Spriegums

Šis raksts ir par elektrisko spriegumu. Par citām jēdziena spriegums nozīmēm skatīt nozīmju atdalīšanas lapu.

Fizikā spriegums, potenciālu starpība, jeb elektriskais spriegums ir starpība starp elektrostatiskā lauka potenciālu divos punktos. Sprieguma mērvienība ir volts (V). Spriegums var raksturot enerģijas avotu (elektrodzinējspēku) un uzkrāto vai patērēto enerģiju. Latviskajā literatūrā spriegumu apzīmē ar burtu U.

Starptautiska zīme, kas norāda par augsta sprieguma klātbūtni un tā bīstamību.

Praksē bieži sprieguma jēdzienu izmanto elektrisko shēmu un enerģijas avotu aprakstīšanai. Strāva, kas plūst kādā ķēdes posmā, ir atkarīga no sprieguma starp tās galiem. Ja strāva ir proporcionāla spriegumam, saka, ka šim ķēdes posmam ir spēkā Oma likums. Tāpat šis jēdziens ir ļoti nozīmīgs elektrodrošībā — no pieliktā sprieguma atkarīga arī caur cilvēku plūstošā strāva.

DefinīcijaLabot

Spriegumu iespējams definēt vairākos veidos.

Spriegums kā potenciālu starpībaLabot

Spriegums starp punktiem   un   ir starpība starp skalāro (jeb elektrostatisko) potenciālu   vērtībām šajos punktos.[1]

 

Šai sprieguma definīcijā iesaistīto lielumu secība ir netipiska. Biežāk fizikā un matemātika ar lieluma vērtību starpību saprot sākuma lieluma atņemšanu no beigu lieluma:  . Avotos, kur izmantots apzīmējums   vai  , ar to var būt saprotams gan spriegums ( ), gan pretējais lielums ( ).

Spriegums kā darbs uz vienības lādiņuLabot

Pārvietojot testa lādiņu[P 1]   no punkta   uz punktu  , elektrostatiskie spēki padarīs darbu, kura lielumu apzīmējam ar  . Nemainīgā elektriskajā laukā spriegums starp punktiem   un   ir elektrostatisko spēku veiktā darba   attiecība pret pārvietotā lādiņa lielumu  .

 

Spriegums kā elektriskā lauka līnijintegrālisLabot

Elektrostatikā bieži izmanto arī elektriskā lauka jēdzienu un elektrisko spēku veikto darbu dēvē par elektriskā lauka darbu. Izmantojot mehāniskā darba definīciju   un elektriskā lauka definīciju  , kur   — spēkam   pakļautais lādiņš, varam iegūt t.s. integrālo sakarību starp spriegumu un elektrisko lauku.[2]

 

Jāatzīmē, ka pretējā (diferenciālā) sakarība saista elektrisko lauku nevis ar spriegumu, bet ar potenciāla gradientu:  .

ApzīmējumiLabot

Saskaņā ar ISO-80000 standartu[3], spriegumu apzīmē ar burtu U. Tiek domāts[4], ka tas cēlies no vācu Unterschied (starpība) vai latīņu urgere (spiest). Angliskajā literatūrā, it īpaši Ziemeļamerikā, parasti sprieguma apzīmēšanai izmanto V (no Voltage – spriegums).

Spriegumu, tāpat kā potenciālu, Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) mēra voltos (V). SI definē voltu kā vata un ampēra attiecību:  ,[5] taču pielietojumos to biežāk aplūko kā džoula un kulona attiecību (uzskatot spriegumu par enerģijas un pārvietojamā lādiņa attiecību) vai ampēra un oma reizinājumu (Oma likuma kontekstā).

MērīšanaLabot

Sprieguma mērīšanai izmantotās ierīces sauc par voltmetriem.

Praksē bieži par nulles potenciālu pieņem Zemes potenciālu. Tādā gadījumā cita punkta potenciāls ir vienāds ar spriegumu starp aplūkojamo punktu un Zemi (vai jebkuru citu sazemētu punktu — tādu, kura potenciāls vienāds ar Zemes potenciālu). Tādēļ dažkārt terminus spriegums un potenciāls lieto kā sinonīmus un saka, ka kāda kontakta spriegums ir vienāds ar noteiktu vērtību, ar to domājot spriegumu attiecībā pret zemi.

Maiņstrāvas spriegumsLabot

Maiņstrāvā sprieguma vērtība periodiski mainās no maksimālās vērtības   līdz tai pretējai   un atpakaļ. Momentāno sprieguma vērtību parasti apzīmē ar  . Parasti maiņstrāvas raksturošanai lieto efektīvās strāvas un sprieguma vērtības — kvadrātsakni no lieluma kvadrāta vidējās vērtības.

 

Šo vērtību sauc par efektīvo, jo maiņstrāvas vidējā pilnā jauda ir   (  un   — sprieguma un strāvas efektīvās vērtības) — tāda pati, kāda būtu, ja plūstu līdzstrāva ar stiprumu   un spriegumu  .

Mērot viena vada spriegumu attiecībā pret nulles (Zemes) līmeni, sprieguma efektīvā vērtība ir   reizes mazāka par maksimālo:  .[1] Trīs fāžu strāvā parasti katra vada spriegums attiecībā pret nulles līmeni ir visiem vadiem vienāds (balansētā trīsfāžu sistēmā), bet līnijas spriegumu mēra starp divām nobīdītām fāzēm. Tā efektīvā vērtība (ja fāžu nobīde ir  ) ir  , kur   — atsevišķas fāzes sprieguma maksimālā vērtība attiecībā pret nulles līmeni.

Piemēram, Latvijā nominālais zemsprieguma elektrotīklu spriegums ir 230/400 V (Latvijā tiek lietots arī 220/380 V, ko šai piemērā neaplūkosim).[6][7][8] Tam atbilst sprieguma maksimālā vērtība   un pazīstamās vērtības iegūstamas, aprēķinot   (vienai fāzei) un   (starp divām fāzēm).

Praksē sastopamas sprieguma vērtībasLabot

PiezīmesLabot

  1. Daļiņu ar lādiņu  , kurš ir gana neliels, lai neradītu būtisku ietekmi uz sistēmas elektrisko lauku, kā arī ar tādiem pārējiem fizikālajiem parametriem, kurus var neņemt vērā.

AtsaucesLabot

  1. 1,0 1,1 Visvaldis Branka, Valdis Gaumigs, Pēteris Puķītis. FIZIKA VIDUSSKOLAI. Konspektīvs izklāsts. Apgāds Zvaigzne ABC, 2007. 117,154. lpp. ISBN 978-9984-37-377-5.
  2. Walker, Jearl, 1945-. Halliday & Resnick fundamentals of physics (10th edition izd.). Hoboken, NJ. ISBN 978-1-118-23376-4. OCLC 436030602.
  3. «ISO IEC 80000-6:2008 Quantities and units — Part 6: Electromagnetism». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2019-12-29. Skatīts: 2019-12-21.
  4. «Where does U for voltage come from?». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2019-12-21. Skatīts: 2019-12-21.
  5. «SI Brochure. 9th edition.». Skatīts: 2019-12-21.
  6. «Latvijas energostandarts LEK002:2005. Energoietaišu tehniskā ekspluatācija.». Skatīts: 2019-12-21.
  7. «Latvijas energostandarts LEK078. Zemējumietaišu ierīkošana administratīvās un ražošanas ēkās, kurās paredzētas telekomunikāciju iekārtas un zemspriegumu elektroiekārtas.». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2019-12-21. Skatīts: 2019-12-21.
  8. «LVS EN 50160:2010. Publisko elektroapgādes tīklu sprieguma raksturlielumi.». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2019-12-21. Skatīts: 2019-12-21.
  9. https://www.tesla.com/sites/default/files/downloads/20130214_ModelS_Emergency_Response_Guide.pdf
  10. AS "Augstsprieguma tīkls", http://www.ast.lv/lv Archived 2019. gada 18. augustā, Wayback Machine vietnē.