Elektrotechnika

Vše kolem elektrotechniky elektroinstalace atd.

Zjednodušeně lze jistě říci, že Elektrotechnika je obor lidské činnosti zabývající se technickým využitím elektrické energie. Jedná se o velmi široký a zajímavý obor, skládající se z mnoha různých odvětví.

V zásadě lze rozdělit elektrotechniku podle velikosti energie, se kterou se pracuje, na slaboproud a na silnoproud. Do oblasti slaboproudu pak patří výpočetní technika, telekomunikační technika, bezdrátový přenos informací, automatizace a regulace, elektroakustika, televizní technika, apod. Silnoproud to je pak výroba, přenos a využití elektrické energie. Patří sem problematika domovních rozvodů elektrické energie, osvětlovací technika, elektrické stroje (motory, generátory, transformátory). S tímto tématem úzce souvisí otázka bezpečnosti práce, ochrany zdraví, prevence požárů atd. Tyto obory často nelze zcela striktně oddělit, protože se mnohde prolínají a navazují na sebe.

Samostatným podoborem elektrotechniky je elektrotechnologie. Zabývá se materiály pro elektrotechnickou výrobu a výrobními postupy v tomto oboru. Má úzké vazby na chemii a fyziku.

ELEKTRO

Pro pochopení tohoto oboru se musíme nejprve seznámit definicemi základních elektrotechnických veličin a s jejich jednotkami: elektrický proud, náboj, napětí, proudová hustota, intenzita elektrického pole. Jejich uvedení zde by přesáhlo rozsah tohoto článku. Ten samozřejmě nemůže sloužit jako kompletní učebnice elektrotechniky. Kladu v něm důraz hlavně na to, co ve většině učebnic nenajdete v takto stručné podobě.

Pochopitelně musíme znát Ohmův zákon R = U/I a Kirchhoffovy zákony. Součet proudů do uzlu vstupující se rovná součtu proudů z uzlu vystupující. I = I₁ + I₂ (bod A v obr. níže). Součet napětí v uzavřené smyčce je rovný 0. U = U₁ + U₂ (Napětí na zdroji se rovná součtu napětí na spotřebičích, které jsou zapojeny s ním v sérii), viz obrázek níže. V slaboproudé technice je výhodnější často dosazovat napětí ve voltech, proud v miliampérech a odpor v kiloohmech.

Odpor vodiče je přímo úměrný jeho délce, nepřímo úměrný jeho průřezu. Vlastnosti materiálu popisuje veličina měrný odpor ρ (rezistivita), která se číselně rovná odporu vodiče 1 m dlouhého o průřezu 1 mm². R = ρ.l/S (Ω, Ω . mm² /m, m, mm²)

Nejlepšími vodiči jsou stříbro, měď a hliník. Nejpoužívanější je měď. Stříbro je příliš drahé. Hliník je sice levnější než měď, snadno se ale láme, vlivem tlaku se deformuje (uvolnění kontaktů na svorkovnicích a velmi těžko se pájí). Zlato se používá k povrchové úpravě kvalitních konektorů.

Příliš malý průměr vodiče ve srovnání s protékajícím proudem není vhodný. Vzniká na něm velký úbytek napětí, vodič se zahřívá a může se přepálit.

Výkon elektrického proudu vypočítáme podle Joule-Lencova zákona P = U.I. Když za U nebo za I dosadíme z Ohmova zákona, získáme vztahy: P = U²/R a P = R.I²

Dále je potřeba znát vzorce pro sériové R = R₁ + R₂ a paralelní R = R₁R₂/(R₁+R₂) řazení odporů. Zvlášť paralelní řazení rezistorů se velmi často používá. Chceme-li změnit hodnotu nějakého rezistoru, je pohodlnější k němu paralelně připojit jiný než obvod rozpojovat a zapojit další rezistor s ním do série. Zvláště u bezvývodových součástek SMD je paralelní řazení rezistorů velmi snadné a estetické. Výše uvedený vztah platí pouze pro 2 odpory zapojené paralelně. Pro jejich větší počet bychom museli použít vztah

1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃…

 

STŘÍDAVÝ PROUD

Střídavý proud je elektrický proud, jehož velikost i směr se s časem mění. Pokud má tato změna periodický charakter, označujeme tento průběh periodický, periodu značíme T.

Dále určujeme frekvenci, která udává počet kmitů za jednu sekundu. Jednotkou frekvence je herz (Hz = s^-1). Platí vztah f = 1/T.

Příklad: Kmitočet sítě má frekvenci 50 Hz. Určete jeho periodu T = 1/50 s = 20 ms.

Periodické průběhy graficky znázorníme tak, že na osu x nanášíme čas t a na osu y okamžité hodnoty proudu nebo napětí.

Nejdůležitějším údajem u střídavého proudu a napětí je jeho EFEKTIVNÍ HODNOTA. Jedná se o velikost ekvivalentního stejnosměrného proudu (napětí), který dodává do stejné odporové zátěže stejný tepelný výkon. Mezi efektivní a maximální hodnotou střídavého napětí a proudu platí vztahy:

Efektivní hodnota střídavého proudu a napětí je hodnotou nejdůležitější a základní. Ukazují ji téměř všechny měřící přístroje. Označujeme ji obvykle velkým písmenem bez indexu (U, I). Hovoříme-li o střídavém napětí a proudu, máme automaticky na mysli jeho efektivní hodnotu. (Napětí U = 230 V v síti udává efektivní hodnotu tohoto napětí).