Tofauti Muhimu – Sasa dhidi ya Voltage
Katika uwanja wa umeme, chaji za umeme huathiriwa na nguvu inayozikabili; kwa hivyo, kazi inapaswa kufanywa kwenye chembe iliyochajiwa ili kusonga kutoka sehemu moja kwenye uwanja wa umeme hadi sehemu nyingine. Kazi hii inafafanuliwa kama tofauti ya uwezo wa umeme kati ya nukta hizo mbili. Tofauti ya uwezo wa umeme pia huitwa Voltage kati ya nukta mbili. Mwendo au mtiririko wa chaji za umeme chini ya athari ya tofauti inayowezekana inajulikana kama mkondo wa umeme. Tofauti kuu kati ya sasa na voltage ni kwamba sasa kila wakati inahusisha harakati ya chaji za umeme chini ya uwanja wa umeme ambapo voltage haihusishi mtiririko wa malipo. Voltage hutokea tu kutokana na kuwepo kwa chaji isiyosawazisha.
Voltage ni nini?
Kwa kuwa atomi ina idadi sawa ya protoni na elektroni, maada yote thabiti katika ulimwengu yana usawa wa kielektroniki. Hata hivyo, chembe zenye chaji chanya au hasi zinaweza kuwa na elektroni zaidi au chache kuliko protoni kutokana na athari za nje za kimwili na kemikali. Chini ya mkusanyiko wa malipo sawa, kunatokea uwanja wa umeme unaotoa uwezo wa umeme au voltage kwa kila hatua inayoizunguka. Voltage inaweza kutibiwa kama mali ya msingi zaidi katika umeme. Hupimwa kwa volt (V) kwa kutumia voltmeter.
Uwezo wa umeme katika sehemu fulani daima huzingatiwa kama tofauti kati ya nukta mbili, au katika hatua fulani, volteji huzingatiwa kwa kufuatana na infinity ambapo uwezo ni sifuri. Kwa mtazamo wa mzunguko wa umeme, dunia inachukuliwa kuwa hatua ya sifuri; kwa hivyo, voltage katika kila hatua kwenye mzunguko hupimwa kwa heshima ya dunia (au ardhi).
Votesheni inaweza kuzalishwa kutokana na matukio mengi ya asili au ya kulazimishwa. Umeme ni mfano wa voltage kutokana na tukio la asili; mamia ya mamilioni ya voltage hutokea katika wingu kutokana na msuguano. Kwa kiwango kidogo sana, betri hutoa voltage kwa mmenyuko wa kemikali, kukusanya ioni za kushtakiwa katika vituo vyema (Anode) na hasi (Cathode). Seli za Photovoltaic zilizojumuishwa kwenye paneli za jua huzalisha volti kama matokeo ya kutolewa kwa elektroni kutoka kwa nyenzo za semiconductor zinazochukua mwanga wa jua. Athari sawa inaweza kuonekana katika fotodiodi zinazotumiwa katika kamera kutambua kiwango cha mwanga iliyoko.
Sasa ni nini?
Mkondo ni mtiririko wa kitu, kama vile maji ya bahari au hewa ya angahewa. Katika muktadha wa umeme, mtiririko wa chaji za umeme, kwa kawaida mtiririko wa elektroni kupitia kondakta, hujulikana kama mkondo wa umeme. Sasa inapimwa kwa amperes (A) na ammita. Ampere inafafanuliwa kama coulombs kwa sekunde na inalingana na tofauti ya voltage kati ya nukta mbili ambapo mkondo unapita.
Kielelezo 01: Mzunguko Rahisi wa Umeme
Kama inavyoonyeshwa katika mchoro 01, wakati mkondo wa maji unapita kwenye upinzani safi wa R, uwiano wa voltage kwa sasa ni sawa na R. Hii inaletwa katika Sheria ya Ohm ambayo imetolewa kama:
V=mimi x R
Ikiwa voltage ya dV inabadilika kwenye koili, inayojulikana pia kama kichochezi, dI ya sasa kupitia koili hubadilika kulingana na:
dI=1/L∫dV dt
Hapa, L ni uingizaji wa koili. Hili hutokea kwa vile koili inastahimili mabadiliko ya volteji kote ndani yake na hutoa kipingana na voltage.
Katika kesi ya capacitor, mabadiliko ya mkondo kwenye dI ni kama ifuatavyo:
dI=C (dV/dt)
Hapa, C ndio uwezo. Hii ni kutokana na kutoa na kuchaji kwa capacitor kulingana na tofauti ya voltage.
Kielelezo 02: Sheria ya Kulia ya Fleming
Kondakta inaposogea kwenye uga wa sumaku, mkondo na baadaye voltage inatolewa kwenye kondakta kulingana na kanuni ya mkono wa kulia ya Fleming.
Huu ndio msingi wa jenereta ya umeme ambapo mfululizo wa kondakta huzunguka kwa kasi sehemu ya sumaku. Kama ilivyoelezwa katika sehemu iliyopita, mkusanyiko wa chaji hufanya voltage kwenye betri. Wakati waya huunganisha vituo viwili, sasa huanza kutiririka kando ya waya, ambayo ni, elektroni kwenye mwendo wa waya kwa sababu ya tofauti ya voltage kati ya vituo. Upinzani mkubwa wa waya, sasa ni kubwa na kasi ya betri inatoka nje. Vile vile, mzigo wa juu unaotumia nguvu huchota sasa ya juu kutoka kwa usambazaji. Kwa mfano, taa ya 100W iliyounganishwa na usambazaji wa 230V, ya sasa inayochora inaweza kuhesabiwa kama:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0.434 A
Hapa, nishati inapokuwa juu zaidi, matumizi ya maji yatakuwa ya juu.
Kuna tofauti gani kati ya Voltage na Current?
Voltage dhidi ya Sasa |
|
| Voltge inafafanuliwa kama tofauti ya nishati inayoweza kutokea katika umeme kati ya nukta mbili katika sehemu ya umeme. | Ya sasa inafafanuliwa kama uhamishaji wa chaji za umeme chini ya tofauti ya nishati inayoweza kutokea katika eneo la umeme. |
| Matukio | |
| Njia za voltage kwa sababu ya kuwepo kwa chaji za umeme. | Ya sasa inazalishwa kwa mtiririko wa malipo. Hakuna mkondo wenye chaji za umeme tuli. |
| Utegemezi | |
| Voltge inaweza kuwepo bila kutoa mkondo; kwa mfano, katika betri. | Sasa siku zote inategemea voltage kwa kuwa mtiririko wa chaji hauwezi kutokea bila tofauti inayoweza kutokea. |
| Kipimo | |
| Voltge hupimwa kwa Volti. Daima hupimwa kwa heshima na hatua nyingine, angalau dunia isiyo na upande. Kwa hivyo, kipimo cha voltage ni rahisi kwa kuwa saketi haijavunjwa ili kuweka vituo vya kupimia. | Ya sasa hupimwa kwa Amperes na hupimwa kupitia kondakta. Upimaji wa mkondo ni mgumu zaidi kwa kuwa kondakta lazima ivunjwe ili kuweka vituo vya kupimia, au ammita za kisasa za kubana zitumike. |
Muhtasari – Voltage dhidi ya Sasa
Katika sehemu ya umeme, tofauti inayoweza kutokea kati ya nukta zozote mbili inaitwa tofauti ya voltage. Kunapaswa kuwa na tofauti ya voltage kila wakati kutoa mkondo. Katika chanzo cha voltage kama vile photocell au betri, voltage hutokea kutokana na mkusanyiko wa chaji kwenye vituo. Ikiwa vituo hivi vinaunganishwa na waya, sasa huanza kukimbia kutokana na tofauti ya voltage kati ya vituo. Kwa mujibu wa Sheria ya Ohm, sasa katika kondakta hubadilika kwa uwiano na voltage. Ingawa sasa na voltage zimeunganishwa na upinzani, sasa haiwezi kuwepo bila voltage. Hii ndio tofauti kati ya mkondo na voltage.
