elektrisk spenning

Elektrisk spenning er forskjell i potensiell energi mellom to punkter i et elektrisk felt per ladningsenhet. Dette er lik det arbeidet som må utføres per ladningsenhet for å forskyve en ladning fra det ene punktet til det andre.

Enheten for elektrisk spenning er volt, med symbol V. Spenning måles med voltmeter, potensiometer eller elektrometer.

I en elektrisk krets med en spenningskilde og en motstandstråd med resistans, er spenningen, resistansen og strømstyrken knyttet sammen i Ohms lov.

Hvis en ledning kobles mellom to punkter med forskjellig potensial, vil elektronene i ledningen begynne å bevege seg. Det vil si at det går en elektrisk strøm i ledningen. Batterier (elektrokjemiske strømkilder) kan levere strøm med tilnærmet konstant spenning over lang tid.

Spenningskilder frembringer en elektromotorisk spenning, ofte forkortet ems, som sørger for at det går elektrisk strøm i en leder som spenningskilden er koplet til. Dette gjør det mulig å overføre energi fra en kilde til forbrukere.

Det finnes mange typer spenningskilder, for eksempel kjemiske batterier, generatorer og solceller. I batterier omdannes kjemisk energi til elektrisk energi, i generatorer bevegelsesenergi til elektrisk energi og i solceller strålingsenergi til elektrisk energi. I vannkraftverk starter prosessen med at potensiell energi i tyngdefeltet omdannes til bevegelsesenergi når vannet renner i rør ned mot en turbin og får økende fart.

Noen spenningskilder, for eksempel batterier og solceller, gir strøm som går i samme retning hele tiden. Dette kalles likestrøm. Generatorer i kraftvekt som lager spenning ved hjelp av induksjon, forårsaker derimot strøm som periodisk skifter retning. Dette kalles vekselstrøm. Symbolet for en likespenningskilde er vist i figur 1 og for en vekselspenningskilde i figur 2.

Et batteri består av ett eller flere galvaniske elementer som er seriekoplet med forbindelse til polene på utsiden der det er en pluss- og en minuspol. Det oppstår en ems mellom polene, og emsen minus et eventuelt indre spenningstap er batteriets spenning. Symbol for batteri i en elektrisk krets er vist i figur 3.

I et galvanisk element er det to elektroder, og mellom disse er det en elektrolytt. Elektrodene består av forskjellige materialer. I et typisk tørrelement består den ene elektroden av en beholder av sink som gjerne har sylindrisk form og er lukket i den ene enden (figur 4). Inne i beholderen er elektrolytten, og nede i denne er den andre elektroden anbrakt. Elektroden i et tørrelement består typisk av kull, med brunstein rundt. Sinkbeholderen kalles gjerne for katoden og kullelektroden kalles anoden.

Ved katoden skjer det en kjemisk prosess som fører til at positive ioner går ut i elektrolytten. Det oppstår dermed en potensialforskjell mellom katoden og elektrolytten. Ved anoden i midten skjer det lignende prosesser, men her er det elektroner som forlater den og går ut i elektrolytten. De kjemiske prosessene ved de to elektrodene fører til et potensialsprang i sjiktet mellom elektrode og elektrolytt. Dette gjør at det oppstår en potensialforskjell, eller ems, mellom batteriets poler.

I figur 4 vises potensialfordelingen i en elektrisk krets med et batteri som har en ems på 12 volt og indre resistans på 3 ohm, og hvor det er koplet en motstandstråd med resistans 5 ohm mellom polene på batteriet. Den totale resistansen er 8 ohm. Det følger derfor fra Ohms lov at strømstyrken er 12V/8 ohm = 1,5 ampere.

Det er et indre spenningstap på 3 ohm ganger 1,5 ampere = 4,5 volt i batteriet, så det har en polspenning på 12 volt – 4,5 volt = 7,5 volt. Spenningen over motstandstråden er 5 ohm ganger 1,5 ampere = 7,5 volt.

• elektrisitet
• elektrisk energi
• Ohms lov