Spanning is een weergave van de elektrische potentiële energie per lading. Als een eenheid voor elektrische lading op een locatie is geplaatst, geeft de spanning de potentiële energie op dat moment. Met andere woorden, het is een meting van de energie in een elektrisch veldof een elektrisch circuit op een bepaald punt. Het is gelijk aan het werk dat zou moeten worden gedaan per eenheid lading tegen het elektrische veld om de lading van het ene punt naar het andere te verplaatsen.
Spanning is een scalaire grootheid; het heeft geen richting. De wet van Ohm zegt dat spanning gelijk is aan de weerstand van de huidige tijd.
Eenheden van spanning
De SI-eenheid van spanning is de volt, zodat 1 volt = 1 joule / coulomb. Het wordt vertegenwoordigd door V. De volt is genoemd naar de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta die een chemische batterij heeft uitgevonden.
Dit betekent dat één coulomb van lading één joule potentiële energie wint wanneer deze wordt verplaatst tussen twee locaties waar het elektrische potentiaalverschil één volt is. Voor een spanning van 12 tussen twee locaties krijgt een lading coulomb 12 joule potentiële energie.
Een zes-volt batterij heeft een potentieel voor één coulomb van lading om zes joules potentiële energie te winnen tussen twee locaties. Een negen-volt batterij heeft een potentieel voor één coulomb lading om negen joules potentiële energie te winnen.
Hoe spanning werkt
Een concreter voorbeeld van spanning uit het echte leven is een watertank met een slang die uit de bodem steekt. Water in de tank vertegenwoordigt opgeslagen lading. Het kost werk om de tank met water te vullen. Hierdoor ontstaat een voorraad water, zoals het scheiden van lading in een accu. Hoe meer water in de tank, hoe meer druk er is en het water met meer energie door de slang kan stromen. Als er minder water in de tank was, zou deze met minder energie naar buiten gaan.
Dit drukpotentiaal is equivalent aan spanning. Hoe meer water in de tank, hoe meer druk. Hoe meer lading in een batterij is opgeslagen, hoe meer spanning.
Wanneer je de slang opent, stroomt er water. De druk in de tank bepaalt hoe snel deze uit de slang stroomt. Elektrische stroom wordt gemeten in ampère of ampère. Hoe meer volt je hebt, hoe meer ampère voor de stroom, net als hoe meer waterdruk je hebt, hoe sneller het water uit de tank zal stromen.
De stroom wordt echter ook beïnvloed door weerstand. In het geval van de slang is het hoe breed de slang is. Een brede slang laat meer water door in minder tijd, terwijl een smalle slang de waterstroom weerstaat. Bij een elektrische stroom kan er ook weerstand zijn, gemeten in ohm.
De wet van Ohm zegt dat spanning gelijk is aan de huidige tijden weerstand. V = I * R. Als je een 12 volt batterij hebt maar je weerstand is twee ohm, dan is je stroom zes ampère. Als de weerstand één ohm was, zou je stroom 12 ampère zijn.