Elektrické obvody: komponenty, typy a související pojmy

Robert Hazen, Ph.D., George Mason University

elektrické obvody jsou důležité pojmy, které mají praktické aplikace v našem každodenním životě. Jedná se o velmi jednoduchý koncept, který zahrnuje tři různé komponenty—zdroj elektrické energie, zařízení a uzavřenou smyčku vodivého materiálu.

zdroj elektrické energie

první složka v elektrickém obvodu je zdrojem elektrické energie, která umožňuje pohyb elektronů. Tento zdroj může být baterie, solární článek, nebo vodní elektrárna-místo, kde je kladný terminál a záporný terminál a odkud by mohl proudit náboj z jednoho do druhého. Tento tlak elektrického náboje se nazývá napětí, jehož potenciál se měří ve voltech.

zařízení v elektrickém obvodu

druhou složkou je zařízení. Reaguje na proud, který jím prochází. Dnes je zařízení něco, co lze zapojit do zásuvky a použít s elektřinou. Smyčka je obecně uzavřena pomocí kusu vodivého materiálu. Obvykle se jedná o drát, ale existují i jiné druhy materiálů, které mohou smyčku uzavřít. Například uvnitř televize jsou různé kovové pásy, které byly uloženy na plastový povrch, kterým může být vodivý materiál nebo dokonce v některých případech šasi zařízení, které se stává součástí uzavřeného okruhu.

odpor elektrického obvodu

třetí složkou je odpor; každý obvod má nějaký odpor vůči toku elektronů. Elektrony se srazí s jinými elektrony a atomy, které tvoří drát, a přeměňují tak část své energie na teplo. Jednoduše není možné přenášet energii z jedné formy do druhé, aniž byste ztratili část této energie jako teplo.

další informace o elektromagnetismu.

svítilna jako elektrický obvod

svítilna je jednoduché zařízení, které obsahuje všechny tři tyto komponenty. Zdrojem jsou dvě baterie v baterce.

žárovka na konci baterky je zařízení, do kterého proudí proud. Proud protéká velmi malým vláknem, které se díky elektrickému odporu zahřívá na velmi vysokou teplotu. Výsledkem je, že vlákno jasně svítí.

obvod je nakonec dokončen pásem kovu, který jde dolů po boční hlavni baterky. Na jednom konci baterky je také cívka drátu a na druhém konci jsou kontaktní body pro baterii i druhý pás drátu, který společně dokončují obvod.

spínače, pojistky a jističe

baterky a většina ostatních elektrických spotřebičů mají také spínač. Spínač je pouze zařízení, které pomáhá přerušit souvislou smyčku vodivého materiálu.

když je spínač otevřený, nedochází k žádnému toku proudu, ale když je spínač uzavřen, dochází k průtoku. V podstatě všechny obvody fungují takto. Dokonce i v obvodu zapojeném do zdi vašeho pokoje, existuje nepřetržitá smyčka drátu, která sahá od vašeho domova až k elektrárně.

pojistka nebo jistič se používá k prevenci velkých požárů způsobených přetížením. Pojistka je navržena tak, aby hořela, pokud je proud příliš vysoký.

další informace o prvním zákonu termodynamiky.

typy elektrických obvodů

existují dva typy obvodů nalezených v domácnostech a jiných běžných zařízeních; jmenovitě sériové obvody a paralelní obvody.

sériové obvody-sériové obvody se skládají z několika zařízení, z nichž každé je spojeno jeden po druhém v jediné velké smyčce. Ačkoli, různá zařízení mají různá napětí napříč nimi, stejný proud protéká každým zařízením v sériovém obvodu.

pokud je některý ze zařízení v sériovém obvodu přerušen, celý obvod selže. Například, pokud jsou v sérii připojeny tři žárovky, pouze v jedné smyčce drátu připojené k baterii. Pokud je jedna žárovka odšroubována, celý obvod selže.

paralelní obvody —v paralelních obvodech jsou různá zařízení uspořádána tak, že jeden zdroj dodává napětí do oddělených smyček drátu. Napětí v každém zařízení v obvodu je přesně stejné, ale obecně různá zařízení uvidí různé proudy. V tomto případě bude každé zařízení fungovat, i když ostatní selžou.

například, pokud jsou dvě žárovky spojeny paralelně a jedna je odšroubována, druhá bude fungovat. Moderní osvětlení vánočního stromku se provádí v paralelních obvodech, takže i když jedno světlo vyhoří, nemusí být celý pramen vyhozen.

Toto je přepis z video série radost vědy. Sledujte to nyní, na Wondrium.

systematizace vztahů mezi elektrickými obvody-Kirchhoffovy zákony

systematizované chování obvodů má v elektrotechnice nesmírný význam a je vysvětleno Kirchhoffovými zákony. První zákon uvádí: „energie produkovaná zdrojem se rovná energii spotřebované v obvodu, včetně tepla, které je ztraceno v důsledku odporu.“

druhý zákon říká: „proud proudící do jakékoli křižovatky se rovná součtu proudů proudících z této křižovatky.“To znamená, že proud jsou elektrony protékající dráty a počet elektronů proudících do křižovatky se rovná počtu elektronů proudících z této křižovatky.

další informace o entropii.

jsou různé formy elektrické energie v zásadě stejné?

Michael Faraday provedl pečlivé systematické průzkumy všech těchto různých druhů elektřiny. Byl schopen prokázat, že všechny tyto různé formy elektřiny produkovaly přesně stejný druh jevu a byly výsledkem pohybu elektronů.

Faraday dospěl k závěru, že všechny formy energie produkují jiskry, mohou protékat dráty a mohou být vyrobeny k práci. Jeho výzkum také poprvé ukázal, že zvířecí elektřina elektrického úhoře, elektřina pocházející z baterie a elektřina blesku byly všechny stejné jevy.

elektrický proud a výkon

tok nebo pohyb elektronů elektrickým obvodem se nazývá elektrický proud. Proud se měří v ampérech. Jeden ampér odpovídá asi 6 miliardám elektronů procházejících bodem v tomto obvodu každou sekundu.

dalším důležitým pojmem spojeným s elektřinou je energie. Síla je definována jako práce dělená časem. V elektrickém obvodu se výkon rovná proudovému napětí, měřeno ve wattech. Čím vyšší je příkon, tím rychlejší je energie spotřebovaná tímto objektem, ať už je to žárovka, zesilovač nebo jakékoli elektrické zařízení.

další informace o magnetismu a statické elektřině.

časté otázky týkající se příspěvků Alessandra volty a vynálezu baterie