Co se děje kolem elektřiny - Ohmův zákon 6 - rozdělovník vedlejších veličin

Navazující příspěvek na předcházející, tentokrát ze zaměřením především na cívku, jednak co se týče veličin souvisejících s indukčností, jedna ve vztahu k vlastnímu Ohmovu zákonu.

ROZCESTNÍK OHMŮV ZÁKON

nejprve	Co se děje kolem elektřiny 16 - cívka, kondenzátor - předbíhání, zpožďování proudu, napětí - Blog iDNES.cz

a dále už podle posloupnosti 

Ohmův zákon 1 - když je obvod pouze pod napětím

Co se děje kolem elektřiny 8 - Ohmův zákon (1) pro nezapojený obvod - Blog iDNES.cz Nezapojený obvod - tedy obvod jen pod napětím, nikoliv s odebíraným proudem, a tudíž tedy bez i výkonu - úvodní příspěvek.

Stačí otočit vypínačem - a k dosavadním veličinám - napětí a odpor přibudou další veličiny - proud a výkon...

Ohmův zákon 2 Co se děje kolem elektřiny 7 – Ohmův zákon pro zapojený obvod – výkon, proud, funkce a integrál. Zde se tedy vyskytují již čtyři hlavní veličiny: napětí a výkon, proud, odpor neboli impedance.

Ohmův zákon 4 – další veličiny v hlavní posloupnosti – ampérhodiny a watthodiny – hierarchie elektrotechnických veličin a porovnání vojenských hodností Co se děje kolem elektřiny 11 - Ohmův zákon 4 - watthodiny a ampérhodiny a další veličiny - Blog iDNES.cz Ampérhodina (je v podstatě „kapacita baterie“ pro daný příkon „S“ připojeného spotřebiče - tedy „voltampěry“), dále kilowatthodina jako „hodinová spotřeba“ je z fyzikálního hlediska v podstatě proud, či spotřebovaný proud za hodinu. Ještě neznáměji znějícími názvy pro elektrotechnické jednotky jsou „ampérhodiny na krychlový decimetr“ a „watthodiny na kilogram“ - které je možno označit jako specifická hustota energie, tedy jednotky hustoty či intentzity spotřeby či kapacity zdroje.

Ohmův zákon 5 – napětí a výkon baterky – jak přepočítat volty na watty + zcela odlišné téma: tepelné čerpadlo Co se děje kolem elektřiny a Ohmův zákon 5 - napětí a výkon baterky / tepelná čerpadla - Blog iDNES.cz

Ohmův zákon 5ml (Ohmův zákon dětem – původní název, spíš Ohmův zákon pro mlýn) - impedance Z, reaktance R, vodivost G „ Co se děje kolem elektřiny 6 - malá vodní elektrárna na 12V a přívoz u Senoradskýho mlýna - Blog iDNES.cz další základní pojmy z teorie - rozdíl odpor, vodivost, impedance, reaktance, indukční reaktance atd...; proč rychlovarná konvice vyhazuje pojistky - variace předchozího příspěvku přepočtu voltů na watty; dále proč mají rozvody na 12V větší průměr drátů než rozvody na vyšší napětí...

Ohmův zákon 6 – rozdíl DC/ AC napětí, vedlejší a odvozené veličiny (impedance, kapacitance, reaktance, iduktance atd...) Co se děje kolem elektřiny 14 - volty proti ohmům - rozdělovník vedlejších veličin - Blog iDNES.cz

a tři „XL“ příspěvky, kde je Ohmův zákon zmíněn jako přidružený jev

Ohmův zákon 2XL a elektrárna Oslavany Cesty elektrické energie a Ohmův zákon 2XL - elektrárna Oslavany, Západomoravské elektrárny - Blog iDNES.cz

Ohmův zákon pro trolejbus 31 – pro větvení proudu na jednotlivá napájecí pole jakoby ovšem platil Ohmův zákon druhého stupně - názorným příklad je například napájení jednoho pole trolejbusových rozvodů Krátce ze šlapanic u Brna -Ohmův zákon pro trolejbus 31 - Blog iDNES.cz Ohmův zákon „3. stupně“ pro kohabitaci napětí z elektrárny a spotřebu sítě - „2. stupně“ pro příkon napájení - například jedno napájecí pole trolejbusu a nejjednodušší verze Ohmova zákona pro elektřinu odebíranou trolejbusem jako Ohmův zákon 1. stupně.

Ohmův zákon 16 "elektrické kolo“ – konenzátor „proud se zpožďuje za napětím a cívka – proud se předbíhá před napětím“ Co se děje kolem elektřiny 16 ČKD - cívka, kondenzátor - předbíhání napětí a proudu - Blog iDNES.cz

základní veličiny v elektrotechnice a elektronice

Aby vznikl elektrický proud je potřeba aby byl vodič pod napětím, tedy aby byl rozdíl mezi potenciálem - či nabitím elektrickým nábojem. Je-li na jednom konci vyšší potenciál, elektřina (pomyslně) proudí na konec vodiče s nižším potenciálem - a až se potenciály srovnají - ustane i proud.

Tyto vodiče zpravidla tvoří uzavřený okruh, jehož začátek vychází ze zdroje elektrického napětí s vyšším potenciálem - tedy kladným nábojem a konec je na elektrodě zdroje s nižším potenciálem - tedy záporným nábojem.

Elektrický obvod charakterizují tři veličiny - a to rezistance - neboli odpor - který může klást například běžný elektrický spotřebič - třeba běžná žárovka - - - další veličinou je kapacitance - či kapacita - a to je vlastně schopnost obvodu zadržovat - či kumulovat elektrický náboj - k čemuž slouží součástka zvaná „kondenzátor“- která vlastně může fungovat jako záložní zdroj (jsou dokonce vyvíjeny elekromobily kde není nabíjena baterie , ale přímo kondenzátor) - - - a konečně třetí fyzikální veličinou charakterizující elektrický obvod je induktance - čili indukčnost, což je vlastně schopnost předávat elektrický náboj ven. Součástka odpovídající induktanci je elektrická cívka - na kterou často může sousedit druhá cívka dalšího zcela nezávislého elektrického okruhu - a pak tato dvojice cívek tvoří transformátor.

A snad ještě zmínka o dvou druzích elektrického proudu - tedy stejnosměrném a střídavém. Možná je potřeba zmínit, že tyto dva proudy odpovídají i rozdílným zdrojům napětí - tedy stejnosměrnému a střídavému. Stejnosměrný proud v principu není komplikovaná záležitost - pomyslný tok valenčních sil probíhá stejným směrem, tedy od kladného pólu k zápornému - při stálé hodnotě napětí a proudu.napětí. Pokud je ovšem spotřebič na baterie - například svítilna, stálá hodnota proudu se udržuje za cenu snižování napětí až do hodnoty zvané „použitelné napětí“, kdy se i hodnota proudu - a to poměrně rychle začne snižovat a baterka přestává svítit.

Střídavý proud je poněkud komplikovanější´ elektrický jev. Základní rozdíl spočívá že se snižuje velikost proudu - čímž rovněž dochází k elektromagnetické indukci - což umožňuje přenášet elektřinu z jednoho vodiče na druhý - a to prostřednictvím transformátorů. Jelikož elektřina součástí elektromagnetického pole - zároveň jedna z možností vysvětlení pojmu střídavý je - že se se snižováním velikosti proudu jakoby měnila magnetická polarita - sever a jih a tím elektrický proud jakoby ve vodiči rotoval - což by bylo jedno vysvětlení názvu střídavý proud.

Jiná metoda vysvětlení střídavosti elektrického proudu by byla podle napětí... tedy, že nosičem proudu není vodič jako takový - ale elektrické napětí tohoto vodiče - které je zvlněné - tuďíž je možné chápat proud jako jistý zrcadlový obraz vůči napětí - nikoli vůči vodorovné časové ose. Jinak: pokud bychom pulzní průběh napětí rozvinuly do roviny - a pak se i proud jevil lineárně, z tohoto úhlu pohledu se tedy střídavý obvod chová podobně jako stejnosměrný.

Na závěr ještě dovětek - poznámku jednoho vyučujíciho - historicky se značení elektrického proudu vyvinulo naopak. Výhodnější - a to i z hlediska výpočtů bylo zaměnit plus za mínus. Ostatně při pomyslném toku elektrického proudu se předávají záporné valenční síly elektronů - nikoliv kladný náboj.

různé využití proudu o střídavém napětí

1. ze střídavého napětí se využívá jen napětí jako zdroj (střídavého) proudu - třeba pro pohon střídavých elektromotorů nebo pro svícení

2: ze střídavého napětí se využívá jak napětí tak frekvence - přenos (transformaci) elektrického proudu u transformátorů

3. ze střídavého napětí se využívá jen frekvence a perioda - například v radiotechnice pro přenos rozhlasového vysílání (napětí je vlastně zanedbatelné ze dvou důvodů - jednak hodnoty napětí u rozhlasového vysílání nejsou vysoké - a pak z matematického hlediska se vlastně jedná o derivaci, kdy se z napětí řekněme jen vyderivuje frekvence s periodou)

Kromě napájecího proudu o stejnosměrném napětí - má DC motor oproti AC motorům ještě jeden podstatná rozdíl... u střídavých motorů je zpravidla jen napájen stator jako pohon a na rotor jako magnet se elektřina přenáší indukcí - zatímco u stejnosměrných motorů pohon i magnet (pokud není použit permanentní magnet - ale elektromagnet) jsou napájeny samostatně.

A na závěr znovu připomenuto, že podrobněji by měl být rozdíl v průběhu AC/DC napětí tedy zkoumán v příspěvku Co se děje kolem elektřiny 5/ na rádiových vlnách 6 - AC/DC napětí, frekvence, amplituda - Blog iDNES.cz .

nejprve malé opakování

1. část - Ohmův zákon - rezistance a napětí -> po zprovoznění přibude proud a výkon

Ohmův zákon

jako nejvýhodnější - po různých porovnáních, se ukazuje jako základní verzi Ohmova zákona vycházet ze zásady - že hlavní veličina je napětí  tedy Ohmův zákon je ve tvaru

(provozní) meziosa XY

U = R x I

napětí rovná se odpor krát  proud

pro výkon – či proud by tedy Ohmův zákon měl mít poněkud jiný tvar

Ohmův zákon v základním tvaru s proudem

U = R x I

Ohmův zákon v základním tvaru s výkonem

U = P x 1/I

                       než pro napětí U nebo odpor R

                       které lze považovat za základní veličiny Ohmova zákona

de fakto jak se projevuje na provozní meziose uživateli veličiny (cestujícímu ve vlaku)

napětí souvisí s  frekvencí (možná názorněji s vnitřní rychlostí předávání náboje)

(výkonostní) osa  Y

elektrický proud

vytváří amplitudu

elektrický proud

je okamžitá

hodnota

podle

odběru

osa y < proud, jako okamžitá veličina napětí integruje vlastně dvakrát

   1x napětí pro vytvoření amplitudy

        na základě vodivosti (inverze odporu R vodiče)

   1x napětí ze zdroje elektřiny

        (které zahrnuje rovněž frekvenci – jako vnitřní rychlost)

(časosběrná, statistická )osa x

– kde se zkoumané veličiny zobrazují na měřících přístrojích (voltmetr, ampérmetr)

2. část - "rozdělovník veličin"  impedance a induktance

Impedance a induktance - dvě (elektrotechnické) veličiny s podobně znějícími názvy - každá z názvů má ovšem poněkud jiný původ - z čehož plyne - že by tyto veličiny měly vyjadřovat něco úplně jiného - jenže ony zas nic tak zásadně jiného nevyjadřují...

Obě veličiny označují elektrický odpor - s výhradami lze tedy tyto veličiny zařadit mezi ohmové veličiny ( s výhradami především pro imaginární složku odporu - tedy reaktanci).

Impedance  (Z) je tedy definována jako komplexní veličina elektrického obvodu vyjádřená reálnou rezistancí (R)  a imaginární reaktancí - která se v případě cívky nazývá induktivní reaktance - zkráceně induktance - v případě imaginární složky kondenzátoru se tato imaginární složka odporu zase nazývá kapacitní reaktance - neboli kapacitance. 

Jedná se však o odpor cívky - jinak cívka má pochopitelně svou hlavní funkci - která spočívá v elektromagnetické indukci - tedy schopnosti předávat elektřinu, či elektrický náboj vně - což se týká předevěím cívek u transformátoru. Pokud je v obvodu jenom cívka - vytváří se indukované napětí na cívce s opačnou polaritou - nicméně toto pole postupně zanikne - a obvod dále za cívkou za okamžik bude pod napětím s běžnou velikostí. Nicméně během tohoto okamžiku proud takzvaně předběhne napětí - což v praxi spíš znamená, že pravděpodobně bude na okamžik při počátečním napětí značný proudový náraz. 

U elektrických obvodů, instalovaných z důvodů vykonání nějaké činnosti, by se teoreticky mohlo vystačit se dvěma základními jednotkami Ohmova zákona - volty a ohmy.

Volty jsou například  jednotkami veličin napětí a potenciál - ohmy zase veličin odpor-rezistanace, impedance, reaktance induktivního či kapacitního charakteru - případně dalších.

Ač názvy veličin se různí - stejné jednotky napovídají, že se jedná o veličiny příbuzné - v některých případech možná totožné.

Není bez zajímavosti tyto veličiny i tyto jednotky nějakým způsobem mají zakódovanou veličnu čas.

Vzhledem faktu - že tento model - tedy zdroj pod napětím a spotřebič s určitým odporem - který by měl odpovídat zejména výkonu na který byl tento spotřebič konstruován veličina času - názorně zejména pokud jako zdroj by byl použit akumulátor - nebo baterie - tedy veličina času by měla být rovněž teoretickou konstrukční hodnotou - kterou by bylo možno označit například čas v návodu.

Čas v návodu se může méně či více lišit od skutečných hodnot po zapojení a zprovoznění obvodu - ale vzhledem k faktu, že obvod je vnímán jako nezprovozněný nelze než vyjít než z hodnot udávaných předem - tedy například z času v návodu.

Po zprovoznění obvodu a spotřebiče - ovšem přibudou další dvě hodnoty Ohmova zákona - elektrický proud a výkon. Obě veličiny jsou okamžité, bezčasové. Průběh proudu a výkonu je ovšem možno s časem porovnávat - co je naprosto běžný druh měření. V případě času při měření se vlastně jedná o jiný druh času než čas udávaný v návodu.

Ohmův zákon je možno po formální stránce zapsat různě - jako výchozí veličina - ke které se vztahují ostatní veličiny může být například proud, výkon, napětí - ale vzhledem k určité sjednocení zápisů budiž v tomto případě jako výchozí veličina brána hodnota v omech - tedy například odpor.

Jak jistý srovnávací zápis tedy v  tomto případě může být pojat zápis

odpor (R) = napětí (U) ku (/) proudu (I)

v případě nezapojených obvodů vlastně pouhé srovnání odporu s napětím.

Obvyklou součástí obvodů je cívka - jejíž základní vlastností je schopnost předat elektrický náboj vně obvodu - neboli vlastnost - či schopnost zvaná indukčnost (zkráceně jako  písmeno "L")

O něco konkrétnější veličinou než indukčnost je pak indukce - či magnetická indukce - zkráceně písmeno "B".

A ještě konkrétnější veličinou je pak indukční tok - který navíc upřesňuje dráhu po které probíhá přenos elektrického náboje indukcí.

Tedy tři veličiny s obdobným názvem - obrázek nahoře je jakýsi předtříděný sběr těchto indukčních veličin.

Na levé straně zápisy v různých formách bez proudu - tedy vlastně formy platné pro nezapojené, pouze nainstalované obvody.

Na pravé straně různé druhy indukčních veličin ve formách s veličinou proud - tedy formy platné hlavně pro zapojené, zprovozněné obvody, kterými protéká elektrický proud. 

***

Obrázek níže pak indukční veličiny v různých formách především ve vztahu ke srovnávací formě Ohmova zákona - tedy 

odpor (R) = napětí (U) ku (/) proudu (I)

plus návrh členění elektrotechnických součástek a spotřebičů

2. část - impedance a další veličiny v elektrických obvodech

podčást 2.1 - impedance (odpor - reaktance - impedance) nakopírován text z dřívějška

Impedance 
1. odpor střídavého obvodu
2. souhrnný odpor obvodu - který zahrnuje jalový odpor (neboli reaktanci) a (činný odpor - neboli odpor který klade spotřebič).

Z (impedance celého obvodu) = X (reaktance) + R (rezistence - činný odpor)
reaktance bývá často doplňována imaginární jednotkou 
Z = R + jX
Podle svého charakteru - zda u obvodu převládá kapacita - či indukčnost - jalový odpor - reaktance - můžou být nazývány jako kapacitní reaktance či odpor - nebo stručněji  kapacitance induktivní reaktance, nebo Induktance (což ovšem není vhodné zaměňovat s kapacitou - či indukčností). 
Podobně, jako elektrický odpor charakterizuje vlastnosti prvku pro stejnosměrný proud, impedance charakterizuje vlastnosti prvku pro střídavý proud.

podćást 2.2 další členění veličin v elektrických obvodech

Vlastně pokračování v bádání z předchozích blogů - například 

Co se děje kolem elektřiny 8 - Ohmův zákon pro zvídavé 3

Nejprve několik - dejme tomu - administrativních úvah.

Běžnějším zdrojem pro napájení elektrických obvodů je napěťový zdroj (přesněji zdroj s konstantním napětím). Pokusil jsem se o jisté začlenění na základě předcházejících úvah o vytvoření zkratech - či symbolů pro různé součásti a zařízení na základě fyzikálních funkcí na kterých jsou tato zařízení založena.

Podle toho čelení (předesílám kvůli dalším dvěma členěním výše v příspěvku - jedná se o další členění) by se součásti mohli členit dle fyzikálních funkcí

1. základní funkce (tedy funkce na které je z provozního hlediska založena) - v symbolu součásti psáno jako index dole

2. hlavní funkce (tedy funkce přístroje směrem k uživateli tedy něco jako produkt zařízení) - v symbolu součásti hlavní písmeno

3. doplňková funkce - která by se u symbolu součásti mohla zapisovat jako apostrov nahoře

(zde v příspěvku členění 3)

Možná není bez zajímavosti - že podle tohoto klíče pro napěťový zdroj zkratka pro napětí vychází pouze jako index dole (jako označení pro základní funkci) - a naopak proud vychází jako hlavní písmeno - tedy jako hlavní funkce.

Nu - a u méně obvyklého proudového zdroje (přesněji zdroje s konstantním proudem je tomu přesně naopak) - zde jako hlavní písmeno vychází "U" pro napětí.

Nu, a ještě  pokračování v rozčleňování jednotlivých veličin dle Ohmova zákona v elektrických obvodech.

Dříve jsem se pokusil Ohmův zákon rozčlenit pro obvody ve nezapojeném stavu a pro obvody za provozu.

V tomto případě by bylo možno napětí (U) přiřadit zejména ke zdroji "například jako napětí je dům a cesta" - a odpor-rezistanci pak ke spotřebiči (a částečně samotnému obvodu) - řekněme i podle sloganu "odpor je motor".

Za provozu by do obvodu přibyly ještě další dvě veličiny - tedy proud (I) a výkon. Podle předchozího klíče by pak veličinu "proud" bylo možno přiřadit spíše ke zdroji a proud zase ke spotřebiči.

Pro jistou návaznost ještě tabulky z předchozích příspěvků - úplně dole ještě jednou členění součástek (členění 4 zde v příspěvku)  na základě matematických funkcí - od základních součástek ke specializovanějším - mimochodem na podobném principu je založeno vytváření symbolů pro součásti  na základě fyzikálních veličin (tedy členění 3).

odkazy:

Industriální Kroměříž - Malá vodní elektrárna Strž firmy Křižík a Simonova továrna - Blog iDNES.cz v příspěvku též tzv. Válka proudů (Edison jako zastánce DC napětí - Tesla jako zastánce AC napětí)