Door Jeffrey Ober | 21 april 2023 | 13:06 uur EST

Potentieel verschil, gewoonlijk spanning genoemd, is de drijvende kracht achter elektrische stroom. Een hogere spanning duwt meer stroom door een circuit, net zoals een steilere heuvel een snellere rol bevordert. In een gesloten lus is spanning de energie per eenheid lading die een geladen deeltje van het ene punt naar het andere beweegt. Uitgedrukt in joule per coulomb is de SI-eenheid volt (V).

Wiskundig gezien wordt spanning gedefinieerd als:
V =E / Q =J / C

Hier, E is de elektrische energie in joule (J), en Q is de elektrische lading in coulombs (C). De spanning bepaalt hoe sterk een positieve lading (of een negatieve lading in de tegenovergestelde richting) over een bepaalde afstand wordt geduwd.

TL;DR

Volt is vernoemd naar Alessandro Volta, een pionier op het gebied van elektriciteit en magnetisme.

Spanning kan ook worden gezien als kracht (newton) die over een afstand (meter) werkt. In deze zin vertegenwoordigt het het werk dat wordt gedaan om de lading tussen twee punten te verplaatsen.

Hoe u het potentiële verschil kunt berekenen

In praktische circuits wordt de spanning doorgaans gemeten over een batterij, weerstand of een ander element. Het potentiaalverschil van de batterij tussen de negatieve en positieve polen bepaalt de stroomsterkte. De weerstand beperkt op zijn beurt deze stroom, waardoor het evenwicht behouden blijft.

Deze drie fundamentele grootheden – stroom (I), spanning (V) en weerstand (R) – zijn met elkaar verbonden door de wet van Ohm:

I =V / R

Wat is actueel?

De stroom kwantificeert de hoeveelheid lading die een punt per seconde passeert, gemeten in ampère (A). Eén ampère is gelijk aan één coulomb per seconde. Hoewel de definitie circulair is (een ampère is coulombs per seconde), verduidelijkt deze voorstelling dat stroom een reële, meetbare ladingsstroom is.

Conventionele stroom gaat ervan uit dat positieve ladingen van de positieve pool van de batterij naar de negatieve pool bewegen. In werkelijkheid reizen elektronen (negatief geladen deeltjes) in de tegenovergestelde richting, maar beide beschrijvingen weerspiegelen dezelfde energieoverdracht.

TL;DR

Elektriciens, ingenieurs en wetenschappers gebruiken doorgaans een multimeter om spanning, stroom en weerstand in één apparaat te meten.

Elektrisch potentieel van één enkele lading

Zelfs stationaire ladingen genereren een elektrisch veld dat wordt beschreven door de wet van Coulomb:

E =kQ / r²

waarbij Q is de lading in coulombs, k is de constante van Coulomb, en r is de afstand tot de lading in meters. Dankzij de sterkte van dit veld kunnen we de elektrische potentiële energie op een bepaald punt berekenen.

TL;DR

Dezelfde relatie leidt tot de elektrische kracht tussen ladingen:F =Eq . Deze tak van de natuurkunde staat bekend als elektrostatica.

Met behulp van een testlading kunnen we het elektrische potentieel van een puntlading afleiden:

V =kQ / r

In tegenstelling tot het elektrische veld, dat afneemt met het kwadraat van de afstand, neemt het potentieel lineair af met de afstand.

Potentieel verschil in het dagelijks leven

Spanning is de hoeksteen van moderne elektronica:stopcontacten, autoaccu's, smartphones en verlichting. In complexere circuits bepalen componenten zoals condensatoren (twee platen gescheiden door een diëlektricum) en inductoren de stroomstroom om de gewenste effecten te bereiken.

Bovendien genereren bewegende ladingen magnetische velden, waardoor elektrische potentiaalverschillen worden gekoppeld aan het bredere elektromagnetische spectrum. Deze wisselwerking ligt ten grondslag aan technologieën als radio, satellietcommunicatie en draadloze energieoverdracht.