Napetost: Kaj je to?

Electrical4u

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

Kaj je napetost?

Napetost (tudi znana kot električna potencialna razlika, elektromotorna sila emf, električni tlak ali električna napetost) je definirana kot električna potencialna razlika na enoto naboja med dvema točkama v električnem polju. Napetost se matematično (v formulah) izraža z oznako "V" ali "E".

Če iščete bolj intuitivno razlago, ki bi pomagala razložiti, kaj je napetost, preskočite na ta del članka.

Sicer pa bomo nadaljevali spodaj s formalnejšo definicijo napetosti.

V statičnem električnem polju je delo, potrebno za premik enote naboja med dvema točkama, znano kot napetost. Matematično se napetost izraža kot,

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

Kjer je opravljeno delo v džulih in naboj v kulonih.

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

Napetost lahko definiramo kot količino potencialne energije med dvema točkama v električnem vezju.

Ena točka ima višji potencial, druga pa nižji potencial. Razlika v naboju med višjim in nižjim potencialom se imenuje napetost ali razlika potencialov.

Napetost ali razlika potencialov daje silo elektronom, da tečejo skozi vezje.

Večja napetost pomeni večja sila in zato več elektronov teče skozi vezje. Brez napetosti ali razlike potencialov bi se elektroni gibali naključno v prostem prostoru.

Napetost se tudi nekaterič določa kot "električna napetost". Na primer, zmogljivost upravljanja napetosti kablov, kot so 1 kV, 11 kV in 33 kV, se nanašajo na kablove z nizko, visoko in zelo visoko napetostjo, glede na red zaporedja.

Definicija razlike potencialov kot potenciala električnega polja

Kot smo omenili, je napetost definirana kot razlika električnih potencialov na enoto naboja med dvema točkama v električnem polju. To opišimo s pomočjo enačb.

Razmislite o dveh točkah A in B.

Potencial točke A glede na točko B je definiran kot delo, opravljeno pri premikanju enote naboja od točke A do B v prisotnosti električnega polja E.

Matematično to lahko izrazimo kot,

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

To je tudi razlika potencialov med točkama A in B, z točko B kot referenčno točko. To lahko izrazimo tudi kot,

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

Napetost je lahko zelo težko razumljiva konceptualno.

Zato bomo uporabili analogijo nečemu dotikljivemu – nečemu v realnem svetu – da bi napetost lažje razumeli.

Razumevanje napetosti s pomočjo analogije

»Hidravlična analogija« je pogosta analogija, ki se uporablja za razlago napetosti.

V hidravlični analogiji:

Napetost ali električni potencial je enakovreden hidravličnemu tlaku vode
Električni tok je enakovreden hitrosti pretoka vode
Električni naboj je enakovreden količini vode
Električni vodnik je enakovreden cevi

Analogija 1

Razmislite o vodnem rezervoaru, kot je prikazano na spodnjem prikazu. Slika (a) prikazuje dva rezervoara, napolnena z istim ravnom vode. Zato voda ne more pretokovati iz enega rezervoara v drugega, ker ni razlike v tlaku.

Sedaj prikažemo dva rezervoarja z različnimi ravnicami vode. Torej obstaja neka razlika v tlaku med temi dvema rezervoarjema. Zato bo voda tečla iz enega rezervoarja v drugega, dokler se ravni vode v obeh rezervoarjih ne ujemata.

Podobno, če povežemo dva bateriji s vodilnim vodom z različnimi nivoji napetosti, lahko naboji tečojo iz baterije z višjim potencialom v baterijo z nižjim potencialom. Torej se baterija z nižjim potencialom nalaga, dokler se potencial obeh baterij ne ujema.

Primerjava 2

Razmislite o rezervoarju vode, ki je postavljen na določeno višino nad tlem.

Tlak vode na koncu cevi je enakovreden napetosti ali razliki v potencialu v električnem krugu. Voda v rezervoarju je enakovredna električnemu nabiju. Če povečamo količino vode v rezervoarju, se večji tlak razvije na koncu cevi.

Na drugi strani, če odvedemo določeno količino vode iz rezervoarja, se bo tlak, ki ga ustvarimo na koncu cevi, zmanjšal. Lahko predpostavljamo, da je ta rezervoar vode podoben skladiščni bateriji. Ko se napetost baterije zmanjša, postanejo svetilnice temnejše.

Primerjava 3

Razmislite, kako napetost ali razlika v potencialu v električnem krugu lahko opravi delo. Električni krog je prikazan na spodnji sliki.

Kot je prikazano v hidravličnem vodnem krugu, voda teče skozi cev, ki jo pogaja mehanski črpalka. Cev je enakovredna vodilnemu vodu v električnem krugu.

Če mehanska črpalka ustvari razliko v tlaku med dvema točkama, bo podtlačena voda lahko opravila delo, na primer pogon turbine.

Podobno v električnem krugu lahko razlika v potencialu baterije povzroči, da tok teče skozi vodilo, zato lahko tekoci električni tok opravi delo, na primer osvetlitev svetilnice.

V katerih enotah se meri napetost (enote napetosti)?

SI enota za napetost

Enota SI enota za napetost je volt. To se označuje z V. Volt je izpeljana SI enota za napetost. Italijanski fizik Alessandro Volta (1745-1827), ki je izumil voltaško baterijo, prvo električno baterijo, po katerem je enota volt poimenovana v njegovo čast.

Volt v osnovnih enotah SI

Volt se lahko definira kot električni potencialni razlik med dvema točkama v električnem krugu, ki porabi eno joule energije na kolombo naboja, ki preteče skozi električni krog. Matematično se to lahko izrazi kot,

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

Zato se volt lahko izrazi v osnovnih enotah SI kot $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ ali $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Lahko se meri tudi v vatih na amper ali ampereh krat ohmi.

Formula za napetost

Osnovna formula za napetost je prikazana na spodnji sliki.

Formula za napetost 1 (Ohmov zakon)

Glede na Ohmov zakon, napetost lahko izrazimo kot,

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

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

Primer 1

Kot je prikazano v spodnjem vezju, tok 4 A teče skozi upornost 15 Ω. Določite padec napetosti v vezju.

Rešitev:

Podani podatki: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Glede na Ohmov zakon,

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

Tako s pomočjo enačbe dobimo padec napetosti v vezju 60 voltov.

Enačba za napetost 2 (Moč in tok)

Prenešena moč je produkt zaloge napetosti in električnega toka.

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

Sedaj vstavimo $I=\frac{V}{R}$ v zgornjo enačbo in dobimo,

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

Tako dobimo napetost, ki je enaka moči deljeno s tokom. Matematično to zapišemo kot,

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

Primer 2

Kot je prikazano na spodnjem električnem vezju, tok 2 A teče skozi svetilo moči 48 W. Določite napetost virja.

Rešitev:

Dana veličina: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Glede na formulo med napetostjo, močjo in tokom, omenjeno zgoraj,

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

Tako s pomočjo enačbe dobimo napetost vira 24 voltov.

Formula za napetost 3 (Moč in upornost)

Glede na enačbo (1) je napetost kvadratni koren produkta moči in upornosti. Matematično,

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

Primer 3

Kot je prikazano v spodnjem krogu, določite potrebno napetost za svetlovanje lučke s močjo 5 W in upornostjo 2 Ω.

Rešitev:

Podani podatki: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Glede na zgoraj omenjen formulo,

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

S pomočjo zgornje enačbe dobimo potrebno napetost za svetlovanje lučke s močjo $5 W, 2\Omega$ 3.16 Volt.

Simbol napetosti v krutu (AC in DC)

Simbol napetosti AC

Simbol za napetost AC (izmenični tok) je prikazan spodaj:

企业微信截图_17098668569432.png — Simbol napetosti AC

Simbol napetosti DC

Simbol za napetost DC (enosmeren tok) je prikazan spodaj:

Dimenzije napetosti

Napetost (V) je predstavitev električnega potenciala energija na enoto naboja.

Dimenzije napetosti lahko izrazimo z maso (M), dolžino (L), časom (T) in amperom (A) kot je podano z $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

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

Opomba, da nekateri uporabljajo tudi I namesto A za predstavitev toka. V tem primeru se dimenzija napetosti lahko predstavi kot $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Kako meriti napetost

V električnih in elektronskih krmilnikih je meritev napetosti bistveni parameter, ki ga je potrebno meriti. Napetost lahko meritve med določeno točko in zemljo ali nizkovoltno črto v krmilniku.

V trofaznem krmilniku, če merimo napetost med eno od faz v trofaznem sistemu in neutralno točko, to imenujemo napetost med fazo in zemljo.

Podobno, če merimo napetost med dvema fazama v trofaznem sistemu, to imenujemo napetost med fazama.

Obstaja več instrumentov, ki se uporabljajo za merjenje napetosti. Razpravljajmo o vsaki metodi.

Metoda z voltmetrom

Napetost med dvema točkama v sistemu lahko meritve z voltmetrom. Za meritve napetosti mora biti voltmeter povezan vzporedno s komponento, katere napetost želimo meritve.

En konec voltmeterja mora biti povezan na prvo točko in drug konec na drugo točko. Opomba, da voltmeter nikoli ne sme biti povezan zaporedno.

Voltmetr se lahko uporablja tudi za merjenje padca napetosti na katerem koli komponenti ali vsote padca napetosti na dveh ali več komponentah znotraj vezja.

Analogni voltmetr deluje tako, da meri tok skozi fiksni upornik. Glede na Ohmov zakon je tok skozi upornik neposredno sorazmeren s napetostjo ali potencialno razliko na fiksnem uporniku. Tako lahko določimo neznano napetost.

Drugi primer povezave voltmetra za merjenje napetosti na bateriji 9 V je prikazan na spodnji sliki:

Metoda z multimetrom

V današnjih dneh je ena najpogostejših metod za merjenje napetosti uporaba multimetra. Multimeter lahko ni analogni ali digitalni, a digitalni multimetri so najpogosteje uporabljani zaradi višje natančnosti in nizke cene.

Napetost ali potencialna razlika na katerem koli opremi se lahko preprosto izmeri z pomočjo sonđev multimetra, ki jih povežemo med dvema točkama, kjer želimo meriti napetost. Meritev napetosti baterije z uporabo multimetra je prikazana na spodnji sliki.

Multimeter for Voltage Measurement — Povezava multimetra za merjenje napetosti baterije

Metoda s potenciometrom

Potenciometer deluje na principu metode nulne ravnoteže. Meri napetost z primerjavo neznanega voltage z znanim referenčnim voltage.

Drugi instrumenti, kot so osciloskop, elektrostatski voltmetr, se lahko uporabljajo tudi za merjenje napetosti.

Razlika med napetostjo in tokom (Napetost vs Tok)

Glavna razlika med napetostjo in tokom je ta, da je napetost potencialna razlika električnih nabojov med dvema točkama v električnem polju, medtem ko je tok pretok električnih nabojov iz ene točke v drugo v električnem polju.

Lahko rečemo, da je napetost vzrok za pretok, medtem ko je tok posledica napetosti.

Večja napetost pripelje do večjega toka med dvema točkama. Opomba: če sta dve točki v vezju na istem potencialu, tok med temi točkama ne more teči. Velikost napetosti in toka je odvisna eden od drugega (po Ohmovem zakonu).

Druge razlike med napetostjo in tokom so opisane v spodnji tabeli.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Razlika med napetostjo in tokom

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Razlika med napetostjo in tokom

Razlika med napetostjo in potencialno razliko (Napetost vs. Potencialna razlika)

Med napetostjo in potencialno razliko ni velike razlike. Vendar pa lahko razliko med njima opredelimo na naslednji način.

Napetost je količina energije, ki je potrebna za premik enote naboja med dvema točkama, medtem ko je potencialna razlika razlika med višjim potencialom ene točke in nižjim potencialom druge točke.

Zaradi točkastega naboja:

Napetost je potencial, ki ga dobimo v neki točki, če druga referenčna točka leži v neskončnosti. Potencialna razlika pa je razlika v potencialu med dvema točkama na končnih razdaljah od naboja. Matematično se lahko izrazita kot,

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

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

Če bi radi video objašnjitev napetosti, si oglejte spodnji video:

Kaj je običajna napetost?

Običajna napetost je definirana kot tipična ravni ali ocena napetosti električnega aparata ali opreme.

Spodaj je naveden seznam običajnih napetosti za različno električno opremo ali naprave.

Svinsko-kislinski akumulatorji, uporabljeni v električnih vozilih: 12 Voltov DC. 12 V baterija sestavlja 6 celic, vsaka z običajno napetostjo 2,1 V. Opomba: Celične so povezane zaporedno za povečanje napetostnega omrežja.
Solarni členki: Običajno proizvajajo napetost okoli 0,5 Voltov DC pod pogoji odprtega kroga. Vendar so več solarnih členkov pogosto povezani zaporedno v solarni panele, ki lahko izhajajo z višjo skupno napetostjo.
USB: 5 Voltov DC.
Vnaprejšnje električne napetosti za visokonapetostni prenos: 110 kV do 1200 kV AC.
Napetost za hitra vlaka (trakcijske napetosti): 12 kV in 50 kV AC ali 0,75 kV in 3 kV DC.
TTL/CMOS napajalna napetost: 5 Voltov.
Enocelicni, ponovno polnilninikel-kadmijev akumulator: 1,2 Volta.
Baterije za ročne svetilnice: 1,5 Voltov DC.

Običajna napetost, ki jo distributerji nudijo gospodinjstvom, je:

100 V, enofazni tok v Japonskem
120 V, enofazni tok v Ameriki
230 V, enofazni tok v Indiji, Avstraliji

Običajna napetost, ki jo distributerji nudijo industriji, je:

200 V, trofazni tok v Japonskem
480 V, trofazni tok v Ameriki
415 V, trofazni tok v Indiji

Uporaba napetosti

Nekatere uporabe napetosti vključujejo:

Ena najpogostejših uporab napetosti je določitev padca napetosti na električni napravi ali opremi, kot je upornik.
Dodajanje napetosti je potrebno za povečanje napetostnega omrežja. Zato so celice povezane zaporedno, da se poveča napetost.

Napetost je osnovna vir energije za vsako električno in elektronsko opremo. Od majhnih napetosti (5 V) do visokih napetosti (415 V) se uporabljajo v različnih aplikacijah.

Nizka napetost se običajno uporablja za mnogo elektronske opreme in kontrolo aplikacij.

Visoka napetost se uporablja za

Elektrostatsko tiskanje, elektrostatsko barvanje, elektrostatsko prekrivanje materiala
Studij kosmologije vesolja
Elektrostatski padanjek (kontrola onesnaženosti zraka)
Laboratorij za reaktivni pogon
Röntgenove cevi
Visokomosilne vakuumne cevi
Masna spektroskopija
Testiranje dielektrikov
Testiranje hrane in pijače
Aplikacije elektrosprševanja in vrtenja, elektrofotografija
Plazmovne aplikacije
Merjenje ravni tekočin
Indukcijsko segrevanje
Blikajne lampice
SONAR
Za testiranje električne opreme

Vir: Electrical4u

Izjava: Spoštujte original, dobri članki so vredni deljenja, v primeru kršitve avtorskih pravic se obrnite za odstranitev.

Podari in ohrani avtorja!

Teme:

Osnovna elektrotehnika

Napetost

O strokovnjakih

Electrical4u

China

Področje strokovnosti

Basic Electrical

Stranski članek

607

Priporočeno

Več

Visokonapetostna SF₆-free kolobarja glavna enota: Prilagoditev mehanskih lastnosti

(1) Razmik med kontakti je predvsem določen s parametri za usklajevanje izolacije, parametri prekinitve, materialom kontaktov visokonapetostne SF₆ brez SF₆ kolobarne glavne enote in zasnovanjem magnetnega izgonnega komora. V praksi večji razmak med kontakti ni nujno boljši; namesto tega bi se moral razmak med kontakti čim bolj približati njegovemu spodnjemu mejnemu vrednosti, da se zmanjša poraba energije pri delovanju in podaljša življenjski doba.(2) Določitev prehoda kontakta je povezana z dej

James

12/10/2025

Nizkonapetostne distribucijske linije in zahteve za razdeljevanje električne energije na gradbiščih

Nizkonapetostne razdelilne linije so tokokrogi, ki s pomočjo razdelilnega transformatorja znižajo visoko napetost 10 kV na raven 380/220 V, torej nizkonapetostne vode od transformatorske postaje do končnih naprav.Nizkonapetostne razdelilne linije je treba upoštevati že v fazi načrtovanja ožičenja transformatorskih postaj. V tovarnah za delavnice z relativno visoko porabo moči pogosto namestimo ločene delavniške transformatorske postaje, kjer transformatorji neposredno oskrbujejo različne elektri

James

12/09/2025

Kako harmoniki napetosti vplivajo na segrevanje distribucijskega transformatorja H59?

Vpliv harmonik napetosti na povečanje temperature v transformatorjih H59Transformatorji H59 so med najpomembnejšo opremo v električnih sistemih, ki predvsem delujejo za pretvorbo visokonapetostne energije iz električnega omrežja v nizkonapetostno energijo, ki jo potrebujejo končni uporabniki. Vendar pa vsebujejo električna omrežja veliko nelinearnih obremenitev in virov, ki uvedejo harmonike napetosti, ki negativno vplivajo na delovanje transformatorjev H59. Ta članek podrobno razpravlja o vpliv

Echo

12/08/2025

Glavne vzroki za odpoved transformatorja H59 za distribucijo

1. PreobremenitevPrvič, s povečanjem življenjskih standardov ljudi se je splošno hitro povečalo porabljanje električne energije. Izvirni transformatorji za distribucijo H59 imajo majhen kapacitet—“majhen konj vleče veliko vozo”—in ne morejo zadovoljiti potreb uporabnikov, kar povzroča, da transformatorji delujejo v stanju preobremenitve. Drugič, sezonske spremembe in ekstremne vremenske razmere vodijo do vrha povpraševanja po električni energiji, kar še dodatno povzroča, da transformatorji H59 d

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.