Spanning: Wat is het?

Electrical4u

Veld: Basis Elektrotechniek

China

Wat is spanning?

Spanning (ook bekend als elektrisch potentiaalverschil, elektromotieve kracht emf, elektrische druk of elektrische spanning) wordt gedefinieerd als het elektrisch potentiaalverschil per eenheid lading tussen twee punten in een elektrisch veld. Spanning wordt wiskundig (d.w.z. in formules) uitgedrukt met het symbool “V” of “E”.

Als u op zoek bent naar een meer intuïtieve uitleg om te helpen begrijpen wat spanning is, sla dan over naar deze sectie van het artikel.

Anders zullen we hieronder doorgaan met een meer formeel definie van spanning.

In een statisch elektrisch veld wordt het werk dat nodig is om per eenheid lading tussen twee punten te verplaatsen, aangeduid als spanning. Wiskundig kan de spanning worden uitgedrukt als,

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

Waarbij het verrichte werk in joules en de lading in coulombs is.

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

We kunnen spanning definiëren als de hoeveelheid potentiele energie tussen twee punten in een circuit.

Eén punt heeft een hoger potentiaal en de andere punten hebben een lager potentiaal. Het verschil in lading tussen het hogere en lagere potentiaal wordt spanningsverschil of potentiaalverschil genoemd.

Het spanningsverschil of potentiaalverschil geeft de kracht aan de elektronen om door het circuit te stromen.

Hoe hoger de spanning, hoe groter de kracht, en dus hoe meer elektronen door het circuit stromen. Zonder spanning of potentiaalverschil zouden elektronen willekeurig in de vrije ruimte bewegen.

Spanning wordt soms ook wel "elektrische spanning" genoemd. Bijvoorbeeld, de spanning die kabels zoals 1 kV, 11 kV en 33 kV kunnen hanteren, worden respectievelijk laagspannings-, hoogspannings- en superhoogspanningskabels genoemd.

Definitie van Potentiaalverschil als Potentie van Elektrisch Veld

Zoals vermeld, is spanning gedefinieerd als het elektrische potentiaalverschil per eenheid lading tussen twee punten in een elektrisch veld. Laten we dit beschrijven met behulp van vergelijkingen.

Overweeg twee punten A en B.

Het potentieel van punt A ten opzichte van punt B is gedefinieerd als het werk dat nodig is om een eenheid lading van punt A naar B te verplaatsen in aanwezigheid van elektrisch veld E.

Wiskundig kan dit worden uitgedrukt als,

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

Dit is ook het potentiaalverschil tussen de punten A en B, met punt B als referentiepunt. Dit kan ook worden uitgedrukt als,

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

Spanning kan een moeilijk concept zijn om conceptueel te begrijpen.

Daarom zullen we een analogie gebruiken met iets tastbaars—iets in de echte wereld—om spanning gemakkelijker te begrijpen.

Spanning Begrijpen Door Analogie

De "hydraulische analogie" is een veelgebruikte analogie om spanning uit te leggen.

In de hydraulische analogie:

De spanning of elektrisch potentiaal is equivalent aan hydraulische waterdruk
Elektrische stroom is equivalent aan hydraulische waterstroomsnelheid
Elektrische lading is equivalent aan een hoeveelheid water
Een elektrische geleider is equivalent aan een pijp

Analogie 1

Stel je voor dat er een watertank is zoals getoond in de onderstaande afbeelding. Afbeelding (a) toont twee tanks gevuld met hetzelfde waterpeil. Dus kan water niet van de ene tank naar de andere tank stromen omdat er geen drukverschil is.

Nu, figuur (b) toont twee tanks gevuld met verschillende waterstanden. Daarom is er een drukverschil tussen deze twee tanks. Dus zal het water van de ene tank naar de andere tank stromen tot de waterstand in beide tanks gelijk wordt.

Op dezelfde manier, als we twee batterijen met verschillende spanningenniveaus door een geleidend draad verbinden, dan kunnen ladingen van de batterij met het hogere potentieel naar de batterij met het lagere potentieel stromen. Dus, de batterij met het lagere potentieel raakt opgeladen tot het potentieel van beide batterijen hetzelfde is.

Analogie 2

Stel je voor dat er een watertank op een bepaalde hoogte boven de grond staat.

De waterdruk aan het einde van de slang is equivalent aan de spanning of potentiaalverschil in een elektrisch circuit. Het water in de tank is equivalent aan de elektrische lading. Als we nu de hoeveelheid water in de tank verhogen, ontstaat er meer druk aan het einde van de slang.

Omgekeerd, als we een bepaalde hoeveelheid water uit de tank laten weglopen, dan zal de druk die aan het einde van de slang wordt gecreëerd afnemen. We kunnen deze watertank vergelijken met een opslagaccu. Wanneer de spanning van de accu afneemt, worden de lampen fletser.

Analogie 3

Laten we begrijpen hoe werk kan worden verricht door spanning of potentiaalverschil in een elektrisch circuit. Het elektrische circuit is getoond in de onderstaande figuur.

Zoals getoond in het hydraulische watercircuit, stroomt water door een buis gedreven door een mechanische pomp. Een buis is equivalent aan een geleidend draad in een elektrisch circuit.

Nu, als een mechanische pomp een drukverschil creëert tussen twee punten, dan kan het onder druk staande water werk verrichten, zoals het aandrijven van een turbine.

Op dezelfde manier, in een elektrisch circuit, kan het potentiaalverschil van een batterij stroom door de geleider laten stromen, waardoor werk kan worden verricht door de stromende elektrische stroom, zoals het verlichten van een lamp.

In welke eenheden wordt spanning gemeten (Spanningseenheden)?

SI-eenheid van spanning

De SI-eenheid voor spanning is volt. Dit wordt aangeduid met een V. Volt is een afgeleide SI-eenheid voor spanning. De Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta (1745-1827), die de voltaïsche stapel uitvond, wat de eerste elektrische batterij was, waarnaar de eenheid volt is vernoemd.

Volt in SI-basiseenheden

Volt kan worden gedefinieerd als het elektrisch potentiaalverschil tussen twee punten in een elektrisch circuit dat één joule energie per coulomb lading dat door het elektrische circuit gaat, verbruikt. Wiskundig kan dit worden uitgedrukt als,

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

Daarom kan volt worden uitgedrukt in termen van SI-basiseenheden als $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ of $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Het kan ook worden gemeten in watt per ampère of ampère keer ohm.

Spanningsformule

De basisformule voor de spanning wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Spanningsformule 1 (Wet van Ohm)

Volgens de Wet van Ohm kan de spanning worden uitgedrukt als,

$\begin{align*} Spanning = Stroom * Weerstand \end{align*}$

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

Voorbeeld 1

Zo wordt in het onderstaande schema een stroom van 4 A door de weerstand van 15 Ω geleid. Bepaal de spanningsval over het circuit.

Oplossing:

Gegevens: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Volgens Ohm's wet,

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

Dus, met behulp van de vergelijking krijgen we een spanningsval over het circuit van 60 volt.

Spanningsformule 2 (Vermogen en Stroom)

Het vermogen dat wordt overgedragen is het product van de voedingsspanning en de elektrische stroom.

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

Nu plaatsen we $I=\frac{V}{R}$ in de bovenstaande vergelijking en krijgen,

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

Dus krijgen we dat de spanning gelijk is aan de vermogen gedeeld door de stroom. Wiskundig gezien,

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

Voorbeeld 2

Zoals getoond in het onderstaande schema stroomt er een stroom van 2 A door een lamp van 48 W. Bepaal de voedingsspanning.

Oplossing:

Gegeven gegevens: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Volgens de formule tussen spanning, vermogen en stroom die hierboven wordt genoemd,

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

Dus, door gebruik te maken van de vergelijking krijgen we een voedingsspanning van 24 volt.

Spanningsformule 3 (Vermogen en Weerstand)

Volgens vergelijking (1) is de spanning de vierkantswortel van het product van vermogen en weerstand. Wiskundig gezien,

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

Voorbeeld 3

Bepaal de benodigde spanning om een 5 W lamp met een weerstand van 2 Ω te laten gloeien, zoals getoond in het onderstaande circuit.

Oplossing:

Gegeven gegevens: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Volgens de bovenstaande formule,

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

Dus, door gebruik te maken van de vergelijking krijgen we de benodigde spanning om de $5 W, 2\Omega$ lamp te laten gloeien, 3.16 Volt.

Spanningscircuit Symbool (AC en DC)

AC Spanningssymbool

Het symbool voor AC (wisselstroom) spanning staat hieronder weergegeven:

企业微信截图_17098668569432.png — AC Spanningssymbool

DC Spanningssymbool

Het symbool voor DC (gelijkstroom) spanning staat hieronder weergegeven:

Afmetingen van Spanning

Spanning (V) is een weergave van de elektrische potentiaalenergie per eenheid lading.

De afmetingen van spanning kunnen worden uitgedrukt in termen van massa (M), lengte (L), tijd (T) en ampère (A), zoals gegeven door $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

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

Let op dat sommigen ook I in plaats van A gebruiken om stroom aan te geven. In dit geval kan de dimensie van spanning worden weergegeven als $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Hoe spanning meten

In een elektrisch en elektronisch circuit is het meten van spanning een essentieel parameter die gemeten moet worden. We kunnen de spanning tussen een bepaald punt en de grond of nul-spanningslijn in een circuit meten.

In een 3-fase circuit, wanneer we de spanning meten tussen één fase uit de 3-fase en het neutrale punt, wordt dit aangeduid als spanningsmeting fase-naar-grond.

Op soortgelijke wijze, wanneer we de spanning meten tussen twee fasen uit de 3-fase, wordt dit aangeduid als spanningsmeting fase-naar-fase.

Er zijn verschillende instrumenten om spanning te meten. Laten we elke methode bespreken.

Methode met een voltmeter

De spanning tussen twee punten in een systeem kan worden gemeten met behulp van een voltmeter. Om een spanning te meten, moet de voltmeter parallel worden aangesloten met het component waarvan de spanning gemeten moet worden.

Een leiding van de voltmeter moet worden aangesloten op het eerste punt en een op het tweede punt. Let op dat de voltmeter nooit in serie mag worden aangesloten.

Een voltmetervan kan ook worden gebruikt om het spanningverschil over elk component of de som van het spanningverschil over twee of meer componenten in een schakeling te meten.

Een analoge voltmeter werkt door de stroom door een vaste weerstand te meten. Volgens Ohm's wet is de stroom door de weerstand recht evenredig met de spanning of potentiaalverschil over de vaste weerstand. Zo kunnen we de onbekende spanning bepalen.

Een ander voorbeeld van een verbinding van een voltmetervoor de meting van de spanning over een 9 V batterij wordt getoond in de onderstaande afbeelding:

Multimeter Methode

Tegenwoordig is een van de meest gebruikte methoden om spanning te meten het gebruik van een multimeter. De multimeter kan analoog of digitaal zijn, maar digitale multimeters worden het meest gebruikt vanwege hun hogere nauwkeurigheid en lage kosten.

De spanning of potentiaalverschil over enige uitrusting kan eenvoudig worden gemeten door de sondes van een multimeter aan de twee punten waar de spanning moet worden gemeten te verbinden. De meting van de batterijspanning met behulp van een multimeter wordt getoond in de onderstaande afbeelding.

Multimeter for Voltage Measurement — Multimeter Verbinding voor Meting van Batterijspanning

Potentiometer Methode

De potentiometer werkt op basis van de nulbalansmethode. Het meet de spanning door vergelijking van een onbekende spanning met een bekende referentiespanning.

Andere instrumenten zoals een oscilloscoop, een elektrostatische voltmetervan kunnen ook worden gebruikt om de spanning te meten.

Verschil tussen Spanning en Stroom (Spanning vs Stroom)

Het belangrijkste verschil tussen spanning en stroom is dat spanning het potentieelverschil van elektrische ladingen tussen twee punten in een elektrisch veld is, terwijl stroom de stroom van elektrische ladingen van één punt naar een ander punt in een elektrisch veld is.

We kunnen eenvoudig zeggen dat spanning de oorzaak is van de stroom, terwijl stroom het effect van spanning is.

Hoe hoger de spanning, hoe meer stroom er tussen twee punten zal stromen. Merk op dat als twee punten in een circuit hetzelfde potentieel hebben, er geen stroom tussen die punten kan stromen. De grootte van spanning en stroom hangt af van elkaar (volgens Ohm's wet).

Andere verschillen tussen spanning en stroom worden in de onderstaande tabel besproken.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Verschil tussen spanning en stroom

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Verschil tussen spanning en stroom

Verschil tussen spanning en potentiaalverschil (Spanning vs Potentiaalverschil)

Er is niet veel verschil tussen spanning en potentiaalverschil. Maar we kunnen het verschil tussen hen op de volgende manieren beschrijven.

De spanning is de hoeveelheid energie die nodig is om een eenheid lading tussen twee punten te verplaatsen, terwijl het potentiaalverschil het verschil is tussen het hogere potentieel van het ene punt en het lagere potentieel van het andere punt.

Door puntlading:

De spanning is het potentieel dat wordt verkregen op een bepaald punt met als referentiepunt oneindig. Terwijl het potentiaalverschil het verschil in potentieel is tussen twee punten op eindige afstanden van de lading. Wiskundig kunnen ze worden uitgedrukt als,

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

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

Als u een video uitleg over spanning prefereert, bekijk dan de video hieronder:

Wat is een algemene spanning?

Een algemene spanning wordt gedefinieerd als het typische spanningsniveau of rating van elektrisch apparaat of uitrusting.

Hieronder staat een lijst met gangbare spanningen voor verschillende elektrische apparaten of installaties.

Lood-zwavelzuurbatterijen gebruikt in elektrische voertuigen: 12 Volt DC. Een 12 V batterij bestaat uit 6 cellen, waarbij de gemene spanning van elke cel 2,1 V is. Let op dat de cellen in serie zijn verbonden om de spanning te verhogen.
Zonnecellen: Produceren meestal een spanning van ongeveer 0,5 Volt DC onder open-circuitomstandigheden. Echter, meerdere zonnecellen worden vaak in serie verbonden om zonnepanelen te vormen, die een hogere totale spanning kunnen afleveren.
USB: 5 Volt DC.
Hoogspanningslijnen voor elektriciteitsvervoer: 110 kV tot 1200 kV AC.
Hoogspoedtrein (tractie) energieleidingen: 12 kV en 50 kV AC of 0,75 kV en 3 kV DC.
TTL/CMOS voeding: 5 Volt.
Een enkelcel, herlaadbare nikkel-cadmiumbatterij: 1,2 Volt.
Zaklampbatterijen: 1,5 Volt DC.

De gangbare spanning die door het distributiebedrijf aan woonconsumenten wordt geleverd is:

100 V, 1-fase AC in Japan
120 V, 1-fase AC in Amerika
230 V, 1-fase AC in India, Australië

De gangbare spanning die door het distributiebedrijf aan industriële consumenten wordt geleverd is:

200 V, 3-fase AC in Japan
480 V, 3-fase AC in Amerika
415 V, 3-fase AC in India

Toepassingen van spanning

Enkele toepassingen van spanning zijn:

Een van de meest voorkomende toepassingen van spanning is het bepalen van de spanning over een elektrisch apparaat of installatie, zoals een weerstand.
Het toevoegen van spanning is nodig om de spanning te verhogen. Daarom worden cellen in serie verbonden om de spanning te verhogen.

Spanning is de basisenergiebron voor elk elektrisch en elektronisch apparaat. Van lage spanningen (5 V) tot hoge spanningen (415 V) worden gebruikt in verschillende toepassingen.

Lage spanning wordt meestal gebruikt voor veel elektronische apparatuur en besturingstoepassingen.

Hoge spanning wordt gebruikt voor

Elektrostatische drukkunst, elektrostatische schilderkunst, elektrostatische coating van materialen
Cosmologisch onderzoek van de ruimte
Elektrostatische neerslagverzamelaar (luchtvervuilingbestrijding)
Jet propulsion laboratory
Röntgenbuizen
Hoogversterkers vacuümbuizen
Massaspectrometrie
Dielectrische tests
Voedsel- en dranktesten
Elektrospraying en spinnings toepassingen, elektrofotografie
Plasmagebaseerde toepassingen
Niveausensoren
Inductieve verhitting
Flitslampen
SONAR
Voor testen van elektrische apparatuur

Bron: Electrical4u

Verklaring: Respecteer het origineel, goede artikelen zijn de moeite waard om te delen, indien er sprake is van schending contacteer dan voor verwijdering.

Geef een fooi en moedig de auteur aan

Onderwerpen:

Basis Elektrotechniek

Spanning

Over experts

Electrical4u

China

Expertisegebied

Basic Electrical

Professioneel artikel

607

Aanbevolen

Meer

Hoogspannings SF₆-vrije ring hoofdschakelaar: Aanpassing van mechanische kenmerken

(1) De contactopening wordt voornamelijk bepaald door isolatiecoördinatieparameters, onderbrekingsparameters, contactmateriaal van de hoogspannings SF₆-vrije ringhoofdschakelaar en het ontwerp van de magnetische blusruimte. In de praktijk is een grotere contactopening niet noodzakelijkerwijs beter; in plaats daarvan dient de contactopening zo dicht mogelijk bij de ondergrens te worden aangepast om het energieverbruik tijdens bedrijf te verlagen en de levensduur te verlengen.(2) De bepaling van d

James

12/10/2025

Lage-spanningsverdelingsleidingen en stroomverdelingsvereisten voor bouwplaatsen

Laagspanningsverdeellijnen verwijzen naar de circuits die via een verdeeltransformator de hoge spanning van 10 kV verlagen naar het niveau van 380/220 V, dat wil zeggen de laagspanningslijnen die lopen vanaf de onderstation naar de eindgebruikstoestellen.Bij de ontwerpfase van bedradingconfiguraties van onderstations moeten laagspanningsverdeellijnen in aanmerking worden genomen. In fabrieken worden voor werkplaatsen met relatief hoog vermogen vaak speciale werkplaatsonderstations geïnstalleerd,

James

12/09/2025

Hoe Voltage Harmonics de Verhitting van de H59 Distributietransformator Beïnvloeden

De invloed van spanningsharmonischen op de temperatuurstijging in H59 distributietransformatorenH59 distributietransformatoren behoren tot de meest kritieke apparatuur in elektriciteitsnetwerken, met als hoofdfunctie het omzetten van hoogspanning van het elektriciteitsnet naar de lage spanning die eindgebruikers nodig hebben. Echter, elektriciteitsnetwerken bevatten talrijke niet-lineaire belastingen en bronnen, die spanningsharmonischen veroorzaken die nadelig zijn voor de werking van H59 distr

Echo

12/08/2025

Top 5 oorzaken van H59 distributietransformatorfouten

1. OverbelastingTen eerste, met de verbetering van de levensstandaard is het elektriciteitsverbruik algemeen sterk gestegen. De oorspronkelijke H59 distributietransformatoren hebben een kleine capaciteit—“een klein paard trekt een grote wagen”—en kunnen niet voldoen aan de eisen van gebruikers, waardoor de transformatoren onder overbelastende omstandigheden werken. Ten tweede leiden seizoensgebonden variaties en extreme weersomstandigheden tot piek-elektriciteitsvraag, wat ertoe leidt dat H59 di

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.