Elektřina hraje v životě moderního člověka obrovskou roli. Ne každý však chápe principy a hodnotu tohoto fenoménu. Hlavními charakteristikami elektřiny jsou dvě závislé veličiny: napětí a proud. Abyste věděli, jak se od sebe liší, musíte pochopit jejich povahu. To i další může mít trvalý i proměnlivý charakter.
Obsah
- Fyzické projevy
- Analogie s hydraulikou
- Vztah veličin podle Ohmova zákona
- Konstantní a variabilní
Fyzické projevy
Člověk může fyzicky cítit projevy elektřiny pouze nepřímo. Pokud vyzkoušíte baterii na jazyku, můžete cítit mravenčení. Je to důsledek průtoku malého proudu tělem. Citlivý sliznice jazyka toto podráždění již cítí. Jiskry statické elektřiny lze vidět mezi dvěma nabitými předměty, jako jsou syntetické tkaniny, nebo při školním pokusu s dynamem. To vše je důsledkem akumulace náboje nebo potenciálního napětí.
Chcete-li zjistit, jaká je aktuální síla, musíte se rozhodnout pro koncepci náboje. Jak víte, veškerá hmota na světě se skládá z atomů. Atomy se zase skládají z protonů, neutronů a elektronů. Mezi těmito částicemi jsou neutrálně nabité pouze neutrony. Protony a elektrony mají potenciální energii - elektrický náboj, který zejména udržuje atomy nedotčené.
Protony a neutrony jsou v jádře atomu. Elektrony se naproti tomu nacházejí daleko od jádra a pohybují se kolem něj po drahách podobných drahám planet sluneční soustavy. Čím dále je elektron od jádra, tím menší je jeho vazba se středem atomu a tím snáze se může ztratit. Elektrony se v různých materiálech chovají odlišně.
V kovech jsou slabě vázány na jádro a volně se pohybují v látce. Jejich celkový počet v objektu s neutrálním nábojem však musí vždy odpovídat počtu protonů.
Pokud elektrony vlivem nějaké akce opustí látku, odnesou si náboj s sebou. V souladu s tím bude náboj zbývající v protonech látky akumulován touto látkou. Elektrony mohou odnést náboj v následujících případech:
- Tření dvou látek proti sobě.
- Vystavení ultrafialovému záření nebo záření.
- Rychlý pokles teploty.
Mezi předměty tak vzniká potenciálový rozdíl neboli napětí, které může způsobit jiskru. A jiskra je již projevem elektrického proudu. Náboje různých znamení se k sobě vždy přitahují. Pokud elektrony přešly z jednoho materiálu do druhého, pak jeden materiál nahromadil kladný náboj a druhý záporný.
Když se přiblíží, elektrony budou přitahovány ke kladně nabitému tělu – a vznikne jiskra. To znamená, že elektrický proud je pohyb nabitého cha
Analogie s hydraulikou
Slovo proud je odvozen od slova tok. V souladu s tím lze nakreslit analogii mezi prouděním kapaliny a elektrickým proudem. Tok kapaliny je možný z jednoho místa na druhé, pouze pokud existuje síla, která to dělá. V nejjednodušším případě je to rozdíl hladin tekutin. Tedy potenciální energie, která způsobí, že kapalná látka proudí z vyšší hladiny na nižší.
Analogem rozdílu hladin kapaliny bude rozdíl potenciálů nebo napětí. Analogem proudu bude tlak vodního toku vytvořený tímto rozdílem hladin. Příklady proudění tekutin:
- Vodopád.
- Proud generovaný vodárenskou věží.
- Řeky tekoucí tam, kde je svažitost území.
Všude teče voda tam, kde je hladina nižší, a elektrický proud - od vyššího napětí k nižšímu.
Vztah veličin podle Ohmova zákona
Elektrické hodnoty také závisí na materiálu, ve kterém proudí. Tyto parametry jsou určeny elektrickým odporem látky. Odpor může být pro dielektrika nekonečně velký a v supravodivých podmínkách může klesnout téměř na nulu. Záleží na tvaru vodiče (jeho délce a průřezu) a látce, ze které je vyroben.
Za normálních podmínek je odpor určen Ohmovým zákonem jako poměr napětí k proudu v části obvodu. To znamená, že potenciální rozdíl lze nalézt jako součin síly proudu a odporu. Pro elektrické výpočty je velmi důležité vědět, jak se síla proudu liší od napětí. Na tom jsou založeny všechny základy fungování elektrických obvodů.
Konstantní a variabilní
Proud a napětí mohou být konstantní nebo proměnné. Stálost hodnoty hovoří o její neměnnosti v čase. Naopak proměnné v čase periodicky mění svou hodnotu. Pokud je napájecí napětí proměnlivé, pak bude proměnný proud jím generovaný. To znamená, že obě tyto hodnoty se budou zvyšovat a snižovat. Tvar vlny může být různý:
- Sinusový signál (plynulý nárůst - pokles).
- Meandr (obdélníkový, trojúhelníkový signál), kdy se hodnota prudce mění.
- Pulzující signál, který se mění plynule, pak prudce, podle určitého zákona.
Bez ohledu na to, zda je proud konstantní nebo střídavý, jeho hlavní rozdíl od napětí - skutečnost, že proud je pohyb nosičů náboje a napětí je příčinou tohoto pohybu.
