Napięcie elektryczne – różnica
potencjałów elektrycznych
między dwoma punktami
obwodu elektrycznego
lub
pola elektrycznego
. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek
pracy
wykonanej podczas przenoszenia
ładunku elektrycznego
między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Wyraża to wzór
przy czym zakłada się, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, iż nie wpływa znacząco na zewnętrzne pole elektryczne.
W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania
pracy
. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od
siły elektromotorycznej
źródła. Rożnica spowodowana spadkiem napięcia na
oporze wewnętrznym
źródła.
Zależność pomiędzy spadkami napięć i siłami elektromotorycznymi w obwodach elektrycznych opisuje
drugie prawo Kirchhoffa
.
Związek napięcia z natężeniem pola elektrycznego
Napięcie elektryczne można określić znając natężenie pola elektrycznego:
Całkowanie
odbywa się pomiędzy punktami A i B, przy czym wartość całki nie zależy od wyboru drogi. Wynika stąd, że napięcie między dwoma punktami może być dodatnie, ujemne, a w szczególnych przypadkach – równe zero.
Napięcie elektryczne otwartego źródła prądu
Napięcie elektryczne otwartego
źródła prądu
(bez poboru prądu) równe jest
sile elektromotorycznej
(SEM) tego źródła, co wynika z zależności:
gdzie:
- U – napięcie na zaciskach źródła,
- ε – siła elektromotoryczna,
- Rw – opór wewnętrzny źródła,
- I – natężenie prądu pobieranego ze źródła.
Dla otwartego źródła: I = 0, zatem
Jednostka napięcia
Jednostką napięcia jest
wolt
(V). Między dwoma punktami pola elektrycznego jest napięcie 1
V
, jeżeli do przeniesienia między tymi punktami ładunku 1
C
potrzebna jest praca 1
J
a wymiar wolta
Napięcie w obwodach prądu zmiennego
W obwodach prądu zmiennego napięcie może być opisane przy pomocy kilku pojęć, są to: wartość chwilowa, skuteczna, średnia i maksymalna.
Wartość skuteczną Usk napięcia elektrycznego okresowego o okresie T określa się wzorem:
Wartością średnią Uśr napięcia określa się napięcie o wartości:
Dla napięcia przemiennego sinusoidalnego, którego przebieg można opisać wzorem:
wartość skuteczna napięcia wynosi:
gdzie:
- u(t) - napięcie chwilowe w funkcji czasu t,
- Umax – napięcie maksymalne, równe jego
amplitudzie
,
- ω –
pulsacja
,
- φ – faza początkowa.
W
sieciach niskiego napięcia
w Polsce napięcie skuteczne fazowe (mierzone między przewodem fazowym, czyli będącym pod napięciem, a ziemią) wynosi 230
V
, zaś międzyfazowe (mierzone między przewodami dwóch faz) 400 V, co odpowiada amplitudom: Umax ≈ 325 V i 563 V. Pomiędzy napięciem fazowym Uf a międzyfazowym Umf sieci 3-fazowej zachodzi następująca zależność:
Zobacz też