Spenna: Hvað er það?

Electrical4u

Svæði: Grunnar af elektrú

China

Hvað er spenna?

Spenna (þekkt einnig sem elektrískur spenndiferens, electromotive force emf, elektrískur dreifipönn eða elektrískur spennupönn) er skilgreind sem elektrískur spenndiferens fyrir hverja lægð á milli tveggja punkta í rafrasviði. Spenna er stökkuð með stafnum „V“ eða „E“.

Ef þú leitar að frekari og auðveldara lýsingu til að útskýra hvað spenna er, skaltu fara í þessa hluta greinarinnar.

Annars munum við halda áfram hér fyrir neðan með formlegri skilgreiningu á spennu.

Í stöðugum rafrasviði er vinnan sem er nauðsynleg til að færa lægð á milli tveggja punkta kend sem spenna. Staklega má skilgreina spennu með jöfnunni,

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

Þar sem vinnan er í joules og lægðin er í coulombs.

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

Það er hægt að skilgreina spenna sem magn af potensíuorku á milli tveggja punkta í rás.

Einn punktur hefur hærri potensíu en hinir punktar hafa lægri potensíu. Munurinn í laddi milli hærra og lægra potensíu kallast spenna eða potensíufar.

Spennan eða potensíufar gefur fjölbreytileik til elektróna til að flyta í gegnum rásina.

Ju stærri spennan, ju stærri fjölbreytileiki, og þá fleiri elektrón flæða í gegnum rásina. Átt ekki spenna eða potensíufar, myndu elektrón fara handahófskennt í ótakmarkaðu rúmi.

Spenna er einnig sumtímar nefnd „rafbænd“. Til dæmis, spennutólferð snúrs eins og 1 kV, 11 kV, og 33 kV eru oft nefndir lágbænd, hágildisbænd, og ofurbænd snúrar áttkvæmt.

Skilgreining á potensíufari sem potensíu rafsvæðis

Svo sem sagt, spenna er skilgreind sem potensíufar per eining laddi á milli tveggja punkta í rafsvæði. Látum okkur lýsa þessu með jöfnum.

Látum tvö punkta A og B vera.

Potensín punkts A miðað við punkt B er skilgreind sem vinnan sem gert er til að flytja einingar laddi frá punkti A til B í tilvist rafsvæðis E.

Stærðfræðilega má þetta skýra svona,

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

Þetta er líka potensíufar á milli punkta A og B með punkt B sem tillitaspunkt. Hann má líka skýra sem,

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

Spenna getur verið erfitt hugtak til að skilja hugmyndarlega.

Við munum nota samanburð við eitthvað greinilegt—eitthvað í raunheiminum—til að gera spennu auðveldari til að skilja.

Skilningur á Spennu Með Samanburð

„Vatnssamanburðurinn“ er algengur samburður sem notast við til að útskýra spennu.

Í vatnssamanburðnum:

Spennan eða raforkustigið er jafnt og vatnspreki
Rafstraumur er jafnt og vatnsflæðistig
Raforkuviðkomulag er jafnt og magn af vatni
Einn raforkuveitur er jafnt og rúr

Samanburður 1

Athugið vatntankann sem sýnt er á myndinni að neðan. Mynd (a) sýnir tvö tanka fulla með sama vatnstigi. Þannig getur ekki flutt vatn frá einu tanka í annan vegna þess að engin spenna er til staðar.

Nú er mynd (b) að sýna tvær tanka með mismunandi vatnsmengi. Þar sem er einkennilegur dreifni á þrýstingi milli þessara tveggja tanka, mun vatn strauma frá einni tanku í aðra til að vatnssviði bæði tankanna verði jafnt.

Ef við tengjum saman tvær bateryjur með mismunandi spenna gegnum leitran snöru, mun spenna strauma frá bateryju með hærri potensíu í bateryju með lægri potensíu. Bateryjan með lægri potensíu verður að hluta til að hlæjast upp til að potensín bæði bateryjanna verði sama.

Samanburður 2

Látum okkur hugsa um vatnstanck sem er staðsettur á ákveðnu hæð yfir jarðinni.

Þrýstingur vatns á endapunkti slangi er jafngildur spennu eða potensialegri mismunskiptingu í rafverki. Vatnið í tankanum er jafngilt raforku. Ef við aukum magn vatns í tankanum, mun þrýstingurinn á endapunkti slangi auka.

Ef við tökum viss mikið af vatni úr tankanum, mun þrýstingurinn sem búið er til á endapunkti slangi minnka. Við getum sett fram að þessi vatnstanck sé eins og geymslabateryja. Þegar spennan bateryjunnar minnkar, munu ljósin dæmra.

Samanburður 3

Látum okkur skilja hvernig vinnsla getur verið gerð með spennu eða potensialegri mismunskiptingu í rafverki. Rafverkið er sýnt í myndinni hér fyrir neðan.

Eins og sýnt er í vatnarverkinu, fer vatn í rør þrátt fyrir mekanísk pumpu. Rør er jafngilt leiðandi snöru í rafverki.

Ef mekanísk pumpa myndar dreifni á þrýstingi milli tveggja punkta, mun þrýstingstækt vatn geta gert vinnslu, eins og að keyra turbine.

Í sömu máta, í rafverki, getur potensialeg dreifni bateryju valdið straumi að fara í leiðanda, svo að vinnsla geti verið gerð með straumi, eins og að ljósa lykt.

Hvað er spenna mæld í (spennumælingar)?

SI-mælieining fyrir spennu

Spánningarsíun SI er volt. Þetta er táknað með V. Volt er afleidd SI-síun fyrir spánning. Ítalski eðlisfræðingurinn Alessandro Volta (1745-1827), sem uppfinndi voltasamfelldið, fyrsta elektrískan bateryju, og þar með var síunin volt nefnd í hans æru.

Volt í SI-grunnstærðum

Volt getur verið skilgreint sem orkuflutningarmisfærslu milli tveggja punkta í rafkerfi sem drekkur einn joule af orku fyrir kúlomb af afla sem fer gegnum rafkerfið. Stærðfræðilega má skrifa það svona,

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

Þar með getur volt verið skilgreint með SI-grunnstærðum sem $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ eða $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Það getur líka verið mælt í vatkum á ampera eða ampera sinnum ohm.

Formúla fyrir spánningu

Lágmarksformúlan fyrir spennu er sýnd í myndinni að neðan.

Formúla 1 fyrir spennu (Ohms lög)

Eftir upplýsingum frá Ohms lögum, getur spenna verið skilgreind sem,

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

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

Dæmi 1

Eins og sýnt er í lúppunni að 4 A ræsir á gegnum viðbótarstigi af 15 Ω. Ákvarðaðu spennufall á gegnum lúpuna.

Lausn:

Gefin gögn: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Samkvæmt Ohm's lögum,

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

Með því að nota jöfnuna fáum við spennufall á gegnum lúpuna sem er 60 volt.

Spennaformúla 2 (Afur og Straum)

Afl sem fer fram er margfeldi af stungspennu og elektrískri straumi.

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

Setja nú $I=\frac{V}{R}$ í ofangreindu jöfnu og við fáum,

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

Þannig fáum við spenna sem orku deilt með straumu. Stærðfræðilega,

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

Dæmi 2

Svo sem sýnt er í undirneðan skemu fer straumur af 2 A gegnum lampu með orku af 48 W. Ákvarðaðu spennu á efni.

Lausn:

Gefin gögn: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Samkvæmt formúlunni um spenna, afl og straum sem var nefnd hér að ofan,

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

Með því að nota jöfnuna fáum við spennu af 24 völtr.

Spennufórmúla 3 (Afl og viðbótarhætti)

Samkvæmt jöfnu (1) er spennan kvaðratrótur af margfeldinu af afl og viðbótarhætti. Stærðfræðilega,

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

Dæmi 3

Að lokum á myndinni hér að neðan skal ákvarða nauðsynlega spennu til að lykt með 5 W lampu með viðbótarstöðu af 2 Ω.

Lausn:

Gefin gögn: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Eftir formúlunni sem var nefnd hér fyrir,

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

Þannig að með notkun jöfnunnar fáum við nauðsynlega spennu til að lykt með $5 W, 2\Omega$ lampu 3.16 Volts.

Spenna fyrir spennu (AC og DC)

Spenna fyrir AC

Spenna fyrir AC (breytandi straumur) er sýnd hér fyrir neðan:

企业微信截图_17098668569432.png — Spenna fyrir AC

Spenna fyrir DC

Spenna fyrir DC (beintur straumur) er sýnd hér fyrir neðan:

Mælitök fyrir spennu

Spenna (V) er framsetning af elektrískri orkuorku á einingar afl.

Mælitök fyrir spennu geta verið skilgreind með massi (M), lengd (L), tíma (T) og ampere (A) eins og gefið er af $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

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

Athugaðu að sumir nota einnig I í stað A til að tákna straum. Í þessu tilfelli getur voltage verið táknað sem $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Hvernig mæla má spenna

Í rafmagns- og elektrónskerfi er mæling spennu mikilvægur stærðfræðistærð sem þarf að mæla. Við getum mælt spennu milli ákveðins punkts og jarðar eða núllvoltalínu í kerfi.

Í 3-fásakerfi, ef við mælum spennu milli einnar fás og neutrálspunkts kallast það línuað-jarðaspenna.

Samanljótandi, ef við mælum spennu milli tveggja fása kallast það línuað-línuspenna.

Það eru ýmis tæki sem notað eru til að mæla spennu. Skoðum hverju aðferðina.

Aðferð með spennumælari

Spenna milli tveggja punkta í kerfi getur verið mæld með spennumælari. Til að mæla spennu, verður spennumælarinn tengdur samsíða við hlutinn sem á að mæla spennu hans.

Einn leiðarinn af spennumælara skal tengja við fyrsta punktinn og annan við seinni punktinn. Athugið að spennumælari skal aldrei tengja í rað.

Spennamælirinn getur einnig verið notaður til að mæla spennuminuks á milli einhvers hluta eða summu af spennuminuks á tveimur eða fleiri hlutum innan straumskerfis.

Analog spennamælir virkar með því að mæla strauminn gegnum fastriðandi. Nú, eftir Ohm's lög, er straumurinn gegnum riðandi beint samhverfa spennunni eða spennuminuks yfir fastriðandi. Þannig getum við ákvarðað óþekkta spennu.

Annað dæmi um tenging spennamælar fyrir mælingu spennu á 9 V battarí er sýnt í myndinni hér fyrir neðan:

Mæling með flermælara

Í dag er eitt af algengustu aðferðum til að mæla spennu að nota flermælara. Flermælarinn getur verið annað hvort analogur eða stafraða en stafraðir flermælar eru algengast notuð vegna hærri nákvæmleika og lágs kostnaðar.

Spennuminuks yfir einhverju tæki má einfaldlega mæla með því að tengja prófasteikar flermælara á milli tveggja punkta þar sem spennan skal mæla. Mæling spennu á battarí með flermælara er sýnd í myndinni hér fyrir neðan.

Multimeter for Voltage Measurement — Tenging flermælara fyrir mælingu spennu á battarí

Potensimetri aðferð

Potensimetri virkar á grunni nulljöfnunaraðferðar. Hann mælir spennu með samanburði óþekktrar spennu við kjört spenu.

Aðrir tæki eins og skjár, elektrostata spennamælir geta einnig verið notaðir til að mæla spennu.

Munur milli spennu og straumi (Spenna gegn Straumi)

Aðal munurinn á spennu og straum er að spenna er spönnuskilningur rafmagnshluta milli tveggja punkta í rafmagnsfaldi, en straumur er flæði rafmagnshluta frá einum punkti til annars í rafmagnsfaldi.

Við getum einfaldlega lýst því sem að spenna sé orsök fyrir straum að hlaupa, en straumur sé afleiðing af spennu.

Ju stærri spennan, ju meiri straumur fer milli tveggja punkta. Athugið að ef tveir punktar í rafmagnsskipan eru á sama spönn þá getur enginn straumur ferð milli þeirra. Magn spennu og straumsins fer eftir hvorum (einstakt eftir Ohm's lögum).

Aðrar munur á spennu og straumi eru fjallaðar um í töflunni hér fyrir neðan.

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.

Munur á milli spennu og straums

Munur á milli spennu og potensials (Spenna vs. Potensialmunur)

Það er ekki mikið munur á spennu og potensialmun. En við getum lýst muninum á eftirfarandi hátt.

Spennan er magn orku sem þarf til að færa einingar álag milli tveggja punkta, en potensialmunurinn er munurinn á hærri potensali einn punkt og lægri potensali annar punkt.

Vegna punktspenna:

Spennan er potensalin sem fengin er í einhverju punkti með tilliti til aðrar tilteknar stöðu í óendanlegt. En potensialmunurinn er munurinn á potensali milli tveggja punkta á endanlegri fjarlægð frá spennupunktum. Stærðfræðilega má skýra þetta svona,

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

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

Ef þú vilt sjá myndbandshyggjukost af spennu, skoðaðu myndbandið hér fyrir neðan:

Hvað er algeng spenna?

Algeng spenna er skilgreind sem venjuleg spennustig eða einkunn rafræns tækis eða úrustaðar.

Hér er listi yfir algengar spenna fyrir ýmsa raforkutæki eða tæki.

Blyssbatterí notað í orkubílum: 12 V DC. 12 V batterí hefur 6 spennuskjöl með almennum spennu á hverju skjali sem er 2,1 V. Athugið að skjöl eru tengd í rað til að hækka spennustigið.
Sólarcellur: Efnið typilega 0,5 V DC undir opnu straumsröðun. Hins vegar eru oft margar sólarcellur tengdar í rað til að mynda sólapannel, sem geta gefið hærri samtals spennu.
USB: 5 V DC.
Háspenna raforkuleið: 110 kV til 1200 kV AC.
Hraðferðarleit (drag) raforkuleið: 12 kV og 50 kV AC eða 0,75 kV og 3 kV DC.
TTL/CMOS spenna: 5 V.
Eitt spennuskjól, endurborðarað nikkel-kadmium batterí: 1,2 V.
Ljósapungarbatterí: 1,5 V DC.

Algeng spenna sem dreififélag býður upp á fyrir húsmenntarfólk er:

100 V, 1-fás AC í Japan
120 V, 1-fás AC í Bandaríkjunum
230 V, 1-fás AC í Indlandi, Ástralíu

Algeng spenna sem dreififélag býður upp á fyrir viðskiptamenn er:

200 V, 3-fás AC í Japan
480 V, 3-fás AC í Bandaríkjunum
415 V, 3-fás AC í Indlandi

Notkun spennu

Sumar af notkunum spennu eru:

Einhverjar af algengustu notkunum spennu er að ákveða spennusvik yfir raforkutæki eða tæki eins og viðmót.
Bætt spenna er nauðsynlegt til að hækka spennustigið. Því eru spennuskjöl tengd í rað til að hækka spennustigið.

Spenna er grunnvöllur alls rafmagns- og rafræns tækja. Frá smá spennu (5 V) upp í hár spennu (415 V) er notuð í ýmsum tilfellum.

Lágspenna er venjulega notuð fyrir mörg rafmagnstæki og stýringarforrit.

Hár spenna er notuð fyrir