Spänning är skillnaden i potential. För att räkna ut potentialen i olika punkter använder vi potentialvandring.
Potentialvandring i krets - Teori och exempel
Längst ned går vi igenom en exempeluppgift där vi potentialvandrar genom parallellkopplingar samt potentialvandring genom kondensatorer.
För detta kapitel behöver du veta ha koll på allmän kretslära.
Ohms lag, $U=RI$
Kirschoffs lagar om strömdelning
Potentialvandring är användbart i både fysik 1 och fysik 2, men används även i högskolans kurser inom elektroteknik, så det är väldigt användbart att lära sig!
Elektrisk potential är energi per laddning, eller mer noggrant potentiell energi per enhetsladdning.
Om elektronens potentiella energi är som högst i början, så minskar den och övergår till rörelsenergi. För enkelhetens skull har vi definierat potentialen som högst vid pluspolen som lägst vid minuspolen. Den elektriska potentialen i en krets sjunker när vi färdas längs med strömriktningen.
Ström är ju som bekant det flöde av elektroner som syftar att balansera en potentialskillnad och är definierat att röra sig från pluspolen till minuspolen. Notera att elektronera rör sig motsatt strömriktningen, visst det är rörigt, men ni får bara gilla läget.
Att potentialvandra är effektivt eftersom att du enkelt kan räkna ut värden för enstaka komponenter i en krets. Vill man exempelvis ta reda på spänningen över ett visst motstånd så går det att göra med potentialvandring. Börjar man någonstans på en elektrisk krets och går hela varvet runt så kommer den totala ändringen av spänning att vara noll. Ett viktigt villkor för att detta ska fungera är ett kretsen är sluten.
Vanligt är att spänningen mellan A och B skrivs som $U_{ab}$. Ofta när du ska göra en potentialvandring så bör du leta efter symbolen som visar att kretsen är jordad i den just punkten, det innebär att potentialen är 0.
När du ska lösa en uppgift så är det några saker du bör tänka på,
Om du potentialvandrar genom en resistor(motstånd) i strömmens riktning så kommer potentialen att sjunka (-RI)
Om du potentialvandrar genom en resistor motsatt strömmen så kommer potentialen att öka (+RI)
Om du potentialvandrar genom en spänningskälla från + till - så sjunker potentialen (-U)
Om du potentialvandrar genom en spänningskälla från - till + så ökar potentialen (+U)
Att potentialvandra över en kondensator räknas på samma sätt som en vanlig spänningskälla.
Det som ofta skiljer potentialvandring i fysik 1 från fysik 2 är att i senare kurser kommer du att stöta på mer komplexa kretsar och framförallt potentialvandring genom kondensatorer.
Spänningen över en kondensator beskrivs med $U=\frac{Q}{C}$ där Q är laddningen och C är kapacitansen. Detta medför ju till exempel att om vi går i strömmens riktning över en kondensator så kommer potentialen att minska, dvs $-\frac{Q}{C}$
Spänningen U [V][volt] är skillnad i potentialen
Resistansen i motstånd R [$\Omega$][Ohm]
Strömmen I [A][Ampere]
Bestäm potentialen i punkten P
Först går vi genom spänningskällan. $\Rightarrow +10V$
Sedan behöver vi gå igenom det första motståndet för att komma till P. $\Rightarrow V_p = +10V-R_1 \cdot I$
Nu har vi ett uttryck för potentialen i punkten P, men vi behöver strömmen.
Eftersom allting är seriekopplat så är strömmen densamma i hela kretsen och vi kan använda Ohms lag. Summera ihop motstånden, $R=R_1 + R_2 = 2+4 = 6 \Omega$
$I=\frac{U}{R}=\frac{10}{6}A=\frac{5}{3}A$
Och tillbaka till ekvationen för punkten P med insatt vår nyligen beräknade ström.
$V_p =10 - 2 \cdot \frac{5}{3}=6.67V$
Sjävklart fungerar det (och kräver mindre beräkningar) att gå mot strömmens riktning, dvs moturs.
$V_p = +R_2 \cdot I = 4 \cdot \frac{5}{3}=6.67 V$