Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 1 Potenciál, napětí, náboj, proud Ing. Jaroslav Bernkopf

Elektrický potenciál φ je ochota, schopnost, přemístit elektrický náboj. Vyjadřuje se ve voltech [V]. Náboj na své cestě protéká v podobě proudu a vykoná práci. Náboj Q se vyjadřuje v coulombech [C]. Proud I se vyjadřuje v ampérech [A]. Práce W se vyjadřuje v joulech [J]. Elektrická práce se přemění na tepelnou energii a rozsvítí žárovku. Nebo se přemění na mechanickou energii a roztočí motor. Čím víc náboje proteče, tím víc práce se vykoná. Čím větší rozdíl potenciálů se při tom využije, tím víc práce se vykoná. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 2

Jezero Lago di Ledro je ve výšce 655 m nad mořem. Jeho voda má potenciál, ochotu, schopnost, vykonat práci, když ji pustíme přes turbínu dolů. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 3 Když na břeh jezera dáme turbínu do nadmořské výšky 654 m, každý kubík vody, který proteče přes turbínu, vykoná velkou práci. Ale mohl vykonat práci ještě mnohem větší. Vždyť ve výšce 654 m má pořád ještě velký potenciál! Využili jsme rozdíl potenciálů jen 655 – 654 = 1m. Dejme tu turbínu mnohem níže. Každý kubík vody vykoná tu samou práci ještě mnohokrát na každém dalším metru, kterým proteče.

Dejme turbínu na břeh jezera Lago di Garda do nadmořské výšky 59 m. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 4 Využijeme rozdíl potenciálů 655 – 59 = 596 m. Každý kubík vody vykoná svoji práci ještě na každém dalším metru, kterým proteče. Vykoná tedy 596x víc práce, než u turbíny nahoře u Lago di Ledro. Lago di Ledro 655 m Lago di Garda 59 m

Vezměme krabici se dvěma vývody, třeba baterii, která má mezi těmi vývody 655 V. Vezměme druhou krabici se dvěma vývody, která má mezi těmi vývody 654 V. Jejich dolní konce spojíme. Mezi jejich horní konce zapojíme žárovku. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky V V -

Rozdíl elektrických potenciálů bude žárovkou protlačovat elektrický náboj, podobně jako rozdíl hladin protlačuje turbínou vodu. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 6 Využijeme rozdíl potenciálů 655 – 654 = 1V. Každý coulomb elektrického náboje, který proteče přes žárovku, vykoná práci V V -

Dejme pravý konec žárovky mnohem níže. Třeba na potenciál 59 V. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 7 Využijeme rozdíl potenciálů 655 – 59 = 596 V. Každý coulomb elektrického náboje, který proteče přes žárovku, vykoná svoji práci ještě na každém dalším voltu, protože teď využijeme mnohem větší rozdíl potenciálů V V -

Vyhoďme pravou baterii úplně. Jako bychom dali turbínu do nulové nadmořské výšky, tj. na hladinu moře. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 8 Využijeme rozdíl potenciálů 655 – 0 = 655 V. A máme normální připojení žárovky na elektrický zdroj V -

Elektrický potenciál obvykle určujeme vůči nějakému „pevnému bodu". Obvykle vůči zemi. Potenciál levé baterie proti zemi je 655 V. Potenciál pravé baterie proti zemi je 59 V. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 9 Rozdíl potenciálů, tj. napětí mezi horními vývody je 655 – 59 = 596 V V V -

Ochranný kolík elektrické zásuvky je uzemněný. Má proti zemi potenciál 0,0 V. Pravá zdířka je kdesi v rozvaděči spojena s obvodem ochranného kolíku. Proto má proti zemi také potenciál 0,0 V. Levá zdířka je spojená s fází, která má proti zemi potenciál 230 V. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 10 Rozdíl potenciálů, tj. napětí mezi pravou a levou zdířkou je 230 – 0 = 230 V. Napětí mezi pravou a levou zdířkou je 230 V. 0,0 V230 V

Napětí U mezi dvěma body je rozdíl potenciálů těchto bodů. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 11 Rozdíl potenciálů, tj. napětí mezi pravou a levou zdířkou je U = φ A - φ B = 230 – 0 = 230 V. φ B = 0,0 Vφ A = 230 V U = φ A - φ B = 230 V

Když oba body mají velký potenciál, ale stejný, třeba 655 V, není mezi nimi žádné napětí. Napětí, tj. rozdíl potenciálů, je mezi nimi nulové. Proud mezi nimi neteče. Žárovka nesvítí. Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 12 Jako spojené nádoby se stejnou hladinou: Proud vody mezi nimi neteče V V -

Když oba body mají různý potenciál, třeba 655 V a 654V, je mezi nimi napětí. Proud mezi nimi teče. Žárovka svítí. (Na ten 1V aspoň trochu.) Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 13 Jako spojené nádoby s různou hladinou: Proud vody mezi nimi teče V V - Proud teče.

Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 14 Napětí je síla, která nutí elektrony „téci“ obvodem. Napětí nutí elektrony pohybovat se. Napětí je něco jako „síla“.

Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 15

Potenciál, napětí, náboj, proud Základy elektrotechniky 16