Měření elektrického proudu a napětí pomocí voltmetru a ampérmetru

 

Elektrické napětí měříme přístrojem, který se nazývá voltmetr. Vždy musíme zjistit rozsah stupnice a velikost nejmenšího dílku. Voltmetry mohou být ručkové (analogové) nebo digitální.

Elektrický proud měříme přístrojem, který se nazývá ampérmetr. Může být ručkový nebo digitální.

Příklad:

Změřili jsme velikost elektrického proudu ampérmetrem. Ručka ampérmetru se zastavila na 8 dílcích. Jeho měřicí rozsah je 200 A. Jaká je hodnota naměřeného proudu? Jestliže má ampérmetr rozsah 200 A a jeho stupnice má 50 dílků, znamená to, že jeden dílek odpovídá hodnotě 4 A (200 : 50 = 4). Pokud je velikost jednoho dílku 4 A, tak naměřená hodnota se rovná 32 A (4 x 8 = 32). I = 32 A.

V praxi se setkáváme se zařízením, které se jmenuje multimetr. Je to univerzální elektronický měřicí přístroj pro měření více fyzikálních veličin. Mezi nimi se přístroj přepíná. Zpravidla multimetr obsahuje ampérmetr, voltmetr a ohmmetr (k měření elektrického odporu).

Zdroje elektrického napětí

Aby elektrický spotřebič fungoval, potřebuje zdroj elektrického proudu – galvanický článek, akumulátor, baterii nebo zdroj síťového elektrického proudu.

Galvanický článek

Jedná se o zařízení, které získává elektrickou energii chemickou reakcí. Má malé rozměry a je přenositelné. Používá se ve fotografiích, rádiích, hodinkách, baterkách apod. Galvanický článek produkuje nízké napětí. Když článek zapojíme, dojde k chemickým reakcím, které článek vybíjejí. Některé články po vybití již nejde znovu nabít. Jsou to primární články. Jiné, které nazýváme akumulátory, jsou obnovitelné a dají se znovu dobít.

Příkladem galvanického článku je zinko-uhlíkový článek. Je vyrobený ze zinkového plechu a ve středu je vložená uhlíková tyčinka. Mezi těmito chemickými látkami dochází k chemické reakci a ke vzniku napětí o velikosti 1,5 V. Když se článek vybije, už ho nejde zpětně znovu nabít.

Alkalické články jsou nejrozšířenějším typem bateriových článků. Mají velkou životnost. Baterii tvoří válec z oceli. Uvnitř něho jsou elektrické vodiče, které jsou ve styku s nevodivou částí elektrického obvodu, tzv. elektrody. Kladná elektroda je z oxidu manganičitého a záporná elektroda je z práškového zinku. Alkalickým článkem jsou například mikrotužkové baterie (AAA), tužkové baterie (AA), malý monočlánek (C) a velký monočlánek (D). Do hodinek se používá knoflíková baterie, která je plochá, většinou o napětí 3 V.  

Elektrický článek vyrobíme i z ovoce – například z citronu. Dva plíšky z různých kovů (zinek a měď nebo hliník a měď). Ty zapíchneme do citronu tak, aby se plíšky nedotýkaly. Citron v sobě obsahuje šťávu, která funguje jako elektrolyt, chemicky reaguje s plíšky a vzniká elektrické napětí.

Baterie

Elektrická baterie je zdrojem elektrického napětí a je sestavena z elektrických článků, které jsou spojené za sebou, tedy sériově. Elektrické napětí jednoho článku je 1,5 V. Napětí baterie je pak takové, kolik obsahuje článků. Například plochá baterie obsahuje tři články, takže její napětí je 4,5 V (3x1,5 V). Automobilová baterie je akumulátorového typu, obsahuje 6 článků s olověnými elektrodami, každý s napětím 2 V.

Likvidace baterií musí být ekologická, protože baterie obsahují látky jako kadmium, olovo, nikl nebo rtuť, které jsou zdraví škodlivé. Baterie se nevyhazují do běžného odpadu, ale sbírají se a odnášejí do sběrného dvora k ekologické likvidaci.

Nabíjecí baterie

Akumulátor se od primárního článku liší tím, že ho lze opětovně nabíjet. Patří sem i baterie mobilních telefonů nebo v notebooku, akuvrtačkách apod. Princip nabíjení funguje takto: V nabíječce je zařízení, které zajistí, aby se napětí ze zásuvky snížilo na napětí potřebné pro nabití článku a ten je znovu připravený k použití. Nabíjecí baterie mohou být nikl-metalhydridové NiMH. Nikl-kadmiové baterie NiCd mají paměťový efekt, kvůli kterému se mohou znovu nabíjet až tehdy, když jsou plně vybité. Když to neuděláme, opětovným nabíjením se snižuje jejich kapacita. Pak existují ještě lithium-ionové baterie Li-on by se zase naopak neměly nechávat zcela vybít a můžeme je dobíjet kdykoliv.

Zdroj síťového elektrického napětí

Elektřina není přírodním zdrojem, musíme ji vyrábět v elektrárnách. Těch existuje několik typů – tepelné, vodní, jaderné, sluneční, větrné. Jaderné elektrárny u nás máme dvě – Temelín a Dukovany. Vodní elektrárna je například Dlouhá stráně v Jeseníkách. Ta je přečerpávací.

Jaderná elektrárna. Foto: Pixabay

Rozvodná síť v České republice

Přenos vyrobené elektrické energie z elektráren do rozvoden probíhá pomocí přenosové soustavy. Distribuční síť je zase část přenosu elektřiny z rozvoden do domácností.

V elektrárnách se střídavý proud vyrábí pomocí alternátoru, který přeměňuje energii otáčivého pohybu turbíny na energii elektrickou. Pak jsou v elektrárnách transformátory, které mění střídavé napětí, buď ho zvětšují nebo zmenšují. Transformátor v elektrárně mívá napětí až několik set kilovoltů 220 až 440 kV, protože přenos vyššího napětí je efektivnější a dochází k nejmenším ztrátám. Toto napětí se nazývá velmi vysoké napětí. To se pak mění na vysoké napětí o hodnotě asi 22 kV. Na místním transformátoru je toto napětí sníženo na 230 V, což je hodnota napětí spotřebitelské sítě – tedy napětí v elektrických zásuvkách.

Jak mohou ptáci sedět na drátech vysokého napětí a nic se jim nestane? Je tomu tak proto, že ptáci přitom nejsou spojeni se zemí, tudíž jimi neprotéká žádný proud. Pokud se ale velcí ptáci svými křídly dotknou dvou vodičů, může je elektrický výboj zranit nebo zabít. 

Zdroj: Hravá fyzika, vydavatelství Taktik, ISBN: 978-80-7563-144-2

Náhledové foto: Pixabay