Wat is spanning?
Wat is spanning?
Spanning is een term die we allemaal in het dagelijks leven of in leerboeken tegenkomenU weet misschien dat AA-batterijen een spanning van 1 hebben5 volt (V) en batterijen voor rookmelders hebben een spanning van 9 volt (V)We weten ook dat netstroom, of huishoudelijke elektriciteit, allemaal 110-120 volt is (in de VS), terwijl de spanning die door grote transmissielijnen wordt gedragen ongeveer 110 tot 765 kilovolt (KV) is.Hieruit kunnen we concluderen dat lage spanningen zoals die worden geproduceerd door batterijen onschadelijk zijn, terwijl hoge spanningen gevaarlijk kunnen zijnMaar wat is spanning en wat heeft het met circuits te maken?
Wat is spanning? Spanningsdefinitie, potentiaalverschil en meer
Kortom, spanning kan worden gezien als een kracht die elektriciteit (stroom) rond een circuit trektAls een hoog voltage op een circuit wordt toegepast, zal het een hoge stroom van elektriciteit ervaren (d.w.zehuidige stroom)Als een lagere spanning op een circuit wordt toegepast, zal het een lagere stroom van elektriciteit ervarenEr is een goede analogie voor spanning die waterdruk isDoor een watertank hoog van de grond te houden, schiet het water sneller uit de bodem dan de tank dichter bij de grond stond
Hoewel deze analogie van een watertank geweldig is om de basisprincipes van spanning te leren, dekt het echter niet allesSpanningen kunnen bijvoorbeeld positief of negatief zijn (d.w.zede richting waarin ze ladingen trekken)Bovendien zijn er twee soorten spanning, afhankelijk van wat wordt beschrevenDe ene is Electromotive Force (EMF) en de andere is Potential Difference (PD).
Wanneer de spanning wordt gegenereerd, wordt de resulterende geproduceerde spanning aangeduid als Electromotive Force (EMF)Wanneer de spanning over een component verloren gaat, wordt de resulterende spanning een potentiaalverschil genoemdHet potentiële verschil kan worden beschouwd als het verlies van de duwkracht
Spanningsdefinitie: De kracht die elektriciteitsstroom rond een circuit trekt
Wat is een potentieel verschil: Verlies van de duwkracht
Bovendien weten we misschien dat de spanning de standaardeenheid is van elektromotorische kracht (EMF) of potentiaalverschilSpanning is de accumulatie van statische elektrische lading die in één richting stroomt, zoals een overmaat of tekort aan gemeten elektronen, wat altijd gerelateerd is aan spanningSpanning wordt opgewekt in een elektrochemische reactie en veroorzaakt door licht dat op een speciale halfgeleiderchip valtWanneer een object in een magnetisch veld beweegt of in een fluctuerend magnetisch veld wordt geplaatst, wordt een magnetisch veld opgewekt
Het potentiële verschil tussen twee punten creëert een elektrisch veldEr is altijd een pool die relatief positief is (met minder elektronen) en een pool die relatief negatief is (met meer elektronen)Vergeleken met het neutrale object heeft de positieve pool niet noodzakelijkerwijs een tekort aan elektronen, en de negatieve pool heeft misschien niet echt een teveel aan elektronen met betrekking tot neutrale dingenMaar de lading tussen de twee polen is altijd verschillendDe positieve pool heeft altijd minder elektronen dan de negatieve pool
Geschiedenis van spanning
Spanning is terug te voeren op Alessandro Volta, die verantwoordelijk was voor het maken van de eerste batterij, de voltaïsche stapelDeze batterij is ongelooflijk eenvoudig en mensen kunnen het thuis maken met een paar benodigdheden die overal in huis te vinden zijnDeze batterij is gebouwd met alternatieve lagen van koperen munten, zink en papier gedrenkt in zout water, allemaal op elkaar gestapeldHoewel dit geen krachtige bron van elektriciteit is, is aangetoond dat elektriciteit chemisch kan worden gemaakt en experimenten met dode kikkers toonden aan dat de zenuwen elektriciteit gebruikten in plaats van speciale biologische elektriciteit.De term spanning is niet bedacht door Alessandro Volta, maar is vernoemd naar zijn prestaties op dit gebied van de wetenschap
Spanningsspecificaties - Spanningseenheden
Spanning wordt gemeten in volt en wordt gesymboliseerd als VHoewel we weten dat de spanning kan worden gezien als een kracht die elektrische stroomladingen trektWe weten echter nog steeds niet wat één volt is en hoe het wordt gedefinieerdDe wetenschappelijke definitie van één volt is wanneer één coulomb lading één joule werk doet, maar wanneer het om elektronica gaat, wordt dit zelden opnieuw bekeken of zelfs maar overwogen.
Spanning heeft, net als kracht, een polariteit, wat betekent dat het een elektrische stroom kan duwen of trekkenSpanning is, net als een kracht, ook relatief, en de grootte van een spanning hangt eigenlijk af van waar je het meetWanneer een spanning wordt gemeten, kunnen we twee punten nemen en het verschil tussen die twee punten metenDus als we de negatieve sonde aansluiten op de negatieve pool en de positieve sonde op de positieve pool, is er 15V tussen de klemmen van een 15V batterijAls we echter de negatieve sonde aansluiten op de positieve pool en de positieve sonde op de negatieve pool, lezen we in plaats daarvan -15V (Spanning = Joule ÷ Coulomb, 1 Volt = 1 Joule per coulomb)
Hoe wordt spanning gegenereerd?
Weet je nog hoe we eerder zeiden dat er twee soorten spanning zijn? Dit is erg belangrijk als we het hebben over het opwekken van spanning, want bij het creëren van elektrische stroom creëren we eigenlijk EMF en niet het potentiële verschilDus, hoe creëren we een EMF? Er zijn verschillende manieren waarop een EMF kan worden geproduceerd, waaronder elektrochemisch, elektromechanisch, thermisch en zonne-energie
Elektrochemische methoden omvatten batterijen en vertrouwen op chemie om een potentiaalverschil tussen twee terminals te genererenSommige batterijen zijn nat en gebruiken een vloeistof als elektrolyt om ladingen tussen de twee polen te transporteren, terwijl sommige andere batterijen droog zijn
Elektromechanische methoden zijn methoden die mechanische beweging en magnetische velden gebruiken om stroom in draden te inducerenDit is de meest gebruikelijke methode voor elektriciteitsopwekking en is te vinden in elektriciteitscentrales, dynamo's en motoren
Thermische methoden zijn gebaseerd op ongelijksoortige metalen die een spanning over hen produceren wanneer ze met elkaar in contact komen, en worden vaak thermokoppels genoemdPeltier-apparaten zijn apparaten die het temperatuurverschil tussen twee zijden van een speciale halfgeleider omzetten in elektrische energie, die vaak wordt aangetroffen in ruimtemissies (zoals Voyager 1, Voyage 2 en New Horizons).
Zonne-energie wordt genoemd in zijn eigen categorie omdat licht direct wordt omgezet in elektriciteit met behulp van speciale halfgeleideropstellingenDeze technologie zorgt ervoor dat fotovoltaïsche panelen kunnen werken en wordt over de hele wereld steeds populairder als veilige energiebron
Soorten spanning
Er zijn twee soorten spanning: AC- en DC-spanning
Bij gelijkstroom (DC) is de spanning altijd constant en stroomt de elektriciteit in een bepaalde richtingDaarentegen verandert bij wisselstroom (AC) de spanning periodiek van positief naar negatief en van negatief naar positief, en de richting van de stroom verandert ook periodiek dienovereenkomstig
Een andere analogie kan worden gebruikt om wisselstroom en gelijkstroom te illustrerenOm een stroom tot stand te brengen, moeten de elektronen een ordelijke beweging houdenLaten we aannemen dat het elektron een grote doos is die gewoon verplaatst moet wordenals het de grote doos helemaal naar rechts verplaatst (dat is DC), of als ze de doos naar rechts en naar links blijven verplaatsen, wisselende posities (dat is AC)
Hoe werkt spanning met andere spanningen?
Voltage is ongelooflijk eenvoudig en gemakkelijk te bedienen en mee te werkenParallelle spanningen blijven hetzelfde, en spanningen in serie tellen opEen veel voorkomend verschijnsel in de elektronica is dat er een grotere voedingsspanning wordt verkregen dan een enkele batterij kan leverenHoewel er voor een grotere accu kan worden gekozen, is het vaak gemakkelijker om twee identieke accu's in serie te gebruiken waarvan de spanningen bij elkaar opgeteld wordenMaar onthoud dat spanningen een polariteit hebben, wat betekent dat als een batterij wordt omgekeerd, in plaats van toe te voegen aan de totale spanning, deze er in plaats daarvan van wordt afgetrokken
Als je accu's parallel aansluit, moet je er zeker van zijn dat deze accu's allemaal dezelfde spanning hebbenAls twee ongelijksoortige accu's parallel worden aangesloten, zal de grotere accu proberen stroom in de andere accu te duwen, waardoor deze oververhit kan raken en mogelijk in brand kan vliegen
Algemene voorbeelden van veilige spanningsbronnen
Spanningsbronnen zijn op zoveel verschillende plaatsen te vinden, maar alleen omdat ze bestaan, wil nog niet zeggen dat je ze kunt gaan gebruikenZo is verlichting een zeer krachtige bron van elektriciteit, maar een lichtmast bouwen en daar een Arduino op aansluiten dat gaat waarschijnlijk heel slecht aflopenDe hoofdvoeding is meestal een gebruikte stroombron voor projecten, maar het kan ook onveilig zijn om te gebruiken, vooral als er geen scheidingstransformator wordt gebruiktKies daarom altijd een veilige stroombron aan de hand van onderstaande lijst
Kleine zonnecellen (niet die op het dak)
USB
Conclusie
Spanning is een fundamenteel concept in elektronica en het zal waarschijnlijk het enige zijn waar u zich het meest zorgen over maakt bij het ontwerpen van circuitsMeer weten over spanning is dus erg handig in het dagelijks leven
