Klíčový rozdíl – proud vs napětí
V elektrickém poli jsou elektrické náboje ovlivněny silou, která na ně působí; proto je třeba pracovat na nabité částici, aby se přesunula z jednoho bodu v elektrickém poli do jiného bodu. Tato práce je definována jako rozdíl elektrického potenciálu mezi těmito dvěma body. Rozdíl elektrického potenciálu se také nazývá napětí mezi dvěma body. Pohyb nebo tok elektrických nábojů pod vlivem rozdílu potenciálu je známý jako elektrický proud. Klíčový rozdíl mezi proudem a napětím je v tom, že proud vždy zahrnuje pohyb elektrických nábojů pod elektrickým polem, zatímco napětí nezahrnuje tok nábojů. Napětí vzniká pouze kvůli existenci nevyváženého náboje.
Co je napětí?
Vzhledem k tomu, že atom má stejný počet protonů a elektronů, je veškerá stabilní hmota ve vesmíru elektricky vyvážená. Avšak kladně nebo záporně nabité částice mohou mít více nebo méně elektronů než protony v důsledku vnějších fyzikálních a chemických účinků. Pod shromážděním podobných nábojů vzniká elektrické pole, které dává elektrický potenciál nebo napětí do každého bodu kolem něj. Napětí lze považovat za nejzákladnější vlastnost elektřiny. Měří se ve voltech (V) pomocí voltmetru.
Elektrický potenciál v bodě je vždy považován za rozdíl mezi dvěma body nebo v určitém bodě je napětí uvažováno vzhledem k nekonečnu, kde je potenciál nulový. Z hlediska elektrického obvodu je země považována za bod nulového potenciálu; proto se napětí v každém bodě obvodu měří vzhledem k zemi (nebo zemi).
V důsledku mnoha přírodních nebo vynucených jevů může vznikat napětí. Blesk je příkladem napětí způsobeného přirozeným výskytem; V mraku dochází vlivem tření ke stovkám milionů napětí. Baterie vytváří ve velmi malém měřítku napětí chemickou reakcí a hromadí nabité ionty v kladném (anoda) a záporném (katodovém) vývodu. Fotovoltaické články obsažené v solárních panelech generují napětí v důsledku uvolnění elektronů z polovodičového materiálu absorbujícího sluneční světlo. Podobný efekt lze pozorovat u fotodiod používaných ve fotoaparátech k detekci úrovně okolního světla.
Co je proud?
Proud je tok něčeho, jako je mořská voda nebo atmosférický vzduch. V elektrickém kontextu je tok elektrických nábojů, nejčastěji tok elektronů přes vodič, známý jako elektrický proud. Proud se měří v ampérech (A) pomocí ampérmetru. Ampér je definován jako coulomby za sekundu a je úměrný rozdílu napětí mezi dvěma body, kde protéká proud.
Obrázek 01: Jednoduchý elektrický obvod
Jak je znázorněno na obrázku 01, když proud prochází čistým odporem R, poměr napětí k proudu je roven R. Toto je zavedeno v Ohmově zákoně, který je dán jako:
V=I x R
Pokud se napětí dV na cívce, známé také jako induktor, mění, mění se proud dI cívkou podle:
dI=1/L∫dV dt
Zde je L indukčnost cívky. K tomu dochází, protože cívka je odolná vůči změně napětí na ní a vytváří protinapětí.
V případě kondenzátoru je změna proudu na něm dI následující:
dI=C (dV/dt)
Tady C je kapacita. To je způsobeno vybíjením a nabíjením kondenzátoru podle kolísání napětí.
Obrázek 02: Flemingovo pravidlo pravé ruky
Když se vodič pohybuje přes magnetické pole, vytváří se ve vodiči proud a následně napětí podle Flemingova pravidla pravé ruky.
Toto je základ elektrického generátoru, ve kterém řada vodičů rychle rotuje přes magnetické pole. Jak bylo vysvětleno v předchozí části, akumulace nábojů vytváří napětí v baterii. Když drát spojí dva terminály, začne podél drátu protékat proud, to znamená, že se elektrony v drátu pohybují kvůli rozdílu napětí mezi terminály. Čím větší je odpor vodiče, tím větší je proud a tím rychleji se baterie vybíjí. Podobně vyšší spotřeba energie odebírá vyšší proud ze zdroje. Například 100W lampa připojená ke zdroji 230V, proud, který odebírá, lze vypočítat jako:
P=V ×I
I=100W ÷230 V
I=0,434 A
Tady, když je výkon vyšší, spotřeba proudu bude vysoká.
Jaký je rozdíl mezi napětím a proudem?
Napětí vs proud |
|
| Napětí je definováno jako rozdíl elektrické potenciální energie mezi dvěma body v elektrickém poli. | Proud je definován jako pohyb elektrických nábojů pod rozdílem potenciální energie v elektrickém poli. |
| Výskyt | |
| Uniká napětí kvůli existenci elektrických nábojů. | Proud vzniká pohybem nábojů. Neexistuje žádný proud se statickými elektrickými náboji. |
| Závislost | |
| Napětí může existovat bez vytváření proudu; například v bateriích. | Proud vždy závisí na napětí, protože tok nabíjení nemůže nastat bez rozdílu potenciálů. |
| Měření | |
| Napětí se měří ve voltech. Vždy se měří vzhledem k jinému bodu, alespoň neutrální zemi. Měření napětí je tedy snadné, protože při umístění měřicích svorek není přerušen obvod. | Proud se měří v ampérech a měří se na vodiči. Měření proudu je obtížnější, protože pro umístění měřicích svorek je nutné přerušit vodič, nebo by měly být použity sofistikované upínací ampérmetry. |
Shrnutí – Napětí vs proud
V elektrickém poli se potenciální rozdíl mezi libovolnými dvěma body nazývá rozdíl napětí. Pro vytvoření proudu by měl být vždy rozdíl napětí. Ve zdroji napětí, jako je fotočlánek nebo baterie, vzniká napětí v důsledku akumulace nábojů na svorkách. Pokud jsou tyto svorky spojeny vodičem, začne protékat proud kvůli rozdílu napětí mezi svorkami. Podle Ohmova zákona se proud ve vodiči úměrně mění s napětím. Přestože proud a napětí jsou propojeny odporem, proud nemůže existovat bez napětí. Toto je rozdíl mezi proudem a napětím.
