Jännite

Wikipedia

Sähköinen jännite (tunnus U, lat. urgere, etenkin amerikkalaisessa tekstissä välillä V) tai sähköinen potentiaaliero määritellään sähkökentän tietyssä pisteessä olevan varauksen potentiaalienergian ja varauksen suhteena. Yhtäpitävästi kahden pisteen välinen potentiaaliero voidaan määritellä sähkökentän voimakkuuden integraaliksi näiden pisteiden välillä vastakkaismerkkisenä.

SI-järjestelmässä jännitteen yksikkö on voltti.

Usein jännitettä kuvataan sähköisenä korkeuserona, joka kuvaa kuinka suurella voimalla erimerkkiset varaukset pyrkivät "toistensa luo".

Jännitteen yksikkö on voltti, V, joka taas on J/C, missä J on energian yksikkö joule ja C varauksen yksikkö coulombi. Jännite pyrkii aiheuttamaan sähkövirran, jossa varaus siirtyy pois. Yhden voltin jännite aiheuttaa yhden ampeerin virran yhden ohmin vastuksen läpi. Tämä ilmiö tunnetaan Ohmin lakina, ja ilmiötä käytetään jännitteen mittaamiseen.

[muokkaa] Tasa- ja vaihtojännite

Tasajännite on vakiona pysyvä jännite, kun taas vaihtojännitteessä jännite vaihtelee positiivisen ja negatiivisen huippuarvon välillä. Positiivinen ja negatiivinen huippuarvo eivät välttämättä ole itseisarvoiltaan yhtäsuuret eli niiden keskikohta ei välttämättä osu nollaan volttiin.

Vaihtojännitteenä käytetään yleensä siniaaltoa. Muita vaihtojännitteitä ovat kantti- ja kolmioaalto. Vaihtojännitteen tehollisarvolla tarkoitetaan tehoa, joka antaa kuormaan saman tehon kuin vastaavan suuruinen tasajännite. Tehollisarvo lasketaan vaihtojännitteestä RMS-keskiarvostamalla. Sinimuotoisen vaihtojännitteen tehollisarvo on jännitteen huippuarvo jaettuna kahden neliöjuurella.

Kotitaloussähkö on sinimuotoista kolmivaihevaihtovirtaa, jonka tehollisarvo on nykyään 230 V vaiheen ja nollan välillä. Pääjännite on 400 V (jännite kaikkien kolmen vaiheen välillä). Ennen jännitemuutoksia kyseessä olevat jännitteet olivat 220 V ja 380 V.

Paristojen jännitteet ovat tasajännitteitä ja arvoltaan yleensä välillä 1,5 - 9 V. Pariston napojen välinen jännite pysyy käytännöllisesti katsoen vakiona, niin kauan kuin sen sähkökemialliset reaktiot jatkuvat eli paristo ei ole lopussa. Ajoneuvojen akkujen jännitteet ovat yleensä joko 12 V (henkilöautot) tai 24 V (raskaat ajoneuvot). Paristojen ja akkujen miinus- ja plusnavan välillä olevan jännitteen ansiosta virta alkaa kulkea, kun paristo kytketään laitteeseen tai virtapiiriin. Tällöin elektronit pyrkivät tasoittamaan napojen välisen jännite-eron.

Yleensä alle 50 V jännitteet ovat ihmiselle vaarattomia suoraan kosketeltaessa (pienoisjännitelaitteet). Siitä huolimatta matalammatkin jännitteet voivat aiheuttaa oikosulkutilanteessa suuren virran ja tätä kautta välillisesti kuumenevista komponenteista palovammariskin (auton akun oikosulkeminen jakoavaimella).

[muokkaa] Jännitteen mittaaminen

Jännitettä voidaan mitata muun muassa yleismittarilla. Kiertokäämimittarissa virta kulkee käämin läpi ja aiheuttaa kestomagneetin kentässä voiman, joka kääntää mittarin osoitinta. Digitaalimittarissa jännite syötetään transistori- tai putkivahvistimen sisäänmenoon ja ulostulosta saatava signaali muutetaan analogia-digitaalimuuntimella numeroksi, joka näytetään näyttölaitteella. Suurin osa yleismittareista mittaa tasajännitteitä. Vaihtojännitteitä mitattaessa yleismittarilla saadaan mitattua jännitteen tehollisarvo tai huippuarvo riippuen mittarista.

Ajan funktiona jännitettä voidaan mitata oskilloskoopilla tai jännitteen vaihetta piirianalysaattorilla. Tällöin saadaan mitattua myös vaihtojännitteitä ja niiden muutos ajan funktiona nähdään oskilloskoopin näytöllä.

Kohteita, joissa voi olla yli 40 V jännite, tulee mitata vain asiantuntevien henkilöiden toimesta ja tällaisiin mittauksiin sopivin mittalaittein ja mittajohdoin, koska suuremmat jännitteet voivat aiheuttaa hengenvaarallisen virran vaikuttaessaan kehon läpi.

[muokkaa] Laskennallinen tarkastelu

Jännite lasketaan potentiaalierona kahden pisteen $a\,\!$ ja $b\,\!$ välillä. Jos pisteiden välillä vallitseva sähkökenttä $\mathbf{E}$ tunnetaan, saadaan jännite laskettua pituusintegraalina sähkökentän yli.