Elektrické napětí: Porovnání verzí

Aktuální verze z 23. 11. 2025, 21:29

Rozbalit box

Obsah boxu

Elektrické napětí (značka U nebo u) je základní fyzikální veličina, která vyjadřuje rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma body v elektrickém poli. Laicky řečeno, představuje "tlak" nebo "sílu", která tlačí nabité částice (nejčastěji elektrony) a způsobuje tak elektrický proud. Jeho hlavní jednotkou v soustavě SI je Volt (V), pojmenovaný po italském fyzikovi Alessandru Voltovi.

Vztah mezi napětím, proudem a odporem v elektrickém obvodu popisuje klíčový Ohmův zákon. Napětí může být buď stejnosměrné (DC), kde se jeho polarita nemění, nebo střídavé (AC), kde se polarita periodicky mění. Právě střídavé napětí se používá v běžných domácích zásuvkách.

💧 Koncept a analogie

Pro pochopení konceptu elektrického napětí se často používá analogie s vodním systémem.

Elektrické napětí (U) odpovídá tlaku vody v potrubí. Vyšší tlak (napětí) znamená, že voda (elektrický náboj) má větší potenciál vykonávat práci.
Elektrický proud (I) je jako průtok vody (množství vody za sekundu). Vyšší tlak způsobí větší průtok.
Elektrický odpor (R) lze přirovnat k zúžení potrubí. Úzké potrubí klade vodě větší odpor a omezuje její průtok, i když je tlak vysoký.
Baterie funguje jako vodní čerpadlo, které vytváří tlakový rozdíl a pohání vodu (náboj) do oběhu.

Napětí tedy samo o sobě "neteče", ale existuje mezi dvěma body. Je to podmínka, která umožňuje toku proudu, podobně jako tlakový rozdíl umožňuje toku vody.

⚛️ Fyzikální podstata

Z fyzikálního hlediska je elektrické napětí U mezi body A a B definováno jako práce W, kterou vykonají síly elektrického pole při přemístění kladného elektrického náboje Q z bodu A do bodu B, dělená velikostí tohoto náboje.

Matematicky se to vyjadřuje vzorcem:

U = \frac{W}{Q}

Napětí je také přímo rovno rozdílu elektrických potenciálů ( $φ$ ) mezi těmito dvěma body:

U = φ_{A} - φ_{B}

Jednotka Volt je definována jako napětí mezi dvěma body vodiče, ve kterém se při stálém proudu jednoho ampéru (1 A) spotřebovává výkon jednoho wattu (1 W). Alternativně, jeden volt je roven práci jednoho Joule na přenesení náboje jednoho coulombu.

⚡ Stejnosměrné vs. střídavé napětí

Elektrické napětí se vyskytuje ve dvou základních formách, které se liší svým chováním v čase.

Stejnosměrné napětí (DC – Direct Current)

Polarita napětí je v čase konstantní, proud teče stále jedním směrem.
Grafem závislosti napětí na čase je přímka.
Zdroje: Baterie a galvanické články, akumulátory, solární panely, dynama a napájecí zdroje (adaptéry), které převádějí střídavé napětí na stejnosměrné.
Využití: Většina elektronických zařízení (mobilní telefony, počítače), automobilové systémy, LED osvětlení.

Střídavé napětí (AC – Alternating Current)

Polarita napětí a směr proudu se periodicky mění.
V elektrické síti má typicky sinusový průběh.
Frekvence: Počet změn (cyklů) za sekundu. V Evropě, včetně České republiky, je standardní frekvence 50 Hz.
Zdroje: Alternátory v elektrárnách.
Využití: Přenos elektrické energie na velké vzdálenosti a distribuce do domácností a průmyslu. Důvodem je snadná transformace na různé napěťové úrovně pomocí transformátorů. V České republice je v zásuvkách jmenovité napětí 230 V.

📏 Měření a jednotky

Měřicí přístroj: Elektrické napětí se měří pomocí voltmetru. V moderní praxi je často součástí multifunkčního přístroje zvaného multimetr.
Způsob zapojení: Voltmetr se do obvodu vždy zapojuje paralelně k měřené součástce nebo mezi dva body, jejichž potenciální rozdíl chceme zjistit.
Vnitřní odpor: Ideální voltmetr by měl mít nekonečně velký vnitřní odpor, aby neovlivňoval měřený obvod (neodebíral z něj proud).

Jednotky

Základní jednotkou je Volt (V). V praxi se běžně používají její násobky a díly:

Kilovolt (kV): 1 kV = 1 000 V (používá se pro vysokonapěťová vedení)
Volt (V): základní jednotka
Milivolt (mV): 1 mV = 0,001 V (používá se v citlivé elektronice, např. u signálů ze senzorů)
Mikrovolt (μV): 1 μV = 0,000 001 V (používá se pro velmi slabé signály)

💡 Příklady v praxi

Různé zdroje a spotřebiče pracují s odlišnými úrovněmi napětí:

Zdroj / Aplikace	Typ napětí	Typická hodnota
Nervový impuls v těle	DC	~70 mV (0,07 V)
Tužkový článek (AA, AAA)	DC	1,5 V
USB port	DC	5 V
Autobaterie	DC	12 V
Domácí zásuvka v ČR	AC	230 V
Rozvodné vedení vysokého napětí	AC	22 kV, 110 kV, 400 kV
Blesk	DC	100 MV a více (100 000 000 V)

⚠️ Bezpečnost a účinky na tělo

Nebezpečí úrazu elektrickým proudem závisí primárně na velikosti proudu, který projde tělem, nikoliv přímo na napětí. Napětí je však hnací silou, která tento proud způsobí (podle Ohmova zákona, I = U/R). Odpor lidského těla je proměnlivý (ovlivňuje ho vlhkost kůže, dráha proudu atd.).

Pro ochranu před úrazem jsou definovány kategorie bezpečného malého napětí (SELV - Safety Extra-Low Voltage). V normálních, suchých podmínkách se za bezpečné považuje:

do 50 V pro střídavé napětí (AC)
do 120 V pro stejnosměrné napětí (DC)

Ve zvlášť nebezpečných prostorách (vlhko, mokro) jsou limity nižší, například 12 V AC.

Nízké proudy (okolo 0,5 mA) způsobují brnění.
Vyšší proudy (nad 10 mA) mohou způsobit svalovou křeč, která znemožní pustit se vodiče.
Proudy nad 25 mA mohou vést k zástavě dechu a proudy nad 60 mA k fibrilaci srdečních komor, což je život ohrožující stav.

Vysoké napětí je extrémně nebezpečné i bez přímého dotyku, protože může dojít k přeskoku jiskry (vzniku elektrického oblouku) na vzdálenost několika centimetrů i metrů.

👶 Pro laiky: Tlak v elektrickém potrubí

Představ si, že elektřina je jako voda, která teče potrubím, aby mohla pohánět třeba vodní mlýnek (naši žárovku).

Napětí je jako tlak vody, který vytváří čerpadlo (baterie). Když je tlak velký, voda stříká silně. Když je malý, jen slabě kape. Stejně tak vysoké napětí "tlačí" do elektronů v drátu mnohem víc než nízké napětí.
Proud je množství vody, které proteče za sekundu. Silný tlak (vysoké napětí) protlačí potrubím hodně vody (velký proud), a mlýnek (žárovka) se točí rychle (svítí jasně).
Spotřebič (třeba žárovka) je jako úzké místo v potrubí nebo ten mlýnek, který vodě klade odpor. Voda musí vynaložit svou sílu (tlak), aby se přes něj dostala.

Takže napětí není samotný "tok", ale ta "síla" v pozadí, která celý tok způsobuje. Bez tlaku (napětí) by voda (proud) prostě stála na místě.

Zdroje