaber for kontaktmaterialerne, ind- o

James

12/10/2025

Lavspændingsforsyningslinjer og strømforsyning krav for byggesteder

Lavspændingsforsyningslinjer refererer til kredsløb, der via en forsyningstransformator nedsætter højt spænding på 10 kV til 380/220 V niveau - dvs. lavspændingslinjerne, der løber fra understationen til slutbrugereudstyr.Lavspændingsforsyningslinjer bør tages i betragtning under designfasen af understationskabelkonfigurationer. I fabrikker installeres ofte dedikerede værkstedunderstationer for værksteder med relativt høj strømefterfraskyndelse, hvor transformatorer leverer strøm direkte til for

James

12/09/2025

Hvordan påvirker spændingsharmonier opvarmningen af H59 fordelingstransformator?

Effekten af spændingsharmonier på temperaturstigning i H59 fordelingstransformatorerH59 fordelingstransformatorer er blandt det mest kritiske udstyr i strømsystemer, primært med til opgave at konvertere højspænding fra strømnettet til lavspænding, som slutbrugere har brug for. Dog indeholder strømsystemer mange ikke-lineære belastninger og kilder, der introducerer spændingsharmonier, der påvirker H59 fordelingstransformatorernes drift negativt. Denne artikel vil gennemgå effekten af spændingshar

Echo

12/08/2025

Hovedårsager til H59 fordelingstransformator fejl

1. OverbelastningFor det første er der med forbedringen af folks levestandard en generel stigning i elforbrug. De originale H59 fordelingstransformatorer har en lille kapacitet - "en lille hest trækker en stor vogn" - og kan ikke opfylde brugernes behov, hvilket fører til, at transformatorerne opererer under overbelastningsforhold. For det andet føre sæsonvariationer og ekstreme vejrforhold til toppunkt for elforbrug, hvilket yderligere forårsager, at H59 fordelingstransformatorer kører overbela

Felix Spark

12/06/2025

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.