Спад напруги

Спад напруги на двох опорах.

Спад напру́ги — різниця потенціалів між кінцями ділянки електричного кола, в якому протікає електричний струм.

Позначається здебільшого літерою ∆U, вимірюється у вольтах.

Спад напруги визначається силою струму й властивостями елементів ділянки електричного кола.

Спад напруги на резисторі із опором R дорівнює

$\ U=IR$.

де I — сила струму.

Для нелінійних елементів електричного кола спад напруги визначається їхніми вольт-амперними характеристиками.

Принципова різниця між напругою і спадом напруги у тому, що напруга прикладається до ділянки кола, в той час як спад напруги визначається струмом крізь елемент. У разі єдиного елемента на ділянці, різниці немає — спад напруги дорівнює прикладеній напрузі. Однак, у випадку кількох елементів на ділянці кола, тільки сумарний спад напруги на всіх елементах дорівнює напрузі. Розрахунок спаду напруги на кожному з елементів потребує визначення сили струму, який протікає крізь кожен елемент. Для складних ділянок кола ці обчислення проводяться одночасно, з використанням правил Кірхгофа (у разі лінійних елементів).

Спад напруги у колах  постійного струму: опір

Розглянемо електросхему з джерелом постійного струму на дев'ять вольт: три резистори по 67 кОм, 100 кОм та 470 кОм і лампочка — всі з'єднані послідовно. Джерело постійного струму, провідники (дроти), резистори та лампочка (навантаження) мають опір; всі  до певної міри, використовують і розсіюють надану енергію. Їх фізичні характеристики визначають, кількість цієї енергії. Наприклад, опір постійному струму дроту, залежить від його довжини, площі поперечного перерізу, типу матеріалу і температури.

Якщо вимірюється напруга між джерелом постійного струму і першим резистором (67 кОм), рівень напруги на ньому, буде трохи менше дев'яти вольт. Струм проходить крізь провідник (дріт) від джерела постійного струму до першого резистора; коли це відбувається, частина наданої енергії «губиться» (недоступна для навантаження) через опір дроту. Спад напруги є як в прямому, так і в зворотному дротах електричного кола. Якщо вимірюється спад напруги на окремому резисторі, вимір буде значним числом. Чим більше номінал резистора, тим більше енергії використовується (розсіюється) цим опором і тим більше спад напруги на цьому резисторі.

Для вимірювання спаду напруги, може бути використано Закон Ома. У колі постійного струму, напруга дорівнює струму, помноженому на опір V = I R. Крім того, закони Кірхгофа свідчать, що в будь-якому колі постійного струму, сума спадів напруги на кожному елементі схеми, дорівнює напрузі живлення.

Спад напруги в колах змінного струму: опір

У колах змінного струму, протидія струму виникає через опір, як і в колах постійного струму. Однак кола змінного струму, містять також другий вид спротиву струму: реактивний опір. Сума протидій струму від активного опору і реактивного опору, називається повним опором.

Електричний імпеданс зазвичай представлений змінною Z і вимірюється в Омах на певній частоті. Електричний імпеданс обчислюється як векторна сума активного опору, ємнісного опору й індуктивного опору.

Величина повного опору в колі змінного струму, залежить від частоти змінного струму та магнітної проникності електричних провідників і електрично ізольованих елементів (разом з навколишніми елементами), які залежать від їх розміру і відстані.

Спрощена електрична лінія з поздовжнім опором і векторними діаграмами за різного навантаження

Подібно закону Ома для кіл постійного струму, електричний імпеданс може бути виражений формулою E = I Z. Таким чином, спад напруги в колі змінного струму, є добутком струму і опору кола.

Поздовжній та поперечний спад напруги

У загальному випадку, який заснований на обчисленні комплексного змінного струму, різниця напруги в лінії з

живленням від змінного струму не подібна різниці величин напруги між початком і кінцем лінії. Таким чином, в деяких випадках може також відбуватися збільшення величини напруги уздовж лінії. Для опису цих відмінностей в напрузі, використовуються терміни поздовжнього і поперечного спадів напруги, зокрема в електроенергетиці та високовольтній техніці.

У мережах низької (до 1 кВ) та середньої напруги (в Європі близько 1 - 35 кВ), спад напруги вздовж ліній, досить точно визначається суто поздовжнім спадом напруги, і поперечним спадом напруги, можна знехтувати. У високовольтних системах, особливо у просторово розширених сітчастих, взаємопов'язаних мережах, поперечний спад напруги, грає важливу роль у впливі на напругу окремих вузлів і виниклі через це, активні потоки енергії в лініях електропередавання.

Див. також

• Електрична напруга
• Подільник напруги
• Електричний струм
• Розподільна мережа
• Правила Кірхгофа
• Теорія електричних кіл
• Внутрішній опір

Джерела

• Сивухин Д. В. (1977). Общий курс физики. Том III. Электричество. Москва: Наука.
• https://web.archive.org/web/20100306031706/http://www.electrical-installation.schneider-electric.com/voltage-drop.htm
• Electrical Principles for the Electrical Trades (Jim Jennesson) 5th edition
• Klaus Heuck, Klaus-Dieter Dettmann, Detlef Schulz: . 9. Auflage. Springer-Vieweg, 2013, ISBN 978-3-8348-1699-3, Kapitel 5.2.
• https://en.wikipedia.org/wiki/IEC_60038