Elektrický obvod

Elektrický obvod

Běžný elektrický obvod obsahuje tyto základní prvky:[1]

• elektrický zdroj - mění vstupní energii (např. chemickou v případě galvanického článku nebo pohybovou v případě generátoru) na energii elektrickou
• elektrický přístroj - slouží ovládání obvodu (např. vypínač) nebo jeho ochraně před poruchovými stavy (např. pojistka)
• elektrické vedení - slouží k přenosu elektrické energie od zdroje k spotřebiči, tvořeno dvěma či více vodiči navzájem oddělenými izolantem
• elektrický spotřebič - mění elektrickou energii na energii výstupní (např. světelnou v případě žárovky či LED diody nebo pohybovou v případě motoru)

Typickým příkladem jednoduchého elektrického obvodu může být baterie (elektrický zdroj), 2 dráty (vodiče), tlačítko (vypínač) a žárovka (spotřebič). Ve většině případů je situace mnohem komplikovanější, protože běžný spotřebič se může skládat z desítek, stovek nebo tisíců součástek, z nichž mnohé mohou uvnitř realizovat komplikovaná zapojení skládající se ze stovek, tisíců nebo i milionů prvků. Elektrický obvod rovněž často obsahuje více zdrojů (např. bateriové spotřebiče připojitelné na síť) a více vypínačů pro odpojování a přepojování různých funkčních celků.

Obvod

Elektrický výkon: ${\displaystyle P=U\cdot I}$

Ohmův zákon: ${\displaystyle R={\frac {U}{I}}}$, alternativní tvary: ${\displaystyle U=R\cdot I;I={\frac {U}{R}}}$[2]

• Odpor součásti obvodu je roven podílu napětí na daném prvku a proudu, který skrze něj protéká.
  • Vodič, nebo např. sepnutý vypínač, má (hypoteticky) nulový odpor, nevzniká na něm tedy žádný úbytek napětí ani ztrátový výkon
  • Izolant, nebo např. rozepnutý vypínač má (hypoteticky) nekonečný odpor, neprotéká jím tedy žádný proud ani nevzniká ztrátový výkon
  • Odporovým spotřebiče (např. elektrické topení) prochází proud, přičemž se na něm vytváří úbytek napětí a mění elektrickou energii na jiný typ (tepelnou)

Kirchhoffovy zákony:

• 1. Součet všech proudů vstupujících do uzlu nebo součástky je roven součtu všech proudů vystupujících z uzlu nebo součástky (tj. proud se nikde nehromadí). Orientovaný součet proudů kolem uzlu je nulový. ${\displaystyle \sum _{k=1}^{n}I_{k}=0}$
• 2. Orientovaný součet všech napětí ve smyčce je nulový. ${\displaystyle \sum _{k=1}^{n}U_{k}=0}$
• Z Kirchhoffových zákonů vyplývají zákonitosti pro řazení prvků v obvodu:
  • V případě sériového zapojení protéká všemi prvky stejný proud a součet úbytků napětí na spotřebičích se rovná napětí zdroje
  • V případě paralelního zapojení je na všech prvcích stejné napětí a součet proudů tekoucích do spotřebičů se rovná proudu odebíranému ze zdroje

Theveninova věta: Jakékoli propojení zdrojů a rezistorů s dvěma vývody je elektricky ekvivalentní ideálnímu napěťovému zdroji zapojenému sériově s jediným rezistorem.

Nortonova věta: Jakékoli propojení zdrojů a rezistorů s dvěma vývody je elektricky ekvivalentní ideálnímu proudovému zdroji zapojenému paralelně s jediným rezistorem.

Základní schématické značky

Pro zakreslení elektrického obvodu slouží schémata, ve kterých má každá část, tzn. každý elektrotechnický prvek, svou značku, např.:

• elektrický zdroj
• baterie
• vodiče
• spínač
• tlačítko
• žárovka
• dioda
• tranzistor
• kondenzátor
• ampérmetr
• tyristor
• LED
• rezistor