Jännite: Mikä se on?

Electrical4u

Kenttä: Perus sähkötiede

China

Mikä on jännite?

Jännite (myös tunnettu nimellä sähköinen potentiaaliero, sähkömotorinen voima emf, sähköinen paine tai sähköinen jännitys) määritellään kahden pisteen välisenä sähköpotentiaalierona yksikkövarauksen suhteen sähkökentässä. Jännitettä ilmaistaan matemaattisesti (eli kaavoissa) symbolilla "V" tai "E".

Jos etsit intuitiivisempaa selitystä, joka auttaisi selittämään, mitä jännite on, siirry tähän osioon artikkelissa.

Muussa tapauksessa jatkamme alla jännitteen muodollisemmalla määritelmällä.

Staattisessa sähkökentässä työ, joka vaaditaan yksikkövarauksen siirtämiseksi kahden pisteen välillä, tunnetaan jännitteellä. Matemaattisesti jännitettä voidaan ilmaista seuraavasti,

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

Missä tehty työ on jouleissa ja varaus on kulombissa.

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

Voimme määritellä jännitteen kahden pisteen välisenä potentiaalikentänä sähköverkossa.

Yksi piste on korkeammalla potentiaalilla ja muut pisteet alhaisemmalla potentiaalilla. Korkeamman ja alhaisemman potentiaalin välillä oleva erikoispiirre kutsutaan jännitteeksi tai potentiaalieroksi.

Jännite tai potentiaaliero antaa sähköille voiman kulkea sähköverkossa.

Mitä suurempi jännite, sitä suurempi voima, ja siksi enemmän sähköitä kulkee sähköverkossa. Ilman jännitettä tai potentiaalieroa, sähköiset liikkuisivat satunnaisesti vapaassa avaruudessa.

Jännitettä kutsutaan joskus myös "sähköiseksi jännitykseksi". Esimerkiksi kaapelien, kuten 1 kV, 11 kV ja 33 kV, jännitekapasiteetti viitataan vastaavasti matalaan, korkeaan ja super-jännityksen kaapeliin.

Potentiaaliero elektrisen kentän potentiaalina

Kuten mainittiin, jännite määritellään kahden pisteen välisenä potentiaalierona yksikkövarauksen kohdalla sähkökentässä. Kuvailkaamme tätä yhtälöillä.

Otetaan kaksi pistettä A ja B.

Pisteen A potentiaali pisteeseen B nähden määritellään työnä, joka tehdään siirtämällä yksikkövaraus pisteestä A pisteeseen B sähkökentän E läsnäollessa.

Matemaattisesti tämä voidaan ilmaista seuraavasti,

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

Tämä on myös potentiaaliero pisteiden A ja B välillä, kun piste B toimii viitepisteenä. Se voidaan ilmaista myös seuraavasti,

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

Jännite on usein vaikea käsite käsittää.

Käytämme siis vertausta johonkin konkreettiseen – johonkin todelliseen maailmaan – jotta jännitteen ymmärtäminen olisi helpompaa.

Jännitteen ymmärtäminen vertauksen avulla

"Hydraulinen vertaus" on yleinen vertaus, jota käytetään jännitteen selittämiseksi.

Hydraulisessa vertauksessa:

Jännite tai sähköinen potentiaali on vastaava kuin hydraulinen veden paine
Sähkövirta on vastaava kuin hydraulinen veden virtausnopeus
Sähköinen varaus on vastaava kuin veden määrä
Sähköjohto on vastaava kuin putki

Vertaus 1

Harkitse vesitankkia, kuten alla olevassa kuvassa. Kuvassa (a) näkyvät kaksi tankkia, jotka ovat täynnä samalla veden tasolla. Siksi vesi ei voi virtua toisesta tankista toiseen, sillä paineerotusta ei ole.

Nyt kuvassa (b) on kaksi säiliötä, joissa on eri vesitasot. Tämän vuoksi näiden kahden säiliön välillä on paineeriero. Vesijouhe siis virtaa yhdestä säiliöstä toiseen, kunnes molempien säiliöiden vesitaso tulee tasavertaiseksi.

Vastaavasti, jos yhdistämme kaksi akkua eri jännitteellä sähköjohtavan kaapelin kautta, lataus virtaa korkeammalta potentiaalilta matalammalle potentiaalille. Tällöin akku alhaisemmalla potentiaalilla latautuu, kunnes molempien akkujen potentiaali tulee samaksi.

Vertailu 2

Harkitse vesisäiliötä, joka on sijoitettu tietylle korkeudelle maan pinnan yläpuolella.

Pistokeen päässä oleva vesiaine on yhtäpitävä sähköjännitteellä tai potentiaalierolla sähköpiirissä. Säiliön vesi on yhtäpitävää sähkövarauksen kanssa. Jos lisäämme vettä säiliöön, pistokeen päässä syntyy enemmän painetta.

Toisaalta, jos tyhjennämme säiliöstä tietyn määrän vettä, pistokeen päässä luodun paineen tulee vähenemään. Voimme ajatella tätä vesisäiliötä varastobatterina. Kun batterin jännite laskee, lamput heikkenevät.

Vertailu 3

Ymmärryksemme, miten sähköjännite tai potentiaaliero voi tehdä työtä sähköpiirissä. Sähköpiiri on näkyvissä alla olevassa kuvassa.

Kuten hydraulisessa vesisäiliössä, vesi virtaa putken läpi mekaanisen pumpun avulla. Putki on yhtäpitävä sähköjohtavan langan kanssa sähköpiirissä.

Jos mekaaninen pumpu tuottaa paineerion kahden pisteen välillä, paineiksi saatu vesi voi tehdä työtä, kuten ajettaa turbiinia.

Vastaavasti sähköpiirissä akun potentiaaliero voi aiheuttaa sähkövirtauksen kulkea johtimessa, ja siten sähkövirtaus voi tehdä työtä, kuten sytyttää lampun.

Mitä sähköjännite mitataan (sähköjännitet yksiköt)?

Sähköjännitteen SI-yksikkö

Voltti on SI-yksikkö jännitteelle. Tämä merkitään kirjaimella V. Voltti on johdettu SI-yksikkö jännitteelle. Italian fyysikko Alessandro Volta (1745-1827), joka kehitti volttapinon, ensimmäisen sähköakun, ja siksi yksikkö volt on nimetty hänen kunniakseen.

Volt SI-perusyksiköissä

Volt määritellään kahden pisteen väliseksi sähköisessä piirissä olevaksi sähköpotentiaalieroksi, joka kuluttaa yhden joulen energiaa per kulutettu kulombo sähkönkulutuksen aikana. Matemaattisesti se voidaan ilmaista seuraavasti,

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

Näin ollen, volt voidaan ilmaista SI-perusyksiköissä muodossa $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ tai $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Se voidaan myös mitata wattina per ampeeri tai ampere kertaa ohmi.

Jännitteen kaava

Jännitteen peruskaava on nähtävissä alla olevassa kuvassa.

Jännitteen kaava 1 (Ohmin laki)

Mukaan Ohmin lain mukaan jännite voidaan ilmaista seuraavasti,

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

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

Esimerkki 1

Kuten alla olevassa piirikaaviossa näkyy, 4 A:n sähkövirta kulkee vastusarvon 15 Ω vastuksen kautta. Määritä jännitepudotus piirin yli.

Ratkaisu:

Annetut tiedot: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Ohmin laista seuraa,

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

Tällöin yhtälön avulla saamme jännitepudotuksen piirin yli 60 voltia.

Jännitekaava 2 (Teho ja virta)

Siirretty teho on pitojänniten ja sähkövirran tulo.

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

Nyt sijoitetaan $I=\frac{V}{R}$ yhtälöön, jolloin saadaan,

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

Täten saamme, että jännite on teho jaettuna virralla. Matemaattisesti,

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

Esimerkki 2

Kuten alla olevassa piirikaaviossa nähdään, valojärjestelmän kautta kulkee 2 A virtaa, jonka tehokkuus on 48 W. Määritä jännite.

Ratkaisu:

Annetut tiedot: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Yllä mainitun jännite-, teho- ja virtasumman välisen kaavan mukaan,

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

Täten yhtälön avulla saamme jännitteeksi 24 volttia.

Jännitekaava 3 (Teho ja vastus)

Yhtälön (1) mukaan jännite on tehon ja vastuksen tulon neliöjuuri. Matemaattisesti,

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

Esimerkki 3

Kuten alla olevasta piirikaaviosta nähdään, määritä tarvittava jännite 5 W:n lamppuun, jonka vastus on 2 Ω.

Ratkaisu:

Annetut tiedot: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Yllä mainitun kaavan mukaan,

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

Näin ollen yhtälön avulla saamme tarvittavan jännitteen 5 W, 2Ω lamppuun, joka on 3.16 voltia.

Jännitepiirin symboli (Vaihto- ja yhdysjännite)

Vaihtojännitteen symboli

Vaihtojännitteen (vaihtovirta) symboli on seuraava:

企业微信截图_17098668569432.png — Vaihtojännitteen symboli

Yhdysjännitteen symboli

Yhdysjännitteen (suora virta) symboli on seuraava:

Jännitteen ulottuvuudet

Jännite (V) on sähköisen potentiaalin energian ilmaisu per yksikkövaraus.

Jännitteen ulottuvuudet voidaan ilmaista massan (M), pituuden (L), ajan (T) ja amperen (A) avulla, kuten $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

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

Huomaa, että jotkut käyttävät I:a A:n sijaan ilmaisemaan virtaa. Tällaisessa tapauksessa jännitteen ulottuvuus voidaan ilmaista muodossa $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Miten mitata jännite

Sähköisessä ja elektroniikassa jännitteen mittaaminen on olennainen parametri, joka on mitattava. Voimme mitata jännitteen tietyllä pisteellä piirissä maan tai nollajännitteen välillä.

Kolmifasapirissa, jos mitataan jännitettä yhden kolmifasan ja neutraalipisteen välillä, se kutsutaan fasi-maan jännitteeksi.

Samoin, jos mitataan jännitettä kahden fasaparin välillä, se kutsutaan fasi-fasia jännitteeksi.

Jännitettä mitataan erilaisilla laitteilla. Keskustellaan jokaisesta menetelmästä.

Voltmitin menetelmä

Jännitettä kahden pisteen välillä järjestelmässä voidaan mitata voltmetrin avulla. Jännitteen mittaamiseksi voltmetri tulee liittää rinnakkaan komponentin kanssa, jonka jännitettä halutaan mitata.

Voltmetrin toinen johto tulee liittää ensimmäiseen pisteeseen ja toinen toiseen pisteeseen. Huomaa, että voltmetriä ei koskaan pidä liittää sarjaseksi.

Voltmetri voidaan myös käyttää komponentin tai kahden tai useamman komponentin jännitepudotuksen mittaamiseen piirissä.

Analoginen volmetri toimii mittaamalla virtaa kiinteässä vastuksessa. Ohmin lain mukaan virta vastuksen läpi on suoraan verrannollinen jännitteeseen eli potentiaalieroön kiinteän vastuksen yli. Näin voimme määrittää tuntematon jännite.

Alla olevassa kuvassa näytetään esimerkki volmetrin yhdistämisestä 9 V batterin jännitteen mittaamiseksi:

Multimetrimenetelmä

Nykyisin yksi yleisimmistä menetelmistä jännitteen mittaamiseksi on multimetrin käyttö. Multimetri voi olla joko analoginen tai digitaalinen, mutta digitaalisia multimetreja käytetään eniten korkeammasta tarkkuudesta ja alhaisemmasta hinnasta johtuen.

Jännite tai potentiaaliero mitattavissa laitteissa voidaan määrittää yhdistämällä multimetrin sondit kahden pisteen välille, jossa jännitettä halutaan mitata. Batterijännitteen mittaaminen multimetrillä on näkyvissä alla olevassa kuvassa.

Multimeter for Voltage Measurement — Multimetrien yhdistäminen batterijännitteen mittaamiseksi

Potentsiometrimenetelmä

Potentsiometri toimii nollatasapainomenetelmän perusteella. Se mittailee jännitettä vertaamalla tuntematonta jännitettä tunnettujen viitetasojen kanssa.

Muita laitteita, kuten oskilloskooppia tai elektrostaattista volmetriä, voidaan myös käyttää jännitteen mittaamiseen.

Voltti ja virta välinen ero (Voltti vs Virta)

Voltin ja virran välillä on tärkeä ero: voltti on sähkövarauksien potentiaaliero kahden pisteen välillä sähkökentässä, kun taas virta on sähkövarauksien virtaus yhdestä pisteestä toiseen sähkökentässä.

Voimme yksinkertaisesti sanoa, että voltti on syy virran virtaukseen, kun taas virta on voltin vaikutus.

Mitä suurempi voltti, sitä enemmän virtaa virtaa kahden pisteen välillä. Huomioi, että jos kaksi pistettä piirissä ovat samalla potentiaalilla, virta ei voi virtaa näiden pisteiden välillä. Voltin ja virran suuruudet riippuvat toisistaan (Ohmin lain mukaan).

Muut erot voltin ja virran välillä on käsitelty alla olevassa taulukossa.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Jännite ja virta välillä oleva ero

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Jännite ja virta välillä oleva ero

Jännite ja potentiaaliero (jännite vs potentiaaliero)

Jännitteen ja potentiaalieron välillä ei ole paljon eroa. Mutta voimme kuvata niiden eron seuraavilla tavoilla.

Jännite on energia, joka tarvitaan yksikkövarauksen siirtämiseksi kahden pisteen välillä, kun taas potentiaaliero on korkeamman potentiaalin ja alhaisemman potentiaalin välillä oleva ero.

Pisteladun vuoksi:

Jännite on potentiaali, joka saadaan jossakin pisteessä, kun toinen viitepiste on äärettömän kaukana. Potentiaaliero puolestaan on potentiaalin ero kahden pisteen välillä, jotka ovat rajallisessa etäisyydessä ladatasta. Matemaattisesti ne voidaan ilmaista seuraavasti,

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

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

Jos haluat videolla selitetyn jännitteen, katso alla oleva video:

Mikä on yleinen jännite?

Yleinen jännite määritellään sähkölaitteiden tai -laitteiston tyypillisellä jännitetasolla tai luokituksella.

Alla erityyppisten sähkölaitteiden tai -laitteiston yleiset jännitteet on luetteloitu alla.

Lyijysavupatterit sähköautoissa: 12 V DC. 12 V pakkas koostuu 6 solusta, joista kunkin yleinen jännite on 2,1 V. Huomioi, että solut yhdistetään sarjassa jännitteen lisäämiseksi.
Auringonpaneeleet: Tuottavat yleensä noin 0,5 V DC avoimen piirin olosuhteissa. Usein useita auringonpaneeleitä yhdistetään sarjassa muodostamaan auringonpaneelit, jotka voivat tuottaa korkeamman kokonaissähköjännitteen.
USB: 5 V DC.
Korkeajänniteen sähköverkko: 110 kV - 1200 kV AC.
Nopeiden junien (veturin) sähkölinjat: 12 kV ja 50 kV AC tai 0,75 kV ja 3 kV DC.
TTL/CMOS virtalähde: 5 V.
Yksisolullinen, uudelleenlatauskykyinen nikkelikadmiumpatteri: 1,2 V.
Valokeilauspatterit: 1,5 V DC.

Jakeluyhtiöiden tarjoamat yleiset jännitteet asunnon käyttäjille ovat:

100 V, 1-faasi AC Japanissa
120 V, 1-faasi AC Yhdysvalloissa
230 V, 1-faasi AC Intiassa, Australiassa

Jakeluyhtiöiden tarjoamat yleiset jännitteet teollisille käyttäjille ovat:

200 V, 3-faasi AC Japanissa
480 V, 3-faasi AC Yhdysvalloissa
415 V, 3-faasi AC Intiassa

Jännitteen sovellukset

Jännitteen sovelluksia ovat esimerkiksi seuraavat:

Yksi yleisimmistä jännitteen sovelluksista on määrittää jänniteenvaihtelu sähkövälineen tai -laitteen, kuten vastuksen, yli.
Jännitteen lisääminen vaatii jännitteen lisäämistä. Siksi solut yhdistetään sarjassa jännitteen lisäämiseksi.

Jännite on perusenergialähde kaikille sähkö- ja elektroniikkalaitteille. Pienistä jännitteistä (5 V) suuriin jännitteisiin (415 V) käytetään erilaisissa sovelluksissa.

Alhainen jännite käytetään usein monissa elektroniikkalaitteissa ja ohjaussovelluksissa.

Korkea jännite käytetään

Elektrostaattiseen painamiseen, elektrostaattiseen maalaamiseen, elektrostaattiseen materiaalien peittelyyn
Avaruuden kosmologian tutkimukseen
Elektrostaattinen precipitator (ilman pilaantumisen hallinta)
Jet propulsion laboratory
Röntgentubet
Korkean tehon vakuumpiiput
Massaspektrometri
Dielektrinen testaus
Elintarvikkeiden ja juomien testaus
Elektrospray- ja spinnisovellukset, elektrofotografia
Plasmaperustaiset sovellukset
Tason havainnointi
Induktio lämmitys
Valoampujat
SONAR
Sähköisen laitteen testaukseen

Lähde: Electrical4u

Lausunto: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaettava, jos tulee loukkaamaan oikeuksia, yhteydenotto poistoön.

Anna palkinto ja kannusta kirjoittajaa

Aiheet:

Perus sähkötekniikka

Jännite

Asiasta asiantuntijat

Electrical4u

China

Asiantuntemusala

Basic Electrical

Ammatillinen artikkeli

607

Suositeltu

Lisää

Korkeajännite SF₆-vapaa rengasmaunu: Mekaanisten ominaisuuksien säätö

(1) Yhteyden välitila määräytyy pääasiassa eristyskoordinoinnin parametreista, keskeytysparametreista, korkean jännitteen SF₆-riottuisen rengasmaun yhteyden materiaalista ja magneettisen tuulen kammion suunnittelusta. Käytännössä suurempi yhteyden välitila ei välttämättä ole parempi; sen sijaan välitilan tulisi olla mahdollisimman lähellä alarajaa, jotta voidaan vähentää toimintakustannuksia ja pidentää käyttöikää.(2) Yhteyden liikavälitilan määritys liittyy tekijöihin kuten yhteyden materiaalin

James

12/10/2025

Alavirtajakojohtot ja sähkönjakeluvaatimukset rakennustyömailla

Alavirta jakeluverkot viittaavat piireihin, jotka kautta jakelumuuntimella alentavat korkean jännitteen 10 kV:n tasolta 380/220 V:n tasolle - toisin sanoen alavirtapiireihin, jotka kulkevat alamittausasemalta loppukäyttölaitteisiin.Alavirtajakeluverkkoja tulisi ottaa huomioon alamittausaseman johtoverkon suunnitteluvaiheessa. Tehtaissa työtiloille, joilla on suhteellisen korkea energiatarve, asennetaan usein omia työtilaalamaiseja alamittausasemia, joista muuntimet tarjoavat suoraan erilaisille

James

12/09/2025

Miten jänniteharmoniset vaikuttavat H59-jakautusmuuntajan lämpenemiseen?

Jänniteharmonioiden vaikutus lämpötilan nousuun H59-jako-transformaattoreissaH59-jako-transformaattorit ovat yksi tärkeimmistä laitteista sähköverkoissa, ja niiden päätäskena on muuntaa sähköverkon korkeajännitteistä sähköä alijännitteiseksi, jota loppukäyttäjät tarvitsevat. Kuitenkin sähköverkossa on paljon epälineaarisia kuormia ja lähdeaineita, jotka aiheuttavat jänniteharmonioita, jotka vaikuttavat haitallisesti H59-jako-transformaattorien toimintaan. Tässä artikkelissa käsitellään yksityisk

Echo

12/08/2025

H59-jakomuuntajan epäonnistumisen pääsyyt

1. YlikuormitusEnsiksi, kun elintasot ovat parantuneet, sähköntarve on yleisesti kasvanut nopeasti. Alkuperäiset H59-jakautusmuuntajat, joiden kapasiteetti on pieni – "pieni hevonen vetää isoja lasteja" – eivät pysty vastaamaan käyttäjien tarpeisiin, mikä johtaa muuntajien toimintaan ylikuormitettuna. Toiseksi, vuodenaikojen vaihtelu ja äärimmäiset sääolosuhteet aiheuttavat huippusähköntarvetta, mikä lisää H59-jakautusmuuntajien ylikuormitusta.Pitkäaikaisen ylikuormituksen seurauksena sisäiset k

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.