Zvuková technika a elektroakustika (zvuková technika + elektrotechnika)

1.4

Účinky elektrického proudu, výkon, příkon

Při protékání elektrického proudu spotřebičem se elektrická energie přeměňuje v jinou energii (např. tepelnou, světelnou, mechanickou apod.). Elektrický proud tedy koná elektrickou práci (W), která se udává ve watthodinách (Wh) a je definována podle vzorce (4):

W = U \cdot Q [W s]

kde W je elektrická práce, U je elektrické napětí a Q je elektrický náboj.

Dosazením vzorce (1) dostaneme vzorec (5):

W = U \cdot I \cdot t [W s]

kde I je elektrický proud a t je čas.

Poznámka

Elektrická práce, udávaná zpravidla v jednotce J (joule), je dle vztahu (5) součinem elektrického napětí (ve voltech), elektrického proudu (v ampérech) a času v sekundách. Jako jednotku elektrické práce tedy můžeme uvádět rovněž VAs (voltampérsekunda) nebo Ws (wattsekunda).

Příklad

Vypočítejte spotřebu elektrického spotřebiče připojeného na napětí 220 V s odběrem 10 A, který byl v provozu po dobu 5 hodin.

Zobrazit řešení

Skrýt řešení

Řešení

W = U \cdot I \cdot t = 220 \cdot 10 \cdot 5 = 11 k W h

Elektrický příkon (P) je elektrickým výkonem proudu, který obvod či spotřebič potřebuje ke své činnosti, tedy práce vykonaná za jednotku času. Udává se v jednotkách wattů (W) a lze ho spočítat pomocí vzorce (6):

P = \frac{W}{t} = \frac{U \cdot I \cdot t}{t} = U \cdot I [W]

kde P je elektrický příkon, W je elektrická práce, t je čas, U je elektrické napětí a I je elektrický proud.

S rostoucím výkonem se zvyšuje také množství elektrické energie, které se přeměňuje na teplo. Je důležité zabezpečit dostatečné chlazení elektrických komponent. K odvádění tepla slouží zejména chladiče s hliníkovými žebry. Ty mají velkou plochu a tím usnadňují předávání tepla do okolí.

Při protékání střídavého proudu kondenzátorem se fázově zpožďuje napěťová složka oproti proudové o hodnotu

\frac{π}{2}

. Při protékání střídavého proudu cívkou se fázově zpožďuje proudová složka oproti napěťové o hodnotu

\frac{π}{2}

. Při analýze elektrických obvodů se střídavým proudem se využívá fázorový diagram, do kterého se daná zpoždění zakreslují, viz obr. 13.

13. Příklad aplikace fázorového diagramu na zadaný obvod. V kondenzátoru je díky sériovému zapojení napětí stejné a proud předbíhá napětí o úhel 90° ().

Obr. 13. Příklad aplikace fázorového diagramu na zadaný obvod. V kondenzátoru je díky sériovému zapojení napětí stejné a proud předbíhá napětí o úhel 90° (

\frac{π}{2}

Výkon střídavého proudu je díky fázovému posuvu mezi napětím a proudem menší než výkon stejnosměrného proudu stejného napětí a intenzity. Výkon vypočtený vzorcem (6) je tedy zdánlivý (7) s jednotkou voltampér (VA):

P_{S} = U \cdot I [V A]

kde

P_{S}

je zdánlivý výkon, U je napětí, a I je proud.

S rostoucí velikostí fázového posuvu se snižuje skutečný výkon střídavého proudu. Zdánlivý výkon se proto násobí činitelem závislým na velikosti fázového posuvu – účiníkem. Udává účinnost přenosu elektrické energie. Jedná se o činný výkon (8) s jednotkou watt (W):

P = U \cdot I \cdot \cos φ [V A]

kde

φ

je fázový posuv.

Určitá část výkonu se využívá k tvorbě elektrické energie v kondenzátorech a magnetické energie v cívkách. Tato část výkonu se nazývá jalový výkon (9) s jednotkou voltampér reaktanční (var):

Q = U \cdot I \cdot \sin φ [V A r]

Spojení všech druhů výkonů pro střídavý proud udává vztah (10):

S = \sqrt{P^{2} + Q^{2}}