Напон

Напон, електрична потенцијална разлика или електричен притисок претставува разликата во електричниот потенцијал помеѓу две точки. Оваа разлика се дефинира како потребна работа по единица полнеж за да се помести тестен полнеж помеѓу двете точки. Во СИ системот единица мерка е ''волтот'' (џул по кулон).
Напонот може да биде предизвикан од статичното електрично поле, од електричната струја низ магнетно поле, временски различни магнетни полиња или некаква комбинација од овие три. Волтметарот може да се користи за мерење на напонот помеѓу две точки во системот. Најчесто се користи заедничи референтен потенцијал, како што е основата на системот како една од точките. Напонот може да биде извор на енергија. Напонот може да биде извор на енергија (електомоторна сила)изгубена, користена или складирана енергија (потенцијален пад).
1 Математичка дефиниција
Дадени се две точки во простор, <math>x_A</math> and <math>x_B</math>, напонот претставува разлика во електричниот потенцијал помеѓу тие две точки. Од ова може да се докаже дека:
:<math>\Delta V_{BA} = V(x_B) - V(x_A) = - \int_{r_0}^{x_B} \vec{E} \cdot d\vec{l} - \left( - \int_{r_0}^{x_A} \vec{E} \cdot d\vec{l} \right) </math>::::<math> = \int_{x_B}^{r_0} \vec{E} \cdot d\vec{l} + \int_{r_0}^{x_A} \vec{E} \cdot d\vec{l} = \int_{x_B}^{x_A} \vec{E} \cdot d\vec{l}</math>
Електичниот потенцијал претставува енергија на потенцијалот по единечен полнеж, кој се мери во џули по кулон (волт). " Електричниот потенцијал" мора да се разликува од "електричната потенцијална енергија", истакнувајќи дека потенцијалот е количина по единица.
Напонот помеѓу точките A и B е еднаков на работата што треба да се изврши, по единечниот полнеж, против или од електричното поле за да се премести полнењето од A до B. Напонот помеѓу двата краја од патот е вкупната енергија потребна за поместување мал електричен полнеж по таа патека, поделена со големина на полнежот. Математички ова се изразува како линиски интеграл на електричното поле и временскиот чекор на промена на магнетното поле по таа патека. Во општ случај и статичното(непроменето) електично поле мора да биде вклучено во одредѕвање на напонот помеѓу две точки.
Напонот е дефиниран така што неговите наелектризирани тела се придвижуваат кон повисоки напони, додека позитивно наелектизираните тела се придвижувааат кон пониски напони. Затоа конвенционалната струја во жица или отпорник секогаш тече од повисок кон понизок напон. Струјата може да тече од понизок кон повисок напон, но само кога само кога изворот на енергија е присутен за да го "притисне" против спротивното електрично поле. Ова е случај во било кој извор на електрична струја. На пример, во батериите, хемиските реакциии ја обезбедуваат енергијата потребна за електричната енергија кој се движи од негативен кон позитивен терминал.
Електричното поле не е единствениот фактор кој го одредувапротокот на полнежот во материјал, а различни материјали природно развиваат разлики од електричниот потенцијал во рамнотежа. Електричниот потенцијал на материјал не е конкретно дефинирана количина бидејќи варира на субатомска скала. По соодветна дефиниција за напон може да се најде во концептот на Fermi нивото. Во овој случај, напонот помеѓу две тела е термодинамичка работа потребна за поместување на единица на полнеж меѓу нив. Оваа дефиниција е практична бидејќи всушност волтметарот ја мери оваа работа, а не разликата во потенцијалот.
2 Волт
Волт (symbol: ) е изведена единица за електричен потенцијал, разлика во потенцијалот и моторна сила. Волтот е именуван во чест на италијанскот физичар Алесандро Волта(1745&ndash;1827), кој го измислил напонот, но можеби и првата хемиска батерија.
3 Хидраулична аналогија
Едноставна аналогија за електричното коло е вода што тече во затворено коло на гасоводот, управувано од механичка пумпа. Ова може да се нарече "коло на вода". Потенцијалната разлика помеѓу двете точки одговара со разликата на притисокот помеѓу тие две точки. Ако пумпата создава разлики во притисокот помеѓу двете точки, тогаш водата која тече од една точка кон друга ќе може да извршува работа, како што е возење на турбина. Слично на тоа, работата може да се изврши преку електрична струја управувана од потенцијалната разлика обезбедена од батеријата. На пример, напонот обезбеден од доволно наполнета автомобилска батерија може да се "притисне" голема струја низ напотките на стартерот на моторот на автомобилот. Ако пумпата не работи, тогаш таа не произведува разлика во притисокот и турбината нема да работи. Исто така, ако батеријата на автомобилот е слаба или празна, тогаш нема да го вклучи почетниот мотор.
Хидрауличната аналогија е корисен начин за разбирање на многу електрични концепти. Во таков систем работата што се врши за движење на водата е еднаква на односот помеѓу притисокот и волуменот на водата при поместување. Слично на тоа, во електричното коло работата создадена за движење на електрони или други носители на полнежи е еднаква на односот помеѓу "електричниот притисок" и количината на пренесени електрични полнежи. Во однос на "протокот", колку е поголема разликата во притисокот помеѓу две точки (потенцијалната разлика или разликата во притисокот на водата), толку е поголем протокот помеѓу нив.
4 Апликации
Одредување на мерењето напон бара експлицитна и имплицитна спецификација на точките низ кои се мери напонот. Кога се користи волтметарот за мерење на потенцијалната разлика, еден електричен кабел на волтметарот мора да биде поврзан со првата точка, а еден со втората.
Честа употреба на терминот напон се користи во опишување на „напонски пад“ преку електрични уред (како што е отпорник). Нпонскиот пад преку уредот може да се објасни како разлика помеѓу мерењата на секој терминал на уредот во однос на заедничката референтна точка.
Падот на напонот претставува разлика меѓу две читања. Две точки во елетричното коло што се поврзуваат со идеалниот спроводник, а не во менување на магнетното поле, имаат напон од нула и две точки со ист потенцијал може да се поврзат со спроводници и тогаш нема да има струја меѓу нив.
4.1 Додавање на напон
Напонот помеѓу A и C претставува збирот на напоните меѓу A и B и напонот помеѓу B и C. Различните напони во колото може да се пресметаат користејќи го Кичиховиот закон за коло.
Кога станува збор за наизменична струја (AC), постои разлика помеѓу моменталниот напон и просечниот напон. Моменталните напони може да се додадат за еднонасочна струја DC и AC, но просечните напони можат да се додадат значајно само кога се применуваат на сигналите дека сите имаат иста честота и фаза.
5 Мерни инструменти
Инструменти за мерење на напон вклучувајќи го и волтметар се потенциометар и осцилоскоп. Волтметарот работи со мерење на струјата преку фиксен отпор, кој, според Омовиот закон, е пропорционален на напонот преку отпорникот. Потенциомерот работи со балансирање на непознатиот напон против познатиот напон во мостовите. Осцилоскоп на катодните зраци работи со засилување на напонот и го користи за да го оддели воздухот од прав пат така што деформацијата на воздухот е пропорционална на напонот.
6 Типични напони
Вообичаен напон за светлосна батерија е 1,5 волти (DC). Вообичаен напон за автомобилски батерии е 12 волти (DC).
Вообичаените напони на електричните компании за потрошувачите се од 110 до 120 волти (AC) и од 220 до 240 волти (AC). Напонот во далекуводот што се користи за дистрибуција на електрична енергија од електраната може да биде неколку стотици пати повисок од напонот на потрошувачот, обично 110 до 1200 kV (AC).
Напонот што се користи во надземните водови за напојување на железничките локомотиви е помеѓу 12 kV и 50 kV (AC) или помеѓу 1,5 kV и 3 kV (DC).
7 Галвани потенцијал наспроти електрохемиски потенцијал
Во проводен материјал, енергијата на електронот е засегната не само од просечниот електричен потенцијал, туку и од специфичната топлинска и атомска средина во која се наоѓа. Кога волтметарот е поврзан помеѓу два различни типа на метал, тој не ја мери електростатичката разлика на потенцијалот, туку нешто што е под влијание на термодинамиката. Количината измерена со волтметар е негативната разлика во електрохемискиот потенцијал на електронот (нивото на Ферми) поделено со електронски полнеж, додека чистиот неприлагоден електростатички потенцијал (не се мери со волтметар) понекогаш се нарекува галвански потенцијал. Термините "напон" и "електричен потенцијал" се двосмислени по тоа што во пракса можат да се однесуваат на било кој од нив во различни контексти.