Електрични напон

Из Википедије, слободне енциклопедије
Међународни знак за високи напон.

Електрични напон је разлика електричних потенцијала између две тачке у простору. Изражава се у волтима. Јединица за напон је добила име по италијанском физичару Алесандру Волти, који је изумитељ прве хемијске батерије.

Објашњење[уреди]

Разлика електричних потенцијала се може дефинисати као узрок кретања електрицитета кроз проводник. У доба открића постојања напона се појам силе још увек употребљавао недовољно прецизно па се и разлика потенцијала тада називала електромоторна сила (скраћеница емс, што се и данас понекад користи).

Напонска разлика[уреди]

Напонска разлика у електричном пољу, какво постоји између две тачке у електричном колу, је исто што и потенцијална разлика, разлика електричних потенцијала. Ова разлика је сразмерна електростатичкој сили која помера електроне (или друге носиоце наелектрисања) из једне тачке у другу. Потенцијална разлика, електрични потенцијал и електромоторна сила се изражавају у волтима (симбол V), што је разлог да се уобичајено користи израз „волтажа“.

Напон је адитиван у следећем смислу: напон између тачака A и C је једнак збиру напона између тачака A и B и напона између тачака B и C. Две тачке у електричном колу спојене идеалним проводником, без отпора и без променљивог магнетског поља, имају разлику потенцијала нула. Потенцијална разлика може бити нула и између некакве друге две тачке. Ако се две такве тачке споје проводником, неће протицати никаква електрична струје кроз проводник. Разни напони у електричном колу могу бити прорачунавани коришћењем Кирхофових закона.

Напон је особина електричног поља, а не појединачних електрона. Електрон који се креће дуж потенцијалне разлике доживљава промену енергије, често представљену у електрон-волтима. Овај ефект је сличан оном када тело пада са неке висине у гравитационом пољу.

Хидраулична аналогија[уреди]

Ако потражимо аналогију за електрично коло, можемо га замислити га као мрежу цеви кроз које протиче вода покретана пумпама (рецимо без присуства гравитације) тада је разлика потенцијала аналогна разлици притисака између две тачке. Ако постоји разлика притисака између две тачке тада вода може тећи од прве до друге тачке и вршити некакав рад, рецимо покретати турбину.

Оваква аналогија је корисна за учење основних појмова. У хидрауличном систему је рад уложен за покретање воде једнак производу притиска и количине покренуте воде. Слично, у електричном колу је рад уложен у покретање електрона једнак производу напона (притисак код воде) и количини електрона (или другог носиоца наелектрисања). Напон овде на прикладан начин служи да се квантификује способност за вршење рада.

Дефиниција[уреди]

Разлика електричног потенцијала се дефинише као количина рада по наелектрисању потребног да се наелектрисање премести из друге тачке у прву, или потпуно еквивалентно, количина рада који наелектрисање уради током кретања од прве до друге тачке. Разлика потенцијала између две тачке a и b је линијски интеграл електричног поља E:

V_a - V_b = \int _a ^b \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l}

Корисне формуле[уреди]

Једносмерна струја[уреди]

 U = \sqrt{PR}
 U = \frac{P}{I}
 U = IR \!\

Где је U=напон, I=струја, R=отпор, P=снага

Наизменична струја[уреди]

 U = \frac{P}{I\cos\theta}
 U = \frac{\sqrt{PZ}}{\sqrt{\cos\theta}} \!\
 U = \frac{IR}{\cos\theta}

Где је U=напон, I=струја, R=отпор, P=снага, Z=импенданса, θ=фазна разлика између напона и струје

Мерни уређаји[уреди]

Инструменти којима се мери потенцијална разлика могу бити волтметар, потенциометар и осцилоскоп. Волтметар ради мерећи струју (у складу са Омовим законом) кроз отпорник. Потенциометар ради тако што пореди непознат напон са познатим напоном у мерном мосту. Осцилоскоп (углавном са катодном цеви) ради тако што се појачава потенцијална разлика која потом скреће електронски млаз са правог пута (попорционално напону) што се потом види према трагу који млаз оставља на заслону цеви.

Широко распрострањени волтметри данашњице се зову дигитални волтметри јер се резултат приказује на цифарском дисплеју. Раније су били веома популарни тзв. аналогни волтметри који су имали кретни калем и казаљку, а очитавање мерене вредности се вршило на основу отклона казаљке на избаждареној скали.