A feszültség (elektromos potenciálkülönbség) az a mennyiség, amely az elektromos töltéseket mozgásra készteti. Gyakran úgy beszélünk róla, mint a töltésekre ható „lökés” vagy „nyomás”, de fontos megjegyezni, hogy fizikailag nem erőről van szó. A feszültség megadja, mennyi munkát végezne az elektromos mező egységnyi töltésen; mivel a töltések mozgása áramot jelent, a feszültség képes áramot létrehozni, ha zárt áramkör áll rendelkezésre.
Mi a feszültség pontosan?
Technikailag a feszültség két pont közötti elektromos potenciálkülönbség. Mindig két pont között mérjük — például egy akkumulátor pozitív és negatív pólusa között, egy vezeték és a föld között, vagy két különböző pont egy áramkörben. A feszültség befolyásolja, hogy mekkora áram tud folyni, de önmagában áramot csak akkor ad, ha az út záródik (van vezető kapcsolat).
Mértékegység és jelölés
A feszültség mértékegysége a volt, amelyet Alessandro Volta nevéről neveztek el. Egy joule munkával megmozgatott egy coulomb töltés potenciálkülönbsége 1 voltnak felel meg (1 V = 1 J/C). A Nemzetközi Egységrendszer szerint a volt jelét nagy V-vel írjuk (például 9 V).
Fontos különbség: a volt egység, a feszültség pedig a mérendő fizikai mennyiség. A matematikai vagy műszaki jelölésben az egységre nagybetűs V-t, a változóra pedig gyakran dőlt vagy kisbetűs v-t használunk. Az alábbi régebbi beágyazott képek a cikk eredeti jelöléseit mutatják:
például: V = 9 V {\displaystyle V=9\,{\text{V}}} 
Gyakran használhatjuk a feszültség jelölésére a kisbetűs v-t, például Ohm törvénye esetén: feszültség = áram × ellenállás {\displaystyle {\text{feszültség}}={\text{áram}}\szoros {\text{ellenállás}}} 
vagy rövidebben: v = ir {\displaystyle {\text{v}}={\text{ir}}}} 
.
A villamosmérnökök néha az e {\displaystyle e}
szimbólumot használják a feszültség jelölésére, hogy megkülönböztessék azt a mértékegységtől (volt).
Mérése és gyakorlati példák
A feszültséget voltmérővel (voltmérő) mérjük, amelyet párhuzamosan kell kapcsolni azzal a két ponttal, amely között a potenciálkülönbséget mérni szeretnénk. Fontos, hogy a voltmérő belső ellenállása nagyon nagy legyen, különben megváltoztatja az áramkört és hibás értéket adhat.
Például a háztartási villamos hálózatban az USA-ban általában 120 V-os feszültséget szoktak megadni a vezeték és a föld közötti értékre; Európában ehelyett gyakori a 230 V körüli érték. Egy akkumulátor tipikus feszültsége 1,5 V (elem), 9 V (gombelem), vagy lítium-ion cellánál 3,7 V névleges.
Feszültség és teljesítmény
A teljesítmény (teljesítményáram: wattban mérve) átviteléhez mind feszültségre, mind áramra szükség van. Teljesítmény P = V × I, ahol V a feszültség és I az áram. Magas feszültség önmagában nem okoz áramot — szükség van vezető kapcsolatra is. Ez magyarázza, hogy például madarak ráülhetnek nagyfeszültségű vezetékekre (12 kV, 16 kV stb.), mert a testükön keresztül nem folyik jelentős áram, ha nincs potenciálkülönbség a madár két érintési pontja között.
Áramforrások: EMF és belső ellenállás
Néha a feszültséget elektromotoros erőnek (EMF) is nevezik, különösen akkor, amikor egy forrás (akkumulátor, generátor) nyitott körben kifejtett potenciálját értjük. Valós forrásoknál gyakran számolni kell a belső ellenállással: nyitott áramkörben a mért feszültség megegyezik az EMF-fel, zárt áramkörben azonban az áram miatt a belső ellenálláson esik feszültség, ami csökkenti a kivehető feszültséget.
AC és DC — két feszültségtípus
Két alapvető feszültségtípus létezik:
- Egyszerű (egyen)feszültség — egyenáramú (DC) forrástól származik, és polaritása állandó (például egy elemen a pozitív és negatív pólus állandó).
- Váltakozó feszültség — az váltakozó (AC) feszültség periodikusan változtatja a polaritását és nagyságát; jellemzően szinuszos formát vesz fel. A háztartási hálózatban a feszültség másodpercenként körülbelül 60-szor (50 Hz helyett 60 Hz az USA-ban) vagy 50-szer vált irányt (Európa, GB: 50 Hz). AC esetén gyakran a csúcsérték helyett az effektív (RMS) értéket adják meg, mert az egyenáramú teljesítménnyel való egyenérték könnyebben értelmezhető így.
Például egy 230 V RMS névleges AC feszültség csúcsértéke kb. 325 V (230 × √2). A frekvencia (Hz) és a hullámforma fontos a motorok, transzformátorok és elektronikus eszközök működése szempontjából.
Biztonság
A feszültség veszélyessége függ a nagyságtól, az áramkör ellenállásától és attól, hogy az áram útja keresztülmegy-e kritikus testrészeken (például a szíven). Már viszonylag kis feszültségek is veszélyesek lehetnek nedves környezetben vagy ha az érintkező felületek kicsik. Mindig tartsuk be a biztonsági előírásokat és használjunk megfelelő szigetelést, érintésvédelmet és védőeszközöket.
Összefoglalás
- A feszültség az elektromos potenciálkülönbség, amely két pont között mérendő.
- Mértékegysége a volt (V), egyenlő 1 J/C-val.
- Feszültség nélkül nincs áram, de feszültség önmagában nem biztosít áramot — zárt áramkör és vezető út szükséges.
- Két fő típus: egyenfeszültség (DC) és váltakozó feszültség (AC); az AC-nél fontos a frekvencia és az RMS érték.
