Hauptunterschied – Strom vs. Spannung
In einem elektrischen Feld werden elektrische Ladungen durch eine auf sie einwirkende Kraft beeinflusst; Daher muss an einem geladenen Teilchen Arbeit verrichtet werden, um sich von einem Punkt in einem elektrischen Feld zu einem anderen Punkt zu bewegen. Diese Arbeit ist definiert als die elektrische Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Punkten. Die elektrische Potentialdifferenz wird auch als Spannung zwischen zwei Punkten bezeichnet. Eine Bewegung oder ein Fluss elektrischer Ladungen unter der Wirkung der Potentialdifferenz wird als elektrischer Strom bezeichnet. Der Hauptunterschied zwischen Strom und Spannung besteht darin, dass ein Strom immer eine Bewegung elektrischer Ladungen unter einem elektrischen Feld beinh altet, während Spannung keinen Ladungsfluss beinh altet. Eine Spannung entsteht nur durch das Vorhandensein einer unsymmetrischen Ladung.
Was ist Spannung?
Da ein Atom die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen hat, ist alle stabile Materie im Universum elektrisch ausgeglichen. Positiv oder negativ geladene Teilchen können jedoch aufgrund äußerer physikalischer und chemischer Effekte mehr oder weniger Elektronen als Protonen haben. Unter einer Ansammlung ähnlicher Ladungen entsteht ein elektrisches Feld, das jedem Punkt um es herum ein elektrisches Potential oder eine Spannung verleiht. Spannung kann als die grundlegendste Eigenschaft der Elektrizität behandelt werden. Sie wird mit einem Voltmeter in Volt (V) gemessen.
Das elektrische Potential an einem Punkt wird immer als Differenz zwischen zwei Punkten betrachtet, oder an einem bestimmten Punkt wird die Spannung relativ zur Unendlichkeit betrachtet, wo das Potential Null ist. Aus Sicht der elektrischen Sch altung wird die Erde als Nullpotentialpunkt betrachtet; Daher wird die Spannung an jedem Punkt des Stromkreises in Bezug auf die Erde (oder Erde) gemessen.
Eine Spannung kann als Ergebnis vieler natürlicher oder erzwungener Phänomene erzeugt werden. Blitze sind ein Beispiel für eine natürliche Spannung; Hunderte von Millionen Spannungen treten in einer Wolke aufgrund von Reibung auf. In sehr kleinem Maßstab erzeugt eine Batterie durch eine chemische Reaktion eine Spannung, wobei geladene Ionen in den positiven (Anode) und den negativen (Kathode) Anschlüssen angesammelt werden. In Sonnenkollektoren enth altene Photovoltaikzellen erzeugen eine Spannung als Ergebnis der Elektronenfreisetzung aus dem Halbleitermaterial, das das Sonnenlicht absorbiert. Ein ähnlicher Effekt ist bei Fotodioden zu beobachten, die in Kameras zur Erkennung des Umgebungslichtpegels verwendet werden.
Was ist ein Strom?
Eine Strömung ist ein Fluss von etwas, wie Meerwasser oder atmosphärische Luft. In einem elektrischen Kontext wird ein Fluss elektrischer Ladungen, am häufigsten ein Fluss von Elektronen durch einen Leiter, als elektrischer Strom bezeichnet. Der Strom wird mit einem Amperemeter in Ampere (A) gemessen. Ampere wird als Coulomb pro Sekunde definiert und ist proportional zur Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten, an denen Strom fließt.
Abbildung 01: Ein einfacher Stromkreis
Wie in Abbildung 01 gezeigt, wenn der Strom durch einen reinen Widerstand R fließt, ist das Verhältnis von Spannung zu Strom gleich R. Dies wird in das Ohmsche Gesetz eingeführt, das wie folgt angegeben wird:
V=I x R
Ändert sich die Spannung dV über einer Spule, auch Induktivität genannt, ändert sich ein Strom dI durch die Spule gemäß:
dI=1/L∫dV dt
Hier ist L die Induktivität der Spule. Dies geschieht, weil die Spule gegen die Spannungsänderung resistent ist und eine Gegenspannung erzeugt.
Bei einem Kondensator ändert sich der Strom über ihm dI wie folgt:
dI=C (dV/dt)
Hier ist C die Kapazität. Dies liegt an der Entladung und Ladung des Kondensators entsprechend der Spannungsänderung.
Abbildung 02: Flemings Rechte-Hand-Regel
Wenn sich ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt, wird gemäß der Rechtshandregel von Fleming ein Strom und anschließend eine Spannung über dem Leiter erzeugt.
Dies ist die Grundlage des elektrischen Generators, in dem sich eine Reihe von Leitern schnell über ein Magnetfeld dreht. Wie im vorherigen Abschnitt erläutert, erzeugt die Akkumulation von Ladungen eine Spannung in einer Batterie. Wenn ein Draht die beiden Anschlüsse verbindet, beginnt ein Strom entlang des Drahtes zu fließen, d. h. Elektronen im Draht bewegen sich aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen. Je größer der Widerstand des Drahtes ist, desto größer ist der Strom und desto schneller entlädt sich die Batterie. In ähnlicher Weise zieht eine Last mit höherem Stromverbrauch einen höheren Strom aus der Versorgung. Beispielsweise kann der Stromverbrauch einer 100-W-Lampe, die an eine 230-V-Versorgung angeschlossen ist, wie folgt berechnet werden:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Hier, wenn die Leistung höher ist, wird der Stromverbrauch hoch sein.
Was ist der Unterschied zwischen Spannung und Strom?
Spannung gegen Strom |
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| Spannung ist definiert als die elektrische potentielle Energiedifferenz zwischen zwei Punkten in einem elektrischen Feld. | Strom ist definiert als die Bewegung elektrischer Ladungen unter einer potentiellen Energiedifferenz in einem elektrischen Feld. |
| Vorkommen | |
| Spannungsabgänge aufgrund vorhandener elektrischer Ladungen. | Strom wird durch eine Ladungsbewegung erzeugt. Bei statischen elektrischen Ladungen fließt kein Strom. |
| Abhängigkeit | |
| Spannung kann existieren, ohne einen Strom zu erzeugen; zum Beispiel in Batterien. | Strom hängt immer von der Spannung ab, da ohne Potentialunterschied kein Ladungsfluss stattfinden kann. |
| Messung | |
| Spannung wird in Volt gemessen. Es wird immer in Bezug auf einen anderen Punkt gemessen, mindestens den Neutralleiter. Daher ist die Spannungsmessung einfach, da kein Stromkreis unterbrochen wird, um die Messanschlüsse zu platzieren. | Strom wird in Ampere gemessen und über einen Leiter gemessen. Das Messen von Strom ist schwieriger, da der Leiter unterbrochen werden muss, um die Messklemmen zu platzieren, oder komplizierte Stromzangen verwendet werden sollten. |
Zusammenfassung – Spannung vs. Strom
In einem elektrischen Feld wird die Potentialdifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten als Spannungsdifferenz bezeichnet. Es sollte immer eine Spannungsdifferenz vorhanden sein, um einen Strom zu erzeugen. In einer Spannungsquelle wie einer Fotozelle oder einer Batterie entsteht eine Spannung aufgrund der Akkumulation von Ladungen an den Anschlüssen. Wenn diese Klemmen mit einem Draht verbunden werden, beginnt aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen ein Strom zu fließen. Nach dem Ohmschen Gesetz ändert sich der Strom in einem Leiter proportional zur Spannung. Obwohl Strom und Spannung durch den Widerstand miteinander verbunden sind, kann Strom ohne Spannung nicht existieren. Das ist die Differenz zwischen Strom und Spannung.
