Jak se měří napětí a proud?

Aby elektronická součástka mohla vykonávat užitečnou práci: lampa hoří, motor se otáčí a musí jí proudit elektrická energie. proud.

Proud vzniká elektrickým potenciálem. Pokud porovnáme tok proudu a tok kapaliny, pak elektrický potenciál je tlak a proud je proud vody. Přítomnost potenciálu sama o sobě nestačí k vytvoření proudu.

Nejprve potřebujete vodič, kterým poteče proud. Například: měděný drát. Pokud není vodič, potenciál se „lepí“ do vzduchu a vzduch velmi dobře brání toku elektřiny. To je podobné tomu, že voda nepoteče, dokud je kohoutek zavřený: je tam tlak, ale neteče. Materiály, které neumožňují proudění, se nazývají dielektrika. Povolení toku – vodičů. Povolit za určitých podmínek a nepovolit za jiných – polovodiče.

Za druhé je to nutné potenciální rozdíl. Pokud je totiž na obou koncích vodovodního potrubí stejný tlak, ať je jakkoli silný, nebude dovnitř proudit. S elektřinou je to stejné. Potenciální rozdíl se nazývá napětí.

Potenciál a napětí (označené písmenem U nebo V) se měří ve voltech; síla proudu (označená písmenem I) nebo jednoduše proud – v ampérech. V mikroelektronice se obvykle používá napětí od zlomků voltů do desítek voltů a proudů od zlomků miliampérů (mA) až stovek miliampérů.

Podle konvence se předpokládá, že proud teče ve směru od plus do mínus. Podobně jako voda proudí z oblasti vysokého tlaku do prázdného konce potrubí. Ve skutečnosti, který směr je pozitivní a který směr je negativní, je libovolné. Historicky byl objev záporně nabitých elektronů, které tvoří proud, učiněn poté, co se všichni shodli na tom, co bylo považováno za pozitivní tok proudu. Kvůli té chybě je proto v praxi situace následující: říkají, že proud teče z bodu A do bodu B, ačkoli na fyzické úrovni elektrony spěchají z bodu B do bodu A. Abyste se nezmátli, potřebujete k zapamatování: v návrhu obvodu si nikdo nepamatuje, kde se elektrony pohybují, kladný tok proudu teče z bodu s vyšším potenciálem do bodu s nižším; pohybovat ve směru proudu kladné náboje. Ano, jsou virtuální, ve skutečnosti neexistují, ale je to pohodlnější.

Bod v okruhu, který poskytuje neomezenou možnost vrácení/vyčerpání utracených poplatků, se nazývá Země (zem, GND). „Země“ není třeba brát doslova. Mohl by to být záporný pól baterie, karoserie auta nebo vlastně planeta Země. Pro usnadnění se má za to, že země má potenciál 0 V. Všechny ostatní potenciály jsou vypočteny vzhledem k němu. Kromě toho se v návrhu obvodu prakticky nepoužívá koncept elektrického potenciálu: říkají, že napětí v určitém bodě je 12 V, ale ve skutečnosti znamenají, že potenciální rozdíl mezi ním a zemí je 12 V.

Zásoby energie

Při průchodu obvodem se spotřebovává elektrická energie: část se používá k provádění užitečné práce, část se ztrácí a mění se na teplo. Aby zařízení fungovalo nepřetržitě, je zapotřebí síla k udržení napětí v obvodu. Říkají jí EMF (elektromotorická síla, EMF) a je vytvářen zdroji energie. Příkladem součástky s EMF jsou: běžné baterie, solární panely, transformátor v napájecím zdroji, motor otáčený křečkem v kole.

Na schématech může být zdroj energie označen buď explicitně, vlastním symbolem, nebo implicitně: je uveden nulový kontakt vstupního napětí a kostra, bez důrazu na to, odkud bude energie pocházet. Následující obvody jsou tedy ekvivalentní:

Moc

Výkon je množství energie přenesené za jednotku času. Předávaná elektrická energie je obvykle přeměňována koncovými zařízeními na jiné formy: teplo, světlo, zvuk atd. Jednotkou výkonu je Watt. Moc P vypočítá se podle vzorce:

Různé komponenty jsou dimenzovány na různý výkon. Dokumentace součásti obvykle uvádí, při jakém napětí pracuje a jaký proud spotřebovává. Existují součástky, které si „vezmou“ jen takové množství proudu, které potřebují; Jsou tací, kteří budou hořet a tát, ale vezmou všechno, co dají.

Poskytování správného množství energie ve správný čas na určité místo v obvodu je jedním z hlavních úkolů návrháře obvodu. To je realizováno připojením základních součástek (jako jsou například rezistory a tranzistory) do standardních, šablonových obvodů.

Pokud není uvedeno jinak, obsah této wiki je licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International

Odvozená díla musí obsahovat odkaz na http://wiki.amperka.ru jako původní zdroj, bezprostředně před obsah práce.
Wiki běží na skvělém enginu DokuWiki.

obvod design/voltage-and-current.txt · Poslední změna: 2010. 12. 27 10:37 — nailxx

Nástroje stránky

• Zobrazit zdrojový text
• Historie stránky
• Odkazy zde
• nahoře

Každý z nás si jistě alespoň jednou v životě položil otázku, co je to proud, napětí, náboj atd. To vše jsou součásti jednoho velkého fyzikálního pojmu – elektřiny. Zkusme na jednoduchých příkladech studovat základní zákonitosti elektrických jevů.

co je elektřina?

Elektřina je soubor fyzikálních jevů spojených se vznikem, akumulací, interakcí a přenosem elektrického náboje. Podle většiny historiků vědy objevil první elektrické jevy starověký řecký filozof Thales v sedmém století před naším letopočtem. Thales pozoroval účinek statické elektřiny: přitahování lehkých předmětů a částic k jantaru třenému vlnou. Chcete-li tento experiment zopakovat sami, musíte jakýkoli plastový předmět (například pero nebo pravítko) natřít na vlněnou nebo bavlněnou látku a přivést jej na jemně nařezané kousky papíru.

První seriózní vědeckou prací, která popisovala studium elektrických jevů, bylo pojednání anglického vědce Williama Gilberta „O magnetu, magnetických tělesech a velkém magnetu – Zemi“, publikované v roce 1600. V této práci autor popsal výsledky svých experimentů s magnety a elektrifikovanými tělesy. Také je zde poprvé zmíněn pojem elektřina.

Výzkum W. Gilberta dal vážný impuls k rozvoji nauky o elektřině a magnetismu: v období od počátku 17. do konce 19. století bylo provedeno velké množství experimentů a základní zákony popisující elektromagnetické byly formulovány jevy. A v roce 1897 anglický fyzik Joseph Thomson objevil elektron, elementární nabitou částici, která určuje elektrické a magnetické vlastnosti hmoty. Elektron (ve starověké řečtině je elektron jantarový) má záporný náboj přibližně rovný 1,602 * 10-19 C (Coulomb) a hmotnost rovnou 9,109 * 10-31 kg. Díky elektronům a dalším nabitým částicím probíhají v látkách elektrické a magnetické procesy.

co je napětí?

K pohybu nabitých částic v tělesech a látkách dochází vlivem rozdílů potenciálů nebo elektrického napětí. Napětí (napětí) je fyzikální veličina rovna poměru práce elektrického pole vynaloženého na přenos elektrického náboje z jednoho bodu do druhého (mezi póly) k tomuto náboji. Napětí se měří ve voltech (V) a označuje se písmenem V. Aby se mezi póly přesunul náboj o velikosti 1 C při práci 1 J (Joule), je nutné napětí rovný 1 V.

Abychom lépe porozuměli vztahům mezi potenciálními rozdíly, elektrický náboj a proud Použijme následující názorný příklad. Představme si nádobu s trubkou na dně, naplněnou do určité úrovně vodou. Domluvme se, že množství vody odpovídá množství náplně, výška vody v nádobě (tlak sloupce kapaliny) je напряжение, a intenzita proudu vody z potrubí je elektrický proud.

Čím více vody v nádrži, tím větší je výška vodního sloupce a vyšší tlak. Podobně v elektrických jevech: čím větší je množství náboje, tím vyšší je napětí potřebné k jeho přenosu. Začněme vypouštět vodu: tlak v nádrži se sníží. To znamená, že s poklesem výše poplatku se snižuje napětí. To je také dobře viditelné při použití svítilny s bateriemi, které se začaly vybíjet: jak se baterie vybíjejí, jas žárovky je stále menší.

Elektrický proud.

Elektrický proud je řízený pohyb nabitých částic. Nosiče náboje mohou být elektrony, ionty, protony a díry. Pro vznik a existenci elektrický proud nutná je přítomnost volných nabitých částic a přítomnost elektrického pole. V závislosti na přítomnosti nebo nepřítomnosti nabitých částic v látkách to mohou být vodiče, polovodiče a dielektrika. Podmíněně podle směru aktuální pohyb Uvažuje se směr od kladně nabitého pólu k zápornému. V praxi závisí směr pohybu infikovaných částic na znaménku jejich náboje: záporně nabité elektrony se pohybují z mínusu do plusu, kladně nabité ionty se pohybují z plusu do mínusu.

Kvantitativní charakteristiky elektrického proudu je současná síla. Síla proudu je označena písmenem I a je měřena v ampérech (A). Proud 1 A nastane, když náboj 1 K projde průřezem vodiče za 1 sekundu.

Vraťme se k příkladu vody v nádobě. Vezměme dvě nádrže se stejnou hladinou vody, ale různými průměry výstupních trubek.

Porovnejme charakter vody vytékající z obou nádrží: hladina vody v levé nádrži klesá rychleji než v pravé. To znamená, že intenzita proudění vody závisí na průměru potrubí. Pokusme se vyrovnat dva toky: doplňte vodu do pravé nádrže, čímž zvýšíte výšku sloupce kapaliny. Tím se zvýší tlak v pravé nádrži a podle toho se zvýší intenzita proudění vody. Podobně v elektrických obvodech: s rostoucí napětí, zvyšuje se i jeho síla. Analogem průměru trubky v obvodu je elektrický odpor vodiče.

Příklady uvedené s vodou jasně demonstrují souvislost mezi elektrickým proudem, napětí a odpor.

Existují stejnosměrné a střídavé elektrické proudy. Pokud se nabité částice neustále pohybují jedním směrem, pak je v obvodu konstantní proud a podle toho konstantní napětí. Pokud se směr pohybu částic periodicky mění (pohybují se jedním nebo druhým směrem), jedná se o střídavý proud a vzniká tedy za přítomnosti střídavého napětí (tj. když potenciálový rozdíl změní svou polaritu). Střídavý proud je charakterizován periodickou změnou intenzity proudu: nabývá maximální a poté minimální hodnoty. Tyto aktuální hodnoty jsou amplituda nebo vrchol. Frekvence změn polarity napětí se může lišit. Například u nás je tato frekvence 50 Hz (to znamená, že napětí mění svou polaritu 50krát za sekundu), v USA je frekvence střídavého proudu 60 Hz (Hertz).