Напон: дефиниција, једначина, јединице (са примерима)

Замислите да вода тече низбрдо кроз систем цеви. Ваша интуиција треба да вам каже који фактори би убрзали проток воде, а шта спорији. Што је брдо веће, струја ће бити бржа, а што је више препрека у цеви, то ће спорије тећи.

Ово је све због аразлика потенцијалне енергије​ ​између врха брда и дна, јер вода има гравитациону потенцијалну енергију на врху брда и ниједна док не дође до дна.

Ово је одлична аналогија за електричнуНапон. На исти начин, када постоји разлика у електричном потенцијалу између две тачке на електричном колу, електрична струја тече из једног дела кола у други.

Баш као у примеру воде, потенцијална енергетска разлика између две тачке (настала расподелом електричног наелектрисања) је та која ствара тренутни проток. Наравно, физичари имају прецизније дефиниције од ове, а једначине учења попут Охмовог закона дају вам боље разумевање напона.

Напон је назив који се даје разлици електричне енергије између две тачке и дефинише се као електрична потенцијална енергија по јединици наелектрисања. Иако

Дефиниција се може математички написати као:

ГдеВ.је потенцијална разлика,Е.​_ел је електрична потенцијална енергија (у џулима) икје набој (у кулонима). Из овога бисте могли да видите да је 1 В = 1 Ј / Ц, што значи да је један волт дефинисан као један џул по кулону (тј. По јединици пуњења). Понекад ћете видетиЕ.користи се као симбол за напон, јер је други израз за исту количину „електромоторна сила“ (ЕМФ), али многи извори користеВ.како би одговарао свакодневној употреби израза.

Волт је име добио од италијанског физичара Алессандра Волте, који је најпознатији по томе што је изумео прву електричну батерију (названу „волтаична гомила“).

Међутим, горња једначина није најчешће коришћена једначина напона, јер већина када наиђете на термин, он ће укључивати електрични круг и најкориснију једначину за ово јеОхмов закон. Ово повезује напон са протоком струје у колу и отпором протоку струје из жица и компонената кола и има облик:

ГдеВ.је потенцијална разлика у волтима (В);Јаје тренутни проток са кратком јединицом ампера или појачала (А); иР.је отпор у охима (Ω). На први поглед, ова једначина вам говори да за исти отпор већи напони производе веће струје (аналогно повећању висине брдо у уводу) и за исти напон проток струје је смањен за веће отпоре (аналогно препрекама цевима у пример). Ако нема разлике у напону, струја неће тећи.

Различите компоненте кола ће имати различитепад напонапреко њих и помоћу Омовог закона можете да утврдите шта ће они бити. У складу са Кирцххофф-овим законом о напону,зброј падова напона око било које комплетне петље у колу мора бити једнак нули​.

Напон на елементу у електричном колу може се мерити волтметром или мултиметром, при чему овај садржи волтметар, али и друге алате попут амперметра (за мерење струје). Волтметар паралелно повезујете преко елемента који се мери како бисте утврдили пад напона између две тачке - никада га не повезујте у серију!

Аналогни волтметри раде помоћу галванометра (уређаја за мерење малих електричних струја) у серији са отпорником високог ома, при чему галванометар садржи калем жице у магнетном пољу. Када струја тече кроз жицу, она ствара магнетно поље, које комуницира са постојећим магнетно поље да би се завојница ротирала, а затим помера показивач на уређају да би показао Напон.

Јер је ротација калема пропорционална струји, а струја је заузврат пропорционално напону (по Охмовом закону), што се завојница више окреће, то је напон између две тачке. Ово је сложеније ако мерите наизменичну, а не једносмерну струју, али различити дизајни и ово омогућавају.

Паралелно морате повезати волтметар, јер два паралелна елемента кола имају исти напон на себи. Волтметар мора имати висок отпор, јер то спречава истицање превелике струје из главног круга и ометање резултата. Поред тога, волтметри нису конструисани за извлачење великих струја, па ако их прикључите у серију, лако би се могао сломити или прегорети осигурач.

Учење рада са електричним потенцијалом укључује учење коришћења Охмовог закона и учење примене Кирцххофф-овог закона напона за одређивање пада напона на различитим елементима у колу. Најједноставније је применити Омов закон на читав круг.

Ако се струјни круг напаја 12-В батеријом и има укупно 70 ома отпора, колика струја пролази кроз коло?

Овде једноставно треба да преуредите Охмов закон да бисте створили израз за електричну струју. Закон каже:

Све што треба да урадите је да поделите обе стране заР.и обрнуто да добијемо:

Уметање вредности даје:

Дакле, струја је 0,1714 А, или 171,4 милиампера (мА).

Али сада замислите да је ових 70 Ω отпора подељено на три различита отпорника у низу, са вредностима од 20 Ω, 10 Ω и 40 Ω. Који је пад напона на свакој компоненти?

Опет, можете користити Омов закон да бисте редом гледали сваку компоненту, бележећи укупну електричну струју око кола од 0,1714 А. Коришћење В = ИР за сваки од три отпорника заузврат:

За први:

Други:

И треће:

Према Кирцххофф-овом закону напона, ова три пада напона треба да досегну до 12 В:

Ово је једнако 12 В на две децимале, уз малу неусаглашеност због грешака у заокруживању.

У расправи о томе како мерити напон изнад, примећено је да су падови напона на паралелним компонентама у колу исти. Ово се објашњаваКирцххофф-ов закон напона, који каже да зброј свих напона (позитивни напон из извора напајања и напон пада са компонената) у затвореној петљи мора бити једнак нули​.

За паралелни круг, са више грана, можете створити такву петљу, укључујући било коју од паралелних грана и батерију. Без обзира на компоненту на свакој грани, пад напона на било којој граниморазато мора бити једнак напону који даје батерија (занемарујући могућност других компонената у серији, ради једноставности). Ово важи за све гране, па ће паралелне компоненте увек имати једнаке падове напона на себи.

Омов закон се такође може проширити тако да се односи на моћ (П.), што је стопа снабдевања енергијом у џулима у секунди (вати,В), а испада да је П = ИВ.

За компоненту кола као што је сијалица, ово показује да снага коју расипа (тј. Претвара се у светлост) зависи од напона на њој, при чему већи напони доводе до веће излазне снаге. У складу са расправом о паралелним компонентама у претходном одељку, више сијалица распоређених паралелно сијају светлије од истих сијалица распоређених у серији, јер пуни напон батерије пада на свакој сијалици када је паралелно повезан, док само трећина пада када су спојени у серија.