Ключевая разница – ток против напряжения
В электрическом поле на электрические заряды действует сила, действующая на них; таким образом, заряженная частица должна совершить работу, чтобы переместиться из одной точки электрического поля в другую точку. Эта работа определяется как разность электрических потенциалов между этими двумя точками. Разность электрических потенциалов также называется напряжением между двумя точками. Движение или поток электрических зарядов под действием разности потенциалов называется электрическим током. Ключевое различие между током и напряжением заключается в том, что ток всегда включает движение электрических зарядов в электрическом поле, тогда как напряжение не связано с потоком зарядов. Напряжение возникает только из-за наличия несбалансированного заряда.
Что такое напряжение?
Поскольку в атоме одинаковое количество протонов и электронов, вся стабильная материя во Вселенной электрически сбалансирована. Однако положительно или отрицательно заряженные частицы могут иметь больше или меньше электронов, чем протоны, из-за внешних физических и химических воздействий. При скоплении одинаковых зарядов возникает электрическое поле, придающее каждой точке вокруг себя электрический потенциал или напряжение. Напряжение можно рассматривать как наиболее фундаментальное свойство электричества. Он измеряется в вольтах (В) с помощью вольтметра.
Электрический потенциал в точке всегда рассматривается как разность между двумя точками, или в конкретной точке напряжение рассматривается относительно бесконечности, где потенциал равен нулю. С точки зрения электрической цепи земля рассматривается как точка с нулевым потенциалом; следовательно, напряжение в каждой точке цепи измеряется относительно земли (или земли).
Напряжение может возникать в результате многих естественных или вынужденных явлений. Молния является примером напряжения, вызванного естественным явлением; сотни миллионов напряжения возникают в облаке из-за трения. В очень малых масштабах батарея вырабатывает напряжение в результате химической реакции, накапливая заряженные ионы на положительных (анод) и отрицательных (катод) клеммах. Фотогальванические элементы, входящие в состав солнечных панелей, генерируют напряжение в результате высвобождения электронов из полупроводникового материала, поглощающего солнечный свет. Аналогичный эффект можно увидеть в фотодиодах, используемых в камерах для определения уровня окружающего освещения.
Что такое течение?
Течение – это течение чего-либо, например, морской воды или атмосферного воздуха. В электрическом контексте поток электрических зарядов, чаще всего поток электронов через проводник, известен как электрический ток. Сила тока измеряется в амперах (А) с помощью амперметра. Ампер определяется как кулон в секунду и пропорционален разности напряжений между двумя точками, где протекает ток.
Рисунок 01: Простая электрическая цепь
Как показано на рисунке 01, когда ток проходит через чистое сопротивление R, отношение напряжения к току равно R. Это представлено в законе Ома, который задается как:
V=I x R
Если напряжение dV изменяется на катушке, также известной как индуктор, ток dI через катушку изменяется в соответствии с:
dI=1/L∫dV dt
Здесь L - индуктивность катушки. Это происходит потому, что катушка устойчива к изменению напряжения на ней и создает противонапряжение.
В случае конденсатора изменение тока через него dI выглядит следующим образом:
dI=C (dV/dt)
Здесь C - емкость. Это связано с разрядкой и зарядкой конденсатора в зависимости от изменения напряжения.
Рисунок 02: Правило правой руки Флеминга
Когда проводник движется поперек магнитного поля, в проводнике возникает ток, а затем и напряжение в соответствии с правилом правой руки Флеминга.
Это основа электрического генератора, в котором ряд проводников быстро вращается в магнитном поле. Как объяснялось в предыдущем разделе, накопление зарядов создает напряжение в батарее. Когда провод соединяет две клеммы, по проводу начинает течь ток, то есть электроны в проводе движутся из-за разницы напряжений между клеммами. Чем больше сопротивление провода, тем больше ток и тем быстрее разряжается батарея. Точно так же нагрузка с более высоким энергопотреблением потребляет более высокий ток от источника питания. Например, для лампы мощностью 100 Вт, подключенной к источнику питания 230 В, потребляемый ею ток можно рассчитать как:
P=V ×I
I=100 Вт ÷ 230 В
I=0,434 А
Здесь, когда мощность выше, потребляемый ток будет высоким.
В чем разница между напряжением и током?
Напряжение и ток |
|
| Напряжение определяется как разность электрической потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле. | Ток определяется как движение электрических зарядов под действием разности потенциалов энергии в электрическом поле. |
| Вхождение | |
| Выход напряжения из-за наличия электрических зарядов. | Ток производится движением зарядов. Нет тока со статическими электрическими зарядами. |
| Зависимость | |
| Напряжение может существовать без создания тока; например, в батареях. | Ток всегда зависит от напряжения, так как ток заряда не может происходить без разности потенциалов. |
| Измерение | |
| Напряжение измеряется в вольтах. Она всегда измеряется относительно другой точки, по крайней мере нейтральной земли. Таким образом, измерение напряжения упрощается, поскольку цепь для размещения измерительных клемм не разрывается. | Ток измеряется в амперах и измеряется в проводнике. Измерение тока является более сложным, так как проводник должен быть разорван, чтобы разместить измерительные клеммы, или должны использоваться сложные клещевые амперметры. |
Резюме – Напряжение по сравнению с током
В электрическом поле разность потенциалов между любыми двумя точками называется разностью потенциалов. Для генерации тока всегда должна быть разность напряжений. В источнике напряжения, таком как фотоэлемент или батарея, напряжение возникает из-за накопления зарядов на клеммах. Если эти клеммы соединены проводом, ток начинает течь из-за разницы напряжений между клеммами. Согласно закону Ома сила тока в проводнике изменяется пропорционально напряжению. Хотя ток и напряжение связаны между собой сопротивлением, ток не может существовать без напряжения. Это разница между током и напряжением.
