Klíčový rozdíl - proud vs. napětí
V elektrickém poli jsou elektrické náboje ovlivňovány silou, která na ně působí; musí se tedy pracovat na nabitých částicích, aby se mohly pohybovat z jednoho bodu v elektrickém poli do druhého. 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 v důsledku rozdílu potenciálů je známý jako elektrický proud. Klíčový rozdíl mezi proudem a napětím spočívá v tom, že proud vždy zahrnuje pohyb elektrických nábojů pod elektrickým polem, zatímco napětí nezahrnuje tok nábojů. Napětí se vyskytuje pouze v důsledku existence nevyváženého náboje.
OBSAH
1. Přehled a klíčový rozdíl
2. Co je napětí
3. Co je proud
4. Srovnání vedle sebe - proud vs. napětí
5. Shrnutí
Co je napětí?
Jelikož atom má stejný počet protonů a elektronů, je veškerá stabilní hmota ve vesmíru elektricky vyvážená. Kladně nebo záporně nabité částice však mohou mít více nebo méně elektronů než protony kvůli vnějším fyzikálním a chemickým účinkům. Shromážděním podobných nábojů vzniká elektrické pole, které dodává 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 považováno za příslušné k nekonečnu, kde je potenciál nulový. Z hlediska elektrického obvodu je Země považována za bod s nulovým potenciálem; proto se napětí v každém bodě obvodu měří vzhledem k zemi (nebo zemi).
Napětí může být produkováno v důsledku mnoha přírodních nebo vynucených jevů. Blesk je příkladem napětí v důsledku přirozeného výskytu; stovky milionů napětí se vyskytují v oblaku v důsledku tření. Ve velmi malém měřítku baterie vytváří napětí chemickou reakcí a akumuluje nabité ionty v kladných (anodách) a záporných (katodových) svorkách. 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 v kamerách k detekci úrovně okolního světla.
Co je to proud?
Proud je tok něčeho, jako je mořská voda nebo atmosférický vzduch. V elektrickém kontextu je tok elektrických nábojů, nejčastěji tok elektronů vodičem, znám jako elektrický proud. Proud se měří v ampérech (A) pomocí ampérmetru. Ampér je definován jako coulomb 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 se rovná R. Toto je zavedeno Ohmovým zákonem, který je uveden jako:
V = I x R
Pokud se napětí dV mění na cívce, známé také jako induktor, mění se proud dI přes cívku podle:
dI = 1 / L∫dV dt
Zde L je indukčnost cívky. K tomu dochází, protože cívka je odolná vůči změně napětí na ní a vytváří proti-napětí.
V případě kondenzátoru je změna proudu na něm dI následující:
dI = C (dV / dt)
Zde C je kapacita. To je způsobeno vybitím a nabitím kondenzátoru podle kolísání napětí.
Obrázek 02: Flemingovo pravé pravidlo
Když se vodič pohybuje napříč magnetickým polem, vytváří se podle vodiče podle Flemingova pravého pravidla proud a následně napětí přes vodič.
To je základ elektrického generátoru, ve kterém se řada vodičů rychle otáčí přes magnetické pole. Jak je vysvětleno v předchozí části, akumulace poplatků vytváří napětí v baterii. Když vodič spojuje dvě svorky, začne vodičem protékat proud, tj. Elektrony ve vodiči se pohybují v důsledku rozdílu napětí mezi svorkami. Čím větší je odpor drátu, tím větší je proud a tím rychleji se vybije baterie. Podobně vyšší zátěž spotřebovávající energii odebírá vyšší proud ze zdroje. Například 100W lampa připojená k napájení 230V, proud, který odebírá, lze vypočítat jako:
P = V × I
I = 100W ÷ 230 V
I = 0,434 A
Zde, když je výkon vyšší, bude vysoký odebírací proud.
Jaký je rozdíl mezi napětím a proudem?
Rozdílný článek uprostřed před tabulkou
Napětí vs. proud |
|
| Napětí je definováno jako rozdíl energie elektrického potenciálu mezi dvěma body v elektrickém poli. | Proud je definován jako pohyb elektrických nábojů při rozdílu potenciální energie v elektrickém poli. |
| Výskyt | |
| Napětí odchází v důsledku existence elektrických nábojů. | Proud se vyrábí pohybem nábojů. Neexistuje žádný proud se statickými elektrickými náboji. |
| Závislost | |
| Napětí může existovat bez vytvoření proudu; například v bateriích. | Proud vždy závisí na napětí, protože tok náboje nemůže nastat bez potenciálního rozdílu. |
| Měření | |
| Napětí se měří ve voltech. Měří se vždy s ohledem na jiný bod, alespoň neutrální zem. Měření napětí je proto snadné, protože k umístění měřicích svorek není přerušen obvod. | Proud se měří v ampérech a měří se napříč vodičem. Měření proudu je obtížnější, protože k umístění měřicích svorek musí být vodič přerušen, nebo je třeba použít sofistikované upínací ampérmetry. |
Shrnutí - Napětí vs. proud
V elektrickém poli se rozdíl potenciálů mezi libovolnými dvěma body nazývá rozdíl napětí. Pro generování proudu by měl vždy existovat rozdíl napětí. Ve zdroji napětí, jako je fotobuňka nebo baterie, dochází k napětí v důsledku akumulace nábojů na svorkách. Pokud jsou tyto svorky připojeny vodičem, začne protékat proud kvůli rozdílu napětí mezi svorkami. Podle Ohmova zákona se proud ve vodiči proporcionálně mění s napětím. I když jsou proud a napětí vzájemně propojeny odporem, proud bez napětí nemůže existovat. To je rozdíl mezi proudem a napětím.
