Spänning är trycket från en elektrisk krets som driver laddade elektroner (ström) genom en ledande slinga och gör det möjligt för dem att utföra arbete, t.ex. att lysa upp en lampa.
Spänning är i korthet = tryck och mäts i volt (V). Termen är ett erkännande av den italienske fysikern Alessandro Volta (1745-1827), uppfinnaren av den voltaiska stapeln – föregångaren till dagens hushållsbatteri.
I elektricitetens tidiga dagar var spänningen känd som elektromotorisk kraft (emf). Det är därför som spänningen i ekvationer som Ohms lag representeras av symbolen E.
Exempel på spänning i en enkel likströmskrets:
- I denna likströmskrets är strömbrytaren stängd (påslagen).
- Spänningen i strömkällan – ”potentialskillnaden” mellan batteriets två poler – aktiveras, vilket skapar ett tryck som tvingar elektroner att flöda som ström ut ur batteriets minuspol.
- Strömmen når lampan och får den att glöda.
- Strömmen återvänder till strömkällan.
Spänningen är antingen växelströmsspänning (ac) eller likströmsspänning (dc). Hur de skiljer sig åt:
Växelspänning (representeras på en digital multimeter av ):
- Flöder i jämnt böljande sedan vågor, som visas nedan:
- Vänder riktning med jämna mellanrum.
- Har ofta producerats av allmännyttiga företag via generatorer, där mekanisk energi – roterande rörelse som drivs av strömmande vatten, ånga, vind eller värme – omvandlas till elektrisk energi.
- Mer vanligt förekommande än likspänning. Nätverk levererar växelspänning till bostäder och företag där majoriteten av enheterna använder växelspänning.
- Primär spänningsförsörjning varierar från land till land. I USA är det till exempel 120 volt.
- Vissa hushållsapparater, till exempel tv-apparater och datorer, använder likspänning. De använder likriktare (t.ex. det där klumpiga blocket i sladden till en bärbar dator) för att omvandla växelspänning och växelström till likström.
Direktspänning (representeras på en digital multimeter av och ):
- Rör sig i en rak linje, och endast i en riktning.
- Har vanligen producerats av källor till lagrad energi, till exempel batterier.
- Källor för likspänning har positiva och negativa terminaler. Terminaler fastställer polariteten i en krets, och polariteten kan användas för att avgöra om en krets är likström eller växelström.
- Helt vanligt i batteridriven bärbar utrustning (bilar, ficklampor, kameror).
Vad är en potentialdifferens?
Spänning och termen ”potentialdifferens” används ofta synonymt. Potentialdifferens kan bättre definieras som den potentiella energidifferensen mellan två punkter i en krets. Skillnadens storlek (uttryckt i volt) avgör hur mycket potentiell energi som finns för att flytta elektroner från en specifik punkt till en annan. Mängden anger hur mycket arbete som potentiellt kan utföras i kretsen.
Ett alkaliskt batteri av typen AA för hushållsbruk ger till exempel 1,5 V. Typiska hushållsuttag erbjuder 120 V. Ju högre spänning i en krets, desto större är dess förmåga att ”skjuta” fler elektroner och utföra arbete.
Spännings-/potentialskillnaden kan jämföras med vatten som lagras i en tank. Ju större tanken är och ju större dess höjd (och därmed dess potentiella hastighet), desto större är vattnets förmåga att skapa en effekt när en ventil öppnas och vattnet (liksom elektroner) kan flöda.
Varför det är användbart att mäta spänning
Tekniker närmar sig de flesta felsökningssituationer med vetskapen om hur en krets vanligen ska fungera.
Kretsar används för att leverera energi till en belastning – från en liten apparat till en hushållsapparat till en industrimotor. Lasterna har ofta en namnskylt som identifierar deras elektriska standardreferensvärden, inklusive spänning och ström. I stället för en namnskylt tillhandahåller vissa tillverkare ett detaljerat schema (tekniskt diagram) över belastningens kretsar. Manualer kan innehålla standardvärden.
Dessa siffror talar om för en tekniker vilka avläsningar han eller hon kan förvänta sig när en belastning fungerar normalt. En avläsning på en digital multimeter kan objektivt identifiera avvikelser från normen. Trots detta måste teknikern använda kunskap och erfarenhet för att fastställa de faktorer som orsakar sådana avvikelser.