Co se nazývá síla proudu? Tato otázka vyvstala více než jednou nebo dvakrát v procesu projednávání různých problémů. Rozhodli jsme se jí proto věnovat podrobněji a pokusíme se ji maximálně zpřístupnit bez obrovského množství vzorců a nesrozumitelných výrazů.
Co je elektrický proud
Co se tedy nazývá elektrický proud? Jedná se o směrovaný proud nabitých částic. Ale co jsou tyto částice, proč se náhle pohybují a kam? To není moc jasné. Pojďme se tedy na tuto problematiku podívat podrobněji.
- Začněme otázkou o nabitých částicích, které jsou ve skutečnosti nositeli elektrického proudu. Liší se v různých látkách. Co je například elektrický proud v kovech? To jsou elektrony. V plynech, elektronech a iontech; v polovodičích – díry; a v elektrolytech jsou to kationty a anionty.
- Tyto částice mají určitý náboj. Může být pozitivní nebo negativní. Definice kladného a záporného náboje je dána podmíněně. Částice se stejným nábojem se navzájem odpuzují, zatímco částice s opačným nábojem se přitahují.
- Na základě toho se ukazuje logické, že k pohybu dojde od kladného pólu k zápornému. A čím více nabitých částic bude na jednom nabitém pólu, tím více se jich přesune k pólu s jiným znaménkem.
- Ale to je všechno hluboká teorie, takže si ukažme konkrétní příklad. Řekněme, že máme zásuvku, ke které nejsou připojena žádná zařízení. Je tam proud?
- Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme vědět, co je napětí a proud. Aby to bylo jasnější, podívejme se na to na příkladu potrubí s vodou. Jednoduše řečeno, potrubí je náš drát. Průřez tohoto potrubí je napětí elektrické sítě a průtok je náš elektrický proud.
- Vracíme se do naší prodejny. Pokud nakreslíme analogii s potrubím, pak vývod bez připojených elektrických spotřebičů je potrubím uzavřeným ventilem. To znamená, že tam není elektřina.
Elektrický proud se objeví, když se objeví zátěž, a proto musíte zasunout zástrčku do zásuvky
- Ale je tam napětí. A pokud v potrubí, aby se objevil tok, je nutné otevřít ventil, pak pro vytvoření elektrického proudu ve vodiči je nutné připojit zátěž. To lze provést zapojením zástrčky do zásuvky.
- Samozřejmě se jedná o velmi zjednodušenou prezentaci otázky a někteří profesionálové mi budou vyčítat a upozorňovat na nepřesnosti. Ale dává představu o tom, co se nazývá elektrický proud.
Stejnosměrný a střídavý proud
Další otázka, kterou navrhujeme pochopit, je: co je střídavý proud a stejnosměrný proud. Ostatně mnozí těmto pojmům zcela správně nerozumí.
Konstantní proud je proud, který v průběhu času nemění svou velikost a směr. Poměrně často se pulzující proud označuje také jako konstanta, ale bavme se o všem popořadě.
- Stejnosměrný proud se vyznačuje tím, že se stále stejný počet elektrických nábojů vzájemně nahrazuje ve stejném směru. Směr je od jednoho pólu k druhému.
- Ukazuje se, že vodič má vždy buď kladný nebo záporný náboj. A časem se to nemění.
Poznámka! Při určování směru stejnosměrného proudu může docházet k nesrovnalostem. Pokud je proud tvořen pohybem kladně nabitých částic, pak jeho směr odpovídá pohybu částic. Pokud je proud tvořen pohybem záporně nabitých částic, pak se jeho směr považuje za opačný než pohyb částic.
- Ale pod koncepcí toho, co stejnosměrný proud je často označován jako tzv. pulzující proud. Od konstanty se liší pouze tím, že se její hodnota v čase mění, ale zároveň nemění znaménko.
- Řekněme, že máme proud 5A. U stejnosměrného proudu bude tato hodnota po celou dobu nezměněna. Pro pulzující proud to bude v jednom časovém úseku 5, v dalším 4 a ve třetím 4,5. Zároveň však v žádném případě neklesá pod nulu a nemění své znaménko.
- Toto zvlnění proudu je velmi běžné při přeměně AC na DC. Právě tento pulzující proud produkuje váš střídač nebo diodový můstek v elektronice.
- Jednou z hlavních výhod stejnosměrného proudu je jeho akumulační schopnost. Můžete to udělat vlastníma rukama, pomocí baterií nebo kondenzátorů.
Střídavý proud
Abychom pochopili, co je to střídavý proud, musíme si představit sinusoidu. Právě tato plochá křivka nejlépe charakterizuje změnu stejnosměrného proudu a je standardem.
Čím vyšší je tato frekvence, tím častěji se polarita střídavého proudu mění za sekundu. U nás je na tuto hodnotu standard – je to 50Hz.
Koneckonců změnou frekvence střídavého proudu můžete změnit rychlost otáčení motorů.
Poznámka! Na příkladu obyčejné žárovky můžete jasně vidět, co je střídavý a stejnosměrný proud. Je to patrné zejména na nekvalitních diodových lampách, ale když se podíváte pozorně, můžete to vidět i na obyčejné žárovce. Při provozu na stejnosměrný proud hoří stálým světlem a při provozu na střídavý proud mírně blikají.
Co je výkon a proudová hustota?
No, zjistili jsme, co je stejnosměrný proud a co střídavý proud. Pravděpodobně ale máte ještě spoustu otázek. Pokusíme se je zvážit v této části našeho článku.
Z tohoto videa se můžete dozvědět více o tom, co je síla.
- A první z těchto otázek bude: jaké je napětí elektrického proudu? Napětí je potenciální rozdíl mezi dvěma body.
- Okamžitě se nabízí otázka, jaký je potenciál? Nyní mi budou profesionálové opět hledat chyby, ale řekněme to takto: jde o přebytek nabitých částic. To znamená, že existuje jeden bod, ve kterém je přebytek nabitých částic – a existuje druhý bod, kde je těchto nabitých částic buď více, nebo méně. Tento rozdíl se nazývá napětí. Měří se ve voltech (V).
- Vezměme si jako příklad obyčejnou zásuvku. Všichni asi víte, že jeho napětí je 220V. V zásuvce máme dva vodiče a napětí 220V znamená, že potenciál jednoho vodiče je větší než potenciál druhého vodiče právě pro těchto 220V.
- Potřebujeme porozumět pojmu napětí, abychom pochopili, jaká je síla elektrického proudu. I když z odborného hlediska není toto tvrzení zcela pravdivé. Elektrický proud nemá výkon, ale je jeho derivátem.
- Abychom tomuto bodu porozuměli, vraťme se k naší analogii s vodní dýmkou. Jak si pamatujete, průřez tohoto potrubí je napětí a průtok v potrubí je proud. Takže: výkon je množství vody, které proteče tímto potrubím.
- Je logické předpokládat, že při stejných průřezech, to znamená napětí, čím silnější je tok, to znamená elektrický proud, tím větší je průtok vody, který se pohybuje potrubím. V souladu s tím bude více energie přeneseno na spotřebitele.
- Ale pokud můžeme analogicky s vodou převést potrubím určitého úseku přesně definované množství vody, protože se voda nestlačuje, pak s elektrickým proudem není všechno. Přes jakýkoli vodič můžeme teoreticky přenášet jakýkoli proud. Ale v praxi vodič malého průřezu při vysoké proudové hustotě jednoduše shoří.
- V tomto ohledu musíme pochopit, co je proudová hustota. Zhruba řečeno je to počet elektronů, které se pohybují určitým úsekem vodiče za jednotku času.
- Toto číslo by mělo být optimální. Pokud totiž vezmeme vodič velkého průřezu a propustíme jím malý proud, pak bude cena takové elektroinstalace vysoká. Současně, pokud vezmeme vodič malého průřezu, pak se kvůli vysoké hustotě proudu přehřeje a rychle vyhoří.
- V tomto ohledu má PUE odpovídající sekci, která vám umožňuje vybrat vodiče na základě ekonomické hustoty proudu.
- Ale zpět ke konceptu, co je současná moc? Jak jsme pochopili naší analogií, u stejného úseku potrubí závisí přenášený výkon pouze na síle proudu. Pokud se však zvětší průřez našeho potrubí, to znamená, že se zvýší napětí, v tomto případě se při stejných hodnotách rychlosti proudění přenášejí zcela odlišné objemy vody. Totéž platí v elektrotechnice.
- Čím vyšší je napětí, tím menší proud je potřeba k přenosu stejného výkonu. Proto se k přenosu vysokého výkonu na velké vzdálenosti používají vysokonapěťová elektrická vedení.
Vždyť vedení o průřezu vodiče 120 mm 2 pro napětí 330 kV je schopno přenést mnohonásobně větší výkon ve srovnání s vedením stejného průřezu, ale s napětím 35 kV. Ačkoli to, čemu se říká současná síla, budou stejné.
Způsoby přenosu elektrického proudu
Co je proud a napětí, zjistili jsme. Je čas přijít na to, jak distribuovat elektrický proud. To vám v budoucnu umožní cítit se jistější při zacházení s elektrickými spotřebiči.
Jak jsme již řekli, proud může být proměnný a konstantní. V průmyslu a ve vašich zásuvkách se používá střídavý proud. Je to běžnější, protože je jednodušší drát. Faktem je, že je poměrně obtížné a drahé změnit stejnosměrné napětí a střídavé napětí můžete změnit pomocí běžných transformátorů.
Poznámka! Žádný střídavý transformátor nepoběží na stejnosměrný proud. Protože vlastnosti, které používá, jsou vlastní pouze střídavému proudu.
- To ale vůbec neznamená, že se nikde nepoužívá stejnosměrný proud. Má další užitečnou vlastnost, která není vlastní proměnné. Dá se hromadit a skladovat.
- V tomto ohledu je stejnosměrný proud využíván ve všech přenosných elektrospotřebičích, v železniční dopravě a také v některých průmyslových objektech, kde je nutné zachovat provozuschopnost i po úplném výpadku proudu.
- Baterie jsou nejběžnějším způsobem skladování elektrické energie. Mají speciální chemické vlastnosti, které jim umožňují hromadit se a poté v případě potřeby vydávat stejnosměrný proud.
- Každá baterie má přísně omezené množství uložené energie. Říká se jí kapacita baterie a částečně ji určuje startovací proud baterie.
- Jaký je startovací proud baterie? Jedná se o množství energie, které je baterie schopna vydat v samotném počátečním okamžiku připojení zátěže. Faktem je, že v závislosti na fyzikálních a chemických vlastnostech se baterie liší způsobem, jakým uvolňují nahromaděnou energii.
- Někteří umí dát hned a hodně. Z tohoto důvodu se samozřejmě rychle vybijí. A druhý dát dlouho, ale trochu. Kromě toho je důležitým aspektem baterie schopnost udržovat napětí.
- Faktem je, že jak říká návod, u některých baterií s návratem kapacity postupně klesá i jejich napětí. A ostatní baterie jsou schopny dát téměř celou kapacitu při stejném napětí. Na základě těchto základních vlastností jsou tato akumulační zařízení vybrána pro elektřinu.
- Pro přenos stejnosměrného proudu se ve všech případech používají dva vodiče. Toto je kladný a záporný vodič. Červená a modrá.
Střídavý proud
Se střídavým proudem je ale vše mnohem složitější. Může být přenášen jedním, dvěma, třemi nebo čtyřmi vodiči. Abychom to vysvětlili, musíme se vypořádat s otázkou: co je to třífázový proud?
- Střídavý proud je generován generátorem. Obvykle téměř všechny mají třífázovou strukturu. To znamená, že generátor má tři výstupy a každý z těchto výstupů produkuje elektrický proud, který se od předchozích liší o úhel 120⁰.
- Abychom tomu porozuměli, vzpomeňme si na naši sinusoidu, která je vzorem pro popis střídavého proudu a podle jejíchž zákonů se mění. Vezměme si tři fáze – „A“, „B“ a „C“ a vezměme si určitý bod v čase. V tomto bodě je sinusovka fáze “A” v nulovém bodě, sinusová vlna fáze “B” je v extrémním kladném bodě a sinusovka fáze “C” je v extrémním záporném bodě.
- S každou další časovou jednotkou se střídavý proud v těchto fázích změní, ale synchronně. To znamená, že po určité době ve fázi “A” bude záporné maximum. Ve fázi “B” bude nula a ve fázi “C” – kladné maximum. A po nějaké době se zase změní.
- V důsledku toho se ukazuje, že každá z těchto fází má svůj vlastní potenciál, který je odlišný od potenciálu sousední fáze. Proto mezi nimi musí být něco, co nevede elektrický proud.
- Tento potenciální rozdíl mezi dvěma fázemi se nazývá síťové napětí. Navíc mají potenciálový rozdíl vůči zemi – toto napětí se nazývá fáze.
- A tak, pokud je síťové napětí mezi těmito fázemi 380V, pak je fázové napětí 220V. Liší se o hodnotu v √3. Toto pravidlo platí vždy pro jakékoli napětí.
- Na základě toho, pokud potřebujeme napětí 220V, můžeme vzít jeden fázový vodič a vodič, který je pevně spojen se zemí. A získáme jednofázovou síť 220V. Pokud potřebujeme síť 380V, tak můžeme vzít pouze libovolné 2 fáze a připojit nějaké topné zařízení jako na videu.
Ale ve většině případů se používají všechny tři fáze. Všechny výkonné spotřebiče jsou připojeny k třífázové síti.
Výkon
Co je indukční proud, kapacitní proud, rozběhový proud, proud naprázdno, záporné sousledné proudy, bludné proudy a mnoho dalšího, to v jednom článku prostě nemůžeme zvážit.
Koneckonců, otázka elektrického proudu je poměrně obsáhlá a byla vytvořena celá věda o elektrotechnice, aby ji zvážila. Ale opravdu doufáme, že se nám podařilo vysvětlit hlavní aspekty této problematiky přístupným jazykem a nyní pro vás elektrický proud nebude něco hrozného a nepochopitelného.
