Elektrické napětí

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, symbol =) nebo střídavé (značí se st, symbol ~), 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 (evropská norma), 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). Jednotkou elektrického napětí v soustavě SI je volt, značí se .

Elektrické napětí se měří voltmetrem, který se zapojuje do obvodu paralelně.

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, kterou mění s určitou periodou. Časový průběh napětí je nejčastěji sinusový (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:

Střední hodnotu napětí definujeme následovně:

.

Efektivní hodnotu 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 se standardně používá 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

Externí odkazy 
 

Napětí