Napětí: Co to je?

Electrical4u

Pole: Základní elektrotechnika

China

Co je napětí?

Napětí (také známé jako rozdíl elektrického potenciálu, elektromotorická síla emf, elektrický tlak nebo elektrické napětí) se definuje jako rozdíl elektrického potenciálu na jednotku náboje mezi dvěma body v elektrickém poli. Napětí se matematicky vyjadřuje (tj. ve vzorcích) pomocí symbolu „V“ nebo „E“.

Pokud hledáte intuitivnější vysvětlení, které pomůže vysvětlit, co je napětí, přeskočte na tuto část článku.

Jinak pokračujeme níže s více formálním definicí napětí.

V statickém elektrickém poli se práce požadovaná k přesunutí jednotky náboje mezi dvěma body nazývá napětí. Matematicky lze napětí vyjádřit jako,

$\begin{align*} Voltage = \frac{Work\,\,Done\ (W)}{Charge\ (Q)} \end{align*}$

Kde provedená práce je v joulech a náboj je v coulombech.

$\begin{align*} Thus, Voltage = \frac{joule}{coulomb} \end{align*}$

Napětí můžeme definovat jako množství potenciální energie mezi dvěma body v obvodu.

Jeden bod má vyšší potenciál a druhý bod nižší potenciál. Rozdíl náboje mezi vyšším a nižším potenciálem se nazývá napětí nebo rozdíl potenciálů.

Napětí nebo rozdíl potenciálů poskytuje sílu elektronům, aby procházely obvodem.

Čím vyšší je napětí, tím větší je síla a tím více elektronů prochází obvodem. Bez napětí nebo rozdílu potenciálů by se elektrony pohybovaly náhodně ve volném prostoru.

Napětí se někdy také označuje jako „elektrické napětí“. Například kapacita kabelů na zpracování napětí 1 kV, 11 kV a 33 kV se označují jako kabely s nízkým, vysokým a super vysokým napětím.

Definice rozdílu potenciálů jako potenciálu elektrického pole

Jak bylo zmíněno, napětí je definováno jako rozdíl elektrického potenciálu na jednotkový náboj mezi dvěma body v elektrickém poli. Popišme to pomocí rovnic.

Zvažme dva body A a B.

Potenciál bodu A vzhledem k bodu B je definován jako práce vykonaná při přesunu jednotkového náboje z bodu A do bodu B v přítomnosti elektrického pole E.

Matematicky lze toto vyjádřit jako,

$\begin{align*} V_A_B = \frac{W}{Q} = -\int_B^A E^- * dl^-\end{align*}$

Toto je také rozdíl potenciálů mezi body A a B, kde bod B slouží jako referenční bod. Může to být také vyjádřeno jako,

$\begin{align*} V_A_B = V_A - V_B \end{align*}$

Napětí může být koncept, který je obtížné pochopit konceptuálně.

Použijeme tedy analogii s něčím hmatatelným – něčím z reálného světa – abychom napětí usnadnili pochopení.

Pochopení napětí pomocí analogie

„Hydraulická analogie“ je běžná analogie používaná k vysvětlení napětí.

V hydraulické analogii:

Napětí nebo elektrický potenciál je ekvivalentní hydraulickému tlaku vody
Elektrický proud je ekvivalentní hydraulickému průtoku vody
Elektrický náboj je ekvivalentní množství vody
Elektrický vodič je ekvivalentní trubce

Analogie 1

Uvažme nádrž na vodu, jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku. Obrázek (a) ukazuje dvě nádrže plné stejnou hladinou vody. Proto nemůže voda přetékat z jedné nádrže do druhé, protože není žádný rozdíl v tlaku.

Nyní ukazuje obrázek (b) dva nádrže plné vody na různé úrovni. Tedy mezi těmito dvěma nádržemi existuje nějaký rozdíl v tlaku. Voda tedy bude přetékat z jedné nádrže do druhé, dokud se hladina v obou nádržích nevyrovná.

Podobně, pokud propojíme dva baterie vedivým drátem s různými úrovněmi napětí, pak elektrické náboje mohou proudit z baterie s vyšším potenciálem do baterie s nižším potenciálem. Tedy baterie s nižším potenciálem se nabije, dokud se potenciál obou baterií nevyrovná.

Přirovnání 2

Zvažte nádrž s vodou umístěnou na určité výšce nad zemí.

Tlak vody na konci hadice je ekvivalentní napětí nebo rozdílu potenciálů v elektrickém obvodu. Voda v nádrži je ekvivalentní elektrickému náboji. Pokud zvýšíme množství vody v nádrži, pak se zvýší tlak na konci hadice.

Naopak, pokud odvedeme určité množství vody z nádrže, pak se tlak vytvořený na konci hadice sníží. Můžeme předpokládat, že tato nádrž s vodou je jako skladovací baterie. Když klesne napětí baterie, lampa se stane temnější.

Přirovnání 3

Pojďme porozumět, jak může být práce provedena napětím nebo rozdílem potenciálů v elektrickém obvodu. Elektrický obvod je znázorněn na následujícím obrázku.

Jak je znázorněno v hydraulickém vodním obvodu, voda protéká trubkou poháněnou mechanickým čerpadlem. Trubka je ekvivalentní vedivému drátu v elektrickém obvodu.

Pokud mechanické čerpadlo vytvoří rozdíl tlaku mezi dvěma body, pak tlaková voda bude schopna provést práci, jako například pohon turbíny.

Podobně, v elektrickém obvodu může rozdíl potenciálů baterie způsobit proudění proudu v konduktoru, a tak může prouděcí elektrický proud provést práci, jako například osvětlení lampy.

Co je napětí měřeno v (jednotkách napětí)?

SI jednotka napětí

Jednotka SI pro napětí je volt. Toto se značí písmenem V. Volt je odvozenou jednotkou SI pro napětí. Italský fyzik Alessandro Volta (1745-1827), který vynalezl volťovu hromádku, první elektrickou baterii, a proto byla jednotka volt pojmenována na jeho počest.

Volt v základních jednotkách SI

Volt lze definovat jako rozdíl elektrického potenciálu mezi dvěma body v elektrickém obvodu, který spotřebová jeden džoul energie za coulomb elektrického náboje, který projde elektrickým obvodem. Matematicky lze vyjádřit jako,

$\begin{align*} 1\,\,Volt = \frac{potential \ energy} {chrage} = \frac{1\,\, joule}{1\,\,coulomb} = \frac{kg\,\, m^2}{A\,\,s^3} \end{align*}$

Tedy volt lze vyjádřit v základních jednotkách SI jako $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ nebo $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Může být také změřeno v wattech za ampér nebo amprech krát ohmy.

Vzorec pro napětí

Základní vzorec pro napětí je znázorněn na níže uvedeném obrázku.

Vzorec pro napětí 1 (Ohmov zákon)

Podle Ohmova zákona lze napětí vyjádřit jako,

$\begin{align*} Voltage = Current * Resistance \end{align*}$

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Příklad 1

Jak je vidět na níže uvedeném obvodu, proud o velikosti 4 A prochází odpor 15 Ω. Určete pád napětí v obvodu.

Řešení:

Zadané údaje: $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Podle Ohmova zákona,

$\begin{align*} & V = I * R \\ & = 4 * 15 \\ & V = 60\,\,Volts \end{align*}$

Tedy, pomocí rovnice získáme pád napětí v obvodu 60 voltů.

Voltage Formula 2 (Power And Current)

Přenesená výkon je součinem dodávaného napětí a elektrického proudu.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Nyní dosaďte $I=\frac{V}{R}$ do výše uvedené rovnice a dostanete,

(1) $\begin{equation*} P = V * I = \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Takto získáme napětí rovno výkonu děleno proud. Matematicky,

$\begin{align*} V = \frac{P}{I} \,\,Volts \end{align*}$

Příklad 2

Jak je znázorněno v níže uvedeném obvodu, průchází proud 2 A lampou o výkonu 48 W. Určete zdrojové napětí.

Řešení:

Zadaná data: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Podle uvedeného vztahu mezi napětím, výkonem a proudem,

$\begin{align*} & V = \frac{P}{I} \\ & = \frac{48}{2} \\ & V = 24 \,\,Volts \end{align*}$

Tedy, pomocí rovnice získáme napětí zdroje 24 voltů.

Voltage Formula 3 (Power And Resistance)

Podle rovnice (1) je napětí druhou odmocninou součinu výkonu a odporu. Matematicky,

$\begin{align*} V = \sqrt{P*R} \end{align*}$

Příklad 3

Jak je uvedeno v níže zobrazeném obvodu, určete potřebné napětí pro rozsvícení lampy o výkonu 5 W s odporovou hodnotou 2 Ω.

Řešení:

Zadané údaje: $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Podle uvedeného vzorce,

$\begin{align*} & V = \sqrt{P*R} \\ & = \sqrt{5*2} \\ & = \sqrt{10} \\ & V = 3.16 \,\,Volts \end{align*}$

Tedy, použitím rovnice získáme potřebné napětí pro rozsvícení lampy 5 W, 2Ω, které činí 3.16 Volty.

Symboly napětí (CA a CC)

Symbol CA napětí

Symbol pro napětí CA (střídavý proud) je níže zobrazen:

企业微信截图_17098668569432.png — Symbol CA napětí

Symbol CC napětí

Symbol pro napětí CC (přímý proud) je níže zobrazen:

Rozměry napětí

Napětí (V) je reprezentací elektrického potenciálu energie na jednotku náboje.

Rozměry napětí lze vyjádřit v termínech hmotnosti (M), délky (L), času (T) a ampérů (A) podle $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

$\begin{align*} V = \frac{W}{Q} = \frac{M L^2 T^-^2}{A T} = M L^2 T^-^3 A^-^1 \end{align*}$

Pozor, některí také používají I místo A k reprezentaci proudu. V tomto případě lze dimenzi napětí vyjádřit jako $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Jak měřit napětí

V elektrických a elektronických obvodech je měření napětí klíčovým parametrem, který je třeba změřit. Můžeme změřit napětí mezi určitým bodem a zemí nebo nulovou linkou v obvodu.

V třífázovém obvodu, pokud změříme napětí mezi libovolnou fází z tří fází a neutrálním bodem, pak se to nazývá napětí fáze-ke-zemi.

Podobně, pokud změříme napětí mezi dvěma fázemi z tří fází, pak se to nazývá napětí fáze-fáze.

Existuje mnoho přístrojů pro měření napětí. Pojďme projít každou metodu.

Metoda voltmeteru

Napětí mezi dvěma body v systému lze změřit pomocí voltmetru. Pro měření napětí musí být voltmeter připojen paralelně s komponentou, jejíž napětí se má změřit.

Jeden vodič voltmeteru musí být připojen k prvnímu bodu a druhý k druhému bodu. Pozor, voltmeter nikdy nesmí být připojen sériově.

Voltmetr lze také použít k měření spádu napětí na jakémkoli součásti nebo součtu spadu napětí na dvou nebo více součástech v obvodu.

Analogový voltmetr funguje tím, že měří proud přes pevný odpor. Podle Ohmova zákona je proud přes odpor přímo úměrný napětí nebo potenciálnímu rozdílu přes pevný odpor. Tedy můžeme určit neznámé napětí.

Dalším příkladem připojení voltmetu pro měření napětí na baterii o napětí 9 V je znázorněno na následujícím obrázku:

Metoda multimetru

V současné době je jednou z nejčastějších metod měření napětí použití multimetru. Multimetr může být buď analogový nebo digitální, ale digitální multimetry jsou nejčastěji používány kvůli vyšší přesnosti a nízké ceně.

Napětí nebo potenciální rozdíl na jakémkoli zařízení lze jednoduše změřit připojením sond multimetru mezi dvěma body, kde se má měřit napětí. Měření napětí baterie pomocí multimetru je znázorněno na následujícím obrázku.

Multimeter for Voltage Measurement — Připojení multimetru pro měření napětí baterie

Metoda potenciometru

Potenciometr pracuje na principu nulové bilance. Měří napětí porovnáním neznámého napětí s známým referenčním napětím.

Jiné přístroje, jako osciloskop nebo elektrostatický voltmetr, lze také použít k měření napětí.

Rozdíl mezi napětím a proudem (Napětí vs Proud)

Hlavní rozdíl mezi napětím a proudem spočívá v tom, že napětí je potenciální rozdíl elektrických nábojů mezi dvěma body v elektrickém poli, zatímco proud je tok elektrických nábojů z jednoho bodu do druhého v elektrickém poli.

Jednoduše řečeno, napětí je příčinou toho, že proud teče, zatímco proud je důsledkem napětí.

Čím vyšší je napětí, tím více proudu teče mezi dvěma body. Pokud jsou dva body v obvodu ve stejném potenciálu, proud mezi těmito body neoteče. Velikost napětí a proudu závisí na sobě (podle Ohmova zákona).

Další rozdíly mezi napětím a proudem jsou uvedeny v následující tabulce.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Rozdíl mezi napětím a proudem

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Rozdíl mezi napětím a proudem

Rozdíl mezi napětím a potenciální rozdíl (napětí vs potenciální rozdíl)

Mezi napětím a potenciálním rozdílem není velký rozdíl. Avšak můžeme popsat rozdíl mezi nimi následujícím způsobem.

Napětí je množství energie potřebné k přesunu jednotkového náboje mezi dvěma body, zatímco potenciální rozdíl je rozdíl mezi vyšším potenciálem jednoho bodu a nižším potenciálem druhého bodu.

V důsledku bodového náboje:

Napětí je potenciál získaný v nějakém bodě s ohledem na jiný referenční bod v nekonečnu. Zatímco potenciální rozdíl je rozdíl v potenciálu mezi dvěma body v konečných vzdálenostech od náboje. Matematicky lze vyjádřit jako,

$\begin{align*} Potential = V = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0 R} \end{align}$

$\begin{align*} Potential \,\, Difference= V_1_2 = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0}(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}) \end{align}$

Pokud preferujete video vysvětlení napětí, podívejte se na následující video:

Co je běžné napětí?

Běžné napětí je definováno jako typická úroveň nebo hodnota napětí elektrického zařízení či vybavení.

Seznam běžných napětí pro různé elektrické zařízení je uveden níže.

Olověné akumulátory používané v elektrických vozidlech: 12 Voltů DC. Baterie 12 V se skládá ze 6 článků, kde každý článek má společné napětí 2,1 V. Poznámka: Články jsou spojeny v sérii, aby bylo zvýšeno napětí.
Solární články: Typicky produkuje napětí okolo 0,5 Voltů DC pod otevřeným obvodem. Nicméně, mnoho solárních článků je často spojeno v sérii, aby tvořily solární panely, které mohou vytvářet vyšší celkové napětí.
USB: 5 Voltů DC.
Vysokonapěťové přenosové elektrické linky: 110 kV až 1200 kV AC.
Elektrické trakční linky rychlíků: 12 kV a 50 kV AC nebo 0,75 kV a 3 kV DC.
Zdroj napájení TTL/CMOS: 5 Voltů.
Jednocelulá nabíjecí nikel-kadmiová baterie: 1,2 Volty.
Baterie na baterky: 1,5 Volty DC.

Běžné napětí dodávané distribuční společností domácím spotřebitelům:

100 V, 1-fázové AC v Japonsku
120 V, 1-fázové AC v Americe
230 V, 1-fázové AC v Indii, Austrálii

Běžné napětí dodávané distribuční společností průmyslovým spotřebitelům:

200 V, 3-fázové AC v Japonsku
480 V, 3-fázové AC v Americe
415 V, 3-fázové AC v Indii

Použití napětí

Některé z použití napětí zahrnují:

Jedno z nejčastějších použití napětí je určení poklesu napětí na elektrickém zařízení nebo vybavení, jako je rezistor.
Přidání napětí je potřeba k zvýšení hodnoty napětí. Proto jsou články spojeny v sérii, aby bylo zvýšeno napětí.

Napětí je základní energií každého elektrického a elektronického zařízení. Od malých napětí (5 V) po vysoká napětí (415 V) se používají v různých aplikacích.

Nízké napětí se obvykle používá pro mnoho elektronických zařízení a ovládacích aplikací.

Vysoké napětí se používá pro

Elektrostatickou tiskárnu, elektrostatickou barvení, elektrostatické potahování materiálů
Studium kosmologie vesmíru
Elektrostatický srážecí článek (kontrola znečištění ovzduší)
Laboratoř pro proudové pohony
Röntgenové trubice
Vakuové trubice s vysokým výkonem
Hmotnostní spektrometrie
Test izolace
Testy potravin a nápojů
Aplikace elektrospraying a spinning, elektrofotografie
Plazmové aplikace
Měření hladiny
Indukční ohřev
Bleskové lampy
SONAR
Pro testování elektrického vybavení

Zdroj: Electrical4u

Poznámka: Respektujte originál, dobré články stojí za sdílení, pokud došlo k porušení autorských práv, obraťte se na nás pro odstranění.

Dát spropitné a povzbudit autora

Témata:

Základní elektrotechnika

Napětí

O odbornících

Electrical4u

China

Doporučeno

Více

Vysokovoltová SF₆-free okružní hlavní jednotka: Úprava mechanických charakteristik

(1) Velikost kontaktového rozpětí je především určena parametry koordinace izolace, parametry přerušení, materiálem kontaktů vysokovoltového SF₆-free okruhového hlavního uzlu a návrhem komory magnetického vyfukování. V praxi není větší kontaktové rozpětí nutně lepší; místo toho by mělo být kontaktové rozpětí upraveno co nejblíže jeho dolní hranici, aby se snížilo spotřeba energie a prodloužila životnost.(2) Určení přesahu kontaktu je spojeno s faktory jako jsou vlastnosti materiálu kontaktu, pro

James

12/10/2025

Nízkonapěťové distribuční linky a požadavky na rozvod elektrické energie na stavebních prostranstvích

Nízkonapěťové distribuční linky jsou obvody, které přes distribuční transformátor snižují vysoké napětí 10 kV na úroveň 380/220 V – tedy nízkonapěťové linky vedoucí od podstanice k koncovému zařízení.Nízkonapěťové distribuční linky by měly být zohledněny již v návrhové fázi konfigurace zapojení podstanic. V továrnách se pro dílny s relativně vysokým energetickým vyžadováním často instalují speciální dílnové podstanice, kde transformátory přímo dodávají energii různým elektrickým spotřebičům. Pro

James

12/09/2025

Jak harmonické napětí ovlivňuje zahřívání transformátoru H59 IEE-Business

Dopad harmonických napětí na teplotní nárůst v transformátorech H59Transformátory H59 jsou mezi nejdůležitějším zařízením v elektrických systémech, jejich hlavní funkce spočívá v převodu vysokého napětí z elektrické sítě na nízké napětí požadované koncovými uživateli. Nicméně, elektrické systémy obsahují mnoho nelineárních zatěžovacích jednotek a zdrojů, které způsobují harmonická napětí, které negativně ovlivňují fungování transformátorů H59. Tento článek podrobně popisuje dopad harmonických na

Echo

12/08/2025

Hlavní příčiny selhání transformátoru H59

1. PřetíženíZa prvé, s vylepšením životní úrovně lidí se spotřeba elektrické energie obecně zrychlila. Původní transformátory rozdělovače H59 mají malou kapacitu – „malý kůň táhne velký vůz“ – a nemohou splnit požadavky uživatelů, což způsobuje, že transformátory pracují v přetíženém stavu. Za druhé vedou sezónní kolísání a extrémní povětrnostní podmínky ke špičkové poptávce po elektrické energii, což dále způsobuje, že transformátory rozdělovače H59 běží v přetíženém stavu.V důsledku dlouhodobé

Felix Spark

12/06/2025

Voltage	Current
The voltage is the difference in potential between two points in an electric field.	The current is the flow of charges between two points in an electric field.
The symbol of the current is I.	The SI unit of current is ampere or amp.
The symbol of voltage is V or ΔV or E.	The symbol of current is I.
Voltage can be measured by using a voltmeter.	Current can be measured by using an ammeter.
$Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)}$	$Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)}$
$1\ Volt=\frac{1\ joule}{1\ coulomb}$	$1\ Ampere=\frac{1\ coulomb}{(1\ second)}$
In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same.	In a series circuit, the magnitude of the current remains the same.
The voltage creates a magnetic field around it.	The current creates an electrostatic field around it.
Dimensions of voltage is $ML^2 T^-^3 A^-^1$	Dimensions of current is $MLTA^1$
In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure.	In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate.
The voltage is the cause of the current flowing in the circuit.	An electric current is the effect of a voltage.