Spænding er det tryk fra en elektrisk strømkilde, der skubber ladede elektroner (strøm) gennem et ledende kredsløb, så de kan udføre arbejde som f.eks. at tænde et lys.
Kort sagt er spænding = tryk, og det måles i volt (V). Udtrykket er en anerkendelse af den italienske fysiker Alessandro Volta (1745-1827), opfinderen af den voltaiske bunke – forløberen for nutidens husholdningsbatteri.
I elektricitetens tidlige dage var spænding kendt som elektromotorisk kraft (emf). Det er derfor, at spænding i ligninger som Ohm’s lov repræsenteres med symbolet E.
Eksempel på spænding i et simpelt jævnstrømskredsløb:
- I dette jævnstrømskredsløb er kontakten lukket (slået til).
- Spændingen i strømkilden – “potentialforskellen” mellem batteriets to poler – aktiveres, hvilket skaber et tryk, der tvinger elektroner til at strømme som strøm ud af batteriets negative pol.
- Strømmen når frem til lygten, hvilket får den til at gløde.
- Strømmen vender tilbage til strømkilden.
Spænding er enten vekselstrømsspænding (ac) eller jævnstrømsspænding (dc). Måder, de adskiller sig på:
Ved vekselstrømsspænding (repræsenteret på et digitalt multimeter ved ):
- Flyder i jævnt bølgende siden bølger, som vist nedenfor:
- Vandrer retning med jævne mellemrum.
- Herfølgeligt produceret af forsyningsselskaber via generatorer, hvor mekanisk energi – roterende bevægelse drevet af strømmende vand, damp, vind eller varme – omdannes til elektrisk energi.
- Mere almindelig end jævnspænding. Forsyningsvirksomheder leverer vekselspænding til hjem og virksomheder, hvor de fleste apparater bruger vekselspænding.
- Primær spændingsforsyning varierer fra land til land. I USA er det f.eks. 120 volt.
- Somme husholdningsapparater, f.eks. tv-apparater og computere, bruger jævnspænding. De bruger ensrettere (som f.eks. den tykke blok i ledningen til en bærbar computer) til at konvertere vekselspænding og -strøm til jævnstrøm.
Direkte strømspænding (repræsenteret på et digitalt multimeter ved og ):
- Fører i en lige linje og kun i én retning.
- Herfølger almindeligvis fra kilder til oplagret energi som f.eks. batterier.
- Gjernetspændingskilder har positive og negative terminaler. Terminalerne fastlægger polariteten i et kredsløb, og polariteten kan bruges til at afgøre, om et kredsløb er jævnstrøm eller vekselstrøm.
- Har ofte været anvendt i batteridrevet bærbart udstyr (biler, lommelygter, kameraer).
Hvad er potentialforskel?
Spænding og udtrykket “potentialforskel” bruges ofte i flæng. Potentialdifference kan måske bedre defineres som den potentielle energiforskellen mellem to punkter i et kredsløb. Forskellens størrelse (udtrykt i volt) bestemmer, hvor meget potentiel energi der er til rådighed for at flytte elektroner fra et bestemt punkt til et andet. Mængden angiver, hvor meget arbejde, der potentielt kan udføres gennem kredsløbet.
Et husholdningsbatteri AA alkalinebatteri giver f.eks. 1,5 V. Typiske stikkontakter i husholdningen giver 120 V. Jo større spænding i et kredsløb, jo større er dets evne til at “skubbe” flere elektroner og udføre arbejde.
Spændings-/potentialeforskellen kan sammenlignes med vand, der opbevares i en tank. Jo større tanken er, og jo større dens højde (og dermed dens potentielle hastighed) er, jo større er vandets evne til at skabe en effekt, når en ventil åbnes, og vandet (ligesom elektroner) kan strømme.
Hvorfor det er nyttigt at måle spænding
Teknikere nærmer sig de fleste fejlfindingssituationer med viden om, hvordan et kredsløb sædvanligvis skal fungere.
Kredsløb bruges til at levere energi til en belastning – fra en lille enhed til et husholdningsapparat til en industrimotor. Belastninger er ofte forsynet med en typeskilt, der identificerer deres elektriske standard referenceværdier, herunder spænding og strøm. I stedet for en typeskilt giver nogle producenter et detaljeret skema (teknisk diagram) over en belastnings kredsløb. Manualer kan indeholde standardværdier.
Disse tal fortæller en tekniker, hvilke aflæsninger han kan forvente, når en belastning fungerer normalt. En aflæsning på et digitalt multimeter kan objektivt identificere afvigelser fra normen. Alligevel skal teknikeren bruge viden og erfaring til at bestemme de faktorer, der forårsager sådanne afvigelser.