Napięcie elektryczne powoduje przepływ prądu. Napięcie elektryczne to różnica potencjałów pomiędzy dwoma punktami obwodu elektrycznego. Przykładem źródła napięcia jest bateria, która zamienia energię z reakcji chemicznej na energię elektryczną.
Napięcie oznaczamy duża literą U i wyrażamy wzorem U = W/q.
W tym artykule wytłumaczę Wam w prostych słowach czym jest napięcie, podpowiem jak zrozumieć jego definicję i wzór na napięcie oraz podam jego przykłady.
Przygotowujesz się do sprawdzianu? Kompletne zestawy zadań na sprawdzian z odpowiedziami, rozwiązaniami i punktacją znajdziesz w moim ebooku: Prąd elektryczny. Testy Sprawdzające. A kilka przykładowych zadań na stronie: Testy – prąd elektryczny.
Czym jest napięcie elektryczne?
Wyobraźmy sobie prosty obwód elektryczny (np. żarówkę podłączoną do baterii AAA) i jego dwa dowolne punkty. Różnica potencjałów to różnica ilości energii elektrycznej przechowywanej w jednym i drugim punkcie. W przypadku baterii potencjał jest wyższy po stronie + a niższy po stronie – (co możemy zmierzyć względem uziemienia). To właśnie ten brak równowagi powoduje przepływ prądu z punktu o wyższym potencjale do punktu o niższym potencjale, czyli od + do -.
Podobnie zachowuje się ciecz dążąc do wyrównania poziomów przepływając z punktu położonego wyżej do punktu położonego niżej czy ciepło kiedy stykamy zimniejszy i cieplejszy przedmiot przepływając od cieplejszego przedmiotu do zimniejszego. Jeżeli masz problem z zapamiętaniem kierunku przepływu prądu – możesz posłużyć się ciekawą analogią: kula śnieżna porusza się tylko w jednym kierunku, z punktu wyższego (+) do niższego (-). Tak jak prąd pod wypływem napięcia.
W analogiczny sposób napięcie czyli różnica potencjału powoduje przepływ prądu. Im napięcie pomiędzy dwoma punktami będzie większe (większa różnica potencjałów) tym więcej przepłynie między nimi prądu (jeżeli nie zwiększy się opór). A w naszej analogii – im wyżej znajduje się kula śnieżna tym więcej problemów może narobić (wykonać więcej pracy i spowodować większe zniszczenia).
Definicja i wzór na napięcie
Napięcie między dwoma punktami przewodnika jest równe stosunkowi pracy W wykonanej podczas przenoszenia ładunku q między tymi punktami przewodnika do tego ładunku. Napięcie możemy wyrazić wzorem: U = W/q.
\Large U = \frac{W}{q}Można powiedzieć trochę prościej, że napięcie jest miarą energii, która przypada na jednostkowy ładunek q przy przenoszeniu go między dwoma punktami.
O co chodzi w definicji i wzorze na napięcie prądu?
Fajna definicja i prosty wzór … tylko niewiele osób jest w stanie je zrozumieć Czy da się ją wytłumaczyć trochę prościej? Spróbujmy!
Wyobraźmy sobie analogię do wspinaczki w górach. Napięcie U czyli różnicę potencjału możemy porównać w naszej analogii do wysokości – im wyżej się znajdziemy tym większa nasza energia potencjalna (która możemy wykorzystać np. staczając kamień). Ładunek q możemy porównać do standardowego ładunku (masy wyposażenia), który będziemy wnosić podczas wspinaczki. Praca to energia, która musimy włożyć we wspinaczkę.
Zastanówmy się teraz nad zależnościami między wysokością i energią potrzebna do wspinaczki (przy stałym, standaryzowanym ładunku). Im wyższa wysokość tym więcej energii będziemy musieli włożyć w naszą wspinaczkę. Analogicznie, im większe napięcie (wyższy potencjał energii) chcemy uzyskać tym więcej pracy podczas przenoszenia ładunku elektrycznego trzeba włożyć.
A na przykładzie praktycznym? Aby naładować dwa akumulatorki żeby uzyskać 2x większy potencjał energii niż w przypadku jednego będziemy musieli włożyć dwa razy większą pracę (i dostarczyć im 2x tyle energii co jednemu).
Jednostką napięcia elektrycznego w układzie SI jest 1 wolt (V)
\Large 1 V = \frac{1J}{1C}ZADANIE
Wybierz prawidłowe odpowiedzi. Napięcie elektryczne:
a) Powoduje przepływ prądu
b) To suma potencjałów pomiędzy dwoma punktami obwodu
c) Jest miarą energii, która przypada na jednostkowy ładunek przy przenoszeniu go między dwoma punktami
d) Jest równe całkowitej pracy, która jest wykonywana przy przenoszeniu ładunku q z jednego punktu do drugiego.
Rozwiązanie: odpowiedzi a, c – są prawidłowe
Wskazówki: Napięcie elektryczne powoduje przepływ prądu. Napięcie to różnica (a nie suma) potencjałów pomiędzy dwoma punktami obwodu. Napięcie rzeczywiście jest miarą energii na jednostkowy ładunek potrzebnej do przeniesienia go pomiędzy dwoma punktami co wynika ze wzoru U = W/q. Napięcie nie jest równe całkowitej pracy W, tylko stosunkowi W/q.
Kompletne zestawy zadań na sprawdzian z odpowiedziami, rozwiązaniami i punktacją znajdziesz w moim ebooku: Prąd elektryczny. Testy Sprawdzające.
Przykłady napięcia
Im większe napięcie w obwodzie tym więcej elektronów zmusi ono do przepływu i tym większą będzie można wykonać pracę.
- Napięcie baterii AA (popularny paluszek) to 1,5 V
- Napięcie akumulatora samochodowego to 12 V
- Napięcie w domowej instalacji elektrycznej to 230 V
- Napięcie do zasilenia płyty indukcyjnej to 400 V
Pomiar napięcia
Do pomiaru napięcia służy woltomierz. Woltomierz podłączamy do obwodu elektrycznego równolegle, ponieważ woltomierz najczęściej mierzy napięcie między końcami przewodnika.
PRZYDATNY ARTYKUŁ?
Udostępnij link innym:
Następny temat:
Natężenie prądu
Pozostałe tematy z działu: Prąd elektryczny
Przepływ prądu | Napięcie elektryczne | Natężenie prądu | Prawo Ohma i Opór elektryczny | Obwód elektryczny | Praca prądu elektrycznego | Moc prądu elektrycznego | Energia elektryczna: Domowa instalacja elektryczna, Izolacja i bezpieczniki, Bezpieczne korzystanie z sieci elektrycznej
Zadania: Przykładowe zadania – prąd elektryczny | Komplety zadań na sprawdzian – Prąd elektryczny