Kluczowa różnica - prąd vs napięcie
W polu elektrycznym na ładunki elektryczne działa siła; w związku z tym należy wykonać pracę nad naładowaną cząstką, aby przejść z jednego punktu pola elektrycznego do innego punktu. Ta praca jest definiowana jako różnica potencjałów elektrycznych między tymi dwoma punktami. Różnica potencjałów elektrycznych jest również nazywana napięciem między dwoma punktami. Ruch lub przepływ ładunków elektrycznych pod wpływem różnicy potencjałów nazywamy prądem elektrycznym. Kluczowa różnica między prądem a napięciem polega na tym, że prąd zawsze obejmuje ruch ładunków elektrycznych pod polem elektrycznym, podczas gdy napięcie nie obejmuje przepływu ładunków. Napięcie występuje tylko z powodu istnienia niezrównoważonego ładunku.
SPIS TREŚCI
1. Przegląd i kluczowe różnice
2. Co to jest napięcie
3. Co to jest prąd
4. Porównanie obok siebie - prąd vs napięcie
5. Podsumowanie
Co to jest napięcie?
Ponieważ atom ma taką samą liczbę protonów i elektronów, cała stabilna materia we wszechświecie jest zrównoważona elektrycznie. Jednak dodatnio lub ujemnie naładowane cząstki mogą mieć więcej lub mniej elektronów niż protony z powodu zewnętrznych efektów fizycznych i chemicznych. Pod nagromadzeniem podobnych ładunków powstaje pole elektryczne nadające potencjał elektryczny lub napięcie w każdym punkcie wokół niego. Napięcie można traktować jako najbardziej podstawową właściwość elektryczności. Jest mierzony w woltach (V) za pomocą woltomierza.
Potencjał elektryczny w punkcie jest zawsze traktowany jako różnica między dwoma punktami lub w określonym punkcie napięcie jest rozpatrywane w odniesieniu do nieskończoności, gdzie potencjał wynosi zero. Z punktu widzenia obwodu elektrycznego ziemię uważa się za punkt zerowy; stąd napięcie w każdym punkcie obwodu jest mierzone w odniesieniu do ziemi (lub ziemi).
W wyniku wielu zjawisk naturalnych lub wymuszonych może powstać napięcie. Piorun jest przykładem napięcia spowodowanego zjawiskiem naturalnym; setki milionów napięć pojawia się w chmurze z powodu tarcia. W bardzo małej skali bateria wytwarza napięcie w wyniku reakcji chemicznej, gromadząc naładowane jony na biegunach dodatnim (anoda) i ujemnym (katoda). Ogniwa fotowoltaiczne zawarte w panelach słonecznych generują napięcie w wyniku uwolnienia elektronów z materiału półprzewodnikowego pochłaniającego światło słoneczne. Podobny efekt można zaobserwować w fotodiodach stosowanych w kamerach do wykrywania poziomu światła otoczenia.
Co to jest prąd?
Prąd to przepływ czegoś, na przykład wody morskiej lub powietrza atmosferycznego. W kontekście elektrycznym przepływ ładunków elektrycznych, najczęściej przepływ elektronów przez przewodnik, nazywany jest prądem elektrycznym. Prąd mierzony jest w amperach (A) za pomocą amperomierza. Amper jest definiowany jako kulomby na sekundę i jest proporcjonalny do różnicy napięć między dwoma punktami, w których płynie prąd.
Rysunek 01: Prosty obwód elektryczny
Jak pokazano na rysunku 01, gdy prąd przepływa przez czysty rezystor R, stosunek napięcia do prądu jest równy R. Jest to wprowadzone w prawie Ohma, które jest podane jako:
V = I x R
Jeśli napięcie dV zmienia się na cewce, znanej również jako cewka, prąd dI przez cewkę zmienia się zgodnie z:
dI = 1 / L∫dV dt
Tutaj L jest indukcyjnością cewki. Dzieje się tak, ponieważ cewka jest odporna na zmianę napięcia na niej i wytwarza przeciwnapięcie.
W przypadku kondensatora zmiana prądu na nim dI jest następująca:
dI = C (dV / dt)
Tutaj C jest pojemnością. Wynika to z rozładowywania i ładowania kondensatora zgodnie ze zmianami napięcia.
Rysunek 02: Reguła Fleminga na prawą rękę
Kiedy przewodnik porusza się w polu magnetycznym, prąd, a następnie napięcie, jest wytwarzany na przewodniku zgodnie z prawostronną regułą Fleminga.
Jest to podstawa generatora elektrycznego, w którym szereg przewodników szybko obraca się w polu magnetycznym. Jak wyjaśniono w poprzedniej sekcji, akumulacja ładunków powoduje powstanie napięcia w akumulatorze. Kiedy drut łączy dwa zaciski, prąd zaczyna płynąć wzdłuż przewodu, to znaczy elektrony w przewodzie poruszają się z powodu różnicy napięcia między zaciskami. Im większy opór przewodu, tym większy prąd i tym szybciej rozładowuje się bateria. Podobnie, większe obciążenie pobierające energię pobiera większy prąd ze źródła zasilania. Przykładowo, jeśli lampa o mocy 100W jest podłączona do zasilania 230V, pobierany przez nią prąd można obliczyć jako:
P = V × I
I = 100 W ÷ 230 V
I = 0,434 A
Tutaj, gdy moc jest wyższa, pobór prądu będzie wysoki.
Jaka jest różnica między napięciem a prądem?
Porównaj środek artykułu przed tabelą
Napięcie vs prąd |
|
| Napięcie definiuje się jako elektryczną różnicę energii potencjalnej między dwoma punktami w polu elektrycznym. | Prąd definiuje się jako ruch ładunków elektrycznych pod wpływem potencjalnej różnicy energii w polu elektrycznym. |
| Występowanie | |
| Napięcie wychodzi z powodu obecności ładunków elektrycznych. | Prąd jest wytwarzany wraz z ruchem ładunków. Nie ma prądu ze statycznymi ładunkami elektrycznymi. |
| Zależność | |
| Napięcie może istnieć bez wytwarzania prądu; na przykład w bateriach. | Prąd zawsze zależy od napięcia, ponieważ przepływ ładunku nie może wystąpić bez różnicy potencjałów. |
| Pomiary | |
| Napięcie mierzone jest w woltach. Jest zawsze mierzony w odniesieniu do innego punktu, przynajmniej neutralnej ziemi. Dlatego pomiar napięcia jest łatwy, ponieważ obwód nie jest przerywany w celu umieszczenia zacisków pomiarowych. | Prąd jest mierzony w amperach i jest mierzony w poprzek przewodnika. Pomiar prądu jest trudniejszy, ponieważ konieczne jest przerwanie przewodu w celu umieszczenia zacisków pomiarowych lub należy zastosować wyrafinowane amperomierze cęgowe. |
Podsumowanie - napięcie a prąd
W polu elektrycznym różnica potencjałów między dowolnymi dwoma punktami nazywana jest różnicą napięcia. Zawsze powinna istnieć różnica napięcia, aby wygenerować prąd. W źródle napięcia, takim jak fotokomórka lub akumulator, występuje napięcie w wyniku gromadzenia się ładunków na zaciskach. Jeśli te zaciski są połączone przewodem, prąd zaczyna płynąć z powodu różnicy napięć między zaciskami. Zgodnie z prawem Ohma prąd w przewodniku zmienia się proporcjonalnie do napięcia. Chociaż prąd i napięcie są połączone przez rezystancję, prąd nie może istnieć bez napięcia. To jest różnica między prądem a napięciem.
