Teorie
Elektrický proud představuje pohyb nabitých částic v látce. V kovech je to pohyb volných elektronů, v kapalinách a plynech je to pohyb iontů. Směr proudu v kovových vodičích byl dohodnut ještě před vysvětlením jevu, proto se dnes jako dohodnutý směr proudu používá v technické praxi směr od kladného pólu zdroje k pólu zápornému, tedy směr právě opačný než směr pohybu volných elektronů v kovovém vodiči.
Skutečný a dohodnutý směr proudu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Elektrické náboje je možné uskladnit v elektronické součástce, která se nazývá kondenzátor. Skládá se ze dvou vodivých desek (elektrod) oddělených dielektrikem - izolantem. Na každou z desek se přivedou elektrické náboje opačné polarity, které se vzájemně přitahují elektrickou silou. Dielektrikum mezi deskami nedovolí, aby se částice s nábojem dostaly do kontaktu, a tím došlo k vybití elektrických nábojů. Základní charakteristikou kondenzátoru je jeho kapacita, tj. množství náboje, které je možné na desky kondenzátoru umístit.
Při přemísťování volných elektronů ve vodiči konají síly elektrického pole práci. Tato práce je mírou elektrické energie přeměněné ve vodiči v jinou formu energie, např. v energii světelnou ve vlákně svítící žárovky, v energii mechanickou u elektromotoru nebo ve vnitřní energii u topného tělesa elektrického vařiče. Jestliže se ve vodiči, na jehož koncích je elektrické napětí U, přemístí částice s nábojem Q, vykonají síly elektrického pole práci W
Prochází–li vodičem konstantní proud I po dobu t, je elektrický náboj Q = It a pro práci elektrického proudu ve vodiči platí
Tato práce současně vyjadřuje elektrickou energii přeměněnou ve vodiči (ve spotřebiči) v jinou formu energie. Z mechaniky víme, že výkon je práce za čas.
Jednotkou výkonu je jeden watt. Jednotka je pojmenovaná po Jamesi Wattovi, konstruktérovi parního stroje.
James Watt.
Zdroj: Techmania Science Centrum. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
Vztah Pp = UI vyjadřuje příkon spotřebiče – označujeme ho Pp. Příkon spotřebiče je mírou elektrické energie odebrané spotřebičem za jednu sekundu. Výkon spotřebiče P vyjadřuje užitečnou práci, kterou spotřebič vykoná za dobu jednu sekundu, např. ve formě mechanické práce elektromotoru nebo ve formě využitého tepla u tepelného spotřebiče.
| spotřebič | příkon (W) |
|---|---|
| kompaktní zářivka | 8 až 25 |
| žárovka | 25 až 200 |
| reproduktor | 1 až 500 |
| televizor | 70 až 300 |
| vysavač | 500 až 2000 |
| varná konvice | 1200 až 2000 |
| elektrická lokomotiva | (2 až 6) · 106 |
| elektrická indukční pec | 40 · 106 |
Při odběru elektrické energie používáme k měření elektroměr. Ten zaznamenává odběr elektrické energie v jednotkách kilowatthodina. Tato jednotka má stejný fyzikální smysl jako jednotka práce joul. Odvodíme ji pomocí vztahu mezi výkonem a prací W = Pt:
1 kWh = 1kW · 1 h = 1 kW · 3600 s = 3600 kJ
Co pro nás udělá 1 kWh? Na elektrickém sporáku uvaří jídlo pro tři osoby, v pračce vypere 1,5 kg prádla, v elektrické peci vytaví 3 kg oceli, v pekárně upeče 100 kg chleba atd. Ale na druhé straně manuální práce člověka za jeden rok nevydá víc než 250 kWh. K uhájení holého života musíme v podobě potravy přijmout 2 kWh energie denně.
