Belangrijk verschil - Stroom versus spanning
In een elektrisch veld worden elektrische ladingen beïnvloed door een kracht die erop inwerkt; dus moet er gewerkt worden aan een geladen deeltje om van het ene punt in een elektrisch veld naar een ander punt te gaan. Dit werk wordt gedefinieerd als het elektrische potentiaalverschil tussen die twee punten. Elektrisch potentiaalverschil wordt ook wel spanning tussen twee punten genoemd. Een beweging of een stroom van elektrische ladingen onder invloed van het potentiaalverschil staat bekend als een elektrische stroom. Het belangrijkste verschil tussen stroom en spanning is dat een stroom altijd een beweging van elektrische ladingen onder een elektrisch veld met zich meebrengt, terwijl spanning geen ladingsstroom met zich meebrengt. Een spanning treedt alleen op vanwege het bestaan van een ongebalanceerde lading.
Wat is spanning?
Omdat een atoom hetzelfde aantal protonen en elektronen heeft, is alle stabiele materie in het universum elektrisch in evenwicht. Positief of negatief geladen deeltjes kunnen echter meer of minder elektronen hebben dan protonen vanwege externe fysische en chemische effecten. Onder een verzameling van soortgelijke ladingen ontstaat een elektrisch veld dat elektrische potentiaal of een spanning geeft aan elk punt eromheen. Spanning kan worden beschouwd als de meest fundamentele eigenschap van elektriciteit. Het wordt gemeten in volt (V) met behulp van een voltmeter.
De elektrische potentiaal op een punt wordt altijd beschouwd als een verschil tussen twee punten, of op een bepaald punt wordt de spanning beschouwd met respect voor oneindig waar de potentiaal nul is. Vanuit het oogpunt van elektrisch circuit wordt de aarde beschouwd als een nulpotentiaalpunt; daarom wordt de spanning op elk punt op het circuit gemeten ten opzichte van de aarde (of aarde).
Er kan spanning ontstaan als gevolg van vele natuurlijke of geforceerde verschijnselen. Bliksem is een voorbeeld van spanning als gevolg van natuurlijk voorkomen; honderden miljoenen van een spanning ontstaan in een wolk als gevolg van wrijving. Op zeer kleine schaal produceert een batterij een spanning door een chemische reactie, waarbij geladen ionen worden verzameld in de positieve (anode) en de negatieve (kathode) aansluitingen. Fotovoltaïsche cellen in zonnepanelen genereren een spanning als gevolg van het vrijkomen van elektronen uit het halfgeleidermateriaal dat het zonlicht absorbeert. Een soortgelijk effect is te zien bij fotodiodes die in camera's worden gebruikt om het omgevingslichtniveau te detecteren.
Wat is een stroom?
Een stroom is een stroom van iets, zoals het zeewater of atmosferische lucht. In een elektrische context staat een stroom van elektrische ladingen, meestal een stroom van elektronen door een geleider, bekend als een elektrische stroom. Stroom wordt gemeten in ampère (A) met een ampèremeter. Ampère wordt gedefinieerd als coulomb per seconde en is evenredig met het spanningsverschil tussen twee punten waar de stroom vloeit.
Figuur 01: Een eenvoudig elektrisch circuit
Zoals getoond in figuur 01, wanneer de stroom door een pure weerstand R gaat, is de spanning tot stroomverhouding gelijk aan R. Dit wordt geïntroduceerd in de wet van Ohm die wordt gegeven als:
V=I x R
Als de spanning dV over een spoel verandert, ook wel een inductor genoemd, verandert een stroom dI door de spoel volgens:
dI=1/L∫dV dt
Hier is L de inductantie van de spoel. Dit gebeurt omdat de spoel bestand is tegen de verandering van spanning erover en een tegenspanning produceert.
In het geval van een condensator is de verandering van de stroom erover dI als volgt:
dI=C (dV/dt)
Hier is C de capaciteit. Dit komt door het ontladen en opladen van de condensator volgens de spanningsvariatie.
Figuur 02: Flemings rechterhandregel
Wanneer een geleider over een magnetisch veld beweegt, wordt er een stroom en vervolgens een spanning over de geleider geproduceerd volgens de rechterhandregel van Fleming.
Dit is de basis van de elektrische generator waarin een reeks geleiders snel over een magnetisch veld roteert. Zoals uitgelegd in de vorige sectie, zorgt accumulatie van ladingen voor een spanning in een batterij. Wanneer een draad de twee terminals verbindt, begint er een stroom langs de draad te vloeien, dat wil zeggen dat elektronen in de draad bewegen vanwege het spanningsverschil tussen de terminals. Hoe groter de weerstand van de draad, hoe groter de stroom en hoe sneller de batterij leeg raakt. Evenzo trekt een hogere stroomverbruikende belasting een hogere stroom uit de voeding. Bijvoorbeeld, een 100W lamp aangesloten op een 230V voeding, kan de stroom die deze trekt als volgt worden berekend:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Hier, wanneer het vermogen hoger is, zal de verbruiksstroom hoog zijn.
Wat is het verschil tussen spanning en stroom?
Spanning versus stroom |
|
| Spanning wordt gedefinieerd als het elektrische potentiële energieverschil tussen twee punten in een elektrisch veld. | Stroom wordt gedefinieerd als de beweging van elektrische ladingen onder een potentieel energieverschil in een elektrisch veld. |
| Voorkomen | |
| Spanning v alt weg vanwege het bestaan van elektrische ladingen. | Stroom wordt geproduceerd met een beweging van ladingen. Er is geen stroom met statische elektrische ladingen. |
| Afhankelijkheid | |
| Spanning kan bestaan zonder stroom te produceren; bijvoorbeeld in batterijen. | Stroom hangt altijd af van de spanning, aangezien een ladingsstroom niet kan plaatsvinden zonder een potentiaalverschil. |
| Meting | |
| Spanning wordt gemeten in Volt. Het wordt altijd gemeten ten opzichte van een ander punt, in ieder geval de neutrale aarde. Daarom is het meten van spanning eenvoudig omdat een circuit niet wordt onderbroken om de meetklemmen te plaatsen. | Stroom wordt gemeten in Ampère en wordt gemeten over een geleider. Het meten van stroom is moeilijker omdat de geleider moet worden verbroken om de meetklemmen te plaatsen, of er moeten geavanceerde ampèremeters worden gebruikt. |
Samenvatting – Spanning versus stroom
In een elektrisch veld wordt het potentiaalverschil tussen twee willekeurige punten het spanningsverschil genoemd. Er moet altijd een spanningsverschil zijn om een stroom op te wekken. In een spanningsbron zoals een fotocel of een batterij ontstaat een spanning door de accumulatie van ladingen aan de terminals. Als deze klemmen met een draad zijn verbonden, begint er een stroom te vloeien vanwege het spanningsverschil tussen de klemmen. Volgens de wet van Ohm verandert de stroom in een geleider evenredig met de spanning. Hoewel stroom en spanning met elkaar verbonden zijn door de weerstand, kan stroom niet bestaan zonder spanning. Dit is het verschil tussen stroom en spanning.
