Elektrické napätie a zdroje

Tužkový článok má 1,5 V, batéria mobilu 3,7 V, autobatéria 12 V a zásuvka 230 V. Na powerbanke je navyše „37 Wh“. Ako tie čísla spolu súvisia a čo presne hovorí volt? Odpoveď je jeden vzorec.

Čo je napätie

Zdroj „tlačí“ náboj obvodom a koná pritom prácu. Elektrické napätie $U$ medzi dvoma bodmi je práca $W$ , ktorú elektrické pole vykoná pri prenesení náboja $Q$ , delená týmto nábojom:

U = \frac{W}{Q}

W = U \cdot Q

Jednotka je volt (V): $1\,\mathrm{V} = 1\,\mathrm{J/C}$ . Napätie je vždy medzi dvoma bodmi — „napätie v bode“ nedáva zmysel.

Autobatéria 12 V prenesie náboj 5 C. Prácu vypočítaš $W = U \cdot Q = 12\,\mathrm{V} \cdot 5\,\mathrm{C} =$ $60\,\mathrm{J}$ .

Powerbanka má článok 3,7 V a náboj 10 000 mAh = 36 000 C:

$W = U \cdot Q = 3{,}7\,\mathrm{V} \cdot 36\,000\,\mathrm{C} = 133\,200\,\mathrm{J}$
V watthodinách: $133\,200 : 3\,600 =$ $37\,\mathrm{Wh}$ — presne to býva na štítku.

Zdroje okolo teba

Zdroj	Napätie
tužkový článok AA	1,5 V
alkalická batéria 9 V	9 V (vnútri 6 článkov po 1,5 V)
Li-ion článok (mobil, powerbanka)	3,7 V menovite, nabitý asi 4,2 V
USB nabíjačka	5 V
autobatéria	12 V (6 olovených článkov po 2 V)
zásuvka v byte	230 V striedavé
batéria elektromobilu	stovky voltov

Články za sebou napätia sčítajú — to poznáš zo ZŠ. Preto sú v batérii elektromobilu články zapojené do sérií po sto a viac kusov za sebou.

Jednosmerné a striedavé

Jednosmerné napätie (značka ⎓ alebo DC) má stále + a − pól: batérie, výstup nabíjačky, akumulátor auta. Striedavé napätie (značka ~ alebo AC) periodicky mení smer — v sieti sa celý cyklus (+ → − → +) zopakuje 50-krát za sekundu, teda 50 Hz (smer sa zmení 100-krát za sekundu). Údaj 230 V je jeho efektívna hodnota; čo to znamená, prídeš na to v celku o striedavom prúde.

Nabíjačka mobilu robí presne prechod medzi nimi: zo zásuvky berie striedavých 230 V a dáva jednosmerných 5 V.

Voltmeter a značky

Voltmeter pripojíš paralelne — na dva body, medzi ktorými meriaš. Má veľmi veľký vnútorný odpor, takže z obvodu takmer nič neodoberá. Na multimetri: svorky COM a V, režim V⎓ pre batérie, V~ pre striedavé.

Multimeter v režime A nie je voltmeter. Keď ním omylom zmeriaš „napätie“ batérie, pripojíš takmer nulový odpor priamo na zdroj — skrat. Pred každým meraním skontroluj prepínač aj svorky.

Zo ZŠ poznáš značky článku, žiarovky, rezistora, spínača a meracích prístrojov. V elektrotechnike pribudnú ďalšie:

Dióda pustí prúd len v smere trojuholníka, LED navyše svieti (šípky von). Reostat je rezistor s premenlivým odporom (šípka cez obdĺžnik), poistka má čiaru po celej dĺžke.

🧪 Pokus: zmeraj zdroje (doma alebo v dielni)

Pomôcky: multimeter, nový a starý tužkový článok AA, plochá batéria 4,5 V, držiak na 2 články AA.

Multimeter prepni na V⎓ (svorky COM a V), čierny hrot na −, červený na +.
Zmeraj nový a starý článok, plochú batériu a dva články v držiaku za sebou.
Prehoď hroty — čo sa zmení?

Bezpečnosť: len batérie, žiadna zásuvka. Meranie sieťového napätia patrí len pod dozor a s prístrojom na to určeným.

Čo uvidíš

Nový alkalický článok ukáže okolo 1,5–1,6 V, starý menej. Dva za sebou okolo 3 V, plochá batéria okolo 4,5 V. Pri prehodených hrotoch ukáže multimeter rovnaké číslo so znamienkom mínus — jednosmerné napätie má smer.

Zapamätaj si

Napätie medzi dvoma bodmi: $U = \dfrac{W}{Q}$ , jednotka volt, $1\,\mathrm{V} = 1\,\mathrm{J/C}$ .
Bežné zdroje: článok 1,5 V, Li-ion 3,7 V, USB 5 V, autobatéria 12 V, sieť 230 V striedavé.
Jednosmerné napätie má stály smer (batéria), striedavé ho mení (sieť 50 Hz).
Voltmeter sa pripája paralelne a má veľký vnútorný odpor; ampérmeter do série a má malý.