Tärkein ero - virta vs jännite
Sähkökentässä sähkövarauksiin vaikuttaa niihin vaikuttava voima; täten on tehtävä varautuneen hiukkasen työ siirtyäksesi sähkökentän yhdestä pisteestä toiseen. Tämä työ määritellään näiden kahden pisteen sähköpotentiaalieroksi. Sähköpotentiaalieroa kutsutaan myös kahden pisteen väliseksi jännitteeksi. Liike tai sähkövarausten virta potentiaalieron vaikutuksesta tunnetaan sähkövirrana. Keskeinen ero virran ja jännitteen välillä on, että virta sisältää aina sähkövarausten liikkumisen sähkökentän alla, kun taas jännite ei sisällä varausvirtaa. Jännite tapahtuu vain epätasapainoisen varauksen vuoksi.
SISÄLLYSLUETTELO
1. Yleiskatsaus ja keskeinen ero
2. Mikä on jännite
3. Mikä on virta
4. Vertailu vierekkäin - virta vs jännite
5. Yhteenveto
Mikä on jännite?
Koska atomilla on sama määrä protoneja ja elektroneja, kaikki maailmankaikkeuden vakaa aine on sähköisesti tasapainossa. Positiivisesti tai negatiivisesti varautuneilla hiukkasilla voi kuitenkin olla enemmän tai vähemmän elektroneja kuin protoneissa ulkoisten fysikaalisten ja kemiallisten vaikutusten vuoksi. Vastaavien varausten kerääntyessä syntyy sähkökenttä, joka antaa sähköpotentiaalin tai jännitteen jokaiseen sen ympärillä olevaan pisteeseen. Jännitettä voidaan pitää tärkeimpänä sähkön ominaisuutena. Se mitataan voltteina (V) volttimittarilla.
Pisteessä olevaa sähköpotentiaalia pidetään aina kahden pisteen erona, tai tietyssä pisteessä jännite katsotaan vastaavan äärettömyyttä, jossa potentiaali on nolla. Sähköpiirin kannalta maata pidetään nollapotentiaalipisteenä; siten jännite kussakin piirin kohdassa mitataan maan (tai maan) suhteen.
Jännite voi syntyä monien luonnonilmiöiden tai pakotettujen ilmiöiden seurauksena. Salama on esimerkki luonnollisen esiintymisen aiheuttamasta jännitteestä; satoja miljoonia jännitteitä esiintyy pilvessä kitkan takia. Hyvin pienessä mittakaavassa akku tuottaa jännitteen kemiallisen reaktion avulla ja kerää varautuneita ioneja positiivisiin (anodi) ja negatiivisiin (katodi) napoihin. Aurinkopaneeleihin sisältyvät aurinkokennot tuottavat jännitteen johtuen elektronin vapauttamisesta puolijohdemateriaalista, joka absorboi auringonvaloa. Samanlainen vaikutus näkyy kameroissa käytetyissä fotodiodeissa ympäröivän valon tason havaitsemiseksi.
Mikä on virta?
Virta on jonkin virtaus, kuten merivesi tai ilmakehän ilma. Sähköisessä yhteydessä sähkövarausten virtaus, yleisimmin elektronien virtaus johtimen läpi, tunnetaan sähkövirrana. Virta mitataan ampeereina (A) ampeerimittarilla. Ampeeri määritellään kulonkeiksi sekunnissa ja on verrannollinen jännite-eroon kahden pisteen välillä, joissa virta virtaa.
Kuva 01: Yksinkertainen sähköpiiri
Kuten kuvassa 01 on esitetty, kun virta kulkee puhtaan vastuksen R läpi, jännitteen ja virran suhde on yhtä suuri kuin R. Tämä on esitetty Ohmin laissa, joka on annettu seuraavasti:
V = I x R
Jos jännite dV muuttuu kelan, joka tunnetaan myös nimellä induktori, poikki, kelan läpi kulkeva virta dI muuttuu seuraavasti:
dI = 1 / L∫dV dt
Tässä L on kelan induktanssi. Tämä tapahtuu, koska kela kestää vastustuskykyä sen jännitteessä ja tuottaa vastajännitteen.
Kondensaattorin tapauksessa virran muutos sen yli dI on seuraava:
dI = C (dV / dt)
Tässä C on kapasitanssi. Tämä johtuu kondensaattorin purkautumisesta ja lataamisesta jännitteen vaihtelun mukaan.
Kuva 02: Flemingin oikeanpuoleinen sääntö
Kun johdin liikkuu magneettikentän poikki, johtimen yli syntyy virta ja sen jälkeen jännite Flemingin oikean käden säännön mukaisesti.
Tämä on perusta sähkögeneraattorille, jossa sarja johtimia pyörii nopeasti magneettikentän poikki. Kuten edellisessä osassa selitettiin, varausten kertyminen aiheuttaa jännitteen akussa. Kun lanka yhdistää kaksi liitintä, virta alkaa kulkea pitkin lankaa, toisin sanoen langassa olevat elektronit liikkuvat liittimien välisen jännite-eron vuoksi. Suurempi langan vastus, sitä suurempi virta on ja sitä nopeammin akku tyhjenee. Vastaavasti suurempi virtaa kuluttava kuorma vetää suurempaa virtaa virtalähteestä. Esimerkiksi 100 W: n lamppu, joka on kytketty 230 V: n syöttöön, sen vetämä virta voidaan laskea seuraavasti:
P = V × I
I = 100 W ÷ 230 V
I = 0,434 A
Tässä, kun teho on suurempi, virrankulutus on suuri.
Mikä on ero jännitteen ja virran välillä?
Erilainen artikkeli keskellä taulukkoa
Jännite vs. virta |
|
| Jännite määritellään sähköpotentiaalienergiaeroksi sähkökentän kahden pisteen välillä. | Virta määritellään sähkövarausten liikkumiseksi potentiaalisen energiaeron alla sähkökentässä. |
| Esiintyminen | |
| Jännite poistuu sähkövarauksien vuoksi. | Virta tuotetaan varausten liikkeellä. Staattisilla sähkövarauksilla ei ole virtaa. |
| Riippuvuus | |
| Jännite voi olla olemassa tuottamatta virtaa; esimerkiksi paristoissa. | Virta riippuu aina jännitteestä, koska varausvirta ei voi tapahtua ilman potentiaalieroa. |
| Mittaus | |
| Jännite mitataan voltteina. Se mitataan aina toiseen pisteeseen, ainakin neutraaliin maahan. Siksi jännitteen mittaaminen on helppoa, koska piiri ei ole rikki mittausliittimien sijoittamiseksi. | Virta mitataan ampeereina ja mitataan johtimen yli. Virran mittaaminen on vaikeampaa, koska johdin on katkaistava mittausliittimien sijoittamiseksi tai on käytettävä hienostuneita kiinnitysampeereja. |
Yhteenveto - Jännite vs. virta
Sähkökentässä minkä tahansa kahden pisteen välistä potentiaalieroa kutsutaan jänniteeroksi. Virran muodostamiseksi tulisi aina olla jännite-ero. Jännitelähteessä, kuten valokennossa tai akussa, jännite johtuu varausten kertymisestä liittimiin. Jos nämä liittimet on kytketty johdolla, virta alkaa virrata johteiden jännite-eron vuoksi. Ohmin lain mukaan johtimen virta muuttuu suhteessa jännitteen kanssa. Vaikka vastus kytkee virran ja jännitteen toisiinsa, virtaa ei voi esiintyä ilman jännitettä. Tämä on ero virran ja jännitteen välillä.
