Co je to elektřina, elektrické napětí, proud a proč svítí žárovka?

Co je to elektřina?

Elektřinu si můžeme představit jako vodovod. Máme dráty, které jsou izolované (jako trubka), a kterými proudí elektrony - maličké nabité částice (jako voda).

Elektrický proud

Elektrický proud potom říká, kolik částic dráty proudí, běží.

Elektrické napětí

Elektrické napětí si potom můžeme představit jako rozdíl množství elektronů ve dvou drátech. Ukazuje to, kolik elektronů při spojení konců drátů bude chtít přeběhnout z "méně plného" drátu do "plnějšího". Spojení můžeme realizovat třeba zapnutím vypínače světla. Dojde tím ke spojení dvou drátů s různým napětím a elektrony se začnou hrnout třeba skrz žárovku.

A to je celý vtip, proč je elektrické napětí tak často v kontextu elektřiny zmiňováno. Čím je větší, tím více práce může vykonat (při stejném elektrickém proudu, který poteče). Může tak pohánět vysavač, pračku, vlak...

Elektrické napětí názorně: když máte dvě trubky - jednu plnou vody a druhou prázdnou, které jsou odděleny ventilem (třeba vodovodním kohoutkem), druhé konce mají volné a ve větší výšce tak, že voda z plné trubky nevyteče. Jakmile teď kohoutek otevřete, začne proudit voda z plné trubky do té prázdné. Rozdíl množství vody, to by bylo jakési "vodní napětí". 

Elektrický obvod se žárovkou

Představme si běžný lustr. Na zdi vidíme jeho vypínač. Co ale nevidíme je to, že k vypínači vede několik drátů. Pro jednoduchost si představme, že od elektrárny vedou jen dva dráty. Jeden vede až k vypínači, kterým je ve vypnuté poloze přerušen a dále pokračuje na jeden konec žárovky v lustru. V žárovce je tenoulinké vlákno, které, když si prohlédnete novou žárovku, vypadá jako malé pérko. Jeden konec vlákna je spojen se zmiňovaným drátem. Druhý konec vlákna potom s druhým drátem, které vede kolem vypínače zase zpět do elektrárny, kde společně s prvním drátem mizí kdesi v elektrickém generátoru, kde se propojí.

Schema zapojení lustru

Elektrárna dělá to, že udržuje mezi oběma dráty elektrické napětí, tedy jakýsi rozdíl počtu elektronů, jak jsme si říkali výše. Dělá to tak, že pomocí generátoru jakoby "strká" elektrony z druhého drátu do prvního.

Při vypnutém vypínači tak na žárovce pomocí tzv. voltmetru naměříme elektrické napětí.

Jakmile vypínač sepneme, začnou elektrony proudit z prvního drátu přes žárovku do druhého. Protože je ale vlákno žárovky velmi úzké, elektrony se v něm začnou o sebe třít a vznikne tak teplo a světlo. (bohužel tepla vznikne mnohem více, pro se dnes prosazují zářivky a úsporné žárovky, které fungují trošku složitěji).

Příměr s vodovodem

Když se vrátíme k příměru s vodovodem, můžeme si žárovku představit jako vodní mlýnek. Vypínač potom bude vodovodní kohoutek, oddělující prázdnou a plnou trubku.  Do elektrárny v našem příměru tedy vedou také dvě trubky - prázdná a plná. Generátor si pak můžeme představit jako obyčejné čerpadlo, které čerpá vodu z prázdné trubky do plné (ano, paradoxně z prázdné - snaží se totiž udržet maximální "vodní napětí", tedy maximální rozdíl vody mezi trubkami).

Když je kohoutek zavřený, skrz mlýnek neteče voda a mlýnek se netočí. Jakmile kohoutek otevřeme, začne se hrnout voda z plné trubky do prázdné (dojde tím k poklesu "vodního napětí", protože se sníží rozdíl množství vody v obou trubkách). Voda proudí skrz mlýnek, který se otáčí a původně prázdnou trubkou do elektrárny (teď už snad chápete, proč elektrárna čerpá vodu z původně prázdné trubky do původně plné - kompenzuje totiž úbytky "vodního napětí"). 

A takto se tam v potrubí voda točí a otáčí mlýnkem, než zase kohoutek zavřeme.

Odkazy

Elektrický proud, Elektrické napětí, velmi pěkný článek na OSEL.cz - Jak to ty elektrony dělají?