Napięcie jest ważną koncepcją elektrotechniki

Energia elektryczna jest najczęściej używana przez człowiekaforma energii. Bez przesady można powiedzieć, że definicja prądu elektrycznego jako uporządkowanego ruchu elektronów jest dobrze znana nawet ze szkolnego podręcznika fizyki. Ale takie właśnie jest napięcie i jak ten "uporządkowany ruch" jest zapewniony, nie każdy odpowie. Przypomnijmy sobie, że elektron, elementarny ładunek elektryczny, sam się nie porusza wzdłuż przewodnika. Z drugiej strony jedynie ruchowi ładunków wzdłuż łańcucha towarzyszy wykonywanie pożytecznej pracy w postaci transformacji energii z jednego gatunku do drugiego. To z powodu tych przemian prąd elektryczny w niektórych przypadkach świeci nici żarówki, podczas gdy w innych wirnik silnika elektrycznego. W pierwszym przypadku mamy zamiany energii elektrycznej w energię cieplną, w drugim przypadku magnetyczną. Energia ruchomych ładunków jest zużywana przez źródło podtrzymujące prąd elektryczny w obwodzie. Biegnąc wzdłuż przewodu, prąd przesyła energię źródła EMF do konsumenta - włókno, uzwojenie silnika elektrycznego itp.

Jeśli określimy prąd jako liczbę opłat,postępując wzdłuż przewodnika, można powiedzieć, że działanie prądu zależy od liczby tych ładunków w jednostce czasu. I od czego zależy prąd elektryczny w obwodzie? Rozważmy model przepływu prądu na przykładzie strumienia wody wypływającego z otworu w dolnej części cylindra wypełnionego do góry. Wyobraźmy sobie, że w naszym modelu cylinder jest przewodnikiem, a woda jest dużą liczbą kropelek elektronowych. Wtedy jest całkiem jasne, że ilość wody płynącej w jednostce czasu zależy od dwóch parametrów - ciśnienia słupa wody, który w obwodach elektrycznych nazywany jest napięciem prądu, a średnica otworu - analogiem oporu elektrycznego. Wysokość słupa wody w tym modelu określa górny potencjał źródła energii, ładunki kropelek są podobne do przepływu elektronów, które poruszają się od górnej warstwy do dolnej. Energia potencjalna masy wody, tj. umiejętność wykonywania pożytecznej pracy, na wyższych i niższych poziomach jest inna. Ze względu na różnicę potencjałów woda może wypływać z otworu i przekształcać energię potencjalną słupa wody w energię kinetyczną strumienia wody. Jeżeli wysokość słupa wody zostanie zwiększona, wzrasta również różnica potencjałów lub napięcia, a natężenie prądu, a dokładniej masa wody płynącej w jednostce czasu. Tak więc proponowany model pokazuje wprost proporcjonalną zależność natężenia prądu od napięcia.

W teorii energii ten wniosek jest zapisanyjak następuje: I = f (U) * K, gdzie I jest prądem, U jest napięciem, a K jest indywidualną charakterystyką reakcji obwodu elektrycznego na przepuszczalność prądu przewodności. W inżynierii zwykle stosuje się odwrotną wartość przewodności R = 1 / K i nazywa się ją "oporem". Opór jest zwykle traktowany jako użyteczne obciążenie obwodu. W naszym modelu taki "opór" jest obszarem otworu do spuszczania wody: im większy, tym większa przepuszczalność, lub, w języku elektrotechniki, przewodność, a tym samym zmniejsza się opór przepływu wody.

Model wyraźnie pokazuje, w jaki sposób potencjałEnergia przepływu kropelkowego jest przekształcana w energię kinetyczną odpływowego strumienia. Im niższa rezystancja (lub większa przewodność), tym więcej pracy mechanicznej wykonuje się na masie wody. Innymi słowy, użytecznymi ładunkami różnych typów są przekładniki prądowe, na przykład włókno przekształca energię elektryczną w ciepło i światło, cewka przekaźnika zamienia energię elektryczną na energię magnetyczną i tak dalej.

Wracając do obwodów elektrycznych, możemy wywnioskować, że prąd I i napięcie U są parametrami elektrycznymi, które determinują działanie prądu A (A = U * I).

W tym przypadku aktualna siła zależy od ilościprzenoszony ładunek, a napięcie jest przyczyną, która powoduje, że elektrony "są zamawiane" z większego potencjału na mniejszy. Jeśli nie ma napięcia, to żadna ilość wolnych elektronów w substancji nie spowoduje przesunięcia ładunków. Oznacza to, że brak napięcia nie prowadzi do przeniesienia energii.

Dobrą demonstracją wyników jestelektrownie wodne: budowane są przy użyciu dużej różnicy poziomów wody (potencjałów). Tutaj masa spadającej wody jest podobna do prądu, a różnica w poziomach górnych i dolnych zapór pełni rolę potencjalnego spadku.