Elektrické napětí: vysvětleno jednoduchými slovy
Elektrické napětí je fyzikální veličina, která se rovná rozdílu potenciálů mezi dvěma body elektrického pole při pohybu jednotkového náboje. Pro běžné uživatele není toto označení vždy jasné. Proto se v tomto článku pokusíme vysvětlit jednoduchým, přístupným jazykem, co je elektrické napětí, jak se měří a proč je potřeba.
Jaký je potenciální rozdíl?
Nejprve analyzujeme obrázek:
V první láhvi je voda na úrovni 300 mm a ve druhé – kolem 150 mm. Rozdíl mezi hladinami vody v obou nádobách je 150 mm. Pokud se na to podíváme z hlediska elektrovědy, jedná se o potenciální rozdíl.
Co se však stane, když obě lahve spojíte hadicí a umístíte dovnitř obyčejnou plastovou kouli?
Ze školní lekce fyziky o principu spojování nádob víme, že z láhve, kde je hladina vody vyšší, kapalina postupně vyteče do láhve s nižší hladinou. Vlivem proudění vody se kulička uvnitř spojovací hadice bude pohybovat. Proces proudění bude dokončen poté, co se hladina kapaliny v obou lahvích vyrovná a stane se stejnou.
Jinými slovy, v situaci, kdy se hladina kapaliny ve vzájemně propojených nádobách stane stejnou, bude výsledek rozdílu potenciálů nulový. Kulička zůstane na místě díky elektromotorické síle, která se podle výsledků experimentu rovná nule.
Co je elektromotorická síla?
Podobně jako u napětí je jednotkou elektromotorické síly (EMF) Volt.
K provedení následujícího experimentu budete potřebovat voltmetr (zařízení, které měří volty) a běžnou baterii.
Při počátečním měření bude zařízení ukazovat 1.5 V (Voltů). Nejedná se však o napětí – hodnota udává velikost elektromotorické síly.
V další fázi experimentu jsou k baterii připojeny dvě žárovky. A napětí se měří v různých částech elektrického obvodu.
Je třeba věnovat pozornost následujícím indikátorům: napětí pro jednu žárovku je 1 volt, pro druhou je 0.3 voltu.
Napětí v osvětlovacích zařízeních, která používáme, přímo závisí na jejich výkonu, měřeném ve Wattech.
Výkon=Napětí*Proud (P=U*I)
Z toho vyplývá, že čím větší je hodnota výkonu lampy, tím větší napětí na ní bude.
Jak to však dopadne: pokud se výkon 1.5V baterie, na kterou jsou žárovky připojeny, rozdělí na 1V a 0.3V, kam se podělo zbylých 0.2V? Faktem je, že každá baterie je vybavena vlastním vnitřním odporem, takže chybějících 0.2 V směřovalo přesně sem.
Shrnutí
Elektromotorická síla je fyzikální veličina, která charakterizuje práci vnějších zdrojů energie v proudových zdrojích. Prostřednictvím elektromotorické síly můžeme určit, jak se náboj přenáší ze zdroje proudu do elektrického obvodu. Napětí ukazuje tento proces pouze v samostatné části tohoto obvodu. Zjednodušeně řečeno: napětí je vnější síla, která podporuje pohyb koule v hadici spojující nádoby z výše uvedeného příkladu. V elektřině je napětí silou, která pohybuje elektrony mezi atomy.
Podívejme se na další příklad
Představte si, že můžete zvednout kámen, který váží 40 kg. To znamená, že máte zvedací sílu 40 kg – v elektřině se to označuje jako elektromotorická síla. Jdete a cestou narazíte na kámen o váze 20 kg. Také jej zvednete a přenesete na vzdálenost 10 metrů. K provedení této akce jste potřebovali určité množství energie, které je v elektřině reprezentováno jako napětí. Dále narazíte na kámen o váze 30 kg. Proto na jeho přesun z jednoho místa na druhé budete potřebovat více energie než na kámen, jehož hmotnost nepřesahuje 20 kg. Zvedací síla (v elektřině, emf) však bez ohledu na váhu kamene, který nesete, zůstává vždy stejná. Hmotnost kamene zároveň určuje množství energie vynaložené na provedení této akce (v elektřině je to indikováno napětím). Na každém úseku vaší cesty tak zažijete jiný stres v závislosti na váze kamene, který hodláte nést.
Proud závisí na napětí
Na základě výše uvedeného vzorce platí: proud je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odpor. Jinými slovy, čím větší elektrický proud, tím větší napětí a naopak.