Czech

Co je to napětí?

12. Led 2021 | Elektrické

Napětí představuje tlak z napájecího zdroje elektrického obvodu, který tlačí nabité elektrony (proud) skrz vodivou smyčku a umožňuje jim vykonávat práci, například rozsvícení světla.

Ve zkratce, napětí = tlak a měří se ve voltech (V). Termín vznikl na počet italského fyzika Alessandro Volty (1745–1827), vynálezce Voltova sloupu – předchůdce dnešních baterií v domácnostech.

V začátcích objevování elektřiny bylo napětí známé jako elektromotorická síla (emf). Proto se v rovnicích jako je Ohmův zákon napětí stále někdy označuje symbolem E.

Příklad napětí v jednoduchém stejnosměrném (DC) obvodu:

Co je to napětí? - Záhlaví
  1. V tomto stejnosměrném obvodu je spínač sepnut (ZAPNUTÝ).
  2. Napětí ve zdroji napájení – „rozdíl potenciálů“ mezi dvěma póly baterie – je aktivní, vytváří tlak, který nutí elektrony téct jako proud ze záporné svorky baterie.
  3. Proud dorazí do světla a způsobí, že vyzařuje světlo.
  4. Proud se vrací do zdroje napájení.

Napětí je buď střídavé napětí (AC) nebo stejnosměrné napětí (DC). Čím se liší:

Střídavé napětí (zastoupené na digitálním multimetru symbolem ):

  • Teče v rovnoměrných sinusových vlnách, jako na obrázku níže:
    Střídavé napětí
  • Obrací směr v pravidelných intervalech.
  • Běžně produkováno elektrárnami prostřednictvím generátorů, kde je mechanická energie – otáčení poháněné tekoucí vodou, párou, větrem nebo teplem – převedena na elektrickou energii.
  • Běžnější než stejnosměrné napětí. Rozvodné podniky dodávají střídavé napětí domácnostem a společnostem.
  • Primární dodávané napětí se liší podle států. Ve Spojených státech například činí 120 voltů.
  • Některá zařízení v domácnostech, například televizory a počítače, využívají stejnosměrné napětí. K převedení střídavého napětí a proudu na stejnosměrné používají usměrňovače (například černé kvádry u napájecích šňůr notebooků).
Generátor
Generátory převádí rotační pohyb na elektřinu. Rotační pohyb je běžně způsobován tekoucí vodou (hydroelektrická energie) nebo párou z vody ohřívané plynem, ropou, uhlím či jaderným štěpením.

Stejnosměrné napětí (zastoupené na digitálním multimetru symbolem přerušovaná čára VmV):

  • Teče přímo jedním směrem.
  • Běžně vzniká prostřednictvím zdrojů uskladněné energie, například baterií.
  • Zdroje stejnosměrného napětí mají kladné a záporné svorky. Svorky určují polaritu v obvodu a polaritu lze využít k určení, zda je okruh stejnosměrný nebo střídavý.
  • Běžně se využívá u bateriových přenosných zařízení (autíčka, svítilny, kamery).

Co je to rozdíl potenciálů?

Termíny napětí a „rozdíl potenciálů“ jsou často zaměnitelné. Rozdíl potenciálů může být lépe definován jako rozdíl potenciální energie mezi dvěma body v obvodu. Výše rozdílu (vyjádřená ve voltech) určuje velikost existující potenciální energie k přesunu elektronů z jednoho místa na druhé. Tato veličina určuje množství práce, kterou lze potenciálně vykonat prostřednictvím obvodu.

Domácí alkalická baterie typu AA například poskytuje 1,5 V. Běžná domácí zásuvka má 230 V. Čím vyšší napětí je v obvodu, tím větší je jeho schopnost „protlačit“ více elektronů a vykonat více práce.

Napětí / rozdíl potenciálů lze srovnat s vodou uloženou v nádrži. Čím větší nádrž je a čím větší je její výška (a tím potenciální rychlost), tím větší má voda sílu po otevření ventilu, kdy voda (podobně jako elektrony) může vytékat.

Proč je měření napětí užitečné

Technici přistupují většinu k situacím řešení problémů se znalostí, jak by měl obvod správně fungovat.

Obvody se využívají k dodávání energie do zátěže – od malých zařízení po domácí spotřebiče a průmyslové motory. Zátěže mají často typové štítky, které uvádějí jejich jmenovité elektrické hodnoty, včetně napětí a proudu. Místo typového štítku někteří výrobci poskytují podrobná schémata (technický výkres) obvodů zátěže. Návody mohou obsahovat jmenovité hodnoty.

Tato čísla říkají technikovi, jaké hodnoty očekávat při standardní činnosti zátěže. Hodnoty na digitálním multimetru mohou objektivně zjistit odchylky od normy. I v takovém případě však musí technik využívat znalosti a zkušenosti k určení faktorů způsobujících různé odchylky.

Odkazy: Digital Multimeter Principles (Principy digitálního multimetru), Glen A. Mazur, American Technical Publishers.