Tensiunea electrică-potențial. Surse de producere a potențialului

Tensiune electrică

Tensiunea electrică-potențial. Surse de producere a potențialului

Tensiunea electrică este un termen care descrie diferența de potențial electric dintre două puncte ale unui circuit. Este forța care pune în mișcare electronii printr-un conductor și este măsurată în volți (V).

Tensiunea (V) este energia potențială a unei surse electrice stocate sub forma unei sarcini electrice. Tensiunea poate fi considerată ca fiind forța care pune în mișcare electronii într-un conductor și cu cât este mai mare tensiunea, cu atât mai mare este capacitatea ei de a mișca electronii în circuit.

Un exemplu simplu de echipament care utilizează noțiunea de tensiune electrică este bateria. O baterie are două terminale: unul pozitiv și unul negativ. Diferența de potențial dintre aceste două terminale creează tensiunea electrică.

Unități și instrumente

Unități și instrumente de măsură pentru tensiunea electrică

Tensiunea electrică este măsurată în volți (V), iar instrumentul folosit pentru a măsura tensiunea se numește voltmetru. Pentru a măsura tensiunea electrică, cele două sonde ale voltmetrului sunt conectate la două puncte diferite din circuit. Sonda roșie este conectată la punctul cu potențial mai mare, iar sonda neagră este conectată la punctul cu potențial mai mic. Voltmetrul afișează diferența de potențial dintre cele două puncte în volți.

Diferența de tensiune dintre oricare două puncte, conexiuni sau joncțiuni (numite noduri) într-un circuit este cunoscută sub numele de diferența potențială, denumită frecvent cădere de tensiune.

Diferența de potențial dintre două puncte este măsurată în volți, cu simbolul V, sau cu litere mici „v”, cum energia E, litere mici „e”, este uneori folosită pentru a indica o fem (forță electromotoare) sau emf (electromotive force) generată. Atunci, cu cât este mai mare tensiunea, cu atât este mai mare presiunea (sau forța de împingere) și cu atât mai mare este capacitatea de a face lucru.

DC și AC

Tensiunea poate fi continuă, alternativă, pozitivă sau negativă

O sursă de tensiune constantă se numește tensiune DC (direct current), iar o tensiune care variază periodic în timp se numește tensiune AC (alternating current). Tensiunea este măsurată în volți; un volt este definit ca presiunea electrică necesară pentru a forța un curent electric de un amper printr-o rezistență de un ohm.

Tensiunile sunt în general exprimate în volți cu prefixe utilizate pentru a desemna submultipli ai tensiunii, cum ar fi microvolți (μV = 10^-6 V), milivolți (mV = 10^-3 V) sau kilovolți (kV = 10³ V). Tensiunea poate fi pozitivă sau negativă.

Bateriile sau sursele de alimentare sunt utilizate pentru a produce o sursă constantă de tensiune DC (curent continuu), de exemplu 5 V, 12 V, 24 V etc. în circuitele și sistemele electronice. Sursele de tensiune AC (curent alternativ) sunt disponibile pentru alimentarea locuințelor și instalațiilor industriale și pentru iluminatul industrial, precum și pentru transmisii de putere. Alimentarea cu tensiune este de 230 volți AC în Europa și de 110 volți AC în SUA.

Circuitele electronice generale funcționează cu surse de joasă tensiune între 1,5 V și 24 V DC. Simbolul de circuit pentru o sursă de tensiune constantă este reprezentat, de regulă, ca simbolul bateriei cu semnul pozitiv + și negativ -, indicând direcția polarității. Simbolul de circuit pentru o sursă de tensiune alternativă este un cerc cu o undă sinus în interior.

Sursa de tensiune

O sursă de tensiune generează o tensiune de ieșire care, în teorie, nu se schimbă

O sursă de tensiune este un dispozitiv care generează o tensiune de ieșire care, în teorie, nu se schimbă, indiferent de curentul de sarcină.

Am văzut că există două tipuri de elemente în cadrul unui circuit electric sau electronic: elemente pasive și elemente active. Un element activ este cel care este capabil să furnizeze în mod continuu energie unui circuit, cum ar fi o baterie, un generator, un amplificator operațional etc. Un element pasiv, pe de altă parte, sunt elementele fizice, cum ar fi rezistențe, condensatoare, inductori etc., care nu pot genera energie electrică singuri, ci doar o pot consuma.

Tipurile de elemente de circuit active care sunt cele mai importante pentru noi sunt cele care furnizează energie electrică circuitelor sau rețelei conectate la ele. Acestea se numesc „surse electrice”, cele două tipuri de surse electrice fiind sursa de tensiune și sursa de curent. Sursa de curent este, de obicei, mai puțin obișnuită în circuite decât sursa de tensiune, dar ambele sunt utilizate și pot fi considerate ca fiind complementare una alteia.

O sursă electrică sau, pur și simplu, „o sursă” este un dispozitiv care furnizează energie electrică unui circuit sub forma unei surse de tensiune sau a unei surse de curent. Ambele tipuri de surse electrice pot fi clasificate ca surse directe (DC) sau alternative (AC) în care o tensiune constantă este denumită tensiune DC, iar una care variază sinusoidal cu timpul se numește tensiune AC. De exemplu, bateriile sunt surse DC, iar priza de 230 V sau priza de alimentare din locuința dvs. este o sursă AC.

Am spus mai devreme că sursele electrice furnizează energie, dar una dintre caracteristicile interesante ale unei surse electrice este că acestea sunt capabile să transforme energia neelectrică în energie electrică și invers. De exemplu, o baterie transformă energia chimică în energie electrică, în timp ce o mașină electrică, cum ar fi un generator DC sau un alternator AC, transformă energia mecanică în energie electrică.

Tehnologiile regenerabile pot converti energia de la soare, vânt și unde în energie electrică sau termică. Dar, pe lângă convertirea energiei de la o sursă la alta, sursele electrice pot furniza sau absorbi energie, permițând acesteia să circule în ambele direcții.

Caracteristica I-V

Caracteristica volt-amperică descrie comportarea unei surse electrice

O altă caracteristică importantă a unei surse electrice și una care definește funcționarea acesteia este caracteristica ei I-V (caracteristica volt-amperică). Caracteristica I-V a unei surse electrice poate să ne ofere o descriere pictorială a sursei, fie ca o sursă de tensiune, fie ca o sursă de curent, așa cum este prezentat mai jos.

Surse ideale și reale

Sursele electrice pot fi independente, dependente, ideale sau reale

Sursele electrice, atât sursa de tensiune, cât și sursa de curent, pot fi independente (ideale) sau dependente (controlate). Sursele dependente au valori care depind de o tensiune sau un curent din altă parte a circuitului, care poate fi constant sau variabil în timp.

Când ai de a face cu legile și analiza circuitelor, sursele electrice sunt deseori privite ca fiind „ideale”, adică sursa este ideală, deoarece ar putea furniza teoretic o cantitate infinită de energie fără pierdere, având astfel caracteristici reprezentate de o linie dreaptă. Totuși, în surse reale sau practice există întotdeauna o rezistență asociată: conectată în paralel pentru o sursă de curent sau în serie pentru o sursă de tensiune, care influențează ieșirea acesteia.

Sursă de tensiune ideală

O sursă de tensiune ideală menține aceeași tensiune la terminalele sale

O sursă de tensiune, cum ar fi o baterie sau un generator, asigură o diferență de potențial (tensiune) dintre două puncte într-un circuit electric, care permite curentului să circule prin el. Amintiți-vă că tensiunea poate exista fără curent. O baterie este cea mai obișnuită sursă de tensiune pentru un circuit cu tensiunea care apare pe bornele pozitive și negative ale sursei, numită tensiunea terminalelor.

O sursă de tensiune ideală este definită ca un element activ cu două terminale care este capabil să furnizeze și să mențină aceeași tensiune (v) la terminalele sale, indiferent de curentul (i) care trece prin el. Cu alte cuvinte, o sursă de tensiune ideală va furniza o tensiune constantă în orice moment, indiferent de valoarea curentului furnizat, producând o caracteristică I-V reprezentată de o linie dreaptă.

Deci, o sursă de tensiune ideală este cunoscută ca o sursă de tensiune independentă, deoarece tensiunea ei nu depinde de valoarea curentului care circulă prin sursă, nici de direcția acestuia, ci este determinată numai de valoarea sursei. De exemplu, o baterie de automobil are o tensiune terminală de 12 V, care rămâne constantă atâta timp cât curentul prin ea nu devine prea mare, furnizând putere mașinii într-o direcție și absorbind puterea în cealaltă direcție, în timp ce se încarcă.