Elektrické napětí je jedna ze základních veličin při studiu a využívání elektřiny. Napětí jako rozdíl potenciálů mezi dvěma body může způsobit elektrický proud a v analogii s kapalinou odpovídá rozdílu tlaků mezi dvěma body potrubí. Definuje se jako rozdíl potenciálů mezi dvěma body elektrického pole, tj. práce, potřebná k přenesení jednotkového náboje mezi těmito body. Vztah mezi napětím a proudem ve vodiči s elektrickým odporem vyjadřuje Ohmův zákon.
Napětí v elektrických rozvodech může být stejnosměrné (značí se ss nebo symbolem =, např. Uss, resp. U=) nebo střídavé (značí se st nebo symbolem ~, např. Ust, resp. U~), jehož směr toku i okamžitá velikost se v čase periodicky mění, příkladem může být elektrická síť se střídavým napětím 230 V a frekvencí 50 Hz, kde napětí vzniká pohybem elektrického vodiče v elektromagnetickém poli generátoru v elektrárně. V technické praxi se napětí často vztahuje vůči zemi s potenciálem nula.
Značka elektrického napětí je velké (většinou efektivní hodnota) resp. malé (většinou okamžitá hodnota, viz nestacionární pole).ČSN ISO 31-5 Veličiny a jednotky: Elektřina a magnetismus, Český normalizační institut, Praha 1994 Jednotkou elektrického napětí v soustavě SI je volt, značí se . Elektrické napětí se měří voltmetrem, který se zapojuje do obvodu paralelně.
+Kategorizace napětí podle velikostiKategorieNapěťová hladinaZnačkaStřídavé napětí (efektivní hodnota)Stejnosměrné napětíUzeměná síťIzolovaná síťfáze-zemfáze-fázefáze-fázeImalé napětí mndo 50 V včetnědo 120 V včetněIInízké napětí nnnad 50 V až do 600 V včetněnad 50 V až do 1 kV včetněnad 120 V až do 1 500 V včetněAvysoké napětí vnnad 0,6 kV až do 30 kV včetněnad 1 kV až do 52 kV včetněnad 1,5 kV až do 52 kV včetněBvelmi vysoké napětí vvnnad 30 kV až do 171 kV včetněnad 52 kV až do 300 kV včetněCzvláště vysoké napětí zvn–nad 300 kV až do 800 kV včetně–nad 300 kV až do 800 kV včetněDultra vysoké napětí uvn–nad 800 kV–nad 800 kV
Definice Stacionární pole Elektrické napětí mezi dvěma body s polohovými vektory a lze vyjádřit vztahem: , kde je intenzita elektrického pole a je elektrický potenciál.
Práci vykonanou při přemísťování kladného náboje při napětí lze vyjádřit vztahem:
Nestacionární pole Elektrické napětí indukované ve smyčce vodiče je rovno časové změně celkového magnetického toku, který smyčkou prochází (Faradayův zákon elektromagnetické indukce): , kde je magnetický tok,
a v integrálním tvaru kde se integruje po uzavřené vodivé smyčce s plochou : , kde je magnetická indukce.
Pokud se polarita napětí mezi body určitého pole v čase nemění, takže lze rozlišit kladný a záporný pól, jedná se o stejnosměrné napětí Uss nebo U=. Typickým příkladem může být elektrický článek, baterie článků nebo akumulátor, kde napětí vzniká elektrochemickým procesem. Pokud se polarita v čase pravidelně mění, jedná se o střídavé napětí Ust nebo U~.
Stejnosměrné napětí Stejnosměrné napětí je takové elektrické napětí, které v čase nemění svou polaritu. Jako zdroje stejnosměrného napětí se užívají: galvanický článek – jedná se buď o primární články (např. tužková baterie) určené k napájení spotřebičů s malým příkonem nebo články sekundární – akumulátory – určené pro energeticky náročnější přenosné spotřebiče (např. mobilní telefon) fotovoltaický článek – používaný k napájení malých kapesních kalkulátorů, ale i pro stavbu mohutných fotovoltaických elektráren termočlánek – napájí meziplanetární sondy jako součást radioizotopového termoelektrického generátoru dynamo – dříve nejrozšířenější stejnosměrný zdroj, nyní zcela vytlačen alternátorem s usměrňovačem usměrňovač – umožňuje získat stejnosměrný proud ze střídavého, většinou síťového proudu
Střídavé napětí Střídavé napětí je takové elektrické napětí, které v čase mění svou polaritu s určitou periodou. Časový průběh napětí je obvykle harmonický:
kde je amplituda střídavého napětí, je úhlová frekvence a je fázový posuv mezi napětím a proudem.
Neharmonické průběhy mohou mít různé tvary: obdélník, např. jak výstup z TTL bez stejnosměrné složky nebo výstup obvodu s operačním zesilovačem, který cykluje mezi svými saturačními hodnotami. pila skoky s jednostranným sklonem skoky s oboustranným sklonem, např. jako neustálá integrace přírůstku s proměnlivým znaménkem (obdélníků) harmonický sinus částečně posunutý (vertikálně) o stejnosměrnou složku nesymetrickým střídavým průběhem může být jakýkoli tvar za kondenzátorem, který blokuje stejnosměrnou složku průběh usměrněných půlvln za diodovým můstkem (oblouky proti špičkám) cyklický průběh impulsů přechodového jevu (vysoké špičky proti mělkým úrovním ustálení)
Velikost harmonického střídavého napětí je obtížné vyjádřit jediným číslem, protože jeho hodnota se neustále mění v čase. Proto definujeme následující hodnoty: náhled|Efektivní fázové a sdružené napětí v třífázové soustavě.
Střední hodnotu harmonického napětí definujeme následovně:
.
Efektivní hodnotu harmonického napětí definujeme následovně:
tj. .
Vztah mezi hodnotou sdruženého napětí (napětí mezi fázemi) a fázového napětí (napětí mezi fází a nulou) se určí následovně:
.
V Evropě je standardem trojfázový rozvod se sdruženým efektivním napětím 400 V s frekvencí 50 Hz, tedy s fázovým efektivním napětím 230 V. V USA je standardem trojfázový rozvod se sdruženým efektivním napětím 220 V s frekvencí 60 Hz, tedy s fázovým efektivním napětím 120 V.
Odkazy Reference
Literatura
Související články Elektrický potenciál Elektrický náboj Elektrický proud Zásuvka (elektrotechnika)
Externí odkazy
Napětí