Elektřina se používá všude a pro drtivou většinu lidí „byla vždycky“. Málokdo se však zamyslel nad povahou tohoto jevu. Mezi základními elektrickými pojmy jsou nejobtížněji pochopitelné, navzdory jejich zdánlivé jednoduchosti, „rozdíl potenciálů“ a „napětí v obvodu“.
Obsah
- Potenciální koncept
- Hydraulický model
- Měření obvodů
Potenciální koncept
Aby elektrony prošly obvodem, je potřeba energie, schopné je uvést do pohybu podél elektrického obvodu. Například v případě statické elektřiny je to síla produkovaná nerovnováhou elektrického náboje v předmětech.
Školní zkušenost s třením ebenové tyčinky o vlnu ilustruje tvorbu přebytečných elektronů v ebenu (záporný náboj) a nedostatek elektronů ve vlně (kladný náboj) s výdejem mechanické energie pro tření.
Mezi izolovanými elektrodami se tato nerovnováha projevuje pouze přitahováním elektrifikovaných předmětů k sobě. Pokud jsou spojeny vodičem, elektrony jím projdou z ebonitu do vlny a kompenzují deficit.
Toto je elektrický proud v obvodu a míra elektrifikace těles je množství
nazývaný potenciál. Pro zjednodušení pochopení toho, co se nazývá napětí, můžete tuto hodnotu považovat za potenciální rozdíl mezi objekty.Hydraulický model
Proces získávání nábojů v materiálech třených o sebe je podobný plnění vodní nádrže ve výšce z volné nádrže. Ve srovnání se zrcadlem venkovního bazénu lze výše umístěnou nádrž na vodu považovat za akumulátor energie. Gravitační síly dodávají vodě v nadmořské výšce potenciál vyprázdnit nádrž, když je bez tlaku. Pokud jsou popsané nádrže propojeny potrubím, voda v ní vlivem gravitace vytvoří proudění a uvolní energii nahromaděnou z předběžného vstřiku směrem nahoru.
Energie uložená v třených předmětech jako nehybná kapalina ve vysoké nádrži zvaný potenciál - má schopnost (potenciál) realizovat se pohybem elektronů podél dirigent.
V případě statické elektřiny lze to, co se nazývá napětí, vyjádřit takto: je to jednotka práce, která je k tomu potřebná přesunutí jednotky náboje z jednoho místa na druhé, překonání síly, která se snaží udržet potenciály v rovnováze.
Míra potenciální energie (potřebná práce) na jednotku náboje k jejímu pohybu podél vodiče je takto bude vypadat popis napětí jako definice použitelná pro elektro řetězy.
Seznam fyzikálních veličin, které popisují fenomén stresu:
- potenciální rozdíl - měřeno ve voltech (V);
- elektrický náboj - Coulomb (C);
- práce na pohybu náboje - Joule (J).
U elektrických obvodů s galvanickým napájením, sítí střídavého napětí nebo elektrostatických jevů není rozdíl v tom, jaké elektrické napětí se měří. Ve všech případech je indikátor považován za potenciální rozdíl a je určen ve voltech. Jednotka měření může být reprezentována následovně: 1V = 1J / 1C. Zařízení pro měření napětí se nazývá voltmetr.
Měření obvodů
Energii ve vnějším okruhu vytváří zdroj, který funguje jako čerpadlo (obdobně jako u vodních nádrží). Je násilně zajišťována působením elektrického pole ve vnitřním obvodu v důsledku přeměny chemických reakcí v galvanických článcích nebo mechanické energie v generátorech.
Ve vnějších elektrických obvodech dochází k pohybu náboje přirozeným způsobem mezi potenciály a je doprovázen energetickými ztrátami k zajištění tohoto pohybu.
V tomto ohledu musí konstantní napájení nepřetržitě dodávat potřebnou energii pro udržení rozdílu potenciály na dvou koncích vnějšího obvodu, což vytváří vysoký elektrický tlak (analogicky s hydraulickým příklad).
Jak náboj prochází vnější smyčkou, naráží na různé prvky obvodu, z nichž každý je zařízením pro přeměnu energie. Mohou to být žárovky, motory, topná tělesa. Například v žárovce se energie elektrického potenciálu přeměňuje na světelné a tepelné záření. Dochází tedy k potenciální ztrátě, to znamená, že se bude lišit před zátěží (lampou) a po ní. Ztráta elektrického potenciálu při průchodu prvky obvodu se nazývá úbytek napětí. Jedná se o jeden z nejdůležitějších indikátorů pro sledování provozu zařízení v okruhu.
Seznam základních zákonů a vzorců elektrického napětí, popisující jev v obvodech, vypadá takto:
- Vzorec pro výpočet napětí: U = A / q, kde q je náboj (C), A je práce při přenesení náboje (J).
- Ohmův zákon: U = IR, kde I je proud v obvodu, R je odpor vodiče, na jehož koncích se měří napětí.
- Potenciální rozdíl mezi po sobě jdoucími prvky obvodu: U = U1 + U2 + U3 +… + Un.
Je důležité tomu rozumět napětí nemůže být v žádném případě měřítkem proudu. Rozdíl potenciálů a elektrický proud jsou dva téměř nesouvisející jevy. Teoreticky je možné vytvořit beznapěťový proud zkratováním ve vakuu a jako opačný příklad může sloužit obyčejný nabitý kondenzátor. Předpoklad, že proud má napětí, je běžná mylná představa. Stojí za to pamatovat na pochopení fyziky popsaných jevů.
