تفاوت کلیدی – جریان در مقابل ولتاژ
در میدان الکتریکی، بارهای الکتریکی تحت تأثیر نیرویی قرار می گیرند که بر آنها وارد می شود. بنابراین، باید روی یک ذره باردار کار کرد تا از یک نقطه در میدان الکتریکی به نقطه دیگر حرکت کند. این کار به عنوان اختلاف پتانسیل الکتریکی بین آن دو نقطه تعریف می شود. اختلاف پتانسیل الکتریکی را ولتاژ بین دو نقطه نیز می نامند. حرکت یا جریان بارهای الکتریکی تحت تأثیر اختلاف پتانسیل به عنوان جریان الکتریکی شناخته می شود. تفاوت اصلی بین جریان و ولتاژ این است که یک جریان همیشه شامل حرکت بارهای الکتریکی در زیر یک میدان الکتریکی است در حالی که ولتاژ شامل جریان بارها نمی شود.ولتاژ فقط به دلیل وجود بار نامتعادل رخ می دهد.
ولتاژ چیست؟
از آنجایی که یک اتم دارای تعداد پروتون و الکترون یکسانی است، همه مواد پایدار در جهان از نظر الکتریکی متعادل هستند. با این حال، ذرات باردار مثبت یا منفی ممکن است به دلیل اثرات فیزیکی و شیمیایی خارجی، الکترون های بیشتر یا کمتری نسبت به پروتون داشته باشند. تحت مجموعه ای از بارهای مشابه، یک میدان الکتریکی ایجاد می شود که پتانسیل الکتریکی یا ولتاژی را به هر نقطه اطراف آن می دهد. ولتاژ را می توان به عنوان اساسی ترین ویژگی در برق در نظر گرفت. با استفاده از یک ولت متر بر حسب ولت (V) اندازه گیری می شود.
پتانسیل الکتریکی در یک نقطه همیشه به عنوان اختلاف بین دو نقطه در نظر گرفته می شود، یا در یک نقطه خاص، ولتاژ نسبت به بی نهایت در نظر گرفته می شود که پتانسیل صفر است. از نظر مدار الکتریکی، زمین به عنوان یک نقطه با پتانسیل صفر در نظر گرفته می شود. از این رو، ولتاژ در هر نقطه از مدار با توجه به زمین (یا زمین) اندازه گیری می شود.
یک ولتاژ ممکن است در نتیجه بسیاری از پدیده های طبیعی یا اجباری تولید شود. صاعقه نمونه ای از ولتاژ ناشی از وقوع طبیعی است. صدها میلیون ولتاژ در ابر به دلیل اصطکاک رخ می دهد. در مقیاس بسیار کوچک، یک باتری با یک واکنش شیمیایی ولتاژ تولید می کند و یون های باردار را در پایانه های مثبت (آند) و منفی (کاتد) جمع می کند. سلول های فتوولتائیک موجود در پنل های خورشیدی در نتیجه آزاد شدن الکترون از مواد نیمه هادی که نور خورشید را جذب می کنند، ولتاژ تولید می کنند. اثر مشابهی را می توان در فتودیودهای مورد استفاده در دوربین ها برای تشخیص سطح نور محیط مشاهده کرد.
جریان چیست؟
جریان جریان چیزی است، مانند آب دریا یا هوای اتمسفر. در زمینه الکتریکی، جریان بارهای الکتریکی، معمولاً جریان الکترون ها از طریق یک هادی، به عنوان جریان الکتریکی شناخته می شود. جریان با آمپرمتر (A) اندازه گیری می شود. آمپر به عنوان کولن در ثانیه تعریف می شود و متناسب با اختلاف ولتاژ بین دو نقطه ای است که جریان در آن جریان دارد.
شکل 01: یک مدار الکتریکی ساده
همانطور که در شکل 01 نشان داده شده است، هنگامی که جریان از مقاومت خالص R عبور می کند، نسبت ولتاژ به جریان برابر با R است. این در قانون اهم معرفی شده است که به صورت: ارائه شده است.
V=I x R
اگر ولتاژ dV در یک سیم پیچ، که به عنوان سلف نیز شناخته می شود، در حال تغییر است، جریان dI از طریق سیم پیچ بر اساس: تغییر می کند.
dI=1/L∫dV dt
در اینجا، L اندوکتانس سیم پیچ است. این اتفاق می افتد زیرا سیم پیچ در برابر تغییر ولتاژ در سراسر آن مقاوم است و یک ضد ولتاژ تولید می کند.
در مورد یک خازن، تغییر جریان در سراسر آن dI به شرح زیر است:
dI=C (dV/dt)
در اینجا، C ظرفیت خازنی است. این به دلیل تخلیه و شارژ خازن با توجه به تغییرات ولتاژ است.
شکل 02: قانون دست راست فلمینگ
هنگامی که یک رسانا در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، طبق قانون سمت راست فلمینگ، جریان و متعاقباً یک ولتاژ در سراسر هادی تولید می شود.
این اساس ژنراتور الکتریکی است که در آن یک سری رسانا به سرعت در یک میدان مغناطیسی می چرخند. همانطور که در بخش قبل توضیح داده شد، تجمع بارها باعث ایجاد ولتاژ در باتری می شود. هنگامی که یک سیم دو پایانه را به هم متصل می کند، جریانی در طول سیم شروع به جریان می کند، یعنی الکترون های موجود در سیم به دلیل اختلاف ولتاژ بین پایانه ها حرکت می کنند. مقاومت سیم بزرگتر، جریان بزرگتر است و باتری سریعتر تخلیه می شود. به طور مشابه، بار مصرف کننده توان بالاتر جریان بیشتری را از منبع تغذیه می گیرد.به عنوان مثال، یک لامپ 100 وات متصل به منبع تغذیه 230 ولت، جریانی که می کشد را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0.434 A
در اینجا، وقتی قدرت بیشتر است، جریان مصرفی بالا خواهد بود.
تفاوت بین ولتاژ و جریان چیست؟
ولتاژ در مقابل جریان |
|
| ولتاژ به عنوان اختلاف انرژی پتانسیل الکتریکی بین دو نقطه در میدان الکتریکی تعریف می شود. | جریان به عنوان حرکت بارهای الکتریکی تحت اختلاف انرژی پتانسیل در یک میدان الکتریکی تعریف می شود. |
| رویداد | |
| ولتاژ به دلیل وجود بارهای الکتریکی خارج می شود. | جریان با حرکت بارها تولید می شود. هیچ جریانی با بارهای الکتریکی ساکن وجود ندارد. |
| وابستگی | |
| ولتاژ می تواند بدون تولید جریان وجود داشته باشد. به عنوان مثال، در باتری. | جریان همیشه به ولتاژ بستگی دارد زیرا جریان شارژ نمی تواند بدون اختلاف پتانسیل رخ دهد. |
| اندازه گیری | |
| ولتاژ بر حسب ولت اندازه گیری می شود. همیشه با توجه به یک نقطه دیگر، حداقل زمین خنثی اندازه گیری می شود. بنابراین، اندازه گیری ولتاژ آسان است زیرا مداری برای قرار دادن پایانه های اندازه گیری قطع نشده است. | جریان بر حسب آمپر اندازه گیری می شود و در طول یک هادی اندازه گیری می شود. اندازه‌گیری جریان سخت‌تر است، زیرا برای قرار دادن پایانه‌های اندازه‌گیری، هادی باید شکسته شود، یا باید از آمپرمترهای گیره پیچیده استفاده کرد. |
خلاصه - ولتاژ در مقابل جریان
در میدان الکتریکی، اختلاف پتانسیل بین هر دو نقطه را اختلاف ولتاژ می نامند. برای تولید جریان همیشه باید اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد. در یک منبع ولتاژ مانند فتوسل یا باتری، ولتاژ به دلیل تجمع بارها در پایانه ها رخ می دهد. اگر این پایانه ها با سیم وصل شوند، به دلیل اختلاف ولتاژ بین پایانه ها، جریانی شروع به جریان می کند. طبق قانون اهم، جریان در هادی متناسب با ولتاژ تغییر می کند. اگرچه جریان و ولتاژ توسط مقاومت به یکدیگر متصل هستند، جریان بدون ولتاژ نمی تواند وجود داشته باشد. این تفاوت بین جریان و ولتاژ است.
