Jännite

Jännite saa sähkövaraukset liikkumaan. Se on "työntövoima", joka saa varaukset liikkumaan johdossa tai muussa sähköjohtimessa. Sitä voidaan pitää voimana, joka työntää varauksia, mutta se ei ole voima. Jännite voi saada varaukset liikkumaan, ja koska varausten liikkuminen on virta, jännite voi aiheuttaa virran.

Sähköinen potentiaaliero on oikea tieteellinen termi, mutta sitä kutsutaan yleisesti jännitteeksi. Epävirallisesti jännite tai sähköinen potentiaaliero on joskus nimeltään "potentiaaliero". Jännitettä kutsutaan tietyissä olosuhteissa myös sähkömotoriseksi voimaksi (EMF).

Jännite on sähköinen potentiaaliero, kahden paikan välinen sähköpotentiaaliero. Sähköisen potentiaalieron eli jännitteen yksikkö on voltti. Voltti on nimetty Alessandro Voltan muistoksi. Yksi voltti vastaa yhtä joulea per coulomb. Yksikkö voltin symboli kirjoitetaan isolla V-kirjaimella, kuten (9V). Kansainvälisen mittayksikköjärjestelmän sääntöjen mukaan yksikön, jonka nimi on johdettu henkilön nimestä, symboli kirjoitetaan isolla alkukirjaimella.

Huomaa, että voltti ja jännite ovat kaksi eri asiaa. Voltti on yksikkö, jolla mitataan jotakin. Sekä sähköpotentiaali että jännite ovat asioita, joita mittaamme, ja voltti on molempien mittayksikkö. Yksikkö voltin symboli kirjoitetaan V:llä (9 volttia tai 9 V). Kun jännitettä käytetään kaavassa, se voidaan kirjoittaa kursiivilla, esimerkiksi V = 9 V {\displaystyle V=9\,{\text{V}}} $V=9\,{\text{V}}$ tai kirjoitettuna kursiivilla. Jos käytössä on vain yksi kirjainsymboli, voidaan käyttää pientä v-kirjainta, esim. jännite = virta × vastus {\displaystyle {\text{voltage}}={\text{current}}\times {\text{resistance}}} ${\text{voltage}}={\text{current}}\times {\text{resistance}}$ tai v = ir {\displaystyle {\text{v}}={\text{ir}}}} ${\text{v}}={\text{ir}}$ . Sähköinsinöörit käyttävät jännitteestä symbolia e {\displaystyle e} $e$ , esim. e = i r {\displaystyle e=ir}. $e=ir$ , jotta jännitteen ja voltin välinen ero olisi hyvin selvä.

Teknisesti jännite on kahden pisteen välinen sähköinen potentiaaliero, ja se mitataan aina kahden pisteen välillä, esimerkiksi pariston positiivisen ja negatiivisen pään välillä, johdon ja maan välillä tai johdon tai virtapiirin pisteen ja virtapiirin toisessa osassa olevan pisteen välillä. Kotitaloussähkön jokapäiväisessä käytössä Yhdysvalloissa jännite on useimmiten 120 V. Tämä jännite mitataan sähköjohdosta maahan.

Huomaa, että tehon (energian) siirtämiseksi tarvitaan sekä jännite että virta. Esimerkiksi johdossa voi olla korkea jännite, mutta ellei sitä kytketä, mitään ei tapahdu. Linnut voivat laskeutua korkeajännitelinjoille, kuten 12 kV ja 16 kV, kuolematta, koska virta ei kulje linnun läpi.

Jännitteitä on kahta tyyppiä, tasajännitettä ja vaihtojännitettä. Tasajännitteellä (tasavirtajännite) on aina sama napaisuus (positiivinen tai negatiivinen), kuten paristossa. Vaihtojännite (vaihtovirtajännite) vaihtelee positiivisen ja negatiivisen välillä. Esimerkiksi pistorasiasta tuleva jännite vaihtaa napaisuutta 60 kertaa sekunnissa (Amerikassa) tai 50 kertaa sekunnissa (Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja Euroopassa). Tasajännitettä käytetään yleensä elektroniikassa ja vaihtojännitettä moottoreissa.

Suurjännitekaapelin liittäminen

Määritelmä

Jännite on sähköpotentiaalin muutos kahden paikan välillä
tai sähköpotentiaalienergian muutos coulombia kohti kahden paikan
välillä.

V = Δ ( E P E / q ) = ( E P E / q ) 2 - ( E P E / q ) 1 {\displaystyle V=\Delta (EPE/q)=(EPE/q)_{2}-(EPE/q)_{1}}} $V=\Delta (EPE/q)=(EPE/q)_{2}-(EPE/q)_{1}$

Jossa V=jännite, EPE=sähköpotentiaalienergia, q=lataus, ∆=ero.

Maadoitusjännite

Jännite mitataan aina kahden pisteen välillä, joista toista kutsutaan usein "maadoitukseksi" tai nollavolttipisteeksi (0V). Useimmissa vaihtosähköasennuksissa on yhteys maahan. Yhteys todelliseen maahan tehdään vesijohdon, maahan upotetun tai maahan lyötävän maadoitussauvan tai maan alle upotetun sopivan metallijohtimen (ei kaasuputken) kautta. Tämä yhteys tehdään sähköjärjestelmän sisääntulokohdassa rakennukseen, jokaisessa pylväässä, jossa on muuntaja kadulla (usein sähkötolpassa), ja muissa paikoissa järjestelmässä. Jännitteen mittauksessa käytetään vertailupisteenä koko maapalloa. Rakennuksessa tämä maadoitus viedään jokaiseen sähkölaitteeseen kahdella johdolla. Toinen on "maadoitusjohdin" (vihreä tai paljas johto), ja sitä käytetään suojamaadoituksena laitteiden metalliosien liittämiseksi maahan. Toista johtoa käytetään yhtenä sähköjohtimena järjestelmän virtapiireissä, ja sitä kutsutaan "nollajohtimeksi". Tämä maadoitettu johdin täydentää kaikki virtapiirit johtamalla sähkölaitteista tulevan virran takaisin järjestelmän sisääntulopisteeseen rakennuksiin ja sitten muuntajaan, joka on yleensä kadulla. Monissa paikoissa rakennusten ulkopuolella ei tarvita johtoa, joka täydentäisi virtapiirit ja veisi virran rakennuksista generaattoreihin. Paluupolku, joka kuljettaa kaiken virran takaisin, on itse maa.
Tasavirtapiireissä generaattorin tai akun negatiivista päätä kutsutaan usein "maadoitukseksi" tai nollavolttipisteeksi (0V), vaikka yhteys maahan voi olla tai olla olematta. Samalla piirilevyllä (PCB) voi olla useita maadoituksia, esimerkiksi herkissä analogisissa piireissä piirin osa voi käyttää "analogista maata" ja digitaalisessa osassa on "digitaalinen maa".
Sähkölaitteissa 0 voltin piste voi olla metallialusta, jota kutsutaan alustamaaksi, tai yhteys varsinaiseen maahan, jota kutsutaan maadoitukseksi, ja kummallakin on oma symbolinsa, jota käytetään sähkökaavioissa (piiripiirustuksissa).

Mittaustyökalut

Jännitteen mittaamiseen käytetään muun muassa jännitemittaria ja oskilloskooppia.

Volttimittari mittaa kahden pisteen välistä jännitettä, ja se voidaan asettaa DC- tai AC-tilaan. Volttimittari voi mitata esimerkiksi pariston tasajännitettä (tyypillisesti 1,5 V tai 9 V) tai seinän pistorasiasta tulevaa vaihtojännitettä (tyypillisesti 120 V).

Monimutkaisempia signaaleja varten voidaan käyttää oskilloskooppia tasa- ja/tai vaihtojännitteen mittaamiseen, esimerkiksi kaiuttimen yli tulevan jännitteen mittaamiseen.

Potentiaaliero

Jännite tai potentiaaliero pisteestä a pisteeseen b on jouleina ilmaistu energiamäärä (sähkökentän seurauksena), joka tarvitaan yhden coulombin positiivisen varauksen siirtämiseen pisteestä a pisteeseen b. Negatiivinen jännite pisteiden a ja b välillä on jännite, jossa 1 coulombin energia tarvitaan negatiivisen varauksen siirtämiseen pisteestä a pisteeseen b. Jos varattua kohdetta ympäröi tasainen sähkökenttä, negatiivisesti varatut kohteet vetäytyvät kohti korkeampia jännitteitä ja positiivisesti varatut kohteet vetäytyvät kohti matalampia jännitteitä. Kahden pisteen välinen potentiaaliero/jännite on riippumaton pisteestä a pisteeseen b kuljetun matkan pituudesta. Näin ollen jännite pisteestä a pisteeseen b + jännite pisteestä b pisteeseen c on aina yhtä suuri kuin jännite pisteestä a pisteeseen c. Näin ollen jännite pisteestä a pisteeseen c on aina yhtä suuri kuin jännite pisteestä a pisteeseen c.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä on jännite?

V: Jännite on sähköinen potentiaaliero, kahden paikan välinen sähköpotentiaaliero. Sitä voidaan pitää voimana, joka saa varaukset liikkumaan johdossa tai muussa sähköjohtimessa.

K: Mitä yksikköä käytetään jännitteen mittaamiseen?

V: Jännitteen mittayksikkö on voltti. Tämän yksikön symboli kirjoitetaan isolla V-kirjaimella (9V).

K: Miten jännite aiheuttaa virtaa?

V: Jännite voi saada varaukset liikkumaan, ja koska liikkuvat varaukset aiheuttavat virran, jännite voi aiheuttaa virran.

K: Kuka oli Alessandro Volta ja miksi voltti nimettiin hänen mukaansa?

V: Alessandro Volta oli italialainen fyysikko, joka keksi ensimmäisen pariston vuonna 1800. Voltti nimettiin hänen mukaansa kunnianosoituksena hänen panoksestaan tieteelle.

K: Ovatko voltti ja jännite kaksi eri asiaa?

V: Kyllä, voltit ovat yksiköitä, joilla mitataan jotakin, kun taas jännite viittaa siihen, mitä näillä yksiköillä mitataan.

K: Minkälaisia jännitteitä on olemassa?

V: Jännitteitä on kahta eri tyyppiä - DC (tasavirta) ja AC (vaihtovirta). Tasajännitteellä on aina sama napaisuus, kun taas vaihtojännite vaihtelee positiivisen ja negatiivisen napaisuuden välillä.

K: Voivatko linnut laskeutua suurjännitelinjoille vahingoittumatta?

V: Kyllä, linnut voivat laskeutua korkeajännitelinjoille, kuten 12 kV:n ja 16 kV:n linjoille, ilman että ne kuolevat, koska niissä on oltava sekä jännite että virta, jotta teho (energia) voi siirtyä niiden läpi - jos vain toinen elementti on läsnä, mitään ei tapahdu.