nyckelskillnad – ström vs spänning
I ett elektriskt fält påverkas elektriska laddningar av en kraft som verkar på dem; sålunda måste arbete utföras på en laddad partikel för att flytta från en punkt i ett elektriskt fält till en annan punkt. Detta arbete definieras som den elektriska potentialskillnaden mellan dessa två punkter. Elektrisk potentialskillnad kallas också spänning mellan två punkter. En rörelse eller ett flöde av elektriska laddningar under påverkan av potentialskillnaden är känd som en elektrisk ström. Den viktigaste skillnaden mellan ström och spänning är att en ström alltid involverar en rörelse av elektriska laddningar under ett elektriskt fält medan spänning inte involverar ett flöde av laddningar. En spänning uppstår endast på grund av att det finns en obalanserad laddning.
Vad är spänning?
Eftersom en atom har samma antal protoner och elektroner är all stabil materia i universum elektriskt balanserad. Positivt eller negativt laddade partiklar kan dock ha fler eller färre elektroner än protoner på grund av yttre fysikaliska och kemiska effekter. Under en samling av liknande laddningar uppstår ett elektriskt fält som ger elektrisk potential eller en spänning till varje punkt runt den. Spänning kan behandlas som den mest grundläggande egenskapen i elektricitet. Den mäts i volt (V) med en voltmeter.
Den elektriska potentialen i en punkt betraktas alltid som en skillnad mellan två punkter, eller vid en viss punkt betraktas spänningen i förhållande till oändligheten där potentialen är noll. I den elektriska kretsens synvinkel betraktas jorden som en nollpotentialpunkt; därför mäts spänningen vid varje punkt på kretsen i förhållande till jorden (eller jord).
En spänning kan alstras som ett resultat av många naturliga eller forcerade fenomen. Blixtnedslag är ett exempel på spänning som beror på naturlig förekomst; hundratals miljoner av en spänning uppstår i ett moln på grund av friktion. I en mycket liten skala producerar ett batteri en spänning genom en kemisk reaktion, ackumulerar laddade joner i de positiva (anod) och de negativa (katod) polerna. Fotovoltaiska celler som ingår i solpaneler genererar en spänning som ett resultat av elektronfrigöring från halvledarmaterialet som absorberar solljuset. En liknande effekt kan ses i fotodioder som används i kameror för att detektera omgivande ljusnivå.
Vad är en ström?
En ström är ett flöde av något, till exempel havsvatten eller atmosfärisk luft. I ett elektriskt sammanhang är ett flöde av elektriska laddningar, oftast ett flöde av elektroner genom en ledare, känt som en elektrisk ström. Strömmen mäts i ampere (A) med en amperemeter. Ampere definieras som coulombs per sekund och är proportionell mot spänningsskillnaden mellan två punkter där strömmen flyter.
Figur 01: En enkel elektrisk krets
Som visas i figur 01, när strömmen passerar genom ett rent motstånd R, är förhållandet spänning till ström lika med R. Detta introduceras i Ohms lag som ges som:
V=I x R
Om spänningen dV ändras över en spole, även känd som en induktor, ändras en ström dI genom spolen enligt:
dI=1/L∫dV dt
Här är L spolens induktans. Detta händer eftersom spolen är motståndskraftig mot spänningsändringen över den och producerar en motspänning.
I fallet med en kondensator är förändringen av strömmen över den dI som följer:
dI=C (dV/dt)
Här är C kapacitansen. Detta beror på urladdning och laddning av kondensatorn enligt spänningsvariationen.
Figur 02: Flemings högerhandsregel
När en ledare rör sig över ett magnetfält produceras en ström och därefter en spänning över ledaren enligt Flemings högerhandsregel.
Detta är grunden för den elektriska generatorn där en serie ledare snabbt roterar över ett magnetfält. Som förklarats i föregående avsnitt skapar ackumulering av laddningar en spänning i ett batteri. När en tråd förbinder de två terminalerna börjar en ström flyta längs tråden, det vill säga elektroner i tråden rör sig på grund av spänningsskillnaden mellan terminalerna. Större motstånd i tråden, desto större ström är och desto snabbare töms batteriet. På liknande sätt drar en högre effektförbrukande belastning en högre ström från strömförsörjningen. Till exempel, en 100W-lampa ansluten till en 230V-källa, strömmen den drar kan beräknas som:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Här, när effekten är högre, kommer strömförbrukningen att vara hög.
Vad är skillnaden mellan spänning och ström?
Voltage vs Current |
|
| Voltage definieras som den elektriska potentiella energiskillnaden mellan två punkter i ett elektriskt fält. | Ström definieras som rörelsen av elektriska laddningar under en potentiell energiskillnad i ett elektriskt fält. |
| Currence | |
| Spänningen går ut på grund av att det finns elektriska laddningar. | Current produceras med en rörelse av laddningar. Det finns ingen ström med statisk elektrisk laddning. |
| Dependency | |
| Spänning kan existera utan att producera en ström; till exempel i batterier. | Ström beror alltid på spänningen eftersom ett laddningsflöde inte kan ske utan en potentialskillnad. |
| Mätning | |
| Spänningen mäts i volt. Den mäts alltid med avseende på en annan punkt, åtminstone den neutrala jorden. Därför är mätning av spänning lätt eftersom en krets inte är bruten för att placera mätklämmorna. | Ström mäts i ampere och mäts över en ledare. Mätning av ström är svårare eftersom ledaren måste brytas för att placera mätklämmorna, eller sofistikerade spännamperemetrar bör användas. |
Sammanfattning – Spänning vs ström
I ett elektriskt fält kallas potentialskillnaden mellan två godtyckliga punkter spänningsskillnad. Det ska alltid finnas en spänningsskillnad för att generera en ström. I en spänningskälla som en fotocell eller ett batteri uppstår en spänning på grund av ackumulering av laddningar vid terminalerna. Om dessa terminaler är anslutna med en tråd börjar en ström flyta på grund av spänningsskillnaden mellan terminalerna. Enligt Ohms lag ändras strömmen i en ledare proportionellt med spänningen. Även om ström och spänning är sammankopplade av motståndet, kan ström inte existera utan spänning. Detta är skillnaden mellan ström och spänning.
