Wat is spanning?

Voltage is de druk van de stroombron van een elektrisch circuit die geladen elektronen (stroom) door een geleidende lus duwt, waardoor ze werk kunnen verrichten, zoals het laten branden van een lamp.

In het kort, spanning = druk, en het wordt gemeten in volt (V). De term verwijst naar de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta (1745-1827), uitvinder van de voltaïsche paal – de voorloper van de huidige huishoudbatterij.

In de begindagen van de elektriciteit stond spanning bekend als elektromotorische kracht (emf). Daarom wordt in vergelijkingen zoals de wet van Ohm, spanning weergegeven door het symbool E.

Voorbeeld van spanning in een eenvoudige gelijkstroomschakeling (dc):

1. In deze dc-schakeling is de schakelaar gesloten (ingeschakeld).
2. De spanning in de stroombron – het “potentiaalverschil” tussen de twee polen van de batterij – wordt geactiveerd, waardoor druk ontstaat die elektronen dwingt om als stroom uit de minpool van de batterij te stromen.
3. De stroom bereikt het lampje, waardoor het gaat gloeien.
4. De stroom keert terug naar de stroombron.

Voltage is ofwel wisselstroomspanning (ac) ofwel gelijkstroomspanning (dc). Manieren waarop zij verschillen:

Wisselstroomspanning (op een digitale multimeter weergegeven door ):

• Vloeit in gelijkmatig golvende sinds golven, zoals hieronder afgebeeld:
  

  

• Wisselt met regelmatige tussenpozen van richting.
• Wordt gewoonlijk geproduceerd door nutsbedrijven via generatoren, waar mechanische energie – draaiende beweging aangedreven door stromend water, stoom, wind of warmte – wordt omgezet in elektrische energie.
• Komt vaker voor dan gelijkspanning. Nutsbedrijven leveren wisselspanning aan huizen en bedrijven waar de meerderheid van de apparaten wisselspanning gebruiken.
• Primaire spanningsvoorzieningen verschillen per land. In de Verenigde Staten, bijvoorbeeld, is het 120 volt.
• Sommige huishoudelijke apparaten, zoals TV’s en computers, maken gebruik van gelijkspanning. Zij gebruiken gelijkrichters (zoals dat lompe blok in het snoer van een laptopcomputer) om wisselspanning en -stroom om te zetten in gelijkspanning.

Directe stroomspanning (op een digitale multimeter weergegeven door en ):

• Reist in een rechte lijn, en slechts in één richting.
• Wordt gewoonlijk geproduceerd door bronnen van opgeslagen energie, zoals batterijen.
• Bronnen van gelijkspanning hebben positieve en negatieve polen. De polen bepalen de polariteit in een stroomkring, en de polariteit kan worden gebruikt om te bepalen of een stroomkring gelijk- of wisselspanning heeft.
• Wordt vaak gebruikt in draagbare apparatuur die op batterijen werkt (auto’s, zaklantaarns, camera’s).

Wat is potentiaalverschil?

Voltage en de term “potentiaalverschil” worden vaak door elkaar gebruikt. Potentiaalverschil kan beter worden gedefinieerd als het potentiaal-energieverschil tussen twee punten in een stroomkring. De hoeveelheid verschil (uitgedrukt in volt) bepaalt hoeveel potentiële energie er bestaat om elektronen van een bepaald punt naar een ander punt te verplaatsen. De hoeveelheid geeft aan hoeveel werk, potentieel, kan worden gedaan door het circuit.

Een huishoudelijke AA alkaline batterij, bijvoorbeeld, biedt 1,5 V. Hoe groter de spanning in een stroomkring, hoe groter het vermogen om meer elektronen te “duwen” en werk te verrichten.

Voltage/potentiaalverschil kan worden vergeleken met water dat in een tank is opgeslagen. Hoe groter de tank, en hoe groter de hoogte (en dus de potentiële snelheid), hoe groter het vermogen van het water om een effect te creëren wanneer een klep wordt geopend en het water (zoals elektronen) kan stromen.

Waarom het meten van spanning nuttig is

Technici benaderen de meeste probleemoplossingssituaties in de wetenschap hoe een circuit gewoonlijk zou moeten presteren.

Circuits worden gebruikt om energie te leveren aan een belasting – van een klein apparaat tot een huishoudelijk apparaat tot een industriële motor. Belastingen hebben vaak een typeplaatje dat hun standaard elektrische referentiewaarden aangeeft, inclusief spanning en stroom. In plaats van een typeplaatje leveren sommige fabrikanten een gedetailleerd schema (technisch diagram) van het schakelschema van een belasting. Handleidingen kunnen standaardwaarden bevatten.

Deze getallen vertellen een technicus welke lezingen te verwachten zijn wanneer een belasting normaal werkt. Een meting op een digitale multimeter kan objectief afwijkingen van de norm vaststellen. Toch moet de technicus kennis en ervaring gebruiken om de factoren te bepalen die dergelijke afwijkingen veroorzaken.