Elektrotechnika 1 - UTEE

Elektrotechnika 1 9
1 Úvod do elektrotechniky
1.1 Cíle kapitoly
Kapitola si klade za cíl shrnout základní fyzikální jevy a zákony, na kterých je obor
elektrotechniky vystavěn. Bude vysvětleno, jak se projevuje elektricky nabitá hmota, jsou
zavedeny základní pojmy, veličiny a jednotky, které jsou užívány pro popis elektrického,
magnetického a elektromagnetického pole.
1.2 Elektrický náboj
Elektrotechnika se zabývá elektrickými, magnetickými a elektromagnetickými jevy,
jejichž příčinou je elektricky nabitá hmota, tj. hmota nesoucí kladný nebo záporný elektrický
náboj. Elektrický náboj patří mezi základní vlastnosti elementárních částic hmoty a jeho
množství označujeme jako q. Náboj nelze ani vytvořit ani zničit, platí zákon zachování
náboje. Z tohoto zákona také vyplývá, že velikost náboje je nezávislá např. na pohybu nabité
částice, na teplotě apod. Jak je známo z fyziky, každá hmota se skládá z molekul a molekuly
z atomů prvků. Atomy jsou složeny z jádra a elektronového obalu. Kromě elektricky
neutrálních neutronů je v jádře také určitý počet protonů, který určuje zařazení prvku do
periodické soustavy. Protonům připisujeme kladný elektrický náboj q=+e. Kolem jádra pak
obíhají elektrony se záporným elektrickým nábojem q=–e. Protože se náboje jádra a
elektronového obalu vzájemně vyrovnávají, jeví se atom navenek jako elektricky neutrální.
Elektrony je však možno působením vhodných sil z atomu uvolnit a použít jich jako volných
elektrických nábojů. Hmota elektricky neutrální tedy obsahuje stejný počet protonů a
elektronů. Hmota záporně nabitá má přebytek elektronů, hmota kladně nabitá má elektronů
méně než odpovídá neutrálnímu stavu. Zatímco záporný náboj je zpravidla tvořen elektrony,
kladný náboj je tvořen kladnými ionty, které vzniknou oddělením určitého počtu tzv.
valenčních elektronů. Jako příklad můžeme uvažovat model atomu uhlíku na Obr. 1.1.
elektricky neutrální atom uhlíku
kladný iont s nábojem q=+e
po oddělení 1 elektronu =>
12
q = ∑qi = + 6e
− 6e
= 0
q = ∑qi = + 6e
− 5e
= + e
i=
1
Obr. 1.1: Model atomu uhlíku
volný elektron –e
Jako celek je příroda elektricky neutrální. Tato představa vede k závěru, že každému
kladnému elektrickému náboji odpovídá na jiném místě stejně veliký záporný elektrický náboj
– tzv. korespondující náboje. Nejmenší elektrický náboj je náboj jednoho elektronu. Všechny
elektrické náboje, se kterými se setkáme, jsou pak dány celistvým násobkem tohoto tzv.
elementárního náboje. Jednotkou elektrického náboje je jeden coulomb [C], který je roven
6,24151.10 18 elementárních nábojů, resp. jeden elementární náboj je roven 1,602177.10 -19 C.
11
i=
1