Elektrický prúd, prúdová hustota, elektrické napätie, energia pri pretekaní prúdu, výkon elektrického prúdu
• Elektrina
  Elektrický prúd je jav usporiadaného pohybu elektrických nábojov. Smer elektrického prúdu sa považuje za smer pohybu kladných nábojov.

  Vzorec elektrického prúdu:
  
  Elektrický prúd sa meria v ampéroch. SI: A.
  Elektrický prúd je označený latinkou i alebo ja. Symbol i(t) označuje „okamžitú“ hodnotu prúdu, t.j. prúdu akéhokoľvek typu kedykoľvek. V konkrétnom prípade môže byť konštantná alebo premenlivá.
  
  Veľké latinské písmeno ja Spravidla sa uvádza konštantná hodnota prúdu.
  V ktoromkoľvek úseku nerozvetveného elektrického obvodu tečie prúd rovnakej veľkosti, ktorý je priamo úmerný napätiu na koncoch úseku a nepriamo úmerný jeho odporu. Aktuálna hodnota je určená Ohmovým zákonom:
  1) pre jednosmerný obvod
  2) pre striedavý obvod,
  Kde U- Napätie, IN;
  R- ohmický odpor, Ohm;
  Z- celkový odpor, Ohm.
  Ohmický odpor vodiča:
  ,
  Kde l- dĺžka vodiča, m;
  s- prierez, mm 2;
  ρ - odpor, (Ohm mm2)/m.
  Závislosť ohmického odporu od teploty:
  Rt = R20,
  Kde R 20- odpor pri 20 °C, Ohm;
  Rt- odpor pri t°C, Ohm;
  α - teplotný koeficient odporu.
  Impedancia striedavého obvodu:
  ,
  kde je aktívny odpor, Ohm;
  - indukčná reaktancia, Ohm;
  - indukčnosť, Gn;
  - kapacita, Ohm;
  - kapacita, F.
  Aktívny odpor je väčší ako ohmický odpor R:
  ,
  kde je koeficient, ktorý zohľadňuje zvýšenie odporu so striedavým prúdom v závislosti od: frekvencie prúdu; magnetické vlastnosti, vodivosť a priemer vodiča.
  Pri priemyselnej frekvencii sa pre neoceľové vodiče akceptujú a zvažujú.

• Súčasná hustota
  Súčasná hustota ( j) je prúd vypočítaný na jednotku plochy prierezu ( s)
  .
  Na rovnomerné rozloženie prúdovej hustoty a jej zarovnanie s normálou k povrchu, cez ktorý prúd preteká, má vzorec prúdovej hustoty tvar:
  ,
  Kde ja- sila prúdu cez prierez vodiča s plochou s.
  SI: A/m 2
• Elektrické napätie
  Keď prúdi prúd, ako pri akomkoľvek pohybe nábojov, dochádza k procesu premeny energie. Elektrické napätie je množstvo energie, ktoré sa musí vynaložiť na presun jednotky náboja z jedného bodu do druhého.
  Vzorec elektrického napätia:
  
  Elektrické napätie je označené latinkou u. Symbol u(t) označuje „okamžitú“ hodnotu napätia a s veľkým latinským písmenom U Spravidla sa uvádza konštantné napätie.
  Elektrické napätie sa meria vo voltoch. SI: IN.
• Energia, keď tečie elektrický prúd
  Vzorec pre energiu, keď tečie elektrický prúd:
  
  SI: J
• Výkon, keď tečie elektrický prúd
  Výkonový vzorec pri prúdení elektrického prúdu:
  
  SI: W.

Elektrický obvod
• Elektrický obvod- súbor zariadení určených na to, aby nimi pretekal elektrický prúd.
  Tieto zariadenia sa nazývajú obvodové prvky.
• Zdroje elektrickej energie- zariadenia, ktoré premieňajú rôzne druhy energie, napríklad mechanickú alebo chemickú, na elektrickú energiu.
• Ideálny zdroj napätia- zdroj, ktorého svorkové napätie nezávisí od veľkosti prúdu, ktorý ním preteká.
  
  Vnútorný odpor ideálneho zdroja napätia možno konvenčne považovať za nulový.
• Ideálny zdroj prúdu- zdroj, veľkosť pretekajúceho prúdu nezávisí od napätia na jeho svorkách.
  
  Vnútorný odpor takéhoto zdroja možno bežne predpokladať, že sa rovná nekonečnu.
• Prijímač je zariadenie, ktoré spotrebúva energiu alebo premieňa elektrickú energiu na iné druhy energie.
• Sieť s dvoma terminálmi je obvod, ktorý má dve spojovacie svorky (póly).
• Ideálny R-element (odporový prvok, rezistor)- ide o prvok pasívneho obvodu, v ktorom dochádza k nevratnému procesu premeny elektrickej energie na tepelnú energiu.
  Hlavným parametrom rezistora je jeho odpor.
  
  Odpor sa meria v ohmoch. SI: Ohm
  Vodivosť je recipročný odpor.
  .
  Vodivosť sa meria v siemens. SI: Cm.
  Výkonový vzorec R-prvku:
  .
  Energetický vzorec R-prvku:
  .
• Ideálny C-element (kapacitný prvok alebo kondenzátor)- ide o pasívny obvodový prvok, v ktorom dochádza k procesu premeny energie elektrického prúdu na energiu elektrického poľa a naopak. V ideálnom C-bunke nedochádza k strate energie.
  Vzorec kapacity:
  . Príklady: , .
  Kapacitný prúd:
  
  Kapacitné napätie:
  .
  Komutačný zákon pre kapacitný prvok. Pri prúde s konečnou amplitúdou sa náboj na C-prvku nemôže náhle zmeniť: .
  .
  Pri konštantnej kapacite sa napätie na kapacitnom prvku nemôže náhle zmeniť: .
  Výkon C-článku: .
  O p > 0- energia sa ukladá, keď p< 0
  Energia C-prvku:
  , alebo
  .
  
  
  Kapacita sa meria vo faradoch. SI: F.
• Ideálny L-element (indukčný prvok alebo induktor)- ide o pasívny prvok, v ktorom dochádza k procesu premeny energie elektrického prúdu na energiu magnetického poľa a naopak. V ideálnom L-prvku nedochádza k strate energie.
  Pre lineárny L-prvok platí vzorec indukčnosti ( L) má tvar:
  ,
  kde je tok väzba.
  Indukčnosť je označená písmenom a zohráva úlohu koeficientu úmernosti medzi tokom a prúdom.
  Napätie na indukčnom prvku:
  .
  Prúd v indukčnom prvku:
  .
  Komutačný zákon pre indukčný prvok. Pri napätí s konečnou amplitúdou sa väzba toku nemôže náhle zmeniť: .
  .
  Pri konštantnej indukčnosti sa prúd v indukčnom prvku nemôže náhle zmeniť: .
  Výkon L-prvku: .
  O p > 0- energia sa ukladá, keď p< 0 - energia sa vracia do zdroja.
  Energia L-prvku:
  , alebo
  .
  Ak je v čase energia 0, potom
  
  Indukčnosť sa meria v henry. SI: Gn
  Príklad: .
• R, L, C— základné pasívne dvojpólové prvky elektrických obvodov.
  
  

Základné zákony elektrických obvodov
• Ohmov zákon pre časť obvodu, ktorá neobsahuje zdroj EMF.
  Ohmov zákon pre časť obvodu, ktorá neobsahuje zdroj EMF, stanovuje v tejto časti vzťah medzi prúdom a napätím.
  
  Vo vzťahu k tomuto obrázku má matematické vyjadrenie Ohmovho zákona tvar:
  , alebo
  Táto rovnosť je formulovaná nasledovne: pri konštantnom odpore vodiča je napätie na ňom úmerné prúdu vo vodiči.
• Ohmov zákon pre časť obvodu obsahujúcu zdroj EMF
  Pre obvod
  
  
  .
  Pre obvod
  
  
  .
  Všeobecne
  .
• Joule-Lenzov zákon. Energia uvoľnená pri odpore R keď ním preteká prúd ja, je úmerné súčinu druhej mocniny prúdu a hodnoty odporu:
  
• Kirchhoffove zákony.
  Topológia (štruktúra) obvodu.
  Elektrická schéma- grafické znázornenie elektrického obvodu.
  Pobočka- časť obvodu obsahujúca jeden alebo viac prvkov zapojených do série a uzavretých medzi dvoma uzlami.
  Uzol- bod reťazca, kde sa zbiehajú aspoň tri vetvy. Uzly sú očíslované ľubovoľne, zvyčajne arabskou číslicou. Na diagrame môže alebo nemusí byť uzol označený bodkou. Spravidla nie sú uvedené uzly, ktorých umiestnenie je zrejmé (spojenia v tvare T). Ak pretínajúce sa vetvy tvoria uzol, je to označené bodkou. Ak na priesečníku vetiev nie je žiadny bod, potom nie je žiadny uzol (drôty ležia na sebe).
  Okruh- uzavretá cesta prechádzajúca viacerými vetvami. Cesty sú nezávislé, ak sa líšia aspoň v jednej vetve. Obrys je označený šípkou s vyznačeným smerom prechodu a rímskou číslicou. Smer obchvatu sa volí ľubovoľne. V obvode môže byť veľa nezávislých obvodov, ale nie všetky tieto obvody sú potrebné na zostavenie dostatočného počtu rovníc na vyriešenie problému.
  
  
  1) algebraický súčet prúdov tečúcich do ktoréhokoľvek uzla obvodu sa rovná nule:
  ;
  
  2) súčet prúdov tečúcich do ktoréhokoľvek uzla sa rovná súčtu prúdov tečúcich z uzla:
  . .
  Druhý Kirchhoffov zákon:
  1) algebraický súčet poklesov napätia v akomkoľvek uzavretom obvode sa rovná algebraickému súčtu emf pozdĺž toho istého obvodu:
  
  2) algebraický súčet napätí (nie poklesov napätia!) pozdĺž akéhokoľvek uzavretého okruhu sa rovná nule:
  . .
• Maticová forma zápisu Kirchhoffových rovníc:
  ,
  Kde A, IN- koeficienty pre prúdy a napätia objednávky p x p (p- počet vetiev okruhu; q- počet uzlov okruhu);
  ja, E- neznáme prúdy a dané EMF
  Maticové prvky A sú koeficienty pre prúdy na ľavej strane rovníc zostavených podľa prvého a druhého Kirchhoffovho zákona. Prvé riadky matice A obsahujú koeficienty pre prúdy v rovniciach zostavených podľa prvého Kirchhoffovho zákona a majú prvky +1, -1, 0 v závislosti od znamienka, s ktorým daný prúd vstupuje do rovnice.
  Prvky nasledujúcich riadkov matice A sa rovnajú hodnotám odporu pri zodpovedajúcich prúdoch v rovniciach zostavených podľa druhého Kirchhoffovho zákona so zodpovedajúcim znamienkom. Maticové prvky IN sa rovnajú koeficientom pre EMF na pravej strane rovníc zostavených podľa Kirchhoffových zákonov. Prvé riadky matice majú nulové prvky, pretože na pravej strane rovníc napísaných podľa prvého Kirchhoffovho zákona nie je žiadne emf. Zostávajúce riadky obsahujú prvky +1, -1 v závislosti od znamienka, s ktorým je EMF zahrnuté v rovnici, a 0, ak EMF nie je zahrnuté v rovnici.
  Všeobecné riešenie rovníc zostavených podľa Kirchhoffových zákonov:
  ,
  Kde — matrica vodivosti.
  .
  Prúdy v každej vetve:
  ;
  ;
  
  .
Prevádzkové režimy elektrických obvodov
• Nominálny prevádzkový režim prvku elektrického obvodu- toto je režim, v ktorom pracuje s nominálnymi parametrami.
• Dohodnutý režim- toto je režim, v ktorom má výkon dodávaný zdrojom alebo spotrebovaný prijímačom maximálnu hodnotu. Táto hodnota sa získa s určitým pomerom (koordináciou) parametrov elektrického obvodu.
• Režim nečinnosti- Ide o režim, v ktorom cez zdroj ani prijímač nepreteká elektrický prúd. V tomto prípade zdroj neuvoľňuje energiu do vonkajšej časti obvodu a prijímač ju nespotrebováva. Pre motor to bude režim bez mechanického zaťaženia vo veľkom.
• Režim skratu- ide o režim, ktorý nastáva, keď sú navzájom spojené rôzne svorky zdroja alebo pasívneho prvku, ako aj časť elektrického obvodu, ktorá je pod napätím.
DC elektrické obvody
• Ak je prúd konštantný, potom nedochádza k javu samoindukcie a napätie na induktore je nulové:
  , pretože
• Jednosmerný prúd neprechádza cez kapacitu.
• - ide o obvod s jedným zdrojom so sériovým, paralelným alebo zmiešaným zapojením prijímačov.
  
  Pri zapájaní prijímačov do série:
  I×R ekv;
  R eq = ΣR i.
  Pri paralelnom zapojení prijímačov je napätie na všetkých prijímačoch rovnaké.
  Podľa Ohmovho zákona sú prúdy v každej vetve:
  .
  Podľa prvého Kirchhoffovho zákona je celkový prúd:
  E×G ekv;
  Geq =G1+G2 +...+Gn; Req = 1/G ekv.
  Pre zmiešané pripojenie:
  R eq =.
• Metóda slučkového prúdu.
  Metóda je založená na aplikácii druhého Kirchhoffovho zákona a umožňuje znížiť počet rovníc, ktoré sa majú riešiť pri výpočte zložitých systémov.
  Vo vzájomne nezávislých obvodoch, kde pre každý obvod je aspoň jedna vetva zahrnutá iba v tomto obvode, sa uvažujú podmienené obvodové prúdy vo všetkých vetvách obvodu.
  Slučkové prúdy, na rozdiel od vetvových prúdov, majú tieto indexy: alebo
  Rovnice sú zostavené podľa druhého Kirchhoffovho zákona pre slučkové prúdy.
  Prúdy odbočiek sú vyjadrené cez slučkové prúdy podľa prvého Kirchhoffovho zákona.
  Počet vybraných obrysov a počet vyriešených rovníc sa rovná počtu rovníc zostavených podľa druhého Kirchhoffovho zákona: .
  Súčet odporov všetkých odporových prvkov každého obvodu so znamienkom plus je koeficientom prúdu obvodu a má tieto indexy: alebo
  Znamienko koeficientu pre prúd susedných obvodov závisí od zhody alebo nesúladu smeru prúdov susedných obvodov. EMF vstupuje do rovnice so znamienkom plus, ak sa smery EMF a smer prúdu obvodu zhodujú. .
• Metóda uzlového potenciálu.
  Metóda je založená na aplikácii prvého Kirchhoffovho zákona a umožňuje znížiť počet rovníc, ktoré je potrebné vyriešiť pri hľadaní neznámych prúdov na . Pri zostavovaní rovníc sa potenciál jedného z uzlov obvodu rovná nule a prúdy vetvy sú vyjadrené prostredníctvom neznámych potenciálov zostávajúcich uzlov obvodu a rovnice sú pre ne napísané podľa prvého Kirchhoffovho zákona. Riešenie systému rovníc umožňuje určiť neznáme potenciály a prostredníctvom nich nájsť prúdy vetvy.
  Keď http:="" title="U_(12)=(súčet(i=1)(m)(E_i/R_i))/(súčet(i=1)(n)(1/R_i) )=(súčet(i=1)(m)(E_i*G_i))/(súčet(i=1)(n)(G_i))">.!}
  .
• Metóda proporcionálnej veľkosti.
  Metóda sa používa na hľadanie neznámych prúdov v reťazovom zapojení odporových prvkov v elektrických obvodoch s jedným zdrojom. Prúdy a napätia, ako aj známe EMF obvodu, sú vyjadrené prúdom vetvy, ktorá je najďalej od zdroja. Problém spočíva v riešení jednej rovnice s jednou neznámou.
• Výkonová rovnováha
  Na základe zákona zachovania energie sa výkon vyvinutý zdrojmi elektrickej energie musí rovnať výkonu premeny elektrickej energie na iné druhy energie v obvode:
  .
  — súčet kapacít vyvinutých zdrojmi;
  — súčet výkonov všetkých prijímačov a nevratných premien energie vo vnútri zdrojov.
  Na kontrolu správnosti nájdeného riešenia sa zostaví výkonová bilancia. V tomto prípade sa výkon, ktorý do obvodu pridávajú zdroje energie, porovnáva s výkonom spotrebovaným spotrebiteľmi.
  Výkonový vzorec pre jeden odpor:
  
  Celkový výkon spotrebiteľov:
  P P=
  Zdrojový výkon:
  Zdroj P = P E + P J,
  Kde PE = ±EI- výkon zdroja EMF (určený vynásobením jeho EMF prúdom pretekajúcim v danej vetve. Prúd sa berie so znamienkom získaným ako výsledok výpočtu. Mínus sa umiestni pred výrobok, ak smer prúd a EMF sa v diagrame nezhodujú);
  PJ = JUJ— výkon zdroja prúdu (určený vynásobením prúdu zdroja úbytkom napätia na ňom).
  Ak chcete určiť UJ, vyberte ľubovoľný obvod, ktorý obsahuje zdroj prúdu. Označte pád U J na obvode proti zdroju prúdu a napíšte rovnicu slučky. Všetky množstvá okrem U J, v tejto rovnici sú už známe, čo umožňuje vypočítať úbytok napätia U J.
  Porovnanie výkonu: Zdroj P = P P. Ak je splnená rovnosť, potom je rovnováha správna a aktuálny výpočet je správny.
• Algoritmus na výpočet obvodu podľa Kirchhoffových zákonov
  1. Do diagramu náhodne vynesieme čísla a smery neznámych prúdov.
  2. Náhodne umiestnime čísla uzlov do diagramu.
  3. Uzlové rovnice skladáme pre ľubovoľne vybrané uzly (podľa prvého zákona).
  4. Na diagrame označíme obrysy a vyberieme smery, ktorými ich obídeme.
  5. Počet určených obrysov sa rovná počtu rovníc zostavených podľa druhého Kirchhoffovho zákona. V tomto prípade by žiadny z obvodov nemal obsahovať vetvu so zdrojom prúdu.
  6. Pre vybrané vrstevnice zostavíme obrysové rovnice (podľa druhého zákona).
  7. Zostavené rovnice spojíme do systému. Známe veličiny prenesieme na pravú stranu rovníc. Do matice zadáme koeficienty pre požadované prúdy A(ľavé strany rovníc) (prečítajte si o maticiach). Vyplnenie matrice F, pričom do nej zadáte pravé strany rovníc.
  8. Vyriešime výslednú sústavu rovníc ().
  9. Správnosť riešenia skontrolujeme zostavením výkonovej bilancie.
     Príklad: .
AC elektrické obvody
• Elektrický obvod sínusového prúdu je elektrický obvod, v ktorom sa EMF, napätia a prúdy menia podľa sínusového zákona:
  
• Striedavý prúd je prúd, ktorý sa periodicky mení vo veľkosti a smere a je charakterizovaný amplitúdou, periódou, frekvenciou a fázou.
• Amplitúda striedavého prúdu je najväčšia hodnota, kladná alebo záporná, akceptovaná striedavým prúdom.
• Obdobie- je to čas, počas ktorého dôjde k úplnému rozkmitaniu prúdu vo vodiči.
• Frekvencia je recipročná doba.
• Fáza je uhol alebo pod sínusovým znamienkom. Fáza charakterizuje stav striedavého prúdu v čase. O t=0 fáza sa nazýva počiatočná fáza.
• Periodický režim: . Tento režim možno tiež klasifikovať ako sínusový:
  ,
  kde je amplitúda;
  — počiatočná fáza;
  — uhlová rýchlosť otáčania rotora generátora.
  O f= 50 Hz rad/s.
• Sínusový prúd- ide o prúd, ktorý sa v priebehu času mení podľa sínusového zákona:
  .
• Priemerná hodnota sínusového prúdu (EMF, napätie), vzorec:
  ,
  to znamená, že priemerná hodnota sínusového prúdu sa rovná jednej amplitúde. podobne,
  .
• Efektívna hodnota sínusového prúdu (EMF, napätie), vzorec:
  . podobne,
  .
• Množstvo tepla uvoľneného za jednu periódu sínusovým prúdom, vzorec:
  .
  Efektívna hodnota sínusového prúdu ja sa číselne rovná hodnote takého jednosmerného prúdu, ktorý za čas rovnajúci sa perióde sínusového prúdu uvoľní rovnaké množstvo tepla ako sínusový prúd.
  =R×I príspevok 2×T alebo posielam=ja=
• Faktor výkyvu sínusového prúdu (κ a) je pomer amplitúdy sínusového prúdu k efektívnej hodnote sínusového prúdu: .
• Faktor tvaru sínusového prúdu (κ f) je pomer efektívnej hodnoty sínusového prúdu k priemernej hodnote sínusového prúdu za pol periódy:
  κ f=.
  Pre nesínusové periodické prúdy κa≠, κ f≠1.11. Táto odchýlka nepriamo naznačuje, aký odlišný je nesínusový prúd od sínusového prúdu.
Základy komplexnej metódy výpočtu elektrických obvodov
• Akékoľvek komplexné číslo môže byť reprezentované:
  a) v algebraickej forme
  b) v trigonometrickom tvare
  c) v demonštratívnej forme
  kde — Eulerov vzorec;
  d) vektor v komplexnej rovine,
  
  kde je imaginárna jednotka;
  — reálna časť komplexného čísla (projekcia vektora na reálnu os);
  — imaginárna časť komplexného čísla (projekcia vektora na imaginárnu os);
  — modul komplexného čísla;
  — hlavná hodnota argumentu komplexného čísla.
  Riešené príklady na operácie s komplexnými číslami.
• Sínusový prúd i .
• Komplexná amplitúda prúdu- komplexné číslo, ktorého modul a argument sa rovná amplitúde a počiatočnej fáze sínusového prúdu:
  .
• Komplexný prúd (komplexný efektívny prúd):
  
  
• Sínusové napätie u možno priradiť ku komplexnému číslu .
• Komplexná amplitúda napätia- komplexné číslo, ktorého modul a argument sa rovná amplitúde a počiatočnej fáze sínusového napätia:
  .
• Komplexný odpor:
  
  Aktívna rezistencia v komplexnej forme vyjadrené ako kladné reálne číslo.
  Reakcia v komplexnej forme je vyjadrená v imaginárnych číslach a indukčná reaktancia ( X L) je pozitívny a kapacitný ( X C) negatívne.
  Impedancia časti obvodu so sériovým pripojením R A X je vyjadrené ako komplexné číslo, skutočná časť sa rovná aktívnemu odporu a imaginárna časť sa rovná reaktancii tohto úseku.
• Odporový trojuholník:
  
  
  
• Trojuholník napätia:
  
  
  
  
• Mocninový trojuholník:
  
  Plný výkon:
  Aktívny výkon:
  Jalový výkon:
  
• Ohmov zákon v komplexnej forme:
  .
• Prvý Kirchhoffov zákon v komplexnej forme:
  .
• Druhý Kirchhoffov zákon v komplexnej forme:
  .
Rezonančné javy v elektrických obvodoch
Ideálny aktívny odpor nezávisí od frekvencie, indukčná reaktancia závisí lineárne od frekvencie, kapacitná reaktancia závisí od frekvencie podľa hyperbolického zákona:





• Napäťová rezonancia.
  Rezonancia v elektrických obvodoch je režim časti elektrického obvodu obsahujúceho indukčné a kapacitné prvky, v ktorom je fázový rozdiel medzi napätím a prúdom nulový.
  Rezonančný režim možno získať zmenou frekvencie ω napájacie napätie alebo zmena parametrov L A C.
  Pri sériovom zapojení dochádza k rezonancii napätia.
  
  
  Prúd v obvode je:
  
  Keď sa vektor prúdu zhoduje s vektorom napätia vo fáze:
  
  
  
  kde je rezonančná frekvencia napätia, určená z podmienky
  
  Potom
  
  Vlnová alebo charakteristická impedancia sériového obvodu:
  
  Faktor kvality obvodu je pomer napätia na indukčnosti alebo kapacite k napätiu na vstupe v rezonančnom režime:
  
  Faktor kvality obvodu je zisk napätia:
  U Lres=Prestrihol som X rez=
  V priemyselných sieťach je rezonancia napätia núdzovým režimom, pretože zvýšenie napätia na kondenzátore môže viesť k jeho poruche a zvýšenie prúdu môže viesť k zahrievaniu drôtov a izolácie.
• Rezonancia prúdov.
  
  
  Prúdová rezonancia môže nastať, keď sú reaktívne prvky zapojené paralelne v obvodoch striedavého prúdu. V tomto prípade: kde
  
  Potom
  
  Pri rezonančnej frekvencii môžu byť reaktívne zložky vodivosti čo do veľkosti porovnateľné a celková vodivosť bude minimálna. V tomto prípade sa celkový odpor stane maximálnym, celkový prúd je minimálny, vektor prúdu sa zhoduje s vektorom napätia. Tento jav sa nazýva prúdová rezonancia.
  Vodivosť vĺn: .
  O g<< b L prúd vo vetve s indukčnosťou je oveľa väčší ako celkový prúd, preto sa tento jav nazýva prúdová rezonancia.
  Rezonančná frekvencia:
  ω* =
  Zo vzorca vyplýva:
  1) rezonančná frekvencia závisí od parametrov nielen reaktívnych odporov, ale aj aktívnych;
  2) rezonancia je možná, ak R L A R C viac alebo menej ρ , inak bude frekvencia imaginárnou veličinou a rezonancia nie je možná;
  3) ak RL = RC = p, potom bude mať frekvencia neurčitú hodnotu, čo znamená, že rezonancia môže existovať pri akejkoľvek frekvencii, keď sa fázy napájacieho napätia a celkového prúdu zhodujú;
  4) kedy RL = RC<< ρ rezonančná frekvencia napätia sa rovná rezonančnej frekvencii prúdu.
  Energetické procesy v obvode počas prúdovej rezonancie sú podobné procesom počas napäťovej rezonancie.
  Jalový výkon pri prúdovej rezonancii je nulový. Podrobne sa uvažuje o jalovom výkone

Elektromagnetická indukcia je generovanie elektrických prúdov magnetickými poľami, ktoré sa časom menia. Faradayov a Henryho objav tohto javu vniesol do sveta elektromagnetizmu určitú symetriu. Maxwellovi sa podarilo zhromaždiť poznatky o elektrine a magnetizme v jednej teórii. Jeho výskum predpovedal existenciu elektromagnetických vĺn ešte pred experimentálnymi pozorovaniami. Hertz dokázal ich existenciu a otvoril ľudstvu éru telekomunikácií.

Faradayove a Lenzove zákony

Elektrické prúdy vytvárajú magnetické efekty. Je možné, aby magnetické pole generovalo elektrické? Faraday zistil, že požadované efekty vznikajú v dôsledku zmien magnetického poľa v priebehu času.

Keď vodičom prechádza striedavý magnetický tok, indukuje sa v ňom elektromotorická sila, ktorá spôsobuje elektrický prúd. Systém, ktorý generuje prúd, môže byť permanentný magnet alebo elektromagnet.

Fenomén elektromagnetickej indukcie sa riadi dvoma zákonmi: Faraday a Lenz.

Lenzov zákon nám umožňuje charakterizovať elektromotorickú silu vzhľadom na jej smer.

Dôležité! Smer indukovaného EMF je taký, že ním spôsobený prúd má tendenciu odolávať príčine, ktorá ho vytvára.

Faraday si všimol, že intenzita indukovaného prúdu sa zvyšuje, keď sa počet siločiar pretínajúcich obvod rýchlejšie mení. Inými slovami, emf elektromagnetickej indukcie je priamo závislá od rýchlosti pohybujúceho sa magnetického toku.

Vzorec pre indukované emf je definovaný ako:

E = - dФ/dt.

Znamienko "-" ukazuje, ako súvisí polarita indukovaného emf so znamienkom toku a meniacou sa rýchlosťou.

Získa sa všeobecná formulácia zákona elektromagnetickej indukcie, z ktorej možno odvodiť výrazy pre špeciálne prípady.

Pohyb drôtu v magnetickom poli

Keď sa drôt dĺžky l pohybuje v MF s indukciou B, bude sa v ňom indukovať emf, úmerné jeho lineárnej rýchlosti v. Na výpočet EMF sa používa vzorec:

• v prípade pohybu vodiča kolmo na smer magnetického poľa:

E = -Bxlxv;

• v prípade pohybu pod iným uhlom α:

E = — B x l x v x sin α.

Indukované EMF a prúd budú smerované v smere, ktorý nájdeme pomocou pravidla pravej ruky: umiestnením ruky kolmo na siločiary magnetického poľa a nasmerovaním palca v smere pohybu vodiča môžete zistiť smer EMF zvyšnými štyrmi narovnanými prstami.

Otočný navijak

Prevádzka generátora elektriny je založená na rotácii obvodu v MP s N závitmi.

EMF sa indukuje v elektrickom obvode vždy, keď ho pretína magnetický tok, v súlade s definíciou magnetického toku Ф = B x S x cos α (magnetická indukcia vynásobená plochou, cez ktorú MF prechádza, a kosínusom vytvoreného uhla vektorom B a kolmicou na rovinu S).

Zo vzorca vyplýva, že F podlieha zmenám v nasledujúcich prípadoch:

• Zmeny intenzity MF – vektor B;
• oblasť ohraničená vrstevnicou sa mení;
• orientácia medzi nimi, určená uhlom, sa mení.

V prvých Faradayových experimentoch boli indukované prúdy získané zmenou magnetického poľa B. Je však možné indukovať emf bez pohybu magnetu alebo zmeny prúdu, ale jednoducho otáčaním cievky okolo jej osi v MF. V tomto prípade sa magnetický tok mení v dôsledku zmeny uhla α. Keď sa cievka otáča, pretína MF čiary a vzniká EMF.

Ak sa cievka otáča rovnomerne, táto periodická zmena má za následok periodickú zmenu magnetického toku. Alebo počet magnetických siločiar prekrížených každú sekundu nadobúda rovnaké hodnoty v rovnakých časových intervaloch.

Dôležité! Indukované emf sa mení spolu s orientáciou v priebehu času z pozitívneho na negatívne a naopak. Grafické znázornenie EMF je sínusová čiara.

Pre vzorec pre EMF elektromagnetickej indukcie sa používa tento výraz:

E = B x ω x S x N x sin ωt, kde:

• S – oblasť ohraničená jednou otáčkou alebo rámom;
• N – počet závitov;
• ω – uhlová rýchlosť, ktorou sa cievka otáča;
• B – MP indukcia;
• uhol α = ωt.

V praxi majú alternátory často cievku, ktorá zostáva nehybná (stator), zatiaľ čo sa okolo nej (rotor) otáča elektromagnet.

Samoindukované emf

Keď striedavý prúd prechádza cievkou, generuje striedavý MF, ktorý má meniaci sa magnetický tok, ktorý indukuje emf. Tento efekt sa nazýva samoindukcia.

Keďže MF je úmerná intenzite prúdu, potom:

kde L je indukčnosť (H), určená geometrickými veličinami: počtom závitov na jednotku dĺžky a rozmermi ich prierezu.

Pre indukované emf má vzorec tvar:

E = - L x dl/dt.

Ak sú dve cievky umiestnené vedľa seba, potom sa v nich indukuje emf vzájomnej indukcie v závislosti od geometrie oboch obvodov a ich vzájomnej orientácie. S rastúcim oddelením obvodov sa vzájomná indukčnosť znižuje, pretože magnetický tok, ktorý ich spája, klesá.

Nech sú tam dve cievky. Drôtom jednej cievky s N1 závitmi preteká prúd I1 a vytvára MF prechádzajúci cievkou s N2 závitmi. potom:

1. Vzájomná indukčnosť druhej cievky vzhľadom na prvú:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Magnetický tok:

F21 = (M21/N2) x 11;

1. Poďme nájsť indukovaný emf:

E2 = - N2 x d021/dt = - M21 x dl/dt;

1. EMF sa indukuje rovnako v prvej cievke:

El = - M12 x dl2/dt;

Dôležité! Elektromotorická sila spôsobená vzájomnou indukciou v jednej cievke je vždy úmerná zmene elektrického prúdu v druhej cievke.

Vzájomnú indukčnosť možno považovať za rovnú:

M12 = M21 = M.

V súlade s tým El = - M x dl2/dt a E2 = M x dl/dt.

M = K √ (L1 x L2),

kde K je väzbový koeficient medzi dvoma indukčnosťami.

Fenomén vzájomnej indukcie sa využíva v transformátoroch - elektrických zariadeniach, ktoré umožňujú meniť hodnotu napätia striedavého elektrického prúdu. Zariadenie pozostáva z dvoch cievok navinutých okolo jedného jadra. Prúd prítomný v prvej cievke vytvára meniace sa MF v magnetickom obvode a elektrický prúd v druhej cievke. Ak je počet závitov prvého vinutia menší ako druhý, napätie sa zvyšuje a naopak.

Okrem výroby a transformácie elektriny sa magnetická indukcia využíva aj v iných zariadeniach. Napríklad v magnetických levitačných vlakoch, ktoré sa nepohybujú v priamom kontakte s koľajnicami, ale vďaka elektromagnetickej odpudivej sile o niekoľko centimetrov vyššie.

Video

Témy kodifikátora jednotnej štátnej skúšky: elektromotorická sila, vnútorný odpor zdroja prúdu, Ohmov zákon pre úplný elektrický obvod.

Doteraz sme pri štúdiu elektrického prúdu uvažovali o smerovom pohybe voľných nábojov v vonkajší obvod, teda vo vodičoch pripojených na svorky zdroja prúdu.

Ako vieme, kladný náboj:

Ide do vonkajšieho obvodu z kladnej svorky zdroja;

Pohybuje sa vo vonkajšom obvode pod vplyvom stacionárneho elektrického poľa vytvoreného inými pohyblivými nábojmi;

Prichádza na zápornú svorku zdroja a dokončuje svoju cestu vo vonkajšom obvode.

Teraz musí náš kladný náboj uzavrieť svoju cestu a vrátiť sa na kladný pól. Aby to urobil, potrebuje prekonať posledný segment cesty - vo vnútri zdroja prúdu od záporného pólu k kladnému. Ale premýšľajte o tom: vôbec tam nechce ísť! Záporný pól ho priťahuje k sebe, kladný ho od seba odpudzuje a výsledkom je, že na náš náboj vo vnútri zdroja pôsobí elektrická sila smerujúca proti pohyb náboja (t.j. proti smeru prúdu).

Sila tretej strany

Napriek tomu obvodom preteká prúd; preto existuje sila, ktorá „ťahá“ náboj cez zdroj napriek odporu elektrického poľa svoriek (obr. 1).

Ryža. 1. Sila tretej strany

Táto sila sa nazýva vonkajšia sila; Práve vďaka nej funguje aktuálny zdroj. Vonkajšia sila nemá nič spoločné so stacionárnym elektrickým poľom – hovorí sa, že má neelektrické pôvod; napríklad v batériách vzniká v dôsledku výskytu vhodných chemických reakcií.

Označme prácou vonkajšej sily pohyb kladného náboja q vo vnútri zdroja prúdu zo záporného pólu na kladný. Táto práca je pozitívna, pretože smer vonkajšej sily sa zhoduje so smerom pohybu náboja. Práca vonkajšej sily je tiež tzv prevádzku zdroja prúdu.

Vo vonkajšom okruhu nie je žiadna vonkajšia sila, takže práca vykonaná vonkajšou silou na pohyb náboja vo vonkajšom okruhu je nulová. Preto sa práca vonkajšej sily na pohyb náboja po celom obvode redukuje na prácu pohybu tohto náboja iba vo vnútri zdroja prúdu. Ide teda aj o prácu vonkajšej sily na pohyb náboja v celom reťazci.

Vidíme, že vonkajšia sila je nepotencionálna – jej práca pri pohybe náboja po uzavretej dráhe nie je nulová. Je to táto nepotencionálnosť, ktorá umožňuje cirkuláciu elektrického prúdu; potenciálne elektrické pole, ako sme už povedali, nemôže podporovať konštantný prúd.

Skúsenosti ukazujú, že práca je priamo úmerná pohybu náboja. Preto pomer už nezávisí od náboja a je kvantitatívnou charakteristikou zdroja prúdu. Tento vzťah je označený:

(1)

Toto množstvo sa nazýva elektromotorická sila(EMF) zdroja prúdu. Ako vidíte, EMF sa meria vo voltoch (V), takže názov „elektromotorická sila“ je mimoriadne nešťastný. Ale to je už dávno zakorenené, takže sa s tým treba zmieriť.

Keď uvidíte na batérii nápis: „1,5 V“, vedzte, že toto je presne EMF. Rovná sa táto hodnota napätiu vytvorenému batériou vo vonkajšom obvode? Ukazuje sa, že nie! Teraz pochopíme prečo.

Ohmov zákon pre úplný obvod

Akýkoľvek prúdový zdroj má svoj vlastný odpor, ktorý je tzv vnútorný odpor tento zdroj. Zdroj prúdu má teda dve dôležité charakteristiky: emf a vnútorný odpor.

Nech je zdroj prúdu s emf rovným a vnútorným odporom pripojený k odporu (ktorý sa v tomto prípade nazýva externý odpor, alebo vonkajšie zaťaženie, alebo užitočné zaťaženie). Toto všetko dohromady sa nazýva plná reťaz(obr. 2).

Ryža. 2. Dokončite obvod

Našou úlohou je nájsť prúd v obvode a napätie na rezistore.

V priebehu času obvodom prechádza náboj. Podľa vzorca (1) zdroj prúdu vykonáva nasledujúcu prácu:

(2)

Keďže sila prúdu je konštantná, práca zdroja sa úplne premení na teplo, ktoré sa uvoľňuje pri odporoch a. Toto množstvo tepla je určené Joule-Lenzovým zákonom:

(3)

Takže, , a dávame rovnítko medzi pravé strany vzorcov (2) a (3):

Po znížení dostaneme:

Takže sme našli prúd v obvode:

(4)

Vzorec (4) sa nazýva Ohmov zákon pre úplný obvod.

Ak spojíte svorky zdroja s drôtom zanedbateľného odporu, dostanete skrat. V tomto prípade bude zdrojom pretekať maximálny prúd - skratový prúd:

Kvôli malému vnútornému odporu môže byť skratový prúd dosť veľký. Napríklad AA batéria sa tak zahrieva, že si popálite ruky.

Keď poznáme silu prúdu (vzorec (4)), môžeme nájsť napätie na rezistore pomocou Ohmovho zákona pre časť obvodu:

(5)

Toto napätie je potenciálny rozdiel medzi bodmi a (obr. 2). Potenciál bodu sa rovná potenciálu kladného pólu zdroja; potenciál bodu sa rovná potenciálu záporného pólu. Preto sa nazýva aj napätie (5). napätie na svorkách zdroja.

Zo vzorca (5) vidíme, čo sa stane v skutočnom obvode - koniec koncov, je to vynásobené zlomkom menším ako jedna. Existujú však dva prípady, keď .

1. Ideálny zdroj prúdu. Toto je názov zdroja s nulovým vnútorným odporom. Keď vzorec (5) dáva .

2. Otvorený okruh. Uvažujme zdroj prúdu sám o sebe, mimo elektrického obvodu. V tomto prípade môžeme predpokladať, že vonkajší odpor je nekonečne veľký: . Potom je množstvo na nerozoznanie od , a vzorec (5) nám opäť dáva .

Význam tohto výsledku je jednoduchý: ak zdroj nie je pripojený k obvodu, potom voltmeter pripojený k pólom zdroja ukáže svoje emf.

Účinnosť elektrického obvodu

Nie je ťažké pochopiť, prečo sa odpor nazýva užitočné zaťaženie. Predstavte si, že je to žiarovka. Teplo generované žiarovkou je užitočné, keďže vďaka tomuto teplu žiarovka plní svoj účel - rozdávať svetlo.

Označme množstvo tepla uvoľneného nákladom počas času.

Ak je prúd v obvode rovný , potom

Určité množstvo tepla sa uvoľňuje aj pri súčasnom zdroji:

Celkové množstvo tepla uvoľneného v okruhu sa rovná:

Účinnosť elektrického obvodu je pomer užitočného tepla k celkovému teplu:

Účinnosť obvodu sa rovná jednote iba vtedy, ak je zdroj prúdu ideálny.

Ohmov zákon pre heterogénnu oblasť

Ohmov jednoduchý zákon platí pre takzvaný homogénny úsek obvodu - teda úsek, v ktorom nie sú žiadne prúdové zdroje. Teraz získame všeobecnejšie vzťahy, z ktorých vyplýva Ohmov zákon pre homogénny úsek a Ohmov zákon získaný vyššie pre celý reťazec.

Úsek reťaze je tzv heterogénne, ak je na ňom zdroj prúdu. Inými slovami, nehomogénna oblasť je oblasť s EMP.

Na obr. Obrázok 3 zobrazuje nerovnomernú časť obsahujúcu odpor a zdroj prúdu. Emf zdroja sa rovná , jeho vnútorný odpor sa považuje za rovný nule (ak je vnútorný odpor zdroja rovný , môžete jednoducho vymeniť odpor za odpor).

Ryža. 3. EMF „pomáha“ prúdu:

Sila prúdu v oblasti sa rovná , prúd tečie z bodu do bodu. Tento prúd nemusí byť nevyhnutne spôsobený jedným zdrojom. Uvažovaný úsek je spravidla súčasťou určitého obvodu (nie je znázornený na obrázku) a v tomto obvode môžu byť prítomné ďalšie zdroje prúdu. Preto je prúd výsledkom kombinovanej akcie všetky zdroje dostupné v okruhu.

Nech potenciály bodov a sú rovné a resp. Ešte raz zdôraznime, že hovoríme o potenciáli stacionárneho elektrického poľa generovaného pôsobením všetkých zdrojov obvodu - nielen zdroja patriaceho do tejto sekcie, ale prípadne aj tých, ktoré sa nachádzajú mimo tejto sekcie.

Napätie v našej oblasti sa rovná: . V priebehu času oblasťou prechádza náboj, zatiaľ čo stacionárne elektrické pole funguje:

Okrem toho pozitívnu prácu vykonáva zdroj prúdu (koniec koncov, náboj ním prešiel!):

Intenzita prúdu je konštantná, preto sa celková práca na posúvaní náboja, vykonaná v oblasti stacionárnym elektrickým poľom a vonkajšími silami zdroja, úplne premení na teplo: .

Nahrádzame tu výrazy pre a Joule-Lenzov zákon:

Znížením o , dostaneme Ohmov zákon pre nerovnomerný úsek obvodu:

(6)

alebo, čo je to isté:

(7)

Upozornenie: pred ním je znamienko plus. Dôvod sme už uviedli - aktuálny zdroj v tomto prípade funguje pozitívne prácu, „ťahanie“ náboja do seba zo záporného pólu na kladný. Jednoducho povedané, zdroj „pomáha“ prúdeniu prúdu z bodu do bodu.

Všimnime si dva dôsledky odvodených vzorcov (6) a (7).

1. Ak je oblasť homogénna, potom . Potom zo vzorca (6) získame Ohmov zákon pre homogénnu časť reťazca.

2. Predpokladajme, že zdroj prúdu má vnútorný odpor. Toto, ako sme už spomenuli, je ekvivalentné jeho nahradeniu:

Teraz zatvorme našu sekciu spojením bodov a . Získame kompletný obvod diskutovaný vyššie. V tomto prípade sa ukazuje, že predchádzajúci vzorec sa zmení na Ohmov zákon pre celý reťazec:

Ohmov zákon pre homogénny úsek a Ohmov zákon pre úplný reťazec teda vyplývajú z Ohmovho zákona pre nehomogénny úsek.

Môže nastať aj ďalší prípad zapojenia, keď zdroj „bráni“ prúdeniu cez oblasť. Táto situácia je znázornená na obr. 4. Tu je prúd prichádzajúci z do nasmerovaný proti pôsobeniu vonkajších síl zdroja.

Ryža. 4. EMF „interferuje“ s prúdom:

Ako je to možné? Je to veľmi jednoduché: iné zdroje prítomné v obvode mimo uvažovanej sekcie „prekonajú“ zdroj v sekcii a nútia prúd prúdiť proti. To je presne to, čo sa stane, keď nabijete telefón: adaptér pripojený k zásuvke spôsobí pohyb náboja proti pôsobeniu vonkajších síl v batérii telefónu a batéria sa tým nabije!

Čo sa teraz zmení pri odvodzovaní našich vzorcov? Existuje len jedna vec - práca vonkajších síl bude negatívna:

Potom Ohmov zákon pre nerovnomernú oblasť bude mať tvar:

(8)

kde je ešte napätie v oblasti.

Dajme dohromady vzorce (7) a (8) a napíšme Ohmov zákon pre sekciu s EMF takto:

Prúd tečie z bodu do bodu. Ak sa smer prúdu zhoduje so smerom vonkajších síl, potom sa pred ním umiestni „plus“; ak sú tieto smery opačné, potom je uvedené „mínus“.

Elektrický prúd nepreteká medeným drôtom z rovnakého dôvodu, prečo voda zostáva nehybná vo vodorovnom potrubí. Ak je jeden koniec potrubia pripojený k nádrži tak, že vzniká tlakový rozdiel, kvapalina vyteká z jedného konca. Rovnako na udržanie konštantného prúdu je potrebná vonkajšia sila na pohyb nábojov. Tento efekt sa nazýva elektromotorická sila alebo EMF.

Medzi koncom 18. a začiatkom 19. storočia práca vedcov ako Coulomb, Lagrange a Poisson položila matematické základy určovania elektrostatických veličín. Pokrok v chápaní elektriny v tejto historickej etape je zrejmý. Franklin už zaviedol pojem „množstvo elektrickej substancie“, ale doteraz ho ani on, ani jeho nástupcovia nedokázali zmerať.

Po Galvaniho experimentoch sa Volta pokúsil nájsť dôkazy, že „galvanické tekutiny“ zvieraťa majú rovnakú povahu ako statická elektrina. Pri hľadaní pravdy zistil, že keď sa dve elektródy z rôznych kovov dostanú do kontaktu prostredníctvom elektrolytu, obe sa nabijú a zostanú nabité napriek tomu, že obvod je uzavretý záťažou. Tento jav nezodpovedal doterajším predstavám o elektrine, pretože elektrostatické náboje sa v takom prípade museli rekombinovať.

Volta zaviedla novú definíciu sily pôsobiacej v smere oddeľovania nábojov a ich udržiavania v tomto stave. Nazval to elektromotorické. Takéto vysvetlenie pre popis prevádzky na batérie nezapadalo do vtedajších teoretických základov fyziky. V coulombskej paradigme prvej tretiny 19. stor. d.s. Volta bola určená schopnosťou niektorých telies generovať elektrinu v iných.

Ohm najvýraznejšie prispel k vysvetleniu fungovania elektrických obvodov. Výsledky série experimentov ho priviedli ku konštrukcii teórie elektrickej vodivosti. Zaviedol množstvo „napätie“ a definoval ho ako potenciálny rozdiel medzi kontaktmi. Podobne ako Fourier, ktorý vo svojej teórii rozlišoval medzi množstvom tepla a teplotou pri prenose tepla, aj Ohm vytvoril analogicky model týkajúci sa množstva preneseného náboja, napätia a elektrickej vodivosti. Ohmov zákon nebol v rozpore s nahromadenými poznatkami o elektrostatickej elektrine.

Na udržanie elektrického prúdu vo vodiči je potrebný externý zdroj energie, ktorý neustále vytvára potenciálny rozdiel medzi koncami tohto vodiča. Takéto zdroje energie sa nazývajú zdroje elektrickej energie (alebo zdroje prúdu).

Zdroje elektrickej energie majú určité elektromotorická sila(skrátene EMF), ktorý vytvára a dlhodobo udržiava potenciálny rozdiel medzi koncami vodiča. Niekedy sa hovorí, že emf vytvára elektrický prúd v obvode. Musíme si uvedomiť, že táto definícia je konvenčná, keďže sme už vyššie uviedli, že dôvodom vzniku a existencie elektrického prúdu je elektrické pole.

Zdroj elektrickej energie produkuje určité množstvo práce pohybom elektrických nábojov v uzavretom okruhu.

Definícia:Práca vykonaná zdrojom elektrickej energie pri prenose jednotky kladného náboja cez uzavretý okruh sa nazýva emf zdroja.

Jednotkou merania elektromotorickej sily je volt (skrátene volt sa označuje písmenom B alebo V - latinsky „ve“).

Emf zdroja elektrickej energie sa rovná jednému voltu, ak pri pohybe jedného coulombu elektriny v uzavretom okruhu zdroj elektrickej energie pracuje rovným jednému joulu:

V praxi sa na meranie EMF používajú väčšie aj menšie jednotky, a to:

1 kilovolt (kV, kV), rovný 1000 V;

1 milivolt (mV, mV), čo sa rovná jednej tisícine voltu (10-3 V),

1 mikrovolt (μV, μV), čo sa rovná jednej milióntine voltu (10-6 V).

Je zrejmé, že 1 kV = 1000 V; 1 V = 1 000 mV = 1 000 000 μV; 1 mV = 1000 uV.

V súčasnosti existuje niekoľko druhov zdrojov elektrickej energie. Prvýkrát bola ako zdroj elektrickej energie použitá galvanická batéria, pozostávajúca z niekoľkých zinkových a medených kruhov, medzi ktoré bola položená koža nasiaknutá okyslenou vodou. V galvanickej batérii sa chemická energia premieňala na elektrickú energiu (podrobnejšie o tom budeme hovoriť v XVI. kapitole). Galvanická batéria dostala svoje meno od talianskeho fyziológa Luigiho Galvaniho (1737-1798), jedného zo zakladateľov doktríny elektriny.

Početné experimenty na zlepšenie a praktické využitie galvanických batérií uskutočnil ruský vedec Vasilij Vladimirovič Petrov. Začiatkom minulého storočia vytvoril najväčšiu galvanickú batériu na svete a použil ju na množstvo brilantných experimentov.

Zdroje elektrickej energie, ktoré fungujú na princípe premeny chemickej energie na elektrickú, sa nazývajú chemické zdroje elektrickej energie.

Ďalším hlavným zdrojom elektrickej energie, široko používaným v elektrotechnike a rádiotechnike, je generátor. V generátoroch sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.

Na elektrických schémach sú zdroje elektrickej energie a generátory označené tak, ako je znázornené na obr. 1.

Obrázok 1. Symboly pre zdroje elektrickej energie:a - zdroj EMF, všeobecné označenie, b - zdroj prúdu, všeobecné označenie; c - chemický zdroj elektrickej energie; g - batéria chemických zdrojov; d - zdroj konštantného napätia; e - zdroj premenlivej intenzity; g - generátor.

V chemických zdrojoch elektrickej energie a v generátoroch sa elektromotorická sila prejavuje rovnako, vytvára potenciálny rozdiel na svorkách zdroja a dlhodobo ho udržiava. Tieto svorky sú tzv póly zdroja elektrickej energie. Jeden pól zdroja elektrickej energie má kladný potenciál (nedostatok elektrónov), označuje sa znamienkom plus (+) a nazýva sa kladný pól. Druhý pól má záporný potenciál (nadbytok elektrónov), je označený znamienkom mínus (-) a nazýva sa záporný pól.

Zo zdrojov elektrickej energie sa elektrická energia prenáša drôtmi k svojim spotrebiteľom (elektrické lampy, elektromotory, elektrické oblúky, elektrické vykurovacie zariadenia atď.).

Definícia:Kombinácia zdroja elektrickej energie, jej spotrebiča a spojovacích vodičov sa nazýva elektrický obvod.

Najjednoduchší elektrický obvod je znázornený na obr. 2.

Obrázok 2 B - zdroj elektrickej energie; SA - spínač; EL - spotrebiteľ elektrickej energie (lampa).

Aby elektrický prúd prechádzal obvodom, musí byť uzavretý. Prúd nepretržite preteká uzavretým elektrickým obvodom, pretože medzi pólmi zdroja elektrickej energie je určitý potenciálny rozdiel. Tento potenciálny rozdiel sa nazýva zdrojové napätie a je označený písm U. Jednotkou merania napätia je volt. Rovnako ako EMF, napätie možno merať v kilovoltoch, milivoltoch a mikrovoltoch.

Na meranie veľkosti EMF a napätia zariadenie tzv voltmeter. Ak je voltmeter pripojený priamo na póly zdroja elektrickej energie, potom pri otvorenom elektrickom obvode zobrazí EMF zdroja elektrickej energie a v zatvorenom stave napätie na jeho svorkách: (obr. 3).

Obrázok 3 Meranie EMF a napätia zdroja elektrickej energie:a - meranie EMF zdroja elektrickej energie; b - meranie napätia na svorkách zdroja elektrickej energie..

Všimnite si, že napätie na svorkách zdroja elektrickej energie je vždy menšie ako jeho emf.