Kľúčový rozdiel - prúd vs napätie
V elektrickom poli sú elektrické náboje ovplyvňované silou, ktorá na ne pôsobí; musí sa teda pracovať na nabitej častici, aby sa mohla pohybovať z jedného bodu v elektrickom poli do druhého. Táto práca je definovaná ako rozdiel elektrického potenciálu medzi týmito dvoma bodmi. Rozdiel elektrického potenciálu sa tiež nazýva napätie medzi dvoma bodmi. Pohyb alebo tok elektrických nábojov v dôsledku rozdielu potenciálov je známy ako elektrický prúd. Kľúčový rozdiel medzi prúdom a napätím spočíva v tom, že prúd vždy zahŕňa pohyb elektrických nábojov pod elektrickým poľom, zatiaľ čo napätie nezahŕňa tok nábojov. Napätie sa vyskytuje iba v dôsledku existencie nevyváženého náboja.
OBSAH
1. Prehľad a kľúčový rozdiel
2. Čo je napätie
3. Čo je prúd
4. Porovnanie vedľa seba - prúd vs napätie
5. Zhrnutie
Čo je to napätie?
Pretože atóm má rovnaký počet protónov a elektrónov, všetka stabilná hmota vo vesmíre je elektricky vyvážená. Kladne alebo záporne nabité častice však môžu mať z dôvodu vonkajších fyzikálnych a chemických účinkov viac alebo menej elektrónov ako protónov. Zhromaždením podobných nábojov vzniká elektrické pole, ktoré dodáva elektrický potenciál alebo napätie do každého bodu v jeho okolí. Napätie možno považovať za najzákladnejšiu vlastnosť elektriny. Meria sa vo voltoch (V) pomocou voltmetra.
Elektrický potenciál v bode sa vždy považuje za rozdiel medzi dvoma bodmi, alebo sa v konkrétnom bode považuje napätie za príslušné k nekonečnu, kde je potenciál nulový. Z hľadiska elektrického obvodu sa zem považuje za bod s nulovým potenciálom; teda napätie v každom bode obvodu sa meria vzhľadom na zem (alebo zem).
Napätie môže byť produkované v dôsledku mnohých prírodných alebo vynútených javov. Blesk je príkladom napätia v dôsledku prirodzeného výskytu; stovky miliónov napätia sa vyskytujú v oblaku v dôsledku trenia. Vo veľmi malom rozsahu batéria produkuje napätie chemickou reakciou, pri ktorej sa akumulujú nabité ióny v kladných (anódach) a záporných (katódových) svorkách. Fotovoltaické články obsiahnuté v solárnych paneloch generujú napätie v dôsledku uvoľnenia elektrónov z polovodičového materiálu absorbujúceho slnečné svetlo. Podobný efekt možno pozorovať aj u fotodiód používaných v kamerách na zisťovanie úrovne okolitého svetla.
Čo je to prúd?
Prúd je prúdenie niečoho, napríklad morskej vody alebo atmosférického vzduchu. V elektrickom kontexte je tok elektrických nábojov, najčastejšie tok elektrónov cez vodič, známy ako elektrický prúd. Prúd sa meria v ampéroch (A) pomocou ampérmetra. Ampér je definovaný ako coulomb za sekundu a je úmerný rozdielu napätia medzi dvoma bodmi, kde preteká prúd.
Obrázok 01: Jednoduchý elektrický obvod
Ako je znázornené na obrázku 01, keď prúd prechádza čistým odporom R, pomer napätia k prúdu sa rovná R. Toto je predstavené v Ohmovom zákone, ktorý je uvedený ako:
V = I x R
Ak sa napätie dV mení cez cievku, tiež známu ako induktor, prúd dI cez cievku sa mení podľa:
dI = 1 / L∫dV dt
Tu L je indukčnosť cievky. To sa deje, pretože cievka je odolná voči zmene napätia na nej a vytvára proti-napätie.
V prípade kondenzátora je zmena prúdu v ňom dI nasledovná:
dI = C (dV / dt)
Tu je C kapacita. Je to spôsobené vybitím a nabitím kondenzátora podľa zmeny napätia.
Obrázok 02: Flemingovo pravé pravidlo
Keď sa vodič pohybuje cez magnetické pole, vytvára sa podľa vodiča Fleminga pravidlo pravej ruky a následne napätie cez vodič.
To je základ elektrického generátora, v ktorom sa séria vodičov rýchlo otáča cez magnetické pole. Ako je vysvetlené v predchádzajúcej časti, akumulácia nábojov vytvára napätie v batérii. Keď drôt spojí tieto dve svorky, začne vodičom tiecť prúd, to znamená, že elektróny v drôte sa pohybujú v dôsledku rozdielu napätia medzi svorkami. Čím väčší je odpor drôtu, tým väčší je prúd a tým rýchlejšie sa vybíja batéria. Podobne záťaž s vyššou spotrebou energie odoberá vyšší prúd zo zdroja. Napríklad 100W žiarovka pripojená k zdroju 230V, prúd, ktorý odoberá, sa dá vypočítať ako:
P = V × I
I = 100W ÷ 230 V
I = 0,434 A
Tu, keď je výkon vyšší, bude vysoký odberový prúd.
Aký je rozdiel medzi napätím a prúdom?
Rozdielny článok v strede pred tabuľkou
Napätie vs prúd |
|
| Napätie je definované ako rozdiel elektrickej energie potenciálu medzi dvoma bodmi v elektrickom poli. | Prúd je definovaný ako pohyb elektrických nábojov pri rozdiele potenciálnej energie v elektrickom poli. |
| Výskyt | |
| Napätie končí v dôsledku existencie elektrických nábojov. | Prúd sa vyrába pohybom nábojov. So statickými elektrickými nábojmi nie je prúd. |
| Závislosť | |
| Napätie môže existovať bez vytvárania prúdu; napríklad v batériách. | Prúd vždy závisí od napätia, pretože tok náboja nemôže nastať bez rozdielu potenciálov. |
| Meranie | |
| Napätie sa meria vo voltoch. Meria sa vždy vzhľadom na iný bod, minimálne neutrálnu zem. Preto je meranie napätia ľahké, pretože nie je prerušený obvod na umiestnenie meracích svoriek. | Prúd sa meria v ampéroch a meria sa cez vodič. Meranie prúdu je ťažšie, pretože pri umiestňovaní meracích svoriek musí byť vodič prerušený, alebo by sa mali použiť sofistikované upínacie ampérmetre. |
Zhrnutie - napätie vs prúd
V elektrickom poli sa potenciálny rozdiel medzi ľubovoľnými dvoma bodmi nazýva rozdiel napätia. Na generovanie prúdu by mal byť vždy rozdiel v napätí. V zdroji napätia, ako je fotobunka alebo batéria, dochádza k napätiu v dôsledku hromadenia nábojov na svorkách. Ak sú tieto svorky spojené drôtom, začne tiecť prúd v dôsledku rozdielu napätia medzi svorkami. Podľa Ohmovho zákona sa prúd vo vodiči proporcionálne mení s napätím. Aj keď sú prúd a napätie vzájomne prepojené odporom, prúd nemôže existovať bez napätia. To je rozdiel medzi prúdom a napätím.
