Elektrické napětí
Elektrické napětí | |
---|---|
Název veličiny a její značka | Elektrické napětí U |
Hlavní jednotka SI a její značka | volt V |
Rozměrový symbol SI | U |
Dle transformace složek | skalární |
Zařazení jednotky v soustavě SI | základní |
Elektrické napětí je jedna ze základních veličin při studiu a využívání elektřiny. Napětí jako rozdíl potenciálů mezi dvěma body může způsobit elektrický proud a v analogii s kapalinou odpovídá rozdílu tlaků mezi dvěma body potrubí. Definuje se jako rozdíl potenciálů mezi dvěma body elektrického pole, tj. práce, potřebná k přenesení jednotkového náboje mezi těmito body. Vztah mezi napětím a proudem ve vodiči s elektrickým odporem vyjadřuje Ohmův zákon.
Napětí v elektrických rozvodech může být stejnosměrné (značí se ss nebo symbolem =, např. Uss, resp. U=) nebo střídavé (značí se st nebo symbolem ~, např. Ust, resp. U~), jehož směr toku i okamžitá velikost se v čase periodicky mění, příkladem může být elektrická síť se střídavým napětím 230 V a frekvencí 50
Značka elektrického napětí je velké (většinou efektivní hodnota) resp. malé (většinou okamžitá hodnota, viz nestacionární pole).[2] Jednotkou elektrického napětí v soustavě SI je volt, značí se . Elektrické napětí se měří voltmetrem, který se zapojuje do obvodu paralelně.
Kategorie | Napěťová hladina | Značka | Střídavé napětí (efektivní hodnota) | Stejnosměrné napětí | ||
---|---|---|---|---|---|---|
Uzeměná síť | Izolovaná síť | |||||
fáze-zem | fáze-fáze | fáze-fáze | ||||
I | malé napětí | mn | do 50 V včetně | do 120 V včetně | ||
II | nízké napětí | nn | nad 50 V až
do 600 V včetně |
nad 50 V až
do 1 kV včetně |
nad 120 V až
do 1 500 V včetně | |
A | vysoké napětí | vn | nad 0,6 kV až
do 30 kV včetně |
nad 1 kV až
do 52 kV včetně |
nad 1,5 kV až
do 52 kV včetně | |
B | velmi vysoké napětí | vvn | nad 30 kV až
do 171 kV včetně |
nad 52 kV až
do 300 kV včetně | ||
C | zvláště vysoké napětí | zvn | – | nad 300 kV až
do 800 kV včetně |
– | nad 300 kV až
do 800 kV včetně |
D | ultra vysoké napětí | uvn | – | nad 800 kV | – | nad 800 kV |
Definice
[editovat | editovat zdroj]Stacionární pole
[editovat | editovat zdroj]Elektrické napětí mezi dvěma body s polohovými vektory a lze vyjádřit vztahem:
- ,
kde je intenzita elektrického pole a je elektrický potenciál.
Práci vykonanou při přemísťování kladného náboje při napětí lze vyjádřit vztahem:
Nestacionární pole
[editovat | editovat zdroj]Elektrické napětí indukované ve smyčce vodiče je rovno časové změně celkového magnetického toku, který smyčkou prochází (Faradayův zákon elektromagnetické indukce):
- ,
kde je magnetický tok,
a v integrálním tvaru kde se integruje po uzavřené vodivé smyčce s plochou :
- ,
kde je magnetická indukce.
Pokud se polarita napětí mezi body určitého pole v čase nemění, takže lze rozlišit kladný a záporný pól, jedná se o stejnosměrné napětí Uss nebo U=. Typickým příkladem může být elektrický článek, baterie článků nebo akumulátor, kde napětí vzniká elektrochemickým procesem. Pokud se polarita v čase pravidelně mění, jedná se o střídavé napětí Ust nebo U~.
Stejnosměrné napětí
[editovat | editovat zdroj]Stejnosměrné napětí je takové elektrické napětí, které v čase nemění svou polaritu. Jako zdroje stejnosměrného napětí se užívají:
- galvanický článek – jedná se buď o primární články (např. tužková baterie) určené k napájení spotřebičů s malým příkonem nebo články sekundární – akumulátory – určené pro energeticky náročnější přenosné spotřebiče (např. mobilní telefon)
- fotovoltaický článek – používaný k napájení malých kapesních kalkulátorů, ale i pro stavbu mohutných fotovoltaických elektráren
- termočlánek – napájí meziplanetární sondy jako součást radioizotopového termoelektrického generátoru
- dynamo – dříve nejrozšířenější stejnosměrný zdroj, nyní zcela vytlačen alternátorem s usměrňovačem
- usměrňovač – umožňuje získat stejnosměrný proud ze střídavého, většinou síťového proudu
Střídavé napětí
[editovat | editovat zdroj]Střídavé napětí je takové elektrické napětí, které v čase mění svou polaritu s určitou periodou. Časový průběh napětí je obvykle harmonický:
kde je amplituda střídavého napětí, je úhlová frekvence a je fázový posuv mezi napětím a proudem.
Neharmonické průběhy mohou mít různé tvary:
- obdélník, např. jak výstup z TTL bez stejnosměrné složky nebo výstup obvodu s operačním zesilovačem, který cykluje mezi svými saturačními hodnotami.
- pila
- skoky s jednostranným sklonem
- skoky s oboustranným sklonem, např. jako neustálá integrace přírůstku s proměnlivým znaménkem (obdélníků)
- harmonický sinus částečně posunutý (vertikálně) o stejnosměrnou složku
- nesymetrickým střídavým průběhem může být jakýkoli tvar za kondenzátorem, který blokuje stejnosměrnou složku
- průběh usměrněných půlvln za diodovým můstkem (oblouky proti špičkám)
- cyklický průběh impulsů přechodového jevu (vysoké špičky proti mělkým úrovním ustálení)
Velikost harmonického střídavého napětí je obtížné vyjádřit jediným číslem, protože jeho hodnota se neustále mění v čase. Proto definujeme následující hodnoty:
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a7/Nap%C4%9Bt%C3%AD_v_trojf%C3%A1zov%C3%A9_soustav%C4%9B.png/220px-Nap%C4%9Bt%C3%AD_v_trojf%C3%A1zov%C3%A9_soustav%C4%9B.png)
Střední hodnotu harmonického napětí definujeme následovně:
- .
Efektivní hodnotu harmonického napětí definujeme následovně:
- tj. .
Vztah mezi hodnotou sdruženého napětí (napětí mezi fázemi) a fázového napětí (napětí mezi fází a nulou) se určí následovně:
- .
- V Evropě je standardem trojfázový rozvod se sdruženým efektivním napětím 400 V s frekvencí 50
Hz , tedy s fázovým efektivním napětím 230 V. - V USA je standardem trojfázový rozvod se sdruženým efektivním napětím 220 V s frekvencí 60
Hz , tedy s fázovým efektivním napětím 120 V.
Odkazy
[editovat | editovat zdroj]Reference
[editovat | editovat zdroj]- ↑ BŘEZINOVÁ, Jana. Napětí v zásuvce u nás a ve světě: Proč Česko přešlo na 230 V? [online]. [cit. 2019-10-09]. Dostupné online.
- ↑ ČSN ISO 31-5 Veličiny a jednotky: Elektřina a magnetismus, Český normalizační institut, Praha 1994
- ↑ ŠUSTA, Richard. POUČENÍ KE ZKOUŠCE Z VYHLÁŠKY č. 50/1978 Sb.. susta.cz [online]. [cit. 2023-01-15]. Dostupné online.
- ↑ MEDUNA, Vladimír; KOUDELKA, Ctirad. DRUHY ROZVODNÝCH SÍTÍ. S. 13. fei1.vsb.cz [online]. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB-TUO, 2006-03 [cit. 2023-01-15]. S. 13. Dostupné online.
Literatura
[editovat | editovat zdroj]- SEDLÁK, Bedřich; ŠTOLL, Ivan. Elektřina a magnetismus. 3. vyd. Praha: Karolinum, 2012. 595 s. ISBN 978-80-246-2198-2.
Související články
[editovat | editovat zdroj]Externí odkazy
[editovat | editovat zdroj]Obrázky, zvuky či videa k tématu elektrické napětí na Wikimedia Commons