- Jednoduché vysvětlení
- Vzorec
- Jednotka elektrického napětí
- Elektrické napětí v obvodu
- Elektrická napětí v sériovém a paralelním zapojení
- Měření elektrického napětí
- Příklady typických hodnot napětí
Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Jedním z nejzákladnějších pojmů v elektrotechnice je pojem "elektrické napětí" . V tomto článku si vysvětlíme, co to je a jak to vypočítat.
Jednoduché vysvětlení
Elektrické napětí U je samotnou příčinou, která "nutí" protékat elektrický proud I. Elektrické napětí vzniká vždy, když jsou náboje od sebe odděleny, tedy všechny záporné náboje na jedné straně a všechny kladné náboje na druhé straně. Pokud tyto dvě strany spojíte elektricky vodivým materiálem, poteče elektrický proud.
Obecně uznávaná definice termínu "elektrické napětí" .
Elektrické napětí (nebo jen napětí) je potenciální rozdíl mezi dvěma body v elektrickém poli. Toto je hnací síla pro elektrický náboj.
Potenciál v elektrickém poli je energie nabitého tělesa, nezávislá na jeho elektrickém náboji. Pro upřesnění se můžete podívat na srovnání s vodním okruhem hned níže v článku.
Existuje další definice (z učebnice fyziky pro 8. třídu):
Napětí je fyzikální veličina charakterizující elektrické pole. Elektrické napětí mezi dvěma body elektrického pole se numericky rovná práci vykonané při přenosu náboje 1 C mezi nimi silami elektrického pole.
Porovnání pomocí modelu proudění vody.
Dobrá analogie, která vám pomůže vizualizovat napětí a potenciál, je vodní okruh. V tomto schématu máte dva bazény v různých výškách, které jsou propojeny potrubím.V tomto potrubí může voda proudit z horního bazénu do spodního. Voda je poté čerpána zpět do horního bazénu pomocí čerpadla, jak je znázorněno na obrázku níže.
Elektrické napětí - porovnání pomocí modelu proudění vody
Ve svých myšlenkách můžete nyní snadno přirovnat čerpadlo ke zdroji elektrického napětí. Navíc lze proudění vody přirovnat k elektrickému proudu. Čerpadlo dopravuje vodu ze spodního bazénu do horního. Odtud teče samostatně zpět do spodního bazénu. V tomto příkladu je čerpadlo pohonem průtoku. Čím větší výškový rozdíl, tím silnější proudění. Rozhodující je potenciální energie horní pánve. Můžete porovnat rozdíl v energii mezi dvěma bazény s rozdílem v elektrickém potenciálu. Jednoduše řečeno, větší výškový rozdíl odpovídá většímu elektrickému napětí.
Vzorec
Vzorec pro elektrické napětí U podle Ohmova zákona pro úsek obvodu je
U=RJá .
Jak můžete vidět z tohoto vzorce, pokud elektrické napětí zůstane nezměněno, pak čím větší je elektrický odpor (R), tím nižší je proud (I).
Další vzorec pro výpočet elektrického napětí je:
U=P/I .
To znamená, že napětí U se rovná výkonu děleného proudem I.
Jednotka elektrického napětí
Jednotkou SI elektrického napětí je Volt, zkráceně V (na počest italského vědce A. Volty).
1 volt (1 V) je napětí mezi dvěma body elektrického pole, při přenosu náboje 1 C mezi nimi je hotovo 1 J.
[U]=1 V
Nyní můžete vysvětlit význam 4,5 V nebo 9 V na kulaté nebo knoflíkové baterii. Jde o to, že při přenosu náboje 1 C z jednoho pólu zdroje na druhý (přes spirálu žárovky nebo jiný vodič) mohou síly elektrického pole vykonat práci 4,5 J, respektive 9 J.
V elektrotechnice se napětí může pohybovat mezi mikrovolty (1 uV=110-6V) a milivolty (1 mV=10-3V), až kilovolt (1 kV=1103V) a megavolt (1 MV=106 V)
Jednotlivé jednotky můžete převádět takto:
1V=1000mV, 1mV=1000µV, 1MV=1000kV, 1kV=1000V.
Elektrické napětí v obvodu
Pro zdroje napětí v obvodech se obvykle používá jeden z následujících symbolů.
Zdroje napětí a elektrický obvod
Zdroj napětí má vždy dvě přípojky/póly. Plus pól a mínus pól. Samotné napětí je indikováno šipkou napětí (UQ). U zdrojů se vždy zobrazuje od plus do mínus.
Úbytek napětí na rezistoru může být také indikován šipkou napětí (označenou jako červená šipka na diagramu UR ). Označuje technický směr elektrického proudu.
Často také můžete slyšet termín „napětí naprázdno“ nebo „zdrojové napětí“. Jedná se o výstupní napětí nezatíženého zdroje, tzn. zdroj, ke kterému není nic připojeno. Pokud je obvod uzavřen zátěží, pak lze měřit pouze napětí na pólech zdroje.
Elektrická napětí v sériovém a paralelním zapojení
Už máme článek o sériovém a paralelním zapojení, kde se tomuto tématu věnujeme podrobněji. Proto zde probereme jen některé základy.
Při sériovém zapojení jsou součásti zapojeny do série.
Elektrické napětí v sériovém zapojení
Napětí zdroje je zde rozděleno rezistory. Tento bod popisuje i druhé Kirchhoffovo pravidlo. Zde platí:
UQ=U1+ U2+ U3
to znamená, že napětí zdroje se rovná součtu elektrických napětí na jednotlivých rezistorech. Zdrojové napětí je na různých rezistorech rozloženo různě.
V paralelním elektrickém obvodu jsou součásti uspořádány vzájemně paralelně. To je vidět na následujícím obrázku.
Elektrické napětí v paralelním obvodu
Je mnohem jednodušší určit elektrická napětí na rezistorech, protože v paralelním zapojení:
UQ=U1=U2=U3
Napětí na rezistorech je tedy stejně vysoké jako napětí zdroje.
Měření elektrického napětí
Napěťové měřiče, nazývané také voltmetry, jsou vždy připojeny paralelně ke spotřebiči, na kterém se má měřit napětí.
Jedním z nejčastěji používaných voltmetrů je digitální multimetr (DMM), proto si ukážeme postup měření napětí pomocí DMM. Nejprve je potřeba nastavit typ elektrického napětí (DC - stejnosměrný proud nebo AC - střídavý proud).
U stejnosměrného proudu je potřeba dbát na správnou polaritu, tzn. připojte plus ke kladnému pólu. Dalším krokem je výběr správného rozsahu měření. Pokud nemůžete odhadnout, jak velká je hodnota, kterou měříte, nastavte rozsah na největší možný rozsah a postupujte od něj dolů, dokud nenajdete ten správný. Nakonec už stačí jen „přečíst“ elektrické napětí přístrojem.
Příklady typických hodnot napětí
Pro některé aplikace lze odpovídající elektrické napětí nalézt v tabulce níže.
| LED | 1,2 - 1,5 V |
| USB nabíječka | 5 B |
| Napětí autobaterie | 12, 4 - 12,8 V |
| Výstupní napětí (RMS nebo RMS) | 230 V |
| Vedení vysokého napětí (TL) | 60 kV - 1 MW |
Vidíte, že na vedení vysokého napětí je napětí až megavoltů. Takto vysoké elektrické napětí se používá ke snížení ztrát v dlouhých vedeních.
Rozhodující pro spotřebitele je výkon P, který lze pro konstantní napětí vypočítat pomocí vzorce:
P=U Já
To znamená, že elektrický proud I je pro spotřebitele stejně důležitý jako elektrické napětí. Podle Ohmova zákona je vztah mezi proudem a napětím:
U=RJá .
Pokud napětí zůstane stejné, odpor určuje velikost proudu. Pro ilustraci si představte následující. Máte tři různé bazény, které jsou naplněny stejným množstvím vody. Každý bazén má odtok, který se liší průřezem, tzn. v jednom bazénu je odtokové potrubí velmi malé a ve druhém velmi velké.
Konstantní elektrické napětí lze určit podle skutečnosti, že všechny nádoby jsou naplněny do stejné výšky. Pokud je odtok u dna úzký, klade velký odpor. Proud zde může téci jen pomalu. Pokud je průřez odtokové trubky větší, pak je odpor nižší, a proto může protékat více proudu.