Elektrický výkon nebo výkon elektrického systému se vždy rovná napětí krát proud.

Systém vodních trubek se často používá jako analogie, která lidem pomáhá pochopit, jak tyto jednotky elektřiny spolupracují. V této analogii je napětí ekvivalentní tlaku vody, proud je ekvivalentní průtoku a odpor je ekvivalentní velikosti potrubí.

V elektrotechnice existuje základní rovnice, která vysvětluje, jak spolu souvisí napětí, proud a odpor. Tato rovnice, napsaná níže, je známá jako Ohmův zákon.

Ohmův zákon

Ohmův zákon říká, že napětí se rovná proudu protékajícímu obvodem vynásobenému odporem obvodu.

Jedním ze způsobů, jak pochopit Ohmův zákon, je aplikovat jej na imaginární vodovodní systém, který jsme použili k reprezentaci elektrického systému.

Řekněme, že máme nádrž na vodu připojenou k hadici. Pokud zvýšíte tlak v nádrži, bude z hadice vytékat více vody. Pokud tedy zvýšíme napětí v elektrické soustavě, zvýšíme i proud.

Pokud zmenšíte průměr hadice, odpor se zvýší, což způsobí, že z hadice bude vytékat méně vody. Pokud tedy zvýšíme odpor v elektrickém systému, snížíme proud.

S tímto stručným úvodem do fungování elektrického systému přejděme ke každé jednotce elektřiny jednotlivě a seznámíme se s nimi podrobněji.

Obrázek nahoře ukazuje jednoduchý elektrický obvod s žárovkou, nějakým drátem a baterií.

Co je to volt?

Volt je základní jednotkou měření napětí. Jeden volt je definován jako „rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma body na vodivém drátu, když elektrický proud o velikosti jednoho ampéru rozptýlí mezi těmito body jeden watt výkonu“. Volt je pojmenován po italském fyzikovi Alessandru Voltovi.

Ve výše uvedeném schématu baterie poskytuje baterie to, co je známé jako potenciální rozdíl v elektrickém obvodu nebo napětí. Pokud se vrátíme k naší analogii s vodou, baterie je jako vodní čerpadlo, které tlačí vodu potrubím. Čerpadlo zvyšuje tlak v potrubí, což způsobuje proudění vody.

V elektrotechnice tomu říkáme elektrické tlakové napětí a měříme ho ve voltech. Napětí tří voltů lze zapsat jako 3V.

S rostoucím počtem voltů roste i proud. Ale aby proud procházel, musí se elektrický vodič vrátit do baterie. Pokud přerušíme obvod např. vypínačem, tak proud nepoteče.

READ
Co je drcený štěrk?

K dispozici jsou standardní napěťové výstupy pro každodenní předměty, jako jsou baterie a domácí zásuvky. Ve Spojených státech je standardní výstupní napětí pro domácí zásuvku 120 V. V Evropě je standardní výstupní napětí pro domácí zásuvku 230 V. Další standardní napěťové výstupy jsou uvedeny v tabulce níže.

Obecná napětí

Jednočlánková dobíjecí baterie

Jednočlánková nenabíjecí baterie

Domácí zásuvka (Japonsko)

Domácí outlet (Severní Amerika)

Domácí bod (Evropa, Asie, Afrika, Austrálie)

Třetí železniční rychlý tranzit

Vedení vysokého napětí

Co jsou zesilovače?

Ampér, často zkrácený na ampér nebo A, je základní jednotkou elektrického proudu v mezinárodní soustavě jednotek. Je pojmenován po francouzském matematikovi a fyzikovi André-Marie Ampère, který je považován za otce elektrodynamiky.

Elektřina se skládá z toku elektronů přes vodič, jako je elektrický drát nebo kabel. Rychlost toku elektřiny měříme jako elektrický proud (stejně jako rychlost toku vody v řece chápeme jako říční proud). Písmeno představující proud v rovnici je I.

Elektrický proud se měří v ampérech, zkráceně ampér nebo jednoduše písmeno A.

Proud 2 A lze zapsat jako 2 A. Čím vyšší proud, tím více elektřiny proteče.

Mezinárodní systém jednotek (SI) definuje zesilovače takto:

Ukázka elektrického proudu (video)

co je om?

Ohm je základní jednotka odporu v elektrickém systému. Ohm je definován jako „elektrický odpor mezi dvěma body na vodiči, když konstantní potenciálový rozdíl jednoho voltu aplikovaný napříč těmito body vytváří proud o velikosti jednoho ampéru ve vodiči, aniž by vodič byl zdrojem jakékoli elektromotorické síly. „Ohm je pojmenován po německém fyzikovi Georgu Simonu Ohmovi.

Odpor se měří v Ohmech nebo zkráceně Ohmech (omega). Takže pět ohmů lze zapsat jako 5Ω.

V našem schématu baterie výše, pokud vyjmeme žárovku a znovu připojíme vodič, takže baterie je zkratovaná, vodič a baterie se velmi zahřejí a baterie brzy zemře, protože v obvodu nebude prakticky žádný odpor. Bez jakéhokoli odporu poteče silný elektrický proud, dokud se baterie nevybije.

Jakmile do obvodu přidáme žárovku, vznikne odpor. Nyní dochází k místnímu „ucpání“ (neboli zúžení potrubí, v naší analogii s vodním potrubím), kde proud staví určitý odpor. Tím se výrazně sníží proud protékající obvodem, takže energie se do baterie uvolňuje pomaleji.

READ
Jak pochopit, že tapeta je antivandal?

Když baterie prochází žárovkou, energie z baterie se uvolňuje do žárovky jako světlo a teplo. Jinými slovy, proud přenáší uloženou energii z baterie do žárovky, kde se přeměňuje na světelnou a tepelnou energii.

Výše uvedený obrázek ukazuje, že žárovka je hlavní příčinou elektrického odporu.

Co jsou watty?

Watt je základní jednotkou výkonu v elektrických systémech. Může být také použit v mechanických systémech. Měří, kolik energie se uvolní do systému za sekundu. V našem schématu baterie velikost napětí a proudu v žárovce určuje, kolik energie se uvolní.

Ve výše uvedeném diagramu bude žárovka jasnější, když se zvýší výkon měřený ve wattech.

Výkon vyrobený v žárovce a v elektrickém systému jako celku můžeme vypočítat vynásobením napětí proudem. Pro výpočet wattů se tedy používá následující vzorec.

Jak vypočítat watt

Například proud 2 A protékající žárovkou 12 V generuje výkon 24 W.

Jak vypočítat ve wattech, ampérech, voltech a ohmech

Pokud chcete provádět elektrické výpočty zahrnující napětí, proud, odpor nebo výkon, podívejte se na kruh vzorců níže. Například můžeme vypočítat výkon ve wattech odkazem na žlutou oblast v kruhu.

Tento okruh vzorců je velmi užitečný pro řešení mnoha problémů v elektrotechnice. Mějte jej po ruce, až budete příště řešit svůj elektrický systém.

Níže jsou uvedeny některé příklady rovnic, které lze řešit pomocí vzorců.

Příklady rovnic

1. Jaký je proud v elektrickém obvodu o napětí 120 V a odporu 12 ohmů?

2. Jaké je napětí v elektrickém obvodu s proudem 10 A a odporem 200 Ohmů?

3. Jaký je odpor v elektrické soustavě s napětím 230 V a proudem 5 A?

Kruh vzorců pro řešení rovnic elektrického zařízení.

Na závěr

Doufejme, že po přečtení tohoto článku lépe pochopíte rozdíly mezi elektrickým proudem, napětím, odporem a elektrickou energií. Pamatujte, že pokud znáte jakékoli dvě fyzické hodnoty v kruhu vzorce, můžete vypočítat každou z dalších dvou neznámých hodnot.

Základní průvodce elektřinou (video)

Kvíz o elektřině

U každé otázky vyberte nejlepší odpověď. Klíč odpovědi je níže.

  1. Když připojím zdroj 120V na 60W žárovku, jak velký proud poteče obvodem?
    • 0,5 A
  2. Pokud je k žárovce připojena 3V baterie a protéká jí proud 1,5A, jaké má hodnocení?
    • 3 W
    • 2 W
    • 4,5 W
    • 0,5 W
READ
Co dát do jámy při výsadbě aktinidií?

Klíč odpovědi

Interpretace vašeho skóre

Pokud jste obdrželi 0 správných odpovědí: Možná byste si měli přečíst tento článek znovu?

Pokud jste dostali 1 správnou odpověď: Vidíte, kde jste udělali chybu?

Pokud máte 2 správné odpovědi: Dobrá práce. Asi víte, že Watt je Watt!

Otázky a odpovědi

Otázka: Jaký je odpor topného článku elektrické žehličky, je-li spotřeba energie 8 ampérů při napájení 115 voltů?

Odpověď: R = V/I = 115/8 = 14,4 A

Otázka: Mohu provozovat dva spotřebiče současně, pokud je maximální proud 5A? Jeden vyžaduje 3A a druhý vyžaduje 4,15A.

Odpověď: Ne. Celkový proudový odběr je 7,15 ampér. To způsobí přetížení 5A zásuvky a vypálení 5A pojistky nebo vypnutí 5A jističe.

Jednotka měření ampér

Zesilovače měří sílu konstantního elektrického proudu, který prochází dvěma přímými paralelními vodiči. Jsou umístěny ve vakuovém prostoru ve vzdálenosti 1 metru od sebe, proud působí na úseky vodičů určitou interakční sílu. Jednotkou měření ampér je magnetomotorická síla, která vytváří uzavřený okruh, ve kterém proudí tok elektřiny. Množství je zahrnuto do sedmi základních jednotek SI.

Historické pozadí

Anre Ampere

Ampere je měrná jednotka přijatá v Paříži na prvním mezinárodním kongresu elektrikářů v roce 1881. Množství dostalo své jméno na počest slavného fyzika Andre Ampere. V té době existovala jednotka, která sloužila jako definice elektřiny ve dvou dynech mezi dvěma vodiči. Jsou umístěny ve vzdálenosti 1 cm od sebe. Dnes se této hodnotě říká bio- nebo abamper.

Generální konference pro váhy a míry v roce 2011 rozhodla, že základní ukazatele měření budou nově definovány. Nyní, v mezinárodní soustavě jednotek, musí být běžně používané veličiny založeny na vlastnostech atomů nebo fyzikálních konstantách, spíše než na umělých artefaktech.

Současná charakteristika

Jak je formálně definováno Mezinárodním výborem pro váhy a míry, ampér je síla přímé elektřiny protékající tenkými, dlouhými vodiči. Musí být ve vakuu ve vzdálenosti jednoho metru.

Měření proudu

Proud způsobuje interakci mezi vodiči, jehož síla se rovná součinu čísla 2 a 10 na mínus sedmou mocninu pro každý metrový úsek.

Ve skutečnosti je nemožné vytvořit takové podmínky, protože vodiče mají určitou délku a také průřez. Proto se velikost interakce zjistí pomocí cívek, na kterých je navinuto mnoho závitů drátu. Tato metoda byla použita pro výpočet standardní jednotky na stupnici elektrického proudu. Abychom určili, čemu se rovná 1 ampér, změřili jsme moment síly, který působil na cívku s nasměrovanými elektrony umístěnými v magnetickém poli.

V Ruské federaci je od roku 1992 ampérový standard určován pomocí Ohmova zákona nepřímo. Při tomto výpočtu je chyba poloviční. Síla proudu je také reprezentována jako rychlost změny náboje.

To znamená, že 1 ampér se rovná elektrické síle, při které projde určité množství elektřiny vodivým prvkem za sekundu – jeden coulomb.

READ
Co je SMD 2835?

Vzorec měření proudu

Sílu proudu lze zjistit pomocí vzorce: poměr elektrického náboje k času. Označení použitých množství:

  • I – indikátor elektřiny;
  • q—nabíjení;
  • t – období.

Amperův zákon

Francouzský vědec Ampere přispěl nejen ke vzhledu názvu jednotky měření, ale také ustanovil určitý fyzikální zákon. Určuje sílu vlivu rovnoměrného magnetického pole na vodič, který je v něm umístěn.

Jeho hodnota závisí přímo úměrně na délce proudovodného prvku. Závisí také na síle pohybu usměrněných elektronů proudících ve vodiči, vektoru magnetické indukce a sinusu úhlu mezi směrem prvního a druhého indikátoru.

Amperův zákon

Fyzikovi se podařilo stanovit podmínky pro interakci vodičů s elektrickým proudem. Jejich přitahování nebo odpuzování je určeno právě usměrněným pohybem elektronů. Můžete přesněji formulovat odpověď na otázku, čemu se rovná ampér. To je síla elektřiny, při které spolupůsobí paralelní metr dlouhé vodiče ve vakuu.

Může být charakterizován několika procesy:

  • ohřívač přenáší elektřinu do 10 A;
  • bleskový kanál má sílu 500 kA;
  • elektroforéza – 0,8 mA, s 1 mA = 0 A;
  • zapnutá 100W lampa – 0A.

V každé části obvodu je indikátor proudu stejný, protože v uzavřené smyčce proteče průřezem vodiče každou sekundu stejný počet elektronů. Hodnota indikátoru nezávisí na tloušťce vodivého prvku, protože náboje se nemohou hromadit v jedné oblasti.

Pokud vás zajímá, čemu se bude v budoucnu rovnat ampér, tak odpověď zazněla na posledním zasedání Generální konference. Velikost, stejně jako dříve, určí sílu proudu, ale musí záviset na nové definici elektrického náboje.

Kromě toho, co se měří v ampérech, potřebujete znát vztah veličiny s jinými jednotkami SI. Napětí na deskách se každou sekundu zvýší o jeden volt, pokud se kondenzátor s kapacitou 1 farad nabije jedním ampérem elektřiny. Když je proud ve vodiči roven 1 A, projde jeho průřezem každou sekundu elektrický náboj o velikosti jednoho coulombu. Navíc se tato veličina používá k měření rozdílu magnetického potenciálu a magnetomotorické síly.