แรงดันไฟฟ้า

ระวังสับสนกับ แรงเคลื่อนไฟฟ้า

Voltage
แบตเตอรี่เป็นแหล่งเก็บสะสมแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าทั่ว ๆ ไป
สัญลักษณ์ทั่วไป	V , ∆V , U , ∆U
หน่วยเอสไอ	โวลต์
อนุพันธ์ จากปริมาณอื่น	แรงดันไฟฟ้า = พลังงาน / ประจุ
มิติ	M L2 T−3 I−1

แรงดันไฟฟ้า หรือ ความต่างศักย์ไฟฟ้า (อังกฤษ: voltage, electric pressure, electric tension หรือ electric potential difference) คือความแตกต่างในพลังงานศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดต่อหน่วยประจุไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดจะมีค่าเท่ากับงานที่ทำต่อหน่วยประจุต้านกับสนามไฟฟ้าคงที่เพื่อเคลื่อนย้ายประจุระหว่างจุดสองจุดและมีการวัดในหน่วยเป็น โวลต์ (จูลต่อคูลอมบ์)

แรงดันไฟฟ้าอาจเกิดจากสนามไฟฟ้าสถิต หรือจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสนามแม่เหล็ก หรือจากสนามแม่เหล็กที่แปรตามเวลาหรือทั้งสามอย่างรวมกัน โวลต์มิเตอร์สามารถใช้ในการวัดแรงดันไฟฟ้า (หรือความต่างศักย์) ระหว่างจุดสองจุดในระบบ; บ่อยครั้งที่ศักย์อ้างอิงทั่วไปเช่นกราวด์ของระบบจะถูกนำมาใช้เป็นหนึ่งในจุดที่ใช้วัด แรงดันไฟฟ้าอาจหมายถึงแหล่งที่มาของพลังงาน (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) หรือพลังงานที่หายไป, ที่ถูกใช้หรือที่ถูกเก็บไว้ (แรงดันตกคร่อม)

นิยาม

กำหนดให้จุดสองจุดในที่ว่างเป็น A และ B, แรงดันไฟฟ้าที่มี ศักย์ไฟฟ้า แตกต่างกันระหว่างจุดสองจุดนั้น จากนิยามของศักย์ไฟฟ้าว่า:

$\Delta V_{BA}=V_{B}-V_{A}=-\int _{r_{0}}^{B}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}-\left(-\int _{r_{0}}^{A}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}\right)$

$=\int _{B}^{r_{0}}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}+\int _{r_{0}}^{A}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}=\int _{B}^{A}{\vec {E}}\cdot d{\vec {l}}$

สนามไฟฟ้ารอบแท่งทำการออกแรงบังคับบนลูกบอลที่มีประจุ ในเครื่อง electroscope

ในสนามไฟฟ้าสถิต งานเป็นอิสระจากเส้นทาง

แรงดันไฟฟ้าเป็นพลังงานศักย์ไฟฟ้าต่อหน่วยประจุ มีหน่วยวัดเป็นจูลต่อคูลอมบ์ (= โวลต์) มันก็มักจะหมาย ถึง "ศักย์ไฟฟ้า" ด้วยเช่นกัน ซึ่งมันจะต้องแตกต่างจากพลังงานศักย์ไฟฟ้าโดยการสังเกตว่า "ศักย์" เป็นปริมาณ "ต่อหน่วยประจุ" เช่นเดียวกับพลังงานศักย์กล ศักย์ที่เป็นศูนย์สามารถถูกเลือกที่จุดใด ๆ ก็ได้ ดังนั้นความแตกต่างในแรงดันไฟฟ้าเป็นปริมาณที่มีความหมายทางกายภาพ ความแตกต่างในแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้เมื่อมีการเคลื่อนที่จากจุด A ไปยังจุด B จะเท่ากับงานที่จะต้องทำ ต่อหน่วยประจุ ต้านกับสนามไฟฟ้าที่จะเคลื่อนย้ายประจุจาก A ไป B. แรงดันไฟฟ้าระหว่างปลายทั้งสองข้างของเส้นทางหนึ่งเป็นพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าขนาดเล็กไปตามเส้นทางนั้น หารด้วยขนาดของประจุ ตามการคำนวณนี้จะถูกแสดงเป็น เส้นผลรวม ของ สนามไฟฟ้า และอัตราเวลาของการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กไปตามเส้นทางนั้น ในกรณีทั่วไปทั้งสนามไฟฟ้าแบบคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลง) และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไดนามิก (เปลี่ยนตามเวลา) จะต้องถูกรวมอยู่ในการกำหนดแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุด

ในอดีตปริมาณนี้ยังได้ถูกเรียกว่า "tension" และ "pressure" pressure ในขณะนี้ล้าสมัยไปแล้ว แต่ tension ยังคงใช้อยู่ ตัวอย่างเช่นในวลี "high tension" (HT) ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในด้านอิเล็กทรอนิกส์เกี่ยวกับ thermionic วาล์ว (หลอดสุญญากาศ)

แรงดันไฟฟ้าถูกกำหนดเพื่อให้วัตถุที่มีประจุลบถูกดึงไปทาง​​แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ในขณะที่วัตถุที่มีประจุบวกจะถูกดึงไปทาง​​แรงดันไฟฟ้าที่ต่กว่า ดังนั้น กระแสตามธรรมเนียมปฏิบัติ (อังกฤษ: conventional current) ในลวดหรือ ตัวต้านทาน มักจะไหลจากแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าไปยังแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า กระแสสามารถจะไหลจากแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้ แต่เฉพาะเมื่อ แหล่งจ่ายพลังงาน จะปรากฏเพื่อ "ผลัก" มันต้านกับสนามไฟฟ้าฝ่ายตรงข้าม ยกตัวอย่างเช่นภายใน แบตเตอรี่ ปฏิกิริยาเคมีให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับกระแสให้ไหลจากขั้วลบไปขั้วบวก

สนามไฟฟ้าไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยเดียวในการกำหนดการไหลของประจุในวัสดุหนึ่ง และวัสดุที่แตกต่างกันจะพัฒนาโดยธรรมชาติเพื่อสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สมดุล (ดูเพิ่มเติมในศักย์ของกัลวานี ศักย์ไฟฟ้าของวัสดุหนึ่งไม่ได้แม้แต่จะมีการกำหนดปริมาณไว้เป็นอย่างดี เนื่องจากมันแปรไปตามขนาดของโมเลกุล แทนที่จะเป็นอย่างนั้นนิยามของแรงดันไฟฟ้าที่ให้ความสะดวกมากขึ้นสามารถพบได้ในหลักการของ ระดับของแฟร์มี (อังกฤษ: Fermi level) ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้าระหว่างสองบอดี้เป็น งานทางอุณหพลศาสตร์ ที่จำเป็นต้องใช้เพื่อเคลื่อนย้ายหนึ่งหน่วยของประจุระหว่างบอดี้นั้น คำนิยามนี้เป็นจริงเนื่องจากโวลต์มิเตอร์สามารถวัดงานนี้ได้จริง ๆ ไม่ใช่ค่าความต่างศักย์ไฟฟ้า