Jak se měří napětí a proud?

Než začnete pracovat s elektřinou, měli byste alespoň teoreticky rozumět tomu, čím se zabýváte, znát vzorce, pojmy a zápisy nezbytné pro začátečníka. A nenechte se zastrašit objemem toho, co bylo napsáno – to je jen část nezbytných znalostí specialisty.

Elektrický proud – jedná se o směrový pohyb nabitých částic ve vodiči, vznikající vlivem elektromagnetického pole. Rozlišuje se stejnosměrný a střídavý proud.

Stres – jedná se o práci, kterou vykoná elektrické pole, aby posunulo jeden kladný náboj v dané části obvodu nebo jiným způsobem: rozdíl potenciálů na koncích vodiče.

DC – z názvu je jasné, že je konstantní, to znamená, že nemění svůj směr a sílu proudu, ale teče z mínusu do plusu (například běžná AA baterie, baterie telefonu atd.).

Střídavý proud na rozdíl od konstanty mění svůj směr a velikost s frekvencí určenou pro každou síť jinak (například frekvence sítě v Rusku je 50 Hz – to znamená, že za 1 sekundu proud změní směr 50krát a v USA – 60 Hz elektrická je akceptována netto).

Frekvence střídavého proudu je parametr elektrického obvodu, který vyjadřuje poměr počtu úplných kmitů (period) elektrické sinusoidy k jednotce, hodnotě převrácené k periodě změny proudu. Nebo, jednodušeji řečeno, hodnota ukazující, kolik úplných cyklů (period) udělá sinusovka za 1 sekundu.

Existují také jednofázové a třífázové systémy elektrických obvodů.

Třífázový systém elektrické obvody tvoří tři proudy stejné frekvence a amplitudy, posunuté ve fázi o jednu třetinu periody nebo 120 stupňů Třífázový systém získal široké uplatnění díky svým výhodám, jako jsou:

• Možnost rozložení zátěže mezi fázemi;
• Nízké ztráty při přenosu elektřiny na vzdálenost ve srovnání s jednofázovým systémem;
• Rovnováha systému;
• Připojení elektromotorů a 3fázových elektrických strojů (ekonomičtější a produktivnější provozní indikace ve srovnání s jednofázovými a dvoufázovými elektrickými stroji);
• Získání dvou napětí – fázového a lineárního.

Fáze – vodič, jehož EMF není nulové (na kterém je napětí).

Síťové napětí – napětí mezi dvěma fázemi [Uл].

Fázové napětí – napětí mezi fází a nulovým vodičem [Uph].

Nyní, když víme trochu teorie o elektrickém proudu, měli bychom přejít k základním zákonům elektřiny. Alespoň ty, které začátečníci potřebují znát a bez kterých se neobejdou.

Ohmův zákon (pro část obvodu)

Síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí a nepřímo úměrná odporu části obvodu.

I = U/R Kde
I – proudová síla v části obvodu, měřená v ampérech [A];
U – napětí na části obvodu, měřené ve voltech [V];
R – odpor v části obvodu, měřený v ohmech [Ohm] Z těchto zákonů vyplývají následující vzorce:

Ze zákona vyvozujeme tyto závěry:

Čím vyšší je odpor v části obvodu, tím menší je proud, vzhledem k tomu, že napětí v části obvodu se nezměnilo;

Čím vyšší je napětí na části obvodu, tím vyšší je proud na části obvodu, protože odpor části obvodu se nezměnil.

Elektrická energie

Elektrická energie je práce vykonaná elektromagnetickým polem pro přesun elektrických nábojů za jednotku času, měřeno ve wattech [W]. Existuje aktivní, reaktivní a zdánlivý výkon.

Aktivní výkon – výkon, který se přeměňuje na jiné druhy energie (mechanickou, tepelnou, světelnou atd.), se měří ve wattech [W]. pro jednofázový napájecí systém:

P = U * I * cos (f)Kde f – úhel střihu mezi U и I (v praxi cos(f) = 0.8 – 0.9).

Pokud je zátěž aktivní (neobsahuje kondenzátory, transformátory atd., například rychlovarná konvice, elektrický sporák atd.), je úhel mezi napětím a proudem nulový, což znamená, že výkon se vypočítá podle vzorce : P = U * I

Jalový výkon – typ elektrické zátěže, která vytváří v elektrických instalacích kolísání energie elektromagnetického pole indukční a kapacitní povahy, měřeno v jalových voltampérech [VAR].

Plná síla – hodnota obsahující činný i jalový výkon, měřená ve voltampérech [VA].

• pro jednofázový napájecí systém:

• pro třífázový symetrický napájecí systém:

Odpor

Odpor také existuje v několika typech: aktivní, kapacitní (kondenzátory) a indukční (elektromagnetické cívky atd.). Nyní se ale zaměříme na konkrétní pojmy: rezistor a odpor.

Rezistor – jedná se o aktivní odpor konstantní, nezměněné hodnoty, který je určen hodnocením výrobku (obr. 2.1).

Odpor (proměnné rezistory) – jedná se o aktivní odpor, jehož hodnotu lze měnit (např. odporová cívka atd.).

Rezistory mohou být zapojeny do obvodu buď sériově nebo paralelně a odpor dané části obvodu lze vypočítat pomocí následujících vzorců:

• sériové připojení: , kde Z – celkový odpor, [Ohm].
• paralelní zapojení:

Pokud jsou paralelně zapojeny pouze 2 odpory, lze odpory vypočítat podle vzorce:

Vodiče a dielektrika

Průzkumník – látka nebo těleso, ve kterém vlivem elektromagnetického pole vzniká elektrický proud. Vodiče jsou kovy a některé kapalné a plynné látky.

Dielektrika – materiály, které nevedou elektrický proud, protože mají velkou odolnost. Dielektrika jsou suché dřevo, plast, sklo, pryž, papír, suchá tkanina, keramika, textolit atd.

Elektrické napětí: vysvětleno jednoduchými slovy

Elektrické napětí je fyzikální veličina, která se rovná rozdílu potenciálů mezi dvěma body elektrického pole při pohybu jednotkového náboje. Pro běžné uživatele není toto označení vždy jasné. Proto se v tomto článku pokusíme vysvětlit jednoduchým, přístupným jazykem, co je elektrické napětí, jak se měří a proč je potřeba.

Jaký je potenciální rozdíl?

Nejprve analyzujeme obrázek:

V první láhvi je voda na úrovni 300 mm a ve druhé – kolem 150 mm. Rozdíl mezi hladinami vody v obou nádobách je 150 mm. Pokud se na to podíváme z hlediska elektrovědy, jedná se o potenciální rozdíl.

Co se však stane, když obě lahve spojíte hadicí a umístíte dovnitř obyčejnou plastovou kouli?

Ze školní lekce fyziky o principu spojování nádob víme, že z láhve, kde je hladina vody vyšší, kapalina postupně vyteče do láhve s nižší hladinou. Vlivem proudění vody se kulička uvnitř spojovací hadice bude pohybovat. Proces proudění bude dokončen poté, co se hladina kapaliny v obou lahvích vyrovná a stane se stejnou.

Jinými slovy, v situaci, kdy se hladina kapaliny ve vzájemně propojených nádobách stane stejnou, bude výsledek rozdílu potenciálů nulový. Kulička zůstane na místě díky elektromotorické síle, která se podle výsledků experimentu rovná nule.

Co je elektromotorická síla?

Podobně jako u napětí je jednotkou elektromotorické síly (EMF) Volt.

K provedení následujícího experimentu budete potřebovat voltmetr (zařízení, které měří volty) a běžnou baterii.

Při počátečním měření bude zařízení ukazovat 1.5 V (Voltů). Nejedná se však o napětí – hodnota udává velikost elektromotorické síly.

V další fázi experimentu jsou k baterii připojeny dvě žárovky. A napětí se měří v různých částech elektrického obvodu.

Je třeba věnovat pozornost následujícím indikátorům: napětí pro jednu žárovku je 1 volt, pro druhou je 0.3 voltu.

Napětí v osvětlovacích zařízeních, která používáme, přímo závisí na jejich výkonu, měřeném ve Wattech.

Výkon=Napětí*Proud (P=U*I)

Z toho vyplývá, že čím větší je hodnota výkonu lampy, tím větší napětí na ní bude.

Jak to však dopadne: pokud se výkon 1.5V baterie, na kterou jsou žárovky připojeny, rozdělí na 1V a 0.3V, kam se podělo zbylých 0.2V? Faktem je, že každá baterie je vybavena vlastním vnitřním odporem, takže chybějících 0.2 V směřovalo přesně sem.

Shrnutí

Elektromotorická síla je fyzikální veličina, která charakterizuje práci vnějších zdrojů energie v proudových zdrojích. Prostřednictvím elektromotorické síly můžeme určit, jak se náboj přenáší ze zdroje proudu do elektrického obvodu. Napětí ukazuje tento proces pouze v samostatné části tohoto obvodu. Zjednodušeně řečeno: napětí je vnější síla, která podporuje pohyb koule v hadici spojující nádoby z výše uvedeného příkladu. V elektřině je napětí silou, která pohybuje elektrony mezi atomy.

Podívejme se na další příklad

Představte si, že můžete zvednout kámen, který váží 40 kg. To znamená, že máte zvedací sílu 40 kg – v elektřině se to označuje jako elektromotorická síla. Jdete a cestou narazíte na kámen o váze 20 kg. Také jej zvednete a přenesete na vzdálenost 10 metrů. K provedení této akce jste potřebovali určité množství energie, které je v elektřině reprezentováno jako napětí. Dále narazíte na kámen o váze 30 kg. Proto na jeho přesun z jednoho místa na druhé budete potřebovat více energie než na kámen, jehož hmotnost nepřesahuje 20 kg. Zvedací síla (v elektřině, emf) však bez ohledu na váhu kamene, který nesete, zůstává vždy stejná. Hmotnost kamene zároveň určuje množství energie vynaložené na provedení této akce (v elektřině je to indikováno napětím). Na každém úseku vaší cesty tak zažijete jiný stres v závislosti na váze kamene, který hodláte nést.

Proud závisí na napětí

Na základě výše uvedeného vzorce platí: proud je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odpor. Jinými slovy, čím větší elektrický proud, tím větší napětí a naopak.