Nøgleforskel – strøm vs spænding
I et elektrisk felt påvirkes elektriske ladninger af en kraft, der virker på dem; derfor skal der arbejdes på en ladet partikel for at bevæge sig fra et punkt i et elektrisk felt til et andet punkt. Dette arbejde er defineret som den elektriske potentialforskel mellem disse to punkter. Elektrisk potentialforskel kaldes også spænding mellem to punkter. En bevægelse eller en strøm af elektriske ladninger under påvirkning af potentialforskellen er kendt som en elektrisk strøm. Den vigtigste forskel mellem strøm og spænding er, at en strøm altid involverer en bevægelse af elektriske ladninger under et elektrisk felt, mens spænding ikke involverer en strøm af ladninger. En spænding opstår kun på grund af eksistensen af en ubalanceret ladning.
Hvad er spænding?
Da et atom har det samme antal protoner og elektroner, er alt stabilt stof i universet elektrisk afbalanceret. Positivt eller negativt ladede partikler kan dog have flere eller færre elektroner end protoner på grund af eksterne fysiske og kemiske effekter. Under en samling af lignende ladninger opstår der et elektrisk felt, der giver elektrisk potentiale eller en spænding til hvert punkt omkring det. Spænding kan behandles som den mest fundamentale egenskab i elektricitet. Den måles i volt (V) ved hjælp af et voltmeter.
Det elektriske potentiale i et punkt betragtes altid som en forskel mellem to punkter, eller i et bestemt punkt betragtes spændingen i forhold til uendeligheden, hvor potentialet er nul. I det elektriske kredsløbs synspunkt betragtes jorden som et nul-potentialepunkt; derfor måles spændingen i hvert punkt på kredsløbet i forhold til jorden (eller jorden).
Der kan opstå en spænding som følge af mange naturlige eller forcerede fænomener. Lyn er et eksempel på spænding på grund af naturlig forekomst; hundreder af millioner af en spænding opstår i en sky på grund af friktion. I en meget lille skala producerer et batteri en spænding ved en kemisk reaktion, der akkumulerer ladede ioner i de positive (anode) og de negative (katode) terminaler. Fotovoltaiske celler inkluderet i solpaneler genererer en spænding som et resultat af elektronfrigivelse fra halvledermaterialet, der absorberer sollys. En lignende effekt kan ses i fotodioder, der bruges i kameraer til at detektere det omgivende lysniveau.
Hvad er en strøm?
En strøm er en strøm af noget, såsom havvandet eller atmosfærisk luft. I en elektrisk sammenhæng er en strøm af elektriske ladninger, oftest en strøm af elektroner gennem en leder, kendt som en elektrisk strøm. Strøm måles i ampere (A) med et amperemeter. Ampere er defineret som coulombs per sekund og er proportional med spændingsforskellen mellem to punkter, hvor strømmen løber.
Figur 01: Et simpelt elektrisk kredsløb
Som vist i figur 01, når strømmen passerer gennem en ren modstand R, er forholdet mellem spænding og strøm lig med R. Dette er indført i Ohms lov, som er givet som:
V=I x R
Hvis spændingen dV ændrer sig over en spole, også kendt som en induktor, ændres en strøm dI gennem spolen i overensstemmelse med:
dI=1/L∫dV dt
Her er L spolens induktans. Dette sker, da spolen er modstandsdygtig over for spændingsændringen over den og producerer en modspænding.
I tilfælde af en kondensator er ændringen af strømmen over den dI som følger:
dI=C (dV/dt)
Her er C kapacitansen. Dette skyldes afladning og opladning af kondensatoren i henhold til spændingsvariationen.
Figur 02: Flemings højrehåndsregel
Når en leder bevæger sig over et magnetfelt, produceres en strøm og efterfølgende en spænding over lederen i henhold til Flemings højrehåndsregel.
Dette er grundlaget for den elektriske generator, hvor en række ledere hurtigt roterer hen over et magnetfelt. Som forklaret i det foregående afsnit danner akkumulering af ladninger en spænding i et batteri. Når en ledning forbinder de to terminaler, begynder der at løbe en strøm langs ledningen, det vil sige, at elektroner i ledningen bevæger sig på grund af spændingsforskellen mellem terminalerne. Større modstanden af ledningen, jo større strømmen er, og jo hurtigere løber batteriet ud. På samme måde trækker en højere strømforbrugende belastning en højere strøm fra forsyningen. For eksempel kan en 100W lampe tilsluttet en 230V forsyning, den strøm den trækker kan beregnes som:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Her, når strømmen er højere, vil strømforbruget være højt.
Hvad er forskellen mellem spænding og strøm?
Spænding vs. strøm |
|
| Spænding er defineret som den elektriske potentielle energiforskel mellem to punkter i et elektrisk felt. | Strøm er defineret som bevægelsen af elektriske ladninger under en potentiel energiforskel i et elektrisk felt. |
| Forekomst | |
| Spændingen går ud på grund af, at der findes elektriske ladninger. | Current produceres med en bevægelse af ladninger. Der er ingen strøm med statiske elektriske ladninger. |
| Dependency | |
| Spænding kan eksistere uden at producere en strøm; f.eks. i batterier. | Strøm afhænger altid af spændingen, da et ladningsflow ikke kan forekomme uden en potentialforskel. |
| Measurement | |
| Spænding måles i volt. Det måles altid i forhold til et andet punkt, i det mindste den neutrale jord. Derfor er måling af spænding let, da et kredsløb ikke er brudt for at placere måleterminalerne. | Strøm måles i ampere og måles over en leder. Måling af strøm er vanskeligere, da lederen skal brydes for at placere måleklemmerne, eller der bør bruges sofistikerede spændeamperemeter. |
Oversigt – spænding vs. strøm
I et elektrisk felt kaldes potentialforskellen mellem to vilkårlige punkter som spændingsforskel. Der skal altid være en spændingsforskel for at generere en strøm. I en spændingskilde som en fotocelle eller et batteri opstår der en spænding på grund af akkumulering af ladninger ved terminalerne. Hvis disse terminaler er forbundet med en ledning, begynder en strøm at flyde på grund af spændingsforskellen mellem terminalerne. Ifølge Ohms lov ændres strømmen i en leder proportion alt med spændingen. Selvom strøm og spænding er forbundet med modstanden, kan strøm ikke eksistere uden en spænding. Dette er forskellen mellem strøm og spænding.
