Βασική διαφορά – Ρεύμα έναντι τάσης
Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα ηλεκτρικά φορτία επηρεάζονται από μια δύναμη που ασκεί πάνω τους. Επομένως, πρέπει να γίνει εργασία σε ένα φορτισμένο σωματίδιο για να μετακινηθεί από ένα σημείο ενός ηλεκτρικού πεδίου σε ένα άλλο σημείο. Αυτό το έργο ορίζεται ως η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ αυτών των δύο σημείων. Η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού ονομάζεται επίσης τάση μεταξύ δύο σημείων. Μια κίνηση ή μια ροή ηλεκτρικών φορτίων υπό την επίδραση της διαφοράς δυναμικού είναι γνωστή ως ηλεκτρικό ρεύμα. Η βασική διαφορά μεταξύ ρεύματος και τάσης είναι ότι ένα ρεύμα περιλαμβάνει πάντα μια κίνηση ηλεκτρικών φορτίων κάτω από ένα ηλεκτρικό πεδίο ενώ η τάση δεν περιλαμβάνει ροή φορτίων. Η τάση εμφανίζεται μόνο λόγω της ύπαρξης μη ισορροπημένης φόρτισης.
Τι είναι η τάση;
Δεδομένου ότι ένα άτομο έχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων, όλη η σταθερή ύλη στο σύμπαν είναι ηλεκτρικά ισορροπημένη. Ωστόσο, τα θετικά ή αρνητικά φορτισμένα σωματίδια μπορεί να έχουν περισσότερα ή λιγότερα ηλεκτρόνια από πρωτόνια λόγω εξωτερικών φυσικών και χημικών επιδράσεων. Κάτω από μια συγκέντρωση παρόμοιων φορτίων, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο που δίνει ηλεκτρικό δυναμικό ή μια τάση σε κάθε σημείο γύρω από αυτό. Η τάση μπορεί να αντιμετωπιστεί ως η πιο θεμελιώδης ιδιότητα στον ηλεκτρισμό. Μετράται σε βολτ (V) χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο.
Το ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα σημείο θεωρείται πάντα ως διαφορά μεταξύ δύο σημείων, ή σε ένα συγκεκριμένο σημείο, η τάση θεωρείται σε σχέση με το άπειρο όπου το δυναμικό είναι μηδέν. Από την άποψη του ηλεκτρικού κυκλώματος, η γη θεωρείται ως σημείο μηδενικού δυναμικού. Ως εκ τούτου, η τάση σε κάθε σημείο του κυκλώματος μετράται σε σχέση με τη γη (ή τη γείωση).
Μια τάση μπορεί να παράγεται ως αποτέλεσμα πολλών φυσικών ή εξαναγκασμένων φαινομένων. Ο κεραυνός είναι ένα παράδειγμα τάσης λόγω φυσικής εμφάνισης. εκατοντάδες εκατομμύρια τάσης εμφανίζεται σε ένα σύννεφο λόγω τριβής. Σε πολύ μικρή κλίμακα, μια μπαταρία παράγει τάση με μια χημική αντίδραση, συσσωρεύοντας φορτισμένα ιόντα στους θετικούς (Άνοδος) και στους αρνητικούς (Κάθοδος) ακροδέκτες. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία που περιλαμβάνονται στα ηλιακά πάνελ παράγουν τάση ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης ηλεκτρονίων από το υλικό ημιαγωγών που απορροφά το ηλιακό φως. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα μπορεί να παρατηρηθεί στις φωτοδίοδοι που χρησιμοποιούνται σε κάμερες για την ανίχνευση του επιπέδου φωτός του περιβάλλοντος.
Τι είναι το ρεύμα;
Ένα ρεύμα είναι η ροή κάτι, όπως το θαλασσινό νερό ή ο ατμοσφαιρικός αέρας. Σε ένα ηλεκτρικό πλαίσιο, μια ροή ηλεκτρικών φορτίων, συνηθέστερα μια ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού, είναι γνωστή ως ηλεκτρικό ρεύμα. Το ρεύμα μετριέται σε αμπέρ (Α) με ένα αμπερόμετρο. Το αμπέρ ορίζεται ως κουλόμπ ανά δευτερόλεπτο και είναι ανάλογο της διαφοράς τάσης μεταξύ δύο σημείων όπου ρέει το ρεύμα.
Εικόνα 01: Ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα
Όπως φαίνεται στο σχήμα 01, όταν το ρεύμα διέρχεται από μια καθαρή αντίσταση R, ο λόγος τάσης προς ρεύμα είναι ίσος με R. Αυτό εισάγεται στο νόμο του Ohm που δίνεται ως:
V=I x R
Εάν η τάση dV αλλάζει σε ένα πηνίο, γνωστό και ως επαγωγέας, ένα ρεύμα dI μέσω του πηνίου αλλάζει σύμφωνα με:
dI=1/L∫dV dt
Εδώ, L είναι η αυτεπαγωγή του πηνίου. Αυτό συμβαίνει επειδή το πηνίο είναι ανθεκτικό στην αλλαγή της τάσης κατά μήκος του και παράγει αντίθετη τάση.
Στην περίπτωση ενός πυκνωτή, η μεταβολή του ρεύματος κατά μήκος του dI είναι η εξής:
dI=C (dV/dt)
Εδώ, C είναι η χωρητικότητα. Αυτό οφείλεται στην εκφόρτιση και φόρτιση του πυκνωτή σύμφωνα με τη διακύμανση της τάσης.
Εικόνα 02: Ο κανόνας του δεξιού χεριού του Fleming
Όταν ένας αγωγός κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, ένα ρεύμα και στη συνέχεια μια τάση παράγεται στον αγωγό σύμφωνα με τον κανόνα του δεξιού χεριού του Fleming.
Αυτή είναι η βάση της ηλεκτρικής γεννήτριας στην οποία μια σειρά αγωγών περιστρέφεται γρήγορα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Όπως εξηγήθηκε στην προηγούμενη ενότητα, η συσσώρευση φορτίων δημιουργεί τάση σε μια μπαταρία. Όταν ένα καλώδιο συνδέει τους δύο ακροδέκτες, ένα ρεύμα αρχίζει να ρέει κατά μήκος του σύρματος, δηλαδή, τα ηλεκτρόνια στο καλώδιο κινούνται λόγω της διαφοράς τάσης μεταξύ των ακροδεκτών. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του καλωδίου, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα και τόσο πιο γρήγορα αδειάζει η μπαταρία. Ομοίως, ένα υψηλότερο φορτίο που καταναλώνει ενέργεια αντλεί υψηλότερο ρεύμα από την παροχή. Για παράδειγμα, ένας λαμπτήρας 100W συνδεδεμένος σε τροφοδοσία 230V, το ρεύμα που αντλεί μπορεί να υπολογιστεί ως:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Εδώ, όταν η ισχύς είναι υψηλότερη, το ρεύμα κατανάλωσης θα είναι υψηλό.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ τάσης και ρεύματος;
Τάση έναντι ρεύματος |
|
| Τάση ορίζεται ως η διαφορά ηλεκτρικής δυναμικής ενέργειας μεταξύ δύο σημείων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. | Το ρεύμα ορίζεται ως η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων κάτω από μια διαφορά δυναμικής ενέργειας σε ένα ηλεκτρικό πεδίο. |
| Συμβάντο | |
| Η τάση εξέρχεται λόγω ύπαρξης ηλεκτρικών φορτίων. | Το ρεύμα παράγεται με μια κίνηση χρεώσεων. Δεν υπάρχει ρεύμα με στατικά ηλεκτρικά φορτία. |
| Εξάρτηση | |
| Η τάση μπορεί να υπάρχει χωρίς να παράγει ρεύμα. για παράδειγμα, σε μπαταρίες. | Το ρεύμα εξαρτάται πάντα από την τάση, καθώς μια ροή φόρτισης δεν μπορεί να συμβεί χωρίς διαφορά δυναμικού. |
| Μέτρηση | |
| Η τάση μετριέται σε Volt. Μετριέται πάντα σε σχέση με ένα άλλο σημείο, τουλάχιστον την ουδέτερη γη. Επομένως, η μέτρηση της τάσης είναι εύκολη αφού δεν έχει σπάσει ένα κύκλωμα για να τοποθετηθούν οι ακροδέκτες μέτρησης. | Το ρεύμα μετριέται σε Amperes και μετράται κατά μήκος ενός αγωγού. Η μέτρηση του ρεύματος είναι πιο δύσκολη αφού ο αγωγός πρέπει να σπάσει για να τοποθετηθούν οι ακροδέκτες μέτρησης ή θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν εξελιγμένα αμπερόμετρα σύσφιξης. |
Σύνοψη – Τάση έναντι ρεύματος
Σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, η διαφορά δυναμικού μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων ονομάζεται διαφορά τάσης. Πρέπει πάντα να υπάρχει διαφορά τάσης για να δημιουργηθεί ρεύμα. Σε μια πηγή τάσης όπως ένα φωτοκύτταρο ή μια μπαταρία, εμφανίζεται μια τάση λόγω της συσσώρευσης φορτίων στους ακροδέκτες. Εάν αυτοί οι ακροδέκτες είναι συνδεδεμένοι με ένα καλώδιο, ένα ρεύμα αρχίζει να ρέει λόγω της διαφοράς τάσης μεταξύ των ακροδεκτών. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, το ρεύμα σε έναν αγωγό αλλάζει αναλογικά με την τάση. Αν και το ρεύμα και η τάση συνδέονται μεταξύ τους με την αντίσταση, το ρεύμα δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς τάση. Αυτή είναι η διαφορά μεταξύ ρεύματος και τάσης.
