Wat is een potentieel verschil?
Een potentieel verschil is de energie per lading per eenheid in een elektrisch circuit. Het potentiaalverschil moet tussen twee punten worden gemeten, omdat het over het algemeen onpraktisch is om de elektrische potentiaal van een enkel punt te meten. Het potentiaalverschil van een punt in een elektrisch circuit wordt typisch gemaakt met betrekking tot een referentiepotentiaal, zoals de gemeenschappelijke aarde.
Potentiaalverschil is algemeen bekend als spanning, omdat volt de standaard meeteenheid is voor deze hoeveelheid. Het is ook historisch bekend als druk en spanning. "Druk" is een verouderde term voor potentieel verschil, maar het wordt nog steeds gebruikt om te verwijzen naar potentieel verschil in de context van vacuümbuiselektronica.
Spanning kan ook worden gezien als de energie die nodig is om een lading te verplaatsen tussen punten gedeeld door de grootte van die lading. Dit energietotaal moet zowel de statische als dynamische energie omvatten die nodig is om de lading te verplaatsen. De berekening van het potentiaalverschil wordt nauwkeuriger naarmate de grootte van de gemeten lading kleiner wordt.
Een hoeveelheid potentiaalverschil moet een teken bevatten, afhankelijk van de richting waarin de elektronen stromen. De definitie van potentiaalverschil veronderstelt dat positief geladen deeltjes naar lagere spanningen bewegen en negatief geladen deeltjes naar hogere spanningen. Dit betekent dat de elektronen in een circuit van een punt met hogere spanning naar een punt met lagere spanning stromen.
De beschrijving van het potentiaalverschil gebruikt vaak water als een analogie voor elektriciteit. Deze analogie veronderstelt dat een mechanische pomp water door een gesloten circuit van leidingen stuurt. Het potentiaalverschil in deze analogie is het verschil in waterdruk tussen twee punten in het circuit. Water stroomt daarom tussen de twee punten als er een drukverschil is, waardoor het water kan werken. Evenzo kan een elektrisch circuit alleen werk uitvoeren als er een potentiaalverschil bestaat tussen twee punten in het circuit.
Verschillende instrumenten meten het potentiaalverschil afhankelijk van hun werkwijze. Een voltmeter heeft twee draden, die elk op een punt in het circuit worden aangesloten. Dit apparaat meet de spanningsval over een vaste weerstand, die evenredig is met de hoeveelheid volt in het circuit.
Een potentiometer vergelijkt een onbekende spanning met een bekende spanning in het circuit. Een oscilloscoop versterkt de spanning in het circuit, die een elektronenstraal afbuigt. De hoeveelheid doorbuiging is evenredig met de spanning in het circuit. Een multimeter meet verschillende elektrische grootheden, inclusief spanning.