Електрични напон

„Напон” преусмјерава овдје. За остала значења, в. Напон (разврставање).

Напон
Међународни знак опасности од високог напона
Уобичајени симболи	V , ∆V , У , ∆У
СИ јединица	волт
СИ димензија	M L2 Т−3 I−1
Деривације из других квантитета	Напон = Енергија / наелектрисање

Електротехника

Електрицитет • Магнетизам Електроенергетика Електрана • Електрична жаруља • Електрични генератор • Електроенергетски сустав • Соларна фотонапонска енергија • Трофазна струја • Вјетроелектрана • Заштита од струјног удара Електроника Динамички електрични отпор • Диода • Електрични сигнал • Електронска цијев • Операцијско појачало • Појачало • Појачање • Струјни активни електрични извор • Транзистор Електроакустика Дигитализација • Линеарна изобличења • Микрофон • Нискофреквентно појачало снаге • Нискофреквентно претпојачало • Снимање звука • Звучник Електричне мреже и четверополи Електричне мреже • Електрични филтри • Метода суперпозиције • Нортонов поучак • Тхéвенинов поучак Радиокомуникације Амплитудна модулација • Антена • Ефективна израчена снага • Фазна модулација • Фреквенцијска модулација • Радио-валови Телекомуникације  •  •  • Научници и изумитељи Ампèре • Цоуломб • Фарадаy • Гаусс • Хеависиде • Хенрy • Хертз • Лорентз • Маxwелл • Тесла • Волта • Wебер • Øрстед

Електрични напон (ознака У или V) представља разлику електричних потенцијала између две тачке, тј. $U=V_{1}-V_{2}$. Изражава се у волтима, због чега се назива и волтажа. Може настати услед наелектрисања, електричне струје у магнетном пољу, промјенљивог магнетног поља, или комбинацијом наведеног.

Напон је особина електричног поља, не појединачних електрона. Електрон који се креће дуж разлике потенцијала доживљава промену енергије, представљену електрон-волтима, слично као када тијело пада у гравитацијском пољу. Без напона нема електричне струје. На пример, двије точке у електричном колу спојене идеалним проводником (без отпора) имају разлику потенцијала нула, те никаква струје неће тећи.

Напон је адитиван: напон између точака А и C је једнак збиру напона између точака А и Б и точака Б и C. Разни напони у електричном колу се могу израчунати употребом Кирцххоффових закона. Електрична снага је умножак напона и струје која протиче кроз коло. Што већи напон и струја, то већа снага.

Уобичајени је напон батерије 1,5 V, аутомобилскога акумулатора 12 V, градске електричне мреже 220 V, трамвајске мреже 600 V, а жељезничке мреже 25 000 V. Напон може представљати или извор енергије (електромоторна сила) или губитак, утрошак и складиштење енергије (пад напона).

У поређењу са водом, као што брзина потока овиси о разлици између почетне и коначне висине, тако јачина струје овиси о разлици потенцијала, односно о напону. Ако вода тече кроз цијев покретана пумпама, тада је разлика потенцијала аналогна разлици у притиску између две тачке.

Јединица

Јединица за електрични напон, електрични потенцијал и електромоторну силу је волт (симбол V; по Алессандру Волти, изумитељу батерије), што је разлог да се уобичајено користи израз "волтажа".

Извор напона

Батерије су извори напона у многим електричним колима.

Извор напона је електрични уређај са два прикључка који може одржавати стабилну волтажу. С гледишта потрошача, напонски извор представља утичница у зиду, путем које се прикључујемо на електричну мрежу, електрична батерија или акумулатор у некој од низа стандардних изведби, алтернатор у аутомобилу или електрични генератор у вјетроелектрани.

Електрични потенцијал

Разлика потенцијала између Земље и неба узрокује електрично пражњење у виду муње, које враћа сустав у равнотежу.

Електрични потенцијал је физичка величина која описује потенцијалну енергију наелектрисане честице у статичком електричном пољу. Електрични се потенцијал не може непосредно мјерити, већ се мјери разлика потенцијала између двију точака неког сустава, која је у статичком случају једнака електричном напону.

Свако позитивно електрично тијело истискиват ће из својег електричног поља друго позитивно наелектрисано тијело. При том ће електростатичка сила вршити механички рад. Исто тако, желимо ли позитивно наелектрисано тијело довести у електрично поље другог позитивно наелектрисаног тијела, треба нека вањска сила да врши рад на свладавању одбојне силе. Извршени рад преставља уствари потенцијалну енергију тога тијела. Чим вањска сила престане дјеловати, тијело се почиње гибати и излази из електричног поља, па се његова потенцијална енергија претвара у кинетичку енергију.

Ако се из неког разлога електрони нагомилају на неком предмету, кажемо да је негативно наелектрисан, тј. да има негативни потенцијал. С друге стране, атом коме је побјегао неки електрон није више уравнотежен, због чега у резултату има позитиван набој. Предмет с мноштвом таквих атома којима недостају слабо везани електрони имат ће позитиван потенцијал.

Наша планета је у цјелини електрички неутрална, то јест Земља има нулти потенцијал. Будући да се истоимене честице међусобно одбијају, у водљивом материјалу електрони ће из подручја с великом густоћом слободних електрона (то јест с великим негативним потенцијалом) нагрнути према подручјима гдје их је мање, то јест према мјестима позитивнијег потенцијала. У повољним околностима, из облака с вишком електрона праснут ће голема искра, односно муња, кроз коју се големи негативни потенцијал облака празни у електрички неутралну Земљу.

Формуле

Разлика електричног потенцијала се дефинира као количина рада по набоју потребног да се набоју премјести из друге точке у прву, или потпуно еквивалентно, количина рада који набој уради током кретања од прве до друге точке. Разлика потенцијала између две точке а и б је линијски интеграл електричног поља Е:

$V_{a}-V_{b}=\int _{a}^{b}\mathbf {E} \cdot d\mathbf {l}$

Једносмјерна струја

$U={\sqrt {PR}}$

$U={\frac {P}{I}}$

$U=IR\!\$

Гдје је У=напон, I=струја, Р=отпор, П=снага

Измјенична струја

$U={\frac {P}{I\cos \theta }}$

$U={\frac {\sqrt {PZ}}{\sqrt {\cos \theta }}}\!\$

$U={\frac {IR}{\cos \theta }}$

Гдје је У=напон, I=струја, Р=отпор, П=снага, З=импенданса, θ=фазна разлика између напона и струје

Мјерни уређаји

Мултиметар подешен да мери волтажу.

Инструменти којима се мјери разлика потенцијала могу бити волтметар, потенциометар и осцилоскоп. Волтметар ради мјерећи струју (у складу са Омовим законом) кроз отпорник. Потенциометар ради тако што пореди непознат напон са познатим напоном у мјерном мосту. Осцилоскоп (углавном са катодном цијеви) ради тако што се појачава потенцијална разлика која потом скреће електронски млаз са правог пута (пропорционално напону) што се потом види према трагу који млаз оставља на заслону цијеви.

Широко распрострањени волтметри данашњице се зову дигитални волтметри јер се резултат приказује на цифарском дисплеју. Раније су били популарни тзв. аналогни волтметри који су имали кретни калем и казаљку, а очитавање мјерене вриједности се вршило на основу отклона казаљке на избаждареној скали.

Висина напона

Човјек је смислио разне врсте извора струје који су у стању на једном прикључку стварати негативни, а на другом позитивни потенцијал. Висина напона међу прикључцима различита је код разних извора. Напон батеријског чланка на бази цинка и угљена износи 1,5 V. Такође се израђују батерије са неколико серијски спојених чланака, чиме се добивају напони од 3 или 4,5 или 9 V. Еуропске градске електричне мреже имају напон од 230 V. Далеко су већи напони у водовима далековода, високонапонских трансформатора или високонапонских кабела, гдје досижу десетке па и стотине тисућа волти. Такви напони могу створити и електрични лук, којим се струјни удар може пренијети и кроз зрак, ако се тијело у контакту са земљом превише приближи воду под високим напоном.

Типичне висине напона су:

• Веома ниски напон: до 50 V, у батеријама за широку употребу (од 1,5 V до 9 V), адаптерима (најчешће од 1,5 V до 24 V), акумулаторима (типичне вриједности: 6, 9, 12, 24 и 48 V).
• Ниски напон: 50-1000 V; домаћинства (230 V - монофазни систем, 400 V - трофазни систем), мањи индустријски потрошачи.
• Средњи напон: 1-35 КВ; индустријски потрошачи, електродистрибутивне мреже.
• Високи напон: 35-150 КВ.
• Врло високи напон: преко 150 КВ.

Претварање напона

Различити делови електронских уређаја користе различите напоне. Међутим, у домаћинствима је на располагању само једна вредност напона (220 V у бившој Југославији, 230 V у земљама Европске уније, 110 V у САД) и често је потребно тај напон повећати (нпр. за рад катодне цеви телевизора) или смањити (за различите уређаје). Такође, у електродистрибутивним системима се пренос електричне енергије обавља водовима на којима је велика вредност напона и мала вредност интензитета струје, да би се смањили губици. Ефикасно претварање једне вредности напона у другу врши се уређајем који се назива електрични трансформатор. Пошто трансформатор ради на принципу електромагнетне индукције, он не може се користити за трансформисање временски константних напона, већ само за наизменичне, тј. променљиве.

Опасност

Далеководи високог напона

Висок напон опасан је за људе и животиње, јер може кроз организам протјерати по живот опасну струју. Због тога, не дира се у електричну инсталацију градске мреже прије искључења осигурача који прекидају довођење напона. Ако струја пролази кроз људски организам може узроковати опекотине, утицати на хемијски састав крви и нервни систем и пореметити рад срца и респираторних органа. Према постојећим прописима додирни напон не смије пријећи вриједност од 65 V.

Међутим, није опасан напон сам по себи већ струја која прође кроз тијело:

• Струја јачине до 1 мА не осјећа се
• Струја јачине од 1 до 8 мА осјећа се удар, али не боли
• Струја јачине око 20 мА може изазвати грчење мишића.
• Струја јачине 30 мА не може се издржати више од неколико секунди, изазива снажно грчење мишића и губитак контроле праћено отежаним дисањем .
• Струја јачине 50 мА може довести до губитка свијести.
• Струја јачине преко 100 мА може изазвати смрт.
• Преко 200 мА опасне опекотине и грчеви мишића који могу жртву одбацити од водича.

За више напоне струја се повећава, па је и опасност већа.

При електростатичком пражњењу јављају се врло високи напони, уз екстремно слабе струје. Чешљајући косу по веома сувом времену, стварамо неколико десетина хиљада волти статичког електрицитета, али је јачина струје практично занемарљива. Слаба струја спречава да нас статичко пражњење повреди, па осећамо само непријатно пецкање.

Поређење са водом

Илустрација притиска код течности

Ради бољег разумевања електричног кола често се користи хидрауличка аналогија. Електрично коло можемо замислити као косину преко које тече поток. Као што брзина којом тече поток овиси о разлици између почетне и коначне висине, тако и јачина струје која тече проводником овиси о разлици потенцијала на његовим крајевима, односно о напону. Друга аналогија може бити мрежа цијеви кроз које протјече вода покретана пумпама. Тада је разлика потенцијала аналогна разлици притисака између две тачке. Ако постоји разлика притисака, тада вода може тећи од прве до друге точке и вршити некакав рад, рецимо покретати турбину.

У хидрауличном систему је рад уложен за покретање воде једнак производу притиска и количине покренуте воде. Слично, у електричном колу је рад уложен у покретање електрона једнак производу напона и количини електрона. Напон овдје на прикладан начин служи да се квантифицира способност за вршење рада.

Види још

• Електрична струја
• Електрична снага
• Електрични потенцијал

Електрични напон на Wикимедијиној остави