Напрежението е разликата в електрическия потенциал между две точки и именно тя кара електрическите заряди да се движат. То е „тласъкът“, който принуждава зарядите да преминават през проводник или друг електрически проводник. Макар в разговорния език да се казва, че напрежението „дърпа“ или „тласка“ зарядите, то не е сила в класическия смисъл на думата, а величина, която измерва колко енергия се преобразува при преместване на единичен заряд.
Какво означава „електрически потенциал“ и „потенциална разлика“
Терминът за научно описание е „разлика в електрическия потенциал“, но най-често използваното наименование е просто напрежение. Неофициално напрежението се нарича и „потенциална разлика“. В някои контексти се използва и терминът електродвижеща сила (ЕДН) за източници на напрежение (напр. батерии, генератори), въпреки че ЕДН описва и работата, която източникът може да извърши при преместване на заряд.
Единици и означение
Единицата за разлика в електрическия потенциал или напрежение е волт. Волтът е кръстен в памет на Алесандро Волта. Един волт се равнява на един джаул енергия, прехвърлена при преместване на един кулон заряд (1 V = 1 J/C).
Символът за единицата волт се изписва с главна буква V (например 9 V). Когато говорим за напрежение като величина в формули, използваме обикновено курсивната буква V (или v), а електроинженерите понякога използват и символа e {\displaystyle e} за напрежение при електрически вериги (например e = i r).
В текста по-долу са запазени няколко илюстративни математически записа и изображения, които показват начина на означаване: V = 9 V {\displaystyle V=9\,{\text{V}}} 
, напрежение = ток × съпротивление {\displaystyle {\text{напрежение}}={\text{ток}}\times {\text{съпротивление}}} 
и V = i r {\displaystyle {\text{v}}={\text{ir}}} 
. За яснота някои инженери използват и символа 
при записа на електрическо напрежение (например 
).
Как се измерва напрежението
Напрежението винаги се измерва между две точки — например между положителния и отрицателния полюс на батерията, между проводник и земя или между две точки в електрическа верига. За измерване се използва волтметър, който се свързва паралелно към тези две точки, за да установи потенциалната разлика.
Важно е да се разбере, че за да се пренася мощност (енергия) по проводник, трябва едновременно да има напрежение и ток. Ако имаме високо напрежение, но кръгът е откъснат (отвън), токът няма да премине и енергия не се пренася. Затова птиците могат да кацат върху проводници с високо напрежение (например 12 kV или 16 kV) без да пострадат — защото между краката им няма значителна потенциална разлика и през тялото им не протича ток.
Постоянно (DC) и променливо (AC) напрежение
Съществуват два основни вида напрежение:
- Постоянно напрежение (DC) — има фиксирана полярност (постоянно положителна и отрицателна страна). Примери: батерии, акумулатори, някои захранвания за електроника. Постоянният ток е предпочитан за електронни устройства, защото дава стабилна полярност и лесно се филтрира/регулира.
- Променливо напрежение (AC) — полярността и величината му се променят периодично. Типичен пример е напрежението от мрежата в домакинствата. В САЩ стандартът е около 120 V с честота 60 Hz (полярността се променя 60 пъти в секунда, което означава 60 пълни цикъла в секунда), а в много европейски страни и Великобритания стандартът е около 230 V с честота 50 Hz (50 цикъла/секунда).
При променливотоковите системи често се говори за ефективно (RMS) напрежение, което е стойността, даваща същата топлинна мощност в резистивен товар, каквато би дала еквивалентна стойност постоянен ток. Например номиналните 230 V са RMS стойност; пикът (амплитудата) на синусоидалното напрежение е около 230·√2 ≈ 325 V, а върхът до връх (peak-to-peak) е двойно по-голям.
Източници на напрежение и електродвижеща сила
Източниците на напрежение включват батерии, соларни клетки, генератори, трансформатори (които променят напрежение в променлив ток) и захранващи блокове. Източникът генерира потенциална разлика и често има вътрешно съпротивление — това означава, че при натоварване изходното напрежение може да спадне спрямо степента на протичащия ток. Този спад може да бъде описан чрез електродвижещата сила (ЕДН) и вътрешното съпротивление на източника.
Практически примери и типични стойности
- Стандартна алкална батерия AA: ~1.5 V
- Автомобилен акумулатор: ~12 V (съставен от 6 клетки по ~2.1 V)
- USB захранване: 5 V
- Мрежово (домашно) напрежение: ~120 V (САЩ) или ~230 V (Европа)
- Трансформатори и далекопроводи: десетки до стотици киловолти (kV)
Безопасност
Напрежението само по себе си не убива — вредният ефект идва от токa, който протича през тялото. Същевременно, по-високото напрежение улеснява протичането на по-голям ток през съпротивления (напр. човешкото тяло, повреди, влага), което увеличава опасността. Затова е важно да се следват безопасни практики при работа с електричество: изключване от мрежата преди обслужване, използване на подходящи защитни средства и инструменти, заземяване и защита с предпазители и прекъсвачи.
Кратко обобщение
- Напрежение = разлика в електрическия потенциал между две точки; измерва се във волтове (V).
- За пренос на енергия са необходими едновременно напрежение и ток.
- Двата основни вида са постоянно (DC) и променливо (AC) напрежение; AC има характеристика честота и RMS/пикови стойности.
- При измерване използваме волтметър, който се свързва паралелно към точките, между които искаме да знаем напрежението.
