O napięciu w obwodach elektrycznych mówi się wiele, jednak czym tak naprawdę jest to napięcie prądu elektrycznego? Jakie są jego rodzaje i źródła?
Sprawdź aparaturę elektryczną w hurtowni Onninen
Czym jest napięcie jako wielkość w elektryce?
Napięcie jest jednym z terminów wykorzystywanych w fizyce, a dokładniej w elektryce, oznaczanym symbolem U. W fizyce jest ono definiowane, jako wartość pracy, która jest niezbędna do przeniesienia jednostkowego ładunku, pomiędzy dwoma polami w polu elektrycznym.
W elektryce termin ten tłumaczy się jako różnicę potencjałów elektrycznych między dwoma punktami w obwodzie elektrycznym.
Jednostką, jaka wykorzystywana jest do określenia wartości napięcia, są wolty, oznaczane symbolem V. Napięcie może mieć różne źródła. Najczęściej jest generowane przez baterie, akumulatory, a także specjalne generatory Elementy te odpowiadają za wytwarzanie energii, jaka jest niezbędna do przemieszczania ładunków w obwodzie.
Wraz z napięciem pojawia się często termin natężenie prądu. Oba łączą się ściśle ze sobą, oba odnoszą się do pomiaru ładunków. Różnica polega na tym, że napięcie mierzy siłę, jaka napędza elektrony do przepływu przez obwód, natomiast natężenie określa szybkość przepływu ładunków wewnątrz obwodu. O ile napięcie odpowiada za dostarczenie energii do obwodu, o tyle natężenie określa ilość prądu przepływającego przez kable i przewody.
Do pomiaru napięcia i natężenia prądu płynącego wykorzystywana jest specjalna aparatura elektryczna, pozwalająca na ocenę elementów obwodu w sposób bezpieczny. W instalacjach elektrycznych i sieciach zachowanie bezpieczeństwa jest kluczowe, dlatego w kategorii elektrotechnika dostępne są nie tylko urządzenia pomiarowe, ale i elementy montażowe.
Podstawowe rodzaje napięć: Napięcie stałe, zmienne i przemienne
W praktyce wyróżnia się kilka wariantów napięć elektrycznych. Są to napięcie stałe, zmienne oraz przemienne. Między sobą różnią się one właściwościami, głównie sposobem zmian wartości napięcia w perspektywie czasu, a także zastosowaniem.
Prąd stały oznaczany jako DC cechuje się tym, że utrzymuje stały poziom napięcia w czasie. Prąd elektryczny płynie zawsze w tym samym kierunku, nie zmienia też swojej polaryzacji. Źródłem napięcia w tym przypadku są m.in. baterie lub akumulatory, ale też panele słoneczne, czy zasilacze DC. Ponieważ zapewnia stały poziom napięcia, jest szeroko wykorzystywany w urządzeniach elektronicznych, motoryzacji, czy też systemach oświetlenia LED.
Drugim rodzajem jest napięcie zmienne. W nomenklaturze oznaczane jako AC. Od poprzedniego wariantu różni się tym, że jego wartość zmienia się w czasie. Nie zmienia się jednak to, że prąd stale płynie w jednym kierunku. W praktyce napięcie stałe jest stosowane dość rzadko, głównie w specjalistycznych układach. Wykorzystywany np. w falownikach oraz systemach prostowniczych.
Kolejnym wariantem jest napięcie przemienne. Podobnie jak zmienne, jest ono oznaczane symbolem AC. Od poprzednich różni się tym, że zmienia się nie tylko jego wartość w czasie, ale też kierunek przepływu. Zmiany kierunku występują rytmicznie w odniesieniu do zmian napięcia. Tego typu napięcie jest wytwarzane np. przez generatory prądu przemiennego, sieci energetyczne lub elektrownie. Napięcie elektryczne przemienne jest powszechnie wykorzystywane. Umożliwia transport energii nawet na duże odległości. Stosowane w sieciach elektrycznych dostarczających prąd do domów i innych obiektów poprzez przewody instalacyjne.
Pozostałe rodzaje napięć elektrycznych w obwodach
Pomimo że napięcie stałe, zmienne i przemienne omawiane się najczęściej, to w praktyce wyróżnić można również inne rodzaje. Przykładem może tu być napięcie pulsujące. Jego charakterystyczną cechą jest to, że zmienia się okresowo, ale jego polaryzacja pozostaje stałą. Napięcie pulsujące jest jednym z wariantów napięcia zmiennego. Wartość może zawierać się w przedziale od 0 do maksymalnej wartości układu. Źródłem tego rodzaju napięcia są przekształtniki prądu lub układy prostownicze.
Innym przykładem jest napięcie trójfazowe. Jest jednym z wariantów napięcia przemiennego, charakteryzuje się tym, że występują trzy napięcia sinusoidalne, a każde z nich ma taką samą częstotliwość, przy czym każda z nich jest przesunięta względem siebie o 120°. Ten szczególny rodzaj wykorzystywany jest gdy źródło prądu musi zasilać duże maszyny czy urządzenia przemysłowe, a także sieci energetyczne, w których poszczególne elementy obwodu odpowiadają za transport ładunków o dużej mocy.
Analizując wartości napięcia prądu, wskazać można kolejny rodzaj — napięcie harmoniczne. Jest ono zakłóceniem napięcia przemiennego, o częstotliwości będącej wielokrotnością bazowej częstotliwości sieci. Źródłem są urządzenia elektroniczne oraz silniki elektryczne. Napięcie harmoniczne wpływają niekorzystnie na efektywność działania sieci, a także działających w nich urządzeń, powodują poważne zakłócenia w prawidłowym działaniu odbiorników i sieci energetycznych.