Co je to elektrický proud: základy

Učebnice elektrického proudu obsahuje:
Co je to elektrický proud Jednotka proudu – ampér Střídavý proud & Stejnosměrný proud

Elektrický proud je jedním z nejzákladnějších pojmů, které existují v rámci elektrotechniky a elektroniky – elektrický proud je jádrem vědy o elektřině.

Ať už se jedná o elektrický ohřívač, rozsáhlý systém elektrické sítě, mobilní telefon, počítač, vzdálený senzorový uzel nebo cokoli jiného, pojem elektrického proudu je pro jeho fungování stěžejní.

Proud jako takový však není běžně vidět, i když jeho účinky můžeme vidět, slyšet a cítit neustále, a v důsledku toho je někdy obtížné získat představu o tom, co to vlastně je.

Definice elektrického proudu

Velikost elektrického proudu se měří v coulombech za sekundu, přičemž běžnou jednotkou je ampér nebo ampér, který se označuje písmenem „A“.

Ampér neboli ampér se hojně používá v elektrotechnice a elektronice spolu s násobiči, jako je miliampér (0,001 A), mikroampér (0,000001 A) a podobně.

Průtok proudu v obvodu se obvykle označuje písmenem „I“ a toto písmeno se používá v rovnicích, jako je Ohmův zákon, kde V=I⋅R.

Co je to elektrický proud: základy

Základní pojem proudu je, že jde o pohyb elektronů v látce. Elektrony jsou nepatrné částice, které existují jako součást molekulární struktury látek. Někdy jsou tyto elektrony v molekulách drženy pevně, jindy jsou drženy volně a mohou se po struktuře relativně volně pohybovat.

Jedním z velmi důležitých bodů, který je třeba si o elektronech uvědomit, je to, že jsou to nabité částice – nesou záporný náboj. Pokud se pohybují, pak se pohybuje určité množství náboje a to se nazývá proud.

Je třeba také poznamenat, že počet elektronů, které jsou schopny pohybu, řídí schopnost určité látky vést elektrický proud. Některé materiály umožňují pohyb proudu lépe než jiné.

Pohyb volných elektronů je obvykle velmi nahodilý – je náhodný – v jednom směru se pohybuje tolik elektronů jako v jiném a v důsledku toho nedochází k celkovému pohybu náboje.

Působí-li na elektrony síla, která je pohybuje určitým směrem, pak se všechny unášejí stejným směrem, i když stále poněkud nahodile, ale dochází k celkovému pohybu jedním směrem.

Síla, která působí na elektrony, se nazývá a elektromotorická síla neboli EMF a její veličinou je napětí měřené ve voltech.

Abychom trochu lépe pochopili, co je to proud a jak působí ve vodiči, můžeme jej přirovnat k proudění vody v potrubí. Toto přirovnání má svá omezení, ale slouží jako velmi základní ilustrace proudu a jeho toku.

Proud lze považovat za něco podobného jako vodu protékající potrubím. Když je na jeden konec vyvíjen tlak, nutí to vodu pohybovat se jedním směrem a protékat potrubím. Velikost průtoku vody je úměrná tlaku vyvíjenému na daný konec. Tlak nebo sílu vyvíjenou na konec lze přirovnat k elektromotorické síle.

Pokud je na potrubí vyvíjen tlak nebo je vodě umožněn průtok v důsledku otevření kohoutku, pak voda teče prakticky okamžitě. Totéž platí pro elektrický proud.

Pro získání představy o toku elektronů je třeba 6,24 miliard, miliard elektronů za sekundu, aby protekl proud o velikosti jednoho ampéru.

Konvenční proud a tok elektronů

Často dochází k mnoha nedorozuměním ohledně konvenčního toku proudu a toku elektronů. Zpočátku to může být trochu matoucí, ale ve skutečnosti je to docela jednoduché.

Částice, které přenášejí náboj podél vodičů, jsou volné elektrony. Směr elektrického pole v obvodu je podle definice směr, kterým se tlačí kladné zkušební náboje. Tyto záporně nabité elektrony se tedy pohybují ve směru opačném, než je směr elektrického pole.

To vzniklo proto, že původní výzkumy statických a dynamických elektrických proudů byly založeny na tom, co bychom dnes nazvali nosiči kladného náboje. To znamenalo, že tehdejší raná konvence pro směr elektrického proudu byla stanovena jako směr, kterým se budou pohybovat kladné náboje. Tato konvence zůstala a používá se dodnes.

Shrnutí:

• Konvenční tok proudu: Konvenční tok proudu je od kladného k zápornému pólu a označuje směr, kterým by se pohybovaly kladné náboje.
• Tok elektronů: Tok elektronů je veden od záporného ke kladnému pólu. Elektrony jsou záporně nabité, a proto jsou přitahovány ke kladné svorce, jako se přitahují nepodobné náboje.

Toto je konvence, která se dodnes celosvětově používá, i když se může zdát trochu zvláštní a zastaralá.

Rychlost pohybu elektronů nebo náboje

Rychlost přenosu elektrického proudu je velmi odlišná od rychlosti skutečného pohybu elektronů. Samotný elektron se ve vodiči odráží a případně postupuje podél vodiče rychlostí pouze několika milimetrů za sekundu. To znamená, že v případě střídavého proudu, kdy proud mění směr 50 nebo 60krát za sekundu, se většina elektronů z vodiče nikdy nedostane ven.

Vezměme si jiný příklad: v blízkém vakuu uvnitř katodové trubice se elektrony pohybují v téměř přímých liniích rychlostí přibližně desetiny rychlosti světla.

Působení proudu

Při průchodu elektrického proudu vodičem existuje řada příznaků, které vypovídají o tom, že protéká proud.

• Odvádí se teplo: Pravděpodobně nejzřetelnější je, že vzniká teplo. Pokud je proud malý, pak množství vznikajícího tepla bude pravděpodobně velmi malé a nemusí být patrné. Pokud je však proud větší, pak je možné, že vzniká znatelné množství tepla. Elektrický oheň je názorným příkladem toho, jak proud způsobuje vznik tepla. Skutečné množství tepla se řídí nejen proudem, ale také napětím a odporem vodiče.
• Magnetický jev: Dalším efektem, který lze zaznamenat, je vytvoření magnetického pole kolem vodiče. Pokud ve vodiči teče proud, pak je možné ho zjistit. Přiložením kompasu do blízkosti vodiče, kterým protéká přiměřeně velký stejnosměrný proud, lze pozorovat vychýlení ručičky kompasu. Všimněte si, že tento postup nebude fungovat u elektrické sítě, protože pole se střídá příliš rychle na to, aby jehla mohla reagovat, a dva vodiče (živý a nulový) blízko sebe v jednom kabelu pole vyruší.
  Magnetické pole generované proudem se dobře využívá v řadě oblastí. Navinutím drátu do cívky lze účinek zvýšit a vyrobit elektromagnet. Tento jev využívají relé a řada dalších předmětů. Také reproduktory využívají měnící se proud v cívce k vyvolání vibrací v membráně, které umožňují převést elektronické proudy na zvuky.

Jak měřit proud

Jedním z důležitých aspektů proudu je znalost velikosti proudu, který může protékat ve vodiči. Protože elektrický proud je tak klíčovým faktorem v elektrických a elektronických obvodech, je velmi důležité vědět, jaký proud protéká.

Existuje mnoho různých způsobů, jak měřit proud. Jedním z nejjednodušších je použití multimetru.

Přestože existují i jiné metody měření proudu, tato je nejběžnější.

Proud je jedním z nejdůležitějších a základních prvků v rámci elektrotechniky a elektroniky. Proud tekoucí v obvodu lze využít různými způsoby, od generování tepla po způsobení spínání obvodů nebo ukládání informací v integrovaném obvodu.

Další základní pojmy elektroniky:
Napětí Proud Výkon Odpor Kapacita Indukčnost Transformátory Decibel, dB Kirchoffovy zákony Q, činitel jakosti VF šum
Zpět na nabídku Základní pojmy elektroniky . . .