Elektrický obvod: definícia, typy (AC a DC) a základné pojmy
Elektrický obvod: jasná definícia, rozdiely AC vs DC, základné pojmy, záťaže a meniče — pre študentov, technikov a domácich majstrov.
Elektrický obvod je uzavretá alebo čiastočne uzavretá cesta, ktorou môže pretekať elektrický prúd. V makroskopickom zmysle sa hovorí, že obvodom putujú elektróny poháňané rozdielom potenciálov medzi pólmi zdroja napätia alebo zdroja prúdu. V praxi rozlišujeme dva smery „prúdenia“: reálny pohyb voľných elektrónov (od záporného pólu k kladnému) a konvenčný smer prúdu (od kladného k zápornému pólu).
Zdroje, póly a uzemnenie
Za zdroj v obvode považujeme prvok, ktorý dodáva energiu (batéria, akumulátor, generátor, napájací zdroj). Každý zdroj má póly (terminály): záporný a kladný. Bod, do ktorého sa elektróny vracajú alebo ktorý slúži ako referenčný potenciál, sa často označuje ako návrat alebo uzemnenie. Uzemnenie je v elektrických inštaláciách bezpečnostný referenčný bod, ktorý zabraňuje nebezpečným napätiam medzi zariadeniami a okolím.
Záťaž obvodu
Časť obvodu medzi východiskovým bodom prúdu zo zdroja a bodom, kde sa prúd vracia, sa nazýva záťaž. Záťaž premení elektrickú energiu na inú formu energie (teplo, svetlo, mechanickú prácu a pod.). Záťaž môže byť veľmi jednoduchá alebo veľmi zložitá — od komponentov v domáce spotrebiče, ako sú chladničky, televízory či lampy, až po veľké turbíny a generátory na výstupe vodnej elektrárne.
Zložky elektrického obvodu
- Vodivé spojenie (káble, vodiče) – poskytujú cestu pre prúd.
- Zdroj napätia alebo prúdu (batéria, akumulátor, generátor, napájací zdroj).
- Pasívne prvky – odpor (rezistor), kondenzátor, cievka (induktor).
- Aktívne prvky – tranzistory, operačné zosilňovače, integrované obvody.
- Ochranné prvky – poistky, ističe, prepäťové ochrany.
- Riadiace prvky – spínače, relé, meniče a regulátory.
Typy prúdu: striedavý prúd (AC) a jednosmerný prúd (DC)
Obvody bežne používajú dve formy elektrického prúdu. Striedavý prúd (AC) mení svoju veľkosť a smer s časom (napätie a prúd sú obvykle sínusoidálne) a často poháňa spotrebiče a motory; vyrába sa v elektrárňach a prenáša sa po sieti. Jednosmerný prúd (DC) má konštantný smer a je bežný v batériách, elektronických obvodoch a v dopravných prostriedkoch poháňaných akumulátormi.
Meniče a usmerňovače umožňujú prechod medzi AC a DC: usmerňovače (rectifiers) premieňajú AC na DC, invertory (inverters) z DC na AC. Vysokonapäťový prenos jednosmerného prúdu (HVDC) využíva veľké meniče a je výhodný pri prenose energie na dlhé vzdialenosti s nižšími stratami pri určitých podmienkach.
Jednoduché príklady použitia: DC napája vozidlá poháňané batériami a rôznu elektroniku, zatiaľ čo AC napája domáce rozvody a priemyselné motory.
Základné zákony a veličiny
- Napätie (V) – rozdiel elektrických potenciálov medzi dvoma bodmi (volt).
- Prúd (A) – množstvo náboja pretečeného za jednotku času (ampér).
- Odpor (Ω) – vlastnosť prvku obmedzovať prietok prúdu (ohm).
- Ohmov zákon – V = I · R (napätie = prúd × odpor).
- Kirchhoffove zákony – zákon o uzloch (súčet prúdov v uzle = 0) a zákon o napätiach v uzavretom obvode (súčet napätí = 0).
Zapojenia obvodov
Dva základné spôsoby zapojenia sú:
- Sériové zapojenie – prvky sú zapojené za sebou; prúd je rovnaký cez všetky prvky, napätie sa rozdeľuje.
- Paralelné zapojenie – prvky sú zapojené vedľa seba; napätie je rovnaké na všetkých vetvách, prúd sa rozdeľuje podľa odporov.
Meranie, ochrana a bezpečnosť
Pri práci s obvodmi používame prístroje ako multimeter (meranie napätia, prúdu, odporu) alebo osciloskop (sledovanie priebehov signálov v čase). Bezpečnostné pravidlá zahŕňajú:
- používanie správneho náradia a osobných ochranných prostriedkov,
- nastavenie poistiek a ističov podľa zaťaženia,
- správne uzemnenie zariadení,
- odpojenie napájania pred zásahom do obvodu a overenie napätia pred manipuláciou.
Elektrické obvody sú základom väčšiny technických systémov — od jednoduchých svietidiel po zložité elektrárne a elektronické zariadenia. Pochopenie ich princípov (zdroj, vodiče, záťaž, zákony a ochrana) umožňuje bezpečné a efektívne navrhovanie, prevádzku a údržbu elektrických systémov.
Elektronický obvod
Elektronické obvody zvyčajne používajú zdroje jednosmerného prúdu. Záťaž elektronického obvodu môže byť taká jednoduchá, ako je niekoľko rezistorov, kondenzátorov a lampa, ktoré sú navzájom spojené na vytvorenie blesku vo fotoaparáte. Alebo môže byť elektronický obvod zložitý, spájajúci tisíce rezistorov, kondenzátorov a tranzistorov. Môže to byť integrovaný obvod, napríklad mikroprocesor v počítači.
Rezistory a iné prvky obvodu môžu byť zapojené sériovo alebo paralelne. Odpor v sériových obvodoch je súčet odporov.
Experimentálny elektronický obvod
Obvod a schéma zapojenia
Schéma zapojenia je vizuálne zobrazenie elektrického obvodu. Elektrické a elektronické obvody môžu byť komplikované. Vyhotovenie nákresu zapojenia všetkých súčiastok v záťaži obvodu uľahčuje pochopenie spôsobu zapojenia súčiastok obvodu. Výkresy elektronických obvodov sa nazývajú "schémy zapojenia". Výkresy pre elektrické obvody sa nazývajú "schémy zapojenia". Podobne ako iné schémy, aj tieto schémy zvyčajne kreslia kresliči a potom sa vytlačia. Diagramy sa môžu vytvárať aj digitálne pomocou špecializovaného softvéru.
Schéma je schéma elektrického obvodu. Schémy sú grafickým znázornením základných zapojení v obvode, ale nie sú realistickým zobrazením obvodu. Schémy používajú symboly na znázornenie súčiastok v obvode. V schéme sa používajú konvencie na znázornenie spôsobu toku elektrickej energie. Bežná konvencia, ktorú používame, je od kladného po záporný pól. Realistický spôsob toku elektriny je od zápornej ku kladnej svorke.
schémy zapojenia používajú špeciálne symboly, ktoré pozná každý, kto používa výkresy. Symboly na výkresoch ukazujú, ako sú navzájom prepojené komponenty, ako sú rezistory, kondenzátory, izolátory, motory, zásuvky, svetlá, spínače a iné elektrické a elektronické komponenty. Schémy sú veľkou pomocou, keď sa pracovníci snažia zistiť, prečo obvod nefunguje správne.
Obvodové ističe
Prúd tečúci v elektrickom alebo elektronickom obvode sa môže náhle zvýšiť pri poruche súčiastky. To môže spôsobiť vážne poškodenie ostatných komponentov v obvode alebo nebezpečenstvo požiaru. Na ochranu pred takýmto javom možno do obvodu zapojiť poistku alebo zariadenie nazývané "istič". Istič otvorí alebo "preruší" obvod, keď sa prúd v danom obvode stane príliš vysokým, alebo sa "vyhodí" poistka. Tým sa zabezpečí ochrana.
Zariadenia s poruchou uzemnenia (G.F.I.)
Štandardnou spätnou väzbou pre elektrické a elektronické obvody je zem. Pri poruche elektrického alebo elektronického zariadenia môže dôjsť k otvoreniu spätného obvodu k uzemneniu. Používateľ zariadenia by sa mohol stať súčasťou elektrického obvodu zariadenia tým, že poskytne spätnú cestu pre elektróny cez telo používateľa namiesto uzemnenia obvodu. Keď sa naše telo stane súčasťou elektrického obvodu, používateľ môže byť vážne zasiahnutý alebo dokonca usmrtený elektrickým prúdom.
Aby sa zabránilo nebezpečenstvu úrazu elektrickým prúdom a možnosti úrazu elektrickým prúdom, zariadenia na prerušenie zemného spojenia zisťujú otvorené obvody so zemou v pripojených elektrických alebo elektronických zariadeniach. Keď sa zistí otvorený obvod so zemou, zariadenie G.F.I. okamžite otvorí zdroj napätia do zariadenia. Zariadenia G.F.I. sú podobné ističom, ale sú navrhnuté na ochranu ľudí, a nie súčastí obvodu.
Skraty
Skraty sú obvody, ktoré sa vrátia späť do zdroja energie nevyužité alebo s rovnakým výkonom, aký bol vyslaný. Pri ich používaní sa zvyčajne vyhodí poistka, ale niekedy sa tak nestane. Ak to urobíte s batériou, môže to spôsobiť elektrický požiar.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to obvod?
Odpoveď: Obvod je uzavretá dráha, ktorá sa skladá z obvodových súčiastok, v ktorej môžu prúdiť elektróny zo zdroja napätia alebo prúdu.
Otázka: Aké sú dva typy obvodov?
A: Elektrické obvody a elektronické obvody. Elektrické obvody pozostávajú z elektrických súčiastok, ako sú rezistory, kondenzátory a induktory, zatiaľ čo elektronické obvody pozostávajú z elektronických súčiastok, ako sú diódy a tranzistory.
Otázka: Ako sa nazýva bod, v ktorom elektróny vstupujú do elektrického obvodu?
Odpoveď: Bod, v ktorom elektróny vstupujú do elektrického obvodu, sa nazýva "zdroj" elektrónov.
Otázka: Ako sa nazýva bod, v ktorom elektróny opúšťajú elektrický obvod?
Odpoveď: Bod, v ktorom elektróny opúšťajú elektrický obvod, sa nazýva "spätná väzba" alebo "uzemnenie".
Otázka: Ktorá časť elektrického obvodu leží medzi jeho počiatočným bodom a návratom k zdroju?
Odpoveď: Časť elektrického obvodu, ktorá sa nachádza medzi východiskovým bodom elektrónov a bodom, kde sa vracajú k zdroju, sa nazýva "záťaž" elektrického obvodu.
Otázka: Aké dve formy elektriny sa používajú v elektrických obvodoch?
Odpoveď: V elektrických obvodoch sa používajú dve formy elektriny - striedavý prúd (AC) a jednosmerný prúd (DC). Striedavý prúd často napája veľké spotrebiče a motory a jednosmerný prúd napája vozidlá poháňané batériami a iné stroje a elektroniku.
Otázka: Ako možno premeniť striedavý prúd na jednosmerný alebo naopak?
A Meniče môžu meniť striedavý prúd na jednosmerný a naopak. Pri vysokonapäťovom prenose jednosmerného prúdu sa používajú veľké meniče.
Prehľadať