Električni napon

Izvor: Wikipedia
Elektrotehnika
VFPt Solenoid correct2.svg
Elektricitet  Magnetizam

Električni napon je razlika električnih potencijala između dve točke u prostoru. Izražava se u voltima. Jedinica za napon je dobila ime po italijanskom fizičaru Alessandru Volti, koji je izumitelj prve kemijske baterije.

Objašnjenje[uredi - уреди]

Razlika električnih potencijala se može definirati kao uzrok kretanja elektriciteta kroz provodnik. U doba otkrića postojanja napona se pojam sile još uvijek upotrebljavao nedovoljno precizno pa se i razlika potencijala tada nazivala elektromotorna sila (skraćenica ems, što se i danas ponekad koristi).

Naponska razlika[uredi - уреди]

Naponska razlika u električnom polju, kakvo postoji između dve točke u elektrinom kolu, je isto što i potencijalna razlika, razlika električnih potencijala. Ova razlika je razmjerna elektrostatičkoj sili koja gura elektrone (ili druge nosioce naboja) iz jedne točke u drugu. Potencijalna razlika, električni potencijal i elektromotorna sila se izražavaju u voltima (simbol V), što je razlog da se uobičajeno koristi izraz "voltaža".

Napon je aditivan u sljedećem smislu: napon između točaka A i C je jednak zbiru napona između točaka A i B i napona između točaka B i C. Dvije točke u električnom kolu spojene idealnim provodnikom, bez otpora i bez promjenjivog magnetnog polja, imaju razliku potencijala nula. Potencijalna razlika može biti nula i između nekakve druge dve točke. Ako se dvije takve točke spoje provodnikom, neće proticati nikakva električna struje kroz provodnik. Razni naponi u električnom kolu mogu biti proračunavani upotrebom Kirchhoffovih zakona.

Napon je osobina električnog polja, a ne pojedinačnih elektrona. Elektron koji se kreće duž potencijalne razlike doživljava promenu energije, često predstavljenu u elektron-voltima. Ovaj efekt je sličan onom kada tijelo pada sa neke visine u gravitacijskom polju.

Hidraulična analogija[uredi - уреди]

Ako potražimo analogiju za električno kolo, može ga se zamisliti kao mrežu cijevi kroz koje protječe voda pokretana pumpama (npr. bez prisustva gravitacije) tada je razlika potencijala analogna razlici pritisaka između dve točke. Ako postoji razlika pritisaka između dvije točke tada voda može teći od prve do druge točke i vršiti nekakav rad, recimo pokretati turbinu.

Ovakva analogija je korisna za učenje osnovnih pojmova. U hidrauličnom sistemu je rad uložen za pokretanje vode jednak proizvodu pritiska i količine pokrenute vode. Slično, u električnom kolu je rad uložen u pokretanje elektrona jednak proizvodu napona (pritisak kod vode) i količini elektrona (ili drugog nosioca naboja). Napon ovdje na prikladan način služi da se kvantificira sposobnost za vršenje rada.

Definicija[uredi - уреди]

Razlika električnog potencijala se definira kao količina rada po naboju potrebnog da se naboju premjesti iz druge točke u prvu, ili potpuno ekvivalentno, količina rada koji naboj uradi tokom kretanja od prve do druge točke. Razlika potencijala između dve točke a i b je linijski integral električnog polja E:

V_a - V_b = \int _a ^b \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l}

Korisne formule[uredi - уреди]

Jednosmjerna struja[uredi - уреди]

 U = \sqrt{PR}
 U = \frac{P}{I}
 U = IR \!\

Gdje je U=napon, I=struja, R=otpor, P=snaga

Izmjenična struja[uredi - уреди]

 U = \frac{P}{I\cos\theta}
 U = \frac{\sqrt{PZ}}{\sqrt{\cos\theta}} \!\
 U = \frac{IR}{\cos\theta}

Gdje je U=napon, I=struja, R=otpor, P=snaga, Z=impendansa, θ=fazna razlika između napona i struje

Mjerni uređaji[uredi - уреди]

Međunarodni znak za visoki napon.

Instrumenti kojima se mjeri potencijalna razlika mogu biti voltmetar, potenciometar i osciloskop. Voltmetar radi mjereći struju (u skladu sa Omovim zakonom) kroz otpornik. Potenciometar radi tako što poredi nepoznat napon sa poznatim naponom u mjernom mostu. Osciloskop (uglavnom sa katodnom cijevi) radi tako što se pojačava potencijalna razlika koja potom skreće elektronski mlaz sa pravog puta (proporcionalno naponu) što se potom vidi prema tragu koji mlaz ostavlja na zaslonu cijevi.

Široko rasprostranjeni voltmetri današnjice se zovu digitalni voltmetri jer se rezultat prikazuje na cifarskom displeju. Ranije su bili popularni tzv. analogni voltmetri koji su imali kretni kalem i kazaljku, a očitavanje mjerene vrijednosti se vršilo na osnovu otklona kazaljke na izbaždarenoj skali.

Izvori i opasnost od visokog napona[uredi - уреди]

Čovjek je smislio razne vrste izvora struje koji su u stanju na jednom priključku stvarati negativni, a na drugom pozitivni potencijal. Visina napona među priključcima različita je kod raznih izvora struje. Napon novog baterijskog članka na bazi cinka i ugljena iznosi nešto preko 1,5 V. Za uređaje koji rade na višem naponu, izrađuju se baterije sa nekoliko serijski spojenih članaka, pa se tako dobivaju baterije s naponom od 3 ili 4,5 ili 9 V. Europske gradske električne mreže imaju napon od 230 V.

Tako visok napon opasan je za ljude i životinje, jer može kroz čovjeka protjerati po život opasnu struju. Zbog toga, ne dira se u električnu instalaciju gradske mreže prije isključenja osigurača koji prekidaju dovođenje napona na kućnu instalaciju.

Još su daleko veći naponi u vodovima dalekovoda, visokonaponskih transformatora ili visokonaponskih kabela, gdje dosižu desetke pa i stotine tisuća volti. Takvi naponi mogu stvoriti i električni luk, kojim se strujni udar može prenijeti i kroz zrak, ako se objekt ili osoba u kontaktu sa zemljom previše približi vodu pod visokim naponom.

Veze[uredi - уреди]