Kulcskülönbség – Áram vs feszültség
Elektromos térben az elektromos töltésekre a rájuk ható erő hat; így munkát kell végezni egy töltött részecskén, hogy az elektromos tér egyik pontjából egy másik pontba mozoghasson. Ezt a munkát a két pont közötti elektromos potenciálkülönbségként határozzuk meg. Az elektromos potenciálkülönbséget két pont közötti feszültségnek is nevezik. Az elektromos töltések potenciálkülönbség hatására bekövetkező mozgását vagy áramlását elektromos áramnak nevezzük. A fő különbség az áram és a feszültség között az, hogy az áram mindig az elektromos töltések elektromos tér alatti mozgásával jár, míg a feszültség nem jár töltések áramlásával. Feszültség csak a kiegyensúlyozatlan töltés miatt keletkezik.
Mi az a feszültség?
Mivel egy atomnak ugyanannyi protonja és elektronja van, az univerzumban minden stabil anyag elektromosan kiegyensúlyozott. A pozitív vagy negatív töltésű részecskék azonban külső fizikai és kémiai hatások miatt több vagy kevesebb elektront tartalmazhatnak, mint a protonok. Hasonló töltések összegyűlése alatt elektromos mező keletkezik, amely elektromos potenciált vagy feszültséget ad minden körülötte lévő pontnak. A feszültség az elektromosság legalapvetőbb tulajdonságaként kezelhető. Voltban (V) mérik voltmérővel.
Az elektromos potenciált egy pontban mindig két pont közötti különbségnek tekintjük, vagy egy adott pontban a feszültséget a végtelenhez viszonyítva tekintjük, ahol a potenciál nulla. Az elektromos áramkör szempontjából a földet nulla potenciálú pontnak tekintjük; ezért az áramkör minden pontján a feszültséget a földhöz (vagy testhez) képest mérjük.
Sok természeti vagy kényszerjelenség eredményeként feszültség keletkezhet. A villámlás egy példa a természetes előfordulásból származó feszültségre; százmillió feszültség keletkezik egy felhőben a súrlódás miatt. Nagyon kis léptékben az akkumulátor kémiai reakcióval feszültséget állít elő, feltöltött ionokat halmozva fel a pozitív (anód) és a negatív (katód) kapcsokon. A napelemekbe beépített fotovoltaikus cellák a napfényt elnyelő félvezető anyagból történő elektronok felszabadulásának eredményeként hoznak létre feszültséget. Hasonló hatás figyelhető meg a kamerákban a környezeti fényszint érzékelésére használt fotodiódáknál.
Mi az áram?
Az áramlat valaminek, például a tengervíznek vagy a légköri levegőnek az áramlása. Elektromos környezetben az elektromos töltések áramlását, leggyakrabban egy vezetőn keresztül áramló elektronokat elektromos áramnak nevezik. Az áramerősséget amperben (A) ampermérővel mérjük. Az ampert coulomb per másodpercben definiálják, és arányos a két pont közötti feszültségkülönbséggel, ahol az áram folyik.
01. ábra: Egyszerű elektromos áramkör
Amint a 01. ábra mutatja, amikor az áram egy tiszta R ellenálláson halad át, a feszültség/áram arány egyenlő R-vel. Ezt az Ohm-törvény vezeti be, amely a következőképpen adható meg:
V=I x R
Ha a dV feszültség változik egy tekercsen, más néven induktoron, a tekercsen átmenő dI áram a következőképpen változik:
dI=1/L∫dV dt
Itt L a tekercs induktivitása. Ez azért történik, mert a tekercs ellenáll a rajta lévő feszültség változásának, és ellenfeszültséget hoz létre.
Kondenzátor esetén a dI-en keresztező áram változása a következő:
dI=C (dV/dt)
Itt C a kapacitás. Ennek oka a kondenzátor kisülése és töltése a feszültségváltozásnak megfelelően.
02. ábra: Fleming jobbkéz-szabálya
Amikor egy vezető áthalad egy mágneses mezőn, áram, majd feszültség keletkezik a vezetőben a Fleming-féle jobbkéz-szabály szerint.
Ez az elektromos generátor alapja, amelyben egy sor vezető gyorsan forog a mágneses mezőn keresztül. Amint az előző részben kifejtettük, a töltések felhalmozódása feszültséget okoz az akkumulátorban. Amikor egy vezeték köti össze a két kivezetést, a vezetéken áram kezd el folyni, vagyis a vezetékben a kapcsok közötti feszültségkülönbség miatt elmozdulnak az elektronok. Minél nagyobb a vezeték ellenállása, annál nagyobb az áramerősség, és annál gyorsabban merül le az akkumulátor. Hasonlóképpen, a nagyobb energiafogyasztású terhelés nagyobb áramot vesz fel a tápegységből. Például egy 100 W-os lámpa 230 V-os tápra csatlakoztatva az általa felvett áramot a következőképpen számíthatja ki:
P=V ×I
I=100 W ÷ 230 V
I=0,434 A
Itt, amikor a teljesítmény nagyobb, a fogyasztás nagy lesz.
Mi a különbség a feszültség és az áramerősség között?
Feszültség vs áramerősség |
|
| A feszültség az elektromos mező két pontja közötti elektromos potenciálenergia különbség. | Az áramerősséget úgy definiáljuk, mint az elektromos töltések mozgását egy elektromos térben potenciális energiakülönbség alatt. |
| Előfordulás | |
| A feszültség kilép az elektromos töltések miatt. | Az áramot a töltések mozgásával állítják elő. Nincs statikus elektromos töltésű áram. |
| Függőség | |
| A feszültség létezhet áramtermelés nélkül is; például akkumulátorokban. | Az áramerősség mindig a feszültségtől függ, mivel a töltés nem jöhet létre potenciálkülönbség nélkül. |
| Mérés | |
| A feszültséget voltban mérik. Mindig egy másik ponthoz, legalábbis a semleges földhöz viszonyítva mérjük. Ezért a feszültség mérése egyszerű, mivel az áramkör nem szakad meg a mérőkapcsok elhelyezéséhez. | Az áramerősséget amperben mérik, és egy vezetőn keresztül mérik. Az árammérés nehezebb, mivel a vezetőt meg kell szakítani a mérőkapcsok elhelyezéséhez, vagy kifinomult rögzítő ampermérőket kell használni. |
Összefoglaló – Feszültség vs áramerősség
Elektromos térben a két pont közötti potenciálkülönbséget feszültségkülönbségnek nevezzük. Az áram generálásához mindig feszültségkülönbségnek kell lennie. Feszültségforrásban, például fotocellában vagy akkumulátorban, a kapcsokon felhalmozódó töltések miatt feszültség lép fel. Ha ezek a kivezetések vezetékkel vannak összekötve, a kapcsok közötti feszültségkülönbség miatt áram kezd folyni. Az Ohm-törvény szerint a vezetőben lévő áram arányosan változik a feszültséggel. Bár az áramot és a feszültséget az ellenállás köti össze, az áram nem létezhet feszültség nélkül. Ez a különbség az áram és a feszültség között.
