Základní pojmy elektřiny

Elektrický náboj, je základní elektrická veličina. Označuje jednu ze základních vlastností látky – podobně jako hmotnost označuje jakou mají látky setrvačnost, nebo jak silně je přitahuje gravitace, popisuje náboj elektrické chování látky. Značíme jej q (nebo Q) a jeho jednotkou je coulomb (C). Měříme jej elektroskopem.

Na rozdíl od hmotnosti existují dva typy náboje – kladný (+) a záporný (−) náboj. Přitahují se vždy tělesa s opačným nábojem. Souhlasné náboje (např + a +) se odpuzují. Čím větší náboj, tím větší působení (elektrostatická síla), které ale se vzdáleností klesá.

Elektrický náboj tělesa se vlastně objevuje proto, že jej nesou různé elementární částice:

• elektrony mají jeden záporný náboj e^-
• protony mají jeden kladný náboj e
• neutrony mají nulový náboj (jsou neutrální a elektricky netečné)

Přitom e je tzv. elementární náboj – nejmenší možná hodnota náboje.

Látky se skládají z atomů a atomy se skládají z těchto částic. Jádro atomu tvoří protony a neutrony a obal je z elektronů. Pokud je součet kladných a záporných nábojů stejný, je atom (nebo molekula) elektricky neutrální. Pokud obsahuje jednoho náboje více jde o elektricky nabitou částici – iont (kladný = kationt, záporný = aniont). Také elektrony mohou existovat samostatně (a přecházet z jednoho těles na druhé).

Pokud tedy obsahuje těleso takové ionty (a součet jejich nábojů není 0), je těleso elektricky nabité. To je spíš výjimka (většina látek a těles kolem nás je elektricky neutrální).

Elektrické napětí je veličina odpovídající silám, které pohání tok elektřiny (elektrický proud). Jeho značka je U a jednotka volt (V). Napětí můžeme definovat pomocí práce vykonané W zdrojem (elektrickým polem) na přenesení náboje Q náboje. Je to jejich podíl:

U=\frac{W}{Q}.

Platí tedy také vztahy W=Q\cdot U a Q=\frac{W}{U}.

Napětí mezi dvěma body v obvodu měříme voltmetrem (popřípadě multimetrem nastaveným na voltmetr), který do obvodu připojujeme paralelně.

Zdroje napětí mají dva póly které určují směr toku proudu – kladný (+) a záporný (−). Tomu říkáme polarizace zdroje. Kolem sebe se setkáme různými zdroji napětí – chemickými (baterie a akumulátory), nebo těmi, kde jej na začátku vytváří z mechanické energie nějaký generátor:

• Voltův článek – historicky první baterie, stejnosměrné napětí
• AA baterie – 1,5 V, stejnosměrné napětí
• akumulátory – dobíjecí varianta „baterie“
• zásuvka doma – 230 V, póly ve zdířkách se vyměňují (střídavé napětí)
• svetr třený o vlasy – 10 000 V, stejnosměrné napětí
• dráty vysokého napětí – např. 22 000 V, polarizace drátu se střídá (střídavé napětí)

Z napětí svetru je také vidět, že velikost napětí, není úplně rozhodující pokud jde o nebezpečnost. Nebezpečné je totiž hlavně, když zdroj dokáže dodávat velký elektrický proud.

Práce a výkon jsou u elektřiny chápány stejně jako u mechaniky. Jen je popisujeme pomocí elektrických veličin.

Výkon elektrického proudu

Elektrický proud protékající spotřebičem má výkon roven součinu proudu a napětí na spotřebiči. Tedy:

P=U\cdot I

Je tedy přímo úměrný jako proudu tak napětí.

Výkon, který dodává zdroj spotřebiči označujeme jako příkon spotřebiče. To čemu říkáme výkon spotřebiče, je jen ta část výkonu, kterou spotřebič využije jak chceme (nepatří sem například tepelné ztráty žárovky).

Elektrická práce

Je ve stejném vztahu k výkonu jako mechanická práce. Tedy při stálém výkonu platí W=P\cdot t. Pokud dosadíme za výkon ze vzorce výše dostaneme:

W=U\cdot I \cdot t

Je tedy přímo úměrná proudu, napětí a době provozu spotřebiče.

Protože je součin proudu a času roven přenesenému náboji Q, můžeme také psát W=U\cdot Q.

Také práci můžeme dělit na skutečnou (odpovídající práci příkonu spotřebiče) a na užitečnou práci (odpovídá práci výkonu spotřebiče).

Hlavně v energetice se používají alternativní jednotky práce. Jouly můžeme podle vzorce W=P\cdot t (watty krát sekundy) pojmenovat jako wattsekundy, zkráceně Ws.

Když tedy dosadíme watty a sekundy, dostaneme práci v joulech neboli wattsekundách. Pokud dosadíme výkon ve wattech a čas v hodinách, dostaneme výsledek ve watthodinách. A pokud dosadíme výkon v kilowattech a čas v hodinách, dostaneme známé kilowatthodiny.