Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Jedným z najzákladnejších pojmov v elektrotechnike je pojem „elektrické napätie“. V tomto článku si vysvetlíme, čo to je a ako to vypočítať.

Jednoduché vysvetlenie

Elektrické napätie U je samotná príčina, ktorá "núti" tiecť elektrický prúd I. Elektrické napätie vzniká vždy, keď sú náboje od seba oddelené, teda všetky záporné náboje na jednej strane a všetky kladné náboje na druhej. Ak tieto dve strany spojíte elektricky vodivým materiálom, potečie elektrický prúd.

Všeobecne akceptovaná definícia pojmu „elektrické napätie“.

Elektrické napätie (alebo len napätie) je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi v elektrickom poli. Toto je hnacia sila elektrického náboja.

Potenciál v elektrickom poli je energia nabitého telesa, nezávislá od jeho elektrického náboja. Pre upresnenie si môžete pozrieť porovnanie s vodným okruhom hneď nižšie v článku.

Je tu ešte jedna definícia (z učebnice fyziky pre 8. ročník):

Napätie je fyzikálna veličina charakterizujúca elektrické pole. Elektrické napätie medzi dvoma bodmi elektrického poľa sa numericky rovná práci vykonanej pri prenose náboja 1 C medzi nimi silami elektrického poľa.

Porovnanie pomocou modelu prúdenia vody.

Dobrá analógia, ktorá vám pomôže vizualizovať napätie a potenciál, je vodný okruh. V tejto schéme máte dva bazény v rôznych výškach, ktoré sú spojené potrubím.V tomto potrubí môže voda prúdiť z horného bazéna do spodného. Voda sa potom čerpá späť do horného bazéna pomocou čerpadla, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Elektrické napätie - porovnanie pomocou modelu prúdenia vody

Vo svojich myšlienkach môžete teraz ľahko prirovnať čerpadlo k zdroju elektrického napätia. Prúdenie vody možno navyše prirovnať k elektrickému prúdu. Čerpadlo dopravuje vodu z dolného bazéna do horného. Odtiaľ tečie samostatne späť do spodného bazéna. V tomto príklade je čerpadlo pohonom prietoku. Čím väčší je výškový rozdiel, tým silnejší je prietok. Rozhodujúca je potenciálna energia horného povodia. Môžete porovnať rozdiel v energii medzi dvoma bazénmi s rozdielom v elektrickom potenciáli. Jednoducho povedané, väčší výškový rozdiel zodpovedá väčšiemu elektrickému napätiu.

Vzorec

Vzorec pre elektrické napätie U podľa Ohmovho zákona pre úsek obvodu je

U=RJa .

Ako môžete vidieť z tohto vzorca, ak elektrické napätie zostane nezmenené, potom čím väčší je elektrický odpor (R), tým nižší je prúd (I).

Ďalší vzorec na výpočet elektrického napätia je:

U=P/I .

To znamená, že napätie U sa rovná výkonu deleného prúdom I.

Jednotka elektrického napätia

Jednotkou SI elektrického napätia je Volt, skrátene V (na počesť talianskeho vedca A. Volta).

1 volt (1 V) je napätie medzi dvoma bodmi elektrického poľa, pri prenose náboja 1 C medzi nimi je hotovo 1 J.

[U]=1 V

Teraz môžete vysvetliť význam 4,5 V alebo 9 V na okrúhlej alebo gombíkovej batérii. Ide o to, že pri prenose náboja 1 C z jedného pólu zdroja na druhý (cez špirálu žiarovky alebo iný vodič) môžu sily elektrického poľa vykonať prácu 4,5 J, respektíve 9 J.

V elektrotechnike sa napätie môže meniť medzi mikrovoltami (1 uV=110-6V) a milivoltmi (1 mV=10-3V), až kilovolt (1 kV=1103V) a megavolt (1 MV=106 V)

Jednotlivé jednotky môžete previesť takto:

1V=1000mV, 1mV=1000µV, 1MV=1000kV, 1kV=1000V.

Elektrické napätie v obvode

Pre zdroje napätia v obvodoch sa zvyčajne používa jeden z nasledujúcich symbolov.

Zdroje napätia a elektrický obvod

Zdroj napätia má vždy dve prípojky/póly. Plus pól a mínus pól. Samotné napätie je označené šípkou napätia (UQ). Pri zdrojoch sa vždy zobrazuje od plus po mínus.

Pokles napätia na rezistore môže byť tiež označený šípkou napätia (označená ako červená šípka na diagrame UR). Označuje technický smer elektrického prúdu.

Často môžete počuť aj výraz „napätie naprázdno“ alebo „zdrojové napätie“. Ide o výstupné napätie nezaťaženého zdroja, t.j. zdroj, ku ktorému nie je nič pripojené. Ak je obvod uzavretý záťažou, potom je možné merať iba napätie na póloch zdroja.

Elektrické napätia v sériovom a paralelnom zapojení

Už máme článok o sériovom a paralelnom zapojení, kde túto tému rozoberáme podrobnejšie. Preto sa tu budeme venovať len niektorým základom.

Pri zapojení do série sú komponenty zapojené do série.

Elektrické napätie v sériovom zapojení

Tu je napätie zdroja rozdelené rezistormi. Tento bod popisuje aj druhé Kirchhoffovo pravidlo. Tu platí:

UQ=U1+ U2+ U3

to znamená, že napätie zdroja sa rovná súčtu elektrických napätí na jednotlivých rezistoroch. Zdrojové napätie je rozložené rozdielne medzi rôznymi odpormi.

V paralelnom elektrickom obvode sú komponenty usporiadané navzájom paralelne. To je možné vidieť na nasledujúcom diagrame.

Elektrické napätie v paralelnom obvode

Je oveľa jednoduchšie určiť elektrické napätie na rezistoroch, pretože v paralelnom zapojení:

UQ=U1=U2=U3

Napätie na rezistoroch je teda také vysoké ako napätie zdroja.

Meranie elektrického napätia

Napäťové merače, nazývané aj voltmetre, sú vždy zapojené paralelne so spotrebičom, na ktorom sa má merať napätie.

Jedným z najčastejšie používaných voltmetrov je digitálny multimeter (DMM), preto vám ukážeme postup merania napätia pomocou DMM. Najprv je potrebné nastaviť typ elektrického napätia (DC - jednosmerný prúd alebo AC - striedavý prúd).

Pri jednosmernom prúde je potrebné dbať na správnu polaritu, t.j. pripojte plus na kladný pól. Ďalším krokom je výber správneho rozsahu merania. Ak nemôžete odhadnúť, aká veľká je hodnota, ktorú meriate, nastavte rozsah na najväčší možný rozsah a postupujte smerom dole, kým nenájdete ten správny. Nakoniec už stačí len „prečítať“ elektrické napätie prístrojom.

Príklady typických hodnôt napätia

Pre niektoré aplikácie nájdete zodpovedajúce elektrické napätie v tabuľke nižšie.

LED1,2 - 1,5 V
USB nabíjačka5 B
Napätie autobatérie12, 4 - 12,8V
Výstupné napätie (RMS alebo RMS)230 V
Vedenia vysokého napätia (TL)60 kV - 1 MW

Vidíte, že na vedeniach vysokého napätia je napätie až megavoltov. Takéto vysoké elektrické napätie sa používa na zníženie strát v dlhých vedeniach.

Rozhodujúcim faktorom pre spotrebiteľa je výkon P, ktorý možno pre konštantné napätie vypočítať pomocou vzorca:

P=UJa

To znamená, že elektrický prúd I je pre spotrebiteľa rovnako dôležitý ako elektrické napätie. Podľa Ohmovho zákona je vzťah medzi prúdom a napätím:

U=RJa .

Ak napätie zostane rovnaké, odpor určuje množstvo prúdu. Na ilustráciu si predstavte nasledovné. Máte tri rôzne bazény, ktoré sú naplnené rovnakým množstvom vody. Každý bazén má odtok, ktorý sa líši prierezom, t.j. v jednom bazéne je odtokové potrubie veľmi malé a v druhom je veľmi veľké.

Konštantné elektrické napätie je možné určiť podľa toho, že všetky nádoby sú naplnené do rovnakej výšky. Ak je odtok v spodnej časti úzky, predstavuje veľký odpor. Prúd tu môže tiecť len pomaly. Ak je prierez odtokového potrubia väčší, potom je odpor nižší, a preto môže pretekať väčší prúd.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Kategórie:

Elektrikár