Diferența de potențial electric

Diferența de potențial electric , numită și tensiune , indică diferența dintre potențialul electric al a două puncte din spațiu . Coincide cu tensiunea electrică (uneori indicată în mod necorespunzător cu termenul de tensiune , francezism derivat din tensiune ) ^[1] și indică energia sau munca necesară separării încărcărilor electrice de semn opus în constanță a unor alte mărimi fizice.

Este diferența dintre energia electrică potențială pe care o posedă o sarcină în cele două puncte datorită prezenței unui câmp electric , împărțit la valoarea sarcinii în sine. În condiții staționare, este egal cu munca depusă pentru a muta o sarcină unitară pe câmp de la un punct la altul, schimbată în semn. Se măsoară cu un voltmetru , de obicei integrat într-un „ tester ” electric. În cadrul sistemului internațional de unități , unitatea de măsură a diferenței de potențial electric este voltul (V).

Istorie

Definiția „tensiunii electrice” se datorează lui Alessandro Volta , care, alături de conceptele de „ capacitate electrică ” și „ încărcare electrică ”, folosește pentru prima dată conceptul de „tensiune electrică” pentru a explica proprietățile intensive și extinse ale electricitate . Volta vorbește despre asta în studiile sale referitoare la descoperirea grămezii voltaice (prima baterie electrochimică ).

Analize

Analogie între un circuit hidraulic (stânga) și un circuit electric (dreapta): diferența de potențial electric între cele două puncte A și B ale circuitului electric este analogă diferenței de presiune dintre cele două puncte A și B ale sistemului hidraulic corespunzător circuit. Figura indică, de asemenea, următoarele dispozitive, care sunt similare între ele:
1 - pompă hidraulică / generator de tensiune;
2 - turbină / bec;
3 - supapă / rezistor de laminare;
4 - supapă de închidere / întrerupător.

Într-un circuit electric alimentat de un generator de tensiune ideal, diferența de potențial electric între cei doi poli ai generatorului este egală cu forța electromotivă . Crește cu cât crește sarcina electrică totală, distanța și rezistența electrică dintre sarcini electrice cresc . În cazul unui generator real, tensiunea la capetele generatorului este mai mică din cauza căderii potențiale legate de rezistența internă a generatorului. ^[2]

Energia furnizată de generator poate fi disipată în circuit în diferite moduri, de exemplu prin sarcini rezistive sau supratensiuni , dacă sunt prezente celule electrochimice .

Făcând o analogie cu un circuit hidraulic, diferența de presiune poate fi asociată cu diferența de presiune generată într-o conductă închisă umplută cu lichid cu capetele plasate la înălțimi diferite: tensiunea dintre două puncte ale circuitului electric corespunde diferența de presiune între două puncte ale circuitului hidraulic. Diferența de potențial între polii generatorului electric poate fi văzută ca diferența de presiune a rezervoarelor circuitului hidraulic analog și disiparea energiei electrice ca o consecință a fricțiunii lichidului cu pereții interni ai conductei. În cele din urmă, intensitatea curentului electric care curge în conductor poate fi pusă în analogie cu debitul lichidului din tub.

În această analogie, la fel cum fluxul de apă poate funcționa prin curgerea de la un punct de presiune ridicată la un punct de presiune scăzută, de exemplu prin acționarea unei turbine , în același mod încărcăturile care se deplasează între două puncte cu potențial diferit constituie un curent electric, care poate alimenta, de exemplu, un motor electric sau poate furniza altfel energie sub alte forme.

Tensiunea într-un câmp electric static

Tensiunea electrică pe o cale este definită ca cantitatea de lucru pe unitate de încărcare dezvoltată de câmpul electric pentru a muta o sarcină electrică și, prin urmare, este echivalentă cu integrala liniei câmpului electric de-a lungul curbei considerate ca cale. Deoarece câmpul este conservator în condiții staționare, el admite potențial și, prin urmare, integrala liniară a câmpului electric depinde doar de extremele integrării. În acest caz, tensiunea este egală cu diferența de potențial , iar integralul este zero pe orice linie închisă.

În mod explicit, diferența de potențial $V.$ ${\ displaystyle V}$ $V.$ între două puncte a și b este integralul câmpului electric E de -a lungul oricărei linii $L$ ${\ displaystyle l}$ $L$ care conectează cele două puncte:

V_{b}-V_{a}=-\int _{a}^{b}{\vec {E}}\cdot \operatorname {d} {\vec {l}}=-\int _{a}^{b}E\cos \varphi \operatorname {d} l

{\ displaystyle V_ {b} -V_ {a} = - \ int _ {a} ^ {b} {\ vec {E}} \ cdot \ operatorname {d} {\ vec {l}} = - \ int _ {a} ^ {b} E \ cos \ varphi \ operatorname {d} l}

{\ displaystyle V_ {b} -V_ {a} = - \ int _ {a} ^ {b} {\ vec {E}} \ cdot \ operatorname {d} {\ vec {l}} = - \ int _ {a} ^ {b} E \ cos \ varphi \ operatorname {d} l}

unde este $\cdot$ ${\ displaystyle \ cdot}$ $\ cdot$ reprezintă produsul scalar și φ unghiul dintre vectorul câmpului electric și vectorul de deplasare $d{\vec {l}}$ ${\ displaystyle d {\ vec {l}}}$ ${\ displaystyle d {\ vec {l}}}$ .

Forța electromotivă indusă de un câmp magnetic variabil

Același subiect în detaliu: Legea lui Faraday .

Într-o bobină care cuprinde o suprafață traversată de un flux magnetic , se generează o forță electromotivă proporțională cu rata de variație a fluxului în timp.

De asemenea, se generează o diferență de potențial între capetele unui conductor electric care se mișcă perpendicular pe un câmp magnetic .

Forța electromotivă generată de proprietățile electrochimice

Același subiect în detaliu: celula galvanică .

Legea lui Ohm

Același subiect în detaliu: Legea lui Ohm și efectul Joule .

La baza comportamentului circuitelor cu o sarcină pur rezistivă, există legea lui Ohm. Se afirmă că dacă se aplică o tensiune $V.$ ${\ displaystyle V}$ $V.$ la capetele unei rezistențe $R.$ ${\ displaystyle R}$ $R.$ , intensitatea $THE$ ${\ displaystyle I}$ $THE$ din curentul electric rezultat care curge prin el, este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența:

I={\frac {V}{R}}

{\ displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

{\ displaystyle I = {\ frac {V} {R}}}

Curentul electric care trece printr-o componentă rezistivă (R) generează o disipare a puterii $P.$ ${\ displaystyle P}$ $P.$ a cărei valoare este dată de produsul intensității (I) de diferența de potențial (V):

P=V\cdot I=R\cdot I^{2}

{\ displaystyle P = V \ cdot I = R \ cdot I ^ {2}}

{\ displaystyle P = V \ cdot I = R \ cdot I ^ {2}}

Acest fenomen se numește efect Joule .

Tensiunea dintre două sau mai multe ramuri ale circuitului plasat în serie este egală cu suma tensiunilor ramurilor individuale, în timp ce două puncte care într-un circuit sunt conectate de un conductor ideal (adică având o rezistență zero) au o diferență de potențial egală la zero.

Reguli

Semnal de avertizare pentru prezența de înaltă tensiune

Clasificarea tensiunii electrice este diferită în funcție de zona la care se referă și de tipul de curent ( alternativ sau direct ).

În special, în conformitate cu prevederile standardului CEI EN 50110-1 „Funcționarea sistemelor electrice” , tensiunea electrică este clasificată după cum este indicat în următorul tabel: ^[3] ^[4]

	Abreviere	Categorie	În curent alternativ	În curent continuu
Tensiune foarte mică	BBT	0	≤ 50 V	≤ 120 V (în curent continuu ondulat)
Voltaj scazut	BT	THE	50-1.000 V	120-1.500 V
Tensiune medie	MT	II	1-30 kV	1,5-30 kV
Tensiune înaltă	LA	III	> 30 kV	> 30 kV

Standardul CEI EN 50160 (la care se referă AEEG ), pe de altă parte, raportează următoarele valori: ^[3]

	Abreviere	Tensiunea nominală între faze
Voltaj scazut	BT	≤ 1 kV
Tensiune medie	MT	1-35 kV
Tensiune înaltă	LA	35-150 kV
Tensiune foarte mare	AAT	> 150 kV

Notă

^ Diferența de potențial electric , în Treccani.it - Vocabulario Treccani on-line , Institutul Enciclopediei Italiene.
^ Non-idealitatea unui generator de tensiune poate fi cauzată nu numai de picături ohmice, ci și de potențiale picături asociate cu orice supratensiune din interiorul generatorului, de natură electrochimică (dacă generatorul este o celulă galvanică , de exemplu o baterie ). Pentru calculele mărimilor electrice, efectele supratensiunilor pot fi luate în considerare gândindu-se la rezistența internă ca fiind suma picăturilor ohmice și a supratensiunilor, dar această simplificare nu poate fi utilizată pentru calcularea căldurii dezvoltate de efectul Joule , întrucât energia disipată de supratensiuni este transformată doar parțial în căldură; cealaltă parte a acestei energii poate fi în schimb convertită pentru a efectua diverse procese interne în celula electrochimică , inclusiv: reacții de transfer de sarcină , transportul ionilor în electrolit și depunerea ionilor la electrozi .
^ ^a ^b Tensiunea în tensiuni - Articol pe ElettricoPlus.it
^ Valori nominale - ElectroYou