SI jednotky | volt (V) |
---|---|
Dimenze | M · L 2 · T -3 · I -1 |
SI základna | kg ⋅ m 2 ⋅ s −3 ⋅ A −1 |
Příroda | Velikost skalární rozsáhlá |
Obvyklý symbol | U , U AB , ΔV ... |
Sdružené | Elektrická nabíječka |
Napětí je cirkulace z elektrického pole podél elektrického obvodu, měřený ve voltech pomocí voltmetrem . Označuje se V přes dipól .
Pojem elektrického napětí je často zaměňován s pojmem „rozdílu v elektrickém potenciálu “ (DDP) mezi dvěma body elektrického obvodu. Tyto dva pojmy jsou ekvivalentní ve stacionárním režimu (nezávisle na čase). Obecně však v proměnném režimu (například: střídavé proudy ) již není cirkulace elektrického pole konzervativní kvůli jevu elektromagnetické indukce , napětí a potenciální rozdíl již nejsou synonyma. V tomto obecném případě ztrácí potenciální rozdíl svůj fyzický význam a musí být nahrazen pojmem napětí.
Pojem elektrického napětí označuje také anglicismus : „napětí“, protože pro označení elektrické intenzity je možné najít výraz „proud“ . Tyto výrazy se však považují za nesprávné, i když je někteří považují za rovnocenné.
Obecněji je existence napětí v elektrickém obvodu tvořeném prvky s nenulovým odporem důkazem existence elektrického generátoru, který udržuje napětí na svých svorkách v tomto obvodu .
Existují různé typy napětí:
V obecném případě se standardní symbol napětí je U měří ve voltech , jednotky, jejíž symbol V .
Na elektrickém schématu může být napětí doplněno šipkami nebo + a - pro označení jeho směru. Tyto rozdíly jsou pouze rozdíly konvence (viz obrázek 1).
K rozlišení různých napětí v obvodu může být velká písmena U doprovázena dolním písmenem popisujícím, ke kterému prvku obvodu je toto napětí připojeno. V obvodu RLC tedy existují 4 napětí: U (napětí na svorkách generátoru), U R (napětí na svorkách rezistoru ), U L (napětí na svorkách induktoru ) a U C (napětí na svorkách kapacity ). (viz obrázek 2)
Ve fázi , je zde fázová napětí (napětí mezi fázemi ) U a napětí! (Fázových napětí a neutrální ), V . V případě třífázového proudu tedy existuje 6 napětí:
Obrázek 1 - Konvence znázornění proudu a napětí na přijímajícím dipólu .
a: Konvence doporučená podle mezinárodní normy IEC / CEI 60375 ed2.0
b: Konvence používaná ve Spojených státech
c: Konvence používaná ve Francii .
Obrázek 2 - napnutí v RLC obvodu : U, U R , U L a U C .
Obrázek 3: Fresnelova reprezentace fázových a fázových napětí pro systém s přímým vyvážením.
Napětí lze měřit pomocí voltmetru zapojeného paralelně / bypassu na obvodu. Toto opatření objevil Alessandro hrabě z Volty .
Elektrické napětí na svorkách dipólu se vždy rovná cirkulaci elektrického pole uvnitř tohoto dipólu.
Jinými slovy, elektrické napětí představuje práci elektrické síly (která v dipólu převládá) na nabitou částici vydělenou hodnotou náboje (v případě generátoru stejnosměrného napětí je to například baterie -zatížení elektrického napětí tohoto článku, které se nazývá elektromotorická síla (emf), je prací elektrostatické hnací síly na elektrony).
Budeme tedy hovořit o energii vyměněnou za jednotku náboje, kterou lze porovnat, pokud nebudeme brát v úvahu jednotky, s energií vyměněnou za náboj 1 coulomb .
Jeho jednotkou je tedy energie rozdělená elektrickým nábojem, tj. Joule na coulomb , což odpovídá voltu.
Jakýkoli dipól elektrického obvodu vyvíjí na svých svorkách napětí, což znamená, že bude vyměňovat určitou energii s pohybujícími se náboji, které jím procházejí, což jsou ve velkém počtu elektrony. Toto napětí se rovná energii na jednotku náboje, která se vyměňuje mezi každou nabitou částicí, která prochází dipólem, a samotným dipólem.
V případě průchodu generátorem energie se energie přijímaná náboji převádí na elektrostatickou nerovnováhu (objemová hustota náboje odlišná od jednoho bodu do druhého), která vytváří napětí na svorkách generátoru. Jinými slovy, energie získaná zátěží v generátoru je přeměněna na potenciální energii, která bude transformována ve zbytku obvodu.
W / q přijatý v generátoru = napětí generátoru
V případě křížení přijímače energie má energie odebíraná z nabitých částic dipólem účinek „zadržení“ na svorkách přijímače části (více či méně velké podle počtu receptorů) napětí generátoru. Toto napětí má za následek dodávání energie potřebné k tomu, aby náboje procházely přijímajícím dipólem.
Ztráta W / q v přijímači = napětí přijímače
Označíme-li e elektrický náboj elektronu v coulombech a u napětí dipólu ve voltech, pak každý elektron procházející druhým získá nebo ztratí (v závislosti na znaménku u ) energii rovnající se W = u * e joulů.
Podle druhého zákona Kirchhoffa , nazývaného také zákon o síti, a platného pro aproximaci kvazi-stacionárních režimů (to znamená, že doba šíření napětí z jednoho konce na druhý obvodu je zanedbatelná ve srovnání s časovou charakteristikou variace napětí generátoru), můžeme říci, že součet napětí (s jejich znaménkem podle povahy dipólu) v článku obvodu je nulový. Označujeme zde síť, cestu, která umožňuje pohyb volných elektrických nábojů, úplné otočení (to znamená začít z bodu a být schopen se k němu vrátit). Pro uplatnění tohoto zákona je napětí obvodu přiřazeno znaménko: kladné pro generátory a záporné pro přijímače.
Důležité je jasně rozeznat, že průchod generátorem dodává energii, zatímco přijímač ji odebírá. Energie přijímaná různými přijímači obvodu je samozřejmě stejná jako energie dodávaná generátorem (generátory).
Přísně vzato zákon sítě již není použitelný v rychle se měnícím režimu, napětí již není konzervativní a jejich součet v uzavřeném obvodu již není nulový.
Elektrické napětí tepelných nebo jaderných elektráren se zvyšuje pomocí transformátorů . Elektrická energie je poté transportována při vysokém napětí , při napětích nad 100 kV , až do 1 200 kV . Poté se sníží. Domácnosti jsou napájeny nízkým napětím ( 230 V / 400 V například ve Francii, Belgii a Německu nebo 120 V / 240 V v Kanadě).
Pod obrázkem z různých oblastí napětí v návaznosti na francouzské vyhlášky n o 88-1056 ze dne14. listopadu 1988 : Společnosti této vyhlášce s ochranou všech zaměstnanců v podnicích, které se vztahuje zákoník práce (kniha 2, hlava 3), které využívají elektrických proudů .
Zkratky | TBT | BTA | BTB | HTA | HTB |
Názvy | Velmi nízké napětí | Nízké napětí A | Nízké napětí B | Vysoké napětí A. | Vysoké napětí B. |
Střídavý proud | U ≤ 50 voltů | 50 <U ≤ 500 voltů | 500 <U ≤ 1000 voltů | 1000 <U ≤ 50 kV | U> 50 kV |
Trvalý proud | U ≤ 120 voltů | 120 <U ≤ 750 voltů | 750 <U ≤ 1500 voltů | 1500 <U ≤ 75 kV | U> 75 kV |
Vzdálenost od sousedství (bezpečná vzdálenost) |
Žádné nebezpečí | D ≥ 30 cm | D ≥ 30 cm | D ≥ 2 metry | D ≥ 3 metry |
Vyhláška z roku 1988 byla nahrazena vyhláškou z roku 1995. Nová klasifikace napěťových domén již nerozlišuje mezi BTA a BTB. Od té doby existuje pouze pole NN, které pokrývá pole od 50 V do 1 000 V ve střídavém režimu a od 120 V do 1 500 V ve stejnosměrném napětí.