Ключова разлика – ток срещу напрежение
В електрическо поле електрическите заряди се влияят от действаща върху тях сила; по този начин трябва да се извърши работа върху заредена частица, за да се премести от една точка в електрическо поле до друга точка. Тази работа се определя като електрическа потенциална разлика между тези две точки. Електрическата потенциална разлика се нарича още напрежение между две точки. Движение или поток от електрически заряди под въздействието на потенциалната разлика е известно като електрически ток. Ключовата разлика между тока и напрежението е, че токът винаги включва движение на електрически заряди под електрическо поле, докато напрежението не включва поток от заряди. Напрежение възниква само поради наличието на небалансиран заряд.
Какво е напрежение?
Тъй като един атом има еднакъв брой протони и електрони, цялата стабилна материя във Вселената е електрически балансирана. Положително или отрицателно заредените частици обаче могат да имат повече или по-малко електрони от протоните поради външни физични и химични ефекти. При събирането на подобни заряди възниква електрическо поле, което дава електрически потенциал или напрежение на всяка точка около него. Напрежението може да се третира като най-фундаменталното свойство на електричеството. Измерва се във волтове (V) с помощта на волтметър.
Електрическият потенциал в дадена точка винаги се разглежда като разлика между две точки или в определена точка напрежението се разглежда спрямо безкрайността, където потенциалът е нула. От гледна точка на електрическата верига, земята се разглежда като точка с нулев потенциал; следователно, напрежението във всяка точка на веригата се измерва по отношение на земята (или земята).
В резултат на много природни или принудителни явления може да се получи напрежение. Мълнията е пример за напрежение, дължащо се на естествено явление; стотици милиони напрежение възниква в облак поради триене. В много малък мащаб батерията произвежда напрежение чрез химическа реакция, натрупвайки заредени йони в положителните (анод) и отрицателните (катод) клеми. Фотоволтаичните клетки, включени в слънчевите панели, генерират напрежение в резултат на освобождаване на електрони от полупроводниковия материал, абсорбиращ слънчевата светлина. Подобен ефект може да се види във фотодиодите, използвани в камерите за откриване на нивото на околната светлина.
Какво е ток?
Течението е поток от нещо, като например морска вода или атмосферен въздух. В електрически контекст поток от електрически заряди, най-често поток от електрони през проводник, е известен като електрически ток. Токът се измерва в ампери (A) с амперметър. Амперът се определя като кулони за секунда и е пропорционален на разликата в напрежението между две точки, където протича токът.
Фигура 01: Проста електрическа верига
Както е показано на фигура 01, когато токът преминава през чисто съпротивление R, съотношението напрежение/ток е равно на R. Това е въведено в закона на Ом, който е даден като:
V=I x R
Ако напрежението dV се променя през намотка, известна още като индуктор, токът dI през намотката се променя според:
dI=1/L∫dV dt
Тук L е индуктивността на бобината. Това се случва, тъй като бобината е устойчива на промяната на напрежението в нея и произвежда противонапрежение.
В случай на кондензатор, промяната на тока през него dI е както следва:
dI=C (dV/dt)
Тук C е капацитетът. Това се дължи на разреждането и зареждането на кондензатора в зависимост от промяната на напрежението.
Фигура 02: Правилото на дясната ръка на Флеминг
Когато проводник се движи през магнитно поле, през проводника се произвежда ток и впоследствие напрежение съгласно правилото на дясната ръка на Флеминг.
Това е основата на електрическия генератор, в който поредица от проводници се въртят бързо в магнитно поле. Както беше обяснено в предишния раздел, натрупването на заряди създава напрежение в батерията. Когато проводник свързва двата извода, по него започва да тече ток, т.е. електроните в проводника се движат поради разликата в напрежението между изводите. Колкото по-голямо е съпротивлението на проводника, толкова по-голям е токът и толкова по-бързо се изтощава батерията. По същия начин, натоварване с по-голяма консумация на енергия черпи по-висок ток от захранването. Например лампа от 100 W, свързана към захранване от 230 V, токът, който тя черпи, може да се изчисли като:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Тук, когато мощността е по-висока, потреблението на ток ще бъде високо.
Каква е разликата между напрежение и ток?
Напрежение срещу ток |
|
| Напрежението се определя като разликата в електрическата потенциална енергия между две точки в електрическо поле. | Токът се дефинира като движение на електрически заряди под потенциална енергийна разлика в електрическо поле. |
| Случване | |
| Напрежението изчезва поради наличието на електрически заряди. | Токът се произвежда с движение на заряди. Няма ток със статични електрически заряди. |
| Зависимост | |
| Напрежението може да съществува без да произвежда ток; например в батериите. | Токът винаги зависи от напрежението, тъй като потокът на заряд не може да възникне без потенциална разлика. |
| Измерване | |
| Напрежението се измерва във волтове. Винаги се измерва по отношение на друга точка, поне неутралната земя. Следователно измерването на напрежението е лесно, тъй като веригата не е прекъсната, за да се поставят измервателните клеми. | Токът се измерва в ампери и се измерва в проводник. Измерването на тока е по-трудно, тъй като проводникът трябва да бъде счупен, за да се поставят измервателните клеми, или трябва да се използват сложни затягащи амперметри. |
Обобщение – напрежение срещу ток
В електрическо поле потенциалната разлика между всеки две точки се нарича разлика в напрежението. Винаги трябва да има разлика в напрежението, за да генерира ток. В източник на напрежение като фотоклетка или батерия възниква напрежение поради натрупването на заряди на клемите. Ако тези клеми са свързани с проводник, започва да тече ток поради разликата в напрежението между клемите. Според закона на Ом токът в проводник се променя пропорционално на напрежението. Въпреки че токът и напрежението са свързани помежду си чрез съпротивление, токът не може да съществува без напрежение. Това е разликата между ток и напрежение.
