Напон

Од Википедија — слободната енциклопедија
(Пренасочено од Електричен напон)
Прејди на: содржини, барај
Voltage
AA AAA AAAA A23 battery comparison-1.jpg
Batteries are sources of voltage in many electric circuits
Симболи
V , V
U , U
SI-единица volt

Напон, електрична потенцијална разлика или електричен притисок претставува разликата во електричната потенцијална енергија помеѓу две точки во единица полнеж. Напонот помеѓу двете точки е еднаков на завршената работа по единица полнеж наспроти статичното електрично поле за поместување на полнежот помеѓу двете точки. Ова се мери во единица волт ( џул по кулон).

Напонот може да биде предизвикан од статичното електрично поле, од електричната струја низ магнетното поле, временски различни магнетни полиња или некаква комбинација од овие три. Волтметарот може да се користи за мерење на напонот помеѓу две точки во системот. Најчесто се користи заедничи референтен потенцијал, како што е основата на системот како една од точките. Нпонот може да биде извор на енергија. Напонот може да биде извор на енергија (електомоторна сила)изгубена, користена или складирана енергија (потенцијален пад).

Математичка дефиниција[уреди | уреди извор]

Вообичаен извор на напон

Дадени се две точки во простор, and , напонот претставува разлика во електричниот потенцијал помеѓу тие две точки. Од ова може да се докаже дека:

The electric field around the rod exerts a force on the charged pith ball, in an electroscope
In a static field, the work is independent of the path

Електичниот потенцијал претставува енергија на потенцијалот по единечен полнеж, кој се мери во џули по кулон (волт). " Електричниот потенцијал" мора да се разликува од "електричната потенцијална енергија", истакнувајќи дека потенцијалот е количина по единица. Напонот помеѓи точките A и B е еднаков на работата што треба да се изврши, по единечниот полнеж, против или од електричното поле за да се премести полнењето од A до B. Напонот помеѓу двата краја од патот е вкупната енергија потребна за поместување мал електричен полнеж по таа патека, поделена со големина на полнежот. Математички ова се изразува како линиски интеграл на електричното поле и временскиот чекор на промена на магнетното поле по таа патека. Во општ случај и статичното(непроменето) електично поле мора да биде вклучено во одредѕвање на напонот помеѓу две точки. Напонот е дефиниран така што неговите наелектризирани тела се придвижуваат кон повисоки напони, додека позитивно наелектизираните тела се придвижувааат кон пониски напони. Затоа конвенционалната струја во жица или отпорник секогаш тече од повисок кон понизок напон. Струјата може да тече од понизок кон повисок напон, но само кога само кога изворот на енергија е присутен за да го "притисне" против спротивното електрично поле. Ова е случај во било кој извор на електрична струја. На пример, во батериите, хемиските реакциии ја обезбедуваат енергијата потребна за електричната енергија кој се движи од негативен кон позитивен терминал. Електричното поле не е единствениот фактор кој го одредувапротокот на полнежот во материјал, а различни материјали природно развиваат разлики од електричниот потенцијал во рамнотежа. Електричниот потенцијал на материјал не е конкретно дефинирана количина бидејќи варира на субатомска скала. По соодветна дефиниција за напон може да се најде во концептот на Fermi нивото. Во овој случај, напонот помеѓу две тела е термодинамичка работа потребна за поместување на единица на полнеж меѓу нив. Оваа дефиниција е практична бидејќи всушност волтметарот ја мери оваа работа, а не разликата во потенцијалот.

Волт[уреди | уреди извор]

Волт (symbol: V) е изведена единица за електричен потенцијал, разлика во потенцијалот и моторна сила. Волтот е именуван во чест на италијанскот физичар Алесандро Волта(1745–1827), кој го измислил напонот, но можеби и првата хемиска батерија.

Хидраулична аналогија[уреди | уреди извор]

Едноставна аналогија за електричното коло е вода што тече во затворено коло на гасоводот, управувано од механичка пумпа. Ова може да се нарече "коло на вода". Потенцијалната разлика помеѓу двете точки одговара со разликата на притисокот помеѓу тие две точки. Ако пумпата создава разлики во притисокот помеѓу двете точки, тогаш водата која тече од една точка кон друга ќе може да извршува работа, како што е возење на турбина. Слично на тоа, работата може да се изврши преку електрична струја управувана од потенцијалната разлика обезбедена од батеријата. На пример, напонот обезбеден од доволно наполнета автомобилска батерија може да се "притисне" голема струја низ напотките на стартерот на моторот на автомобилот. Ако пумпата не работи, тогаш таа не произведува разлика во притисокот и турбината нема да работи. Исто така, ако батеријата на автомобилот е слаба или празна, тогаш нема да го вклучи стартниот мотор. Хидрауличната аналогија е корисен начин за разбирање на многу електрични концепти. Во таков систем работата што се врши за движење на водата е еднаква на односот помеѓу притисокот и волуменот на водата при поместување. Слично на тоа, во електричното коло работата создадена за движење на електрони или други носители на полнежи е еднаква на односот помеѓу "електричниот притисок" и количината на пренесени електрични полнежи. Во однос на "протокот", колку е поголема разликата во притисокот помеѓу две точки (потенцијалната разлика или разликата во притисокот на водата), толку е поголем протокот помеѓу нив.

Апликации[уреди | уреди извор]

Одредување на мерењето напон бара експлицитна и имплицитна спецификација на точките низ кои се мери напонот. Кога се користи волтметарот за мерење на потенцијалната разлика, еден електричен кабел на волтметар мора да биде поврзан со првата точка, а еден со втората. Честа употреба на терминот напон се користи во опишување на "напонски пад" преку електрични уред(како што е отпорник). Нпонскиот пад преку уредот може да се објасни како разлика помеѓу мерењата на секој терминал на уредот во однос на заедничката референтна точка. Падот на напонот претставува разлика меѓу две читања. Две точки во елетричното коло што се поврзуваат со идеалниот проводник, а не во менување на магнетното поле, имаат напон од нула и две точки со ист потенцијал може да се поврзат со проводници и тогаш нема да има струја меѓу нив.

Додавање на напон[уреди | уреди извор]

Напонот помеѓу A и C претставува збирот на напоните меѓу A и B и напонот помеѓу B и C. Различните напони во колото може да се пресметаат користејќи го Кичиховиот закон за коло.

Кога станува збор за наизменична струја (AC), постои разлика помеѓу моменталниот напон и просечниот напон. Моменталните напони може да се додадат за директна струја DC и AC, но просечните напони можат да се додадат значајно само кога се применуваат на сигналите дека сите имаат иста фреквенција и фаза.

Мерни инструменти[уреди | уреди извор]

Инструменти за мерење на напон вклучувајќи го и волтиметар се потенциометар и осцилоскоп. Волтметарот работи со мерење на струјата преку фиксен отпор, кој, според Законот на Ом, е пропорционален на напонот преку резисторот. Потенциомерот работи со балансирање на непознатиот напон против познатиот напон во мостовите. Осцилоскоп на катодните зраци работи со засилување на напонот и го користи за да го оддели воздухот од прав пат така што деформацијата на воздухот е пропорционална на напонот.

Типични напони[уреди | уреди извор]

Вообичаен напон за светлосна батерија е 1,5 волти (DC). Вообичаен напон за автомобилски батерии е 12 волти (DC). Вообичаените напони на електричните компании за потрошувачите се од 110 до 120 волти (AC) и од 220 до 240 волти (AC). Напонот во далекуводот што се користи за дистрибуција на електрична енергија од електраната може да биде неколку стотици пати повисок од напонот на потрошувачот, обично 110 до 1200 kV (AC). Напонот што се користи во надземните водови за напојување на железничките локомотиви е помеѓу 12 kV и 50 kV (AC) или помеѓу 1,5 kV и 3 kV (DC).

Галвани потенцијал наспроти електрохемиски потенцијал[уреди | уреди извор]

Во проводен материјал, енергијата на електронот е засегната не само од просечниот електричен потенцијал, туку и од специфичната топлинска и атомска средина во која се наоѓа. Кога волтметарот е поврзан помеѓу два различни типа на метал, тој не ја мери електростатската разлика на потенцијалот, туку нешто што е под влијание на термодинамиката. Количината измерена со волтметар е негативната разлика во електрохемискиот потенцијал на електронот (нивото на Ферми) поделено со електронски полнеж, додека чистиот неприлагоден електростатски потенцијал (не се мери со волтметар) понекогаш се нарекува галвански потенцијал. Термините "напон" и "електричен потенцијал" се двосмислени по тоа што во пракса можат да се однесуваат на било кој од нив во различни контексти.