Jännite on sähköpiirin virtalähteestä tuleva paine, joka työntää varattuja elektroneja (virtaa) johtavan silmukan läpi, jolloin ne voivat tehdä työtä, kuten valaista valoa.
Lyhyesti sanottuna, jännite = paine, ja se mitataan voltteina (V). Termi on tunnustus italialaiselle fyysikolle Alessandro Voltalle (1745-1827), joka keksi Volta-paalun – nykyisen kotitalouspariston edeltäjän -.
Sähkön alkuaikoina jännite tunnettiin nimellä sähkömotorinen voima (emf). Tämän vuoksi esimerkiksi Ohmin lain kaltaisissa yhtälöissä jännite esitetään symbolilla E.
Esimerkki jännitteestä yksinkertaisessa tasavirtapiirissä:
- Tässä tasavirtapiirissä kytkin on kiinni (päällä).
- Virtalähteen jännite – pariston kahden navan välinen ”potentiaaliero” – aktivoituu, jolloin syntyy paine, joka pakottaa elektronit virtaamaan virtana ulos pariston negatiivisesta napasta.
- Virta saavuttaa valon, mikä saa sen hehkumaan.
- Virta palaa takaisin virtalähteeseen.
Jännite on joko vaihtovirtajännite (ac-jännite, ac-jännite) tai tasavirtajännite (DC-jännite, DC-jännite). Tapoja, joilla ne eroavat toisistaan:
Vaihtovirtajännite (esitetään digitaalisessa yleismittarissa merkillä ):
- Virtaa tasaisesti aaltoilevina koska aaltoina, kuten alla on esitetty:
- Suunta vaihtuu säännöllisin väliajoin.
- Tuotetaan yleisesti yleishyödyllisissä laitoksissa generaattoreilla, joissa mekaaninen energia – virtaavan veden, höyryn, tuulen tai lämmön käyttämä pyörivä liike – muunnetaan sähköenergiaksi.
- Yleisempi kuin tasajännite. Yleishyödylliset laitokset toimittavat vaihtojännitettä koteihin ja yrityksiin, joissa suurin osa laitteista käyttää vaihtojännitettä.
- Primäärijännitevarastot vaihtelevat maittain. Esimerkiksi Yhdysvalloissa se on 120 volttia.
- Jotkut kodin laitteet, kuten televisiot ja tietokoneet, käyttävät tasajännitevirtaa. Ne käyttävät tasasuuntaajia (kuten tuo paksu palikka kannettavan tietokoneen johdossa), jotka muuttavat vaihtojännitteen ja -virran tasajännitteeksi.
Suoravirtajännite (esitetään digitaalisessa yleismittarissa ja ):
- Kulkee suorassa linjassa ja vain yhteen suuntaan.
- Tuotetaan yleisesti varastoitujen energialähteiden, kuten akkujen avulla.
- Tasajännitelähteillä on positiivinen ja negatiivinen pääte. Päätelaitteet määrittävät virtapiirin napaisuuden, ja napaisuuden avulla voidaan määrittää, onko virtapiiri tasavirta- vai vaihtovirtapiiri.
- Käytetään yleisesti akkukäyttöisissä kannettavissa laitteissa (autot, taskulamput, kamerat).
Mitä on potentiaaliero?
Jännitettä ja termiä ”potentiaaliero” käytetään usein keskenään vaihdellen. Potentiaaliero voitaisiin paremmin määritellä potentiaalienergiaeroksi virtapiirin kahden pisteen välillä. Ero (volttina ilmaistuna) määrittää, kuinka paljon potentiaalienergiaa on olemassa elektronien siirtämiseksi tietystä pisteestä toiseen. Määrä määrittää, kuinka paljon työtä piirin kautta voidaan mahdollisesti tehdä.
Esimerkiksi kotitalouksien AA-alkaliparisto tarjoaa 1,5 V. Tyypilliset kotitalouksien pistorasiat tarjoavat 120 V. Mitä suurempi jännite virtapiirissä on, sitä suurempi on sen kyky ”työntää” enemmän elektroneja ja tehdä työtä.
Jännite/potentiaalieroa voidaan verrata säiliöön varastoituun veteen. Mitä suurempi säiliö on ja mitä suurempi on sen korkeus (ja siten potentiaalinopeus), sitä suurempi on veden kyky saada aikaan vaikutus, kun venttiili avataan ja vesi (kuten elektronitkin) pääsee virtaamaan.
Miksi jännitteen mittaaminen on hyödyllistä
Teknikot lähestyvät useimpia vianetsintätilanteita tietäen, miten virtapiirin tulisi tavanomaisesti toimia.
Piirejä käytetään energian siirtämiseen kuormaan – pienestä laitteesta kotitalouslaitteeseen ja teollisuusmoottoriin. Kuormissa on usein tyyppikilpi, joka yksilöi niiden tavanomaiset sähköiset viitearvot, kuten jännitteen ja virran. Nimikyltin sijasta jotkut valmistajat antavat yksityiskohtaisen kaaviokuvan (teknisen kaavion) kuorman virtapiiristä. Käsikirjat voivat sisältää vakioarvoja.
Nämä luvut kertovat teknikolle, mitä lukemia on odotettavissa, kun kuorma toimii normaalisti. Digitaalisen yleismittarin lukema voi objektiivisesti tunnistaa poikkeamat normista. Teknikon on silti käytettävä tietämystä ja kokemusta määrittääkseen tällaiset poikkeamat aiheuttavat tekijät.