Ako sa počíta elektrický prúd?

Predstav si, že stojíš pri ceste a počítaš autá, ktoré prejdú za jednu minútu. Dvadsať? Dvesto? To číslo povie, aká rušná je cesta.

Vedci merajú elektrický prúd podobne. „Počítajú“, koľko elektriny prejde jedným miestom drôtu za každú sekundu. Naučme sa tri pravidlá, vďaka ktorým to vypočítaš – a nič počítať nemusíš.

Pravidlo 1: prúd je náboj za sekundu

Elektrina je pohybujúci sa náboj, ktorý nesú elektróny. Náboj počítame v coulomboch a píšeme C. Jeden coulomb je obrovský dav elektrónov: asi 6,24 miliardy miliárd.

Prúd hovorí, koľko náboja prejde jedným miestom drôtu za každú sekundu.

Keď prejde jeden coulomb za každú sekundu, prúd je jeden ampér (1 A). Ako vzorec:

I = \frac{Q}{t}

$I$ je prúd v ampéroch (A),
$Q$ je náboj, ktorý prešiel, v coulomboch (C),
$t$ je čas, za ktorý prešiel, v sekundách (s).

Príklad: jedným miestom prejde 30 coulombov za 10 sekúnd. Prúd je $30 : 10 = 3$ A.

Pravidlo 2: prúd = tlačenie : odpor

Počítať coulomby je v skutočnosti ťažké. Našťastie existuje jednoduchší spôsob. Prúd závisí od dvoch vecí:

ako silno je elektrina tlačená – od napätia vo voltoch (V),
aká ťažká je cesta – od odporu v ohmoch (Ω).

Toto pravidlo sa volá Ohmov zákon. V slovenských školách sa napätie vo vzorcoch označuje písmenom $U$ :

I = \frac{U}{R}

Keď tlačíš silnejšie (väčšie $U$ ), tečie väčší prúd. Keď je cesta ťažšia (väčšie $R$ ), tečie menší prúd.

Príklad 1: žiarovka baterky má odpor asi 10 Ω. S batériou 3 V je prúd $3 : 10 = 0{,}3$ A.

Príklad 2: svetlomet auta má asi 2,6 Ω a napája ho 12-voltová autobatéria. Prúd je $12 : 2{,}6 \doteq 4{,}6$ A. (Znak ≐ znamená „približne“.)

Vyskúšaj si to: meň tlačenie a odpor alebo si vyber skutočný spotrebič. Vzorec sa hneď prepočíta.

Pravidlo 3: výkon = tlačenie × prúd

Výkon spotrebiča hovorí, koľko energie spotrebuje za každú sekundu. Meriame ho vo wattoch (W):

P = U \cdot I

Príklad: nabíjačka telefónu dáva 5 V a 2 A. Jej výkon je $5 \cdot 2 = 10$ W.

Pravidlo sa dá aj otočiť a vypočítať z neho prúd: $I = P : U$ . Kanvica s výkonom 2 000 W v zásuvke s napätím 230 V berie $2000 : 230 \doteq 8{,}7$ A.

Čo počíta účet za elektrinu?

Účet počíta energiu v kilowatthodinách (kWh). Jedna kilowatthodina je energia, ktorú spotrebič s výkonom 1 000 W spotrebuje za jednu hodinu.

Príklad: kanvica s výkonom 2 000 W beží 3 minúty (to je 0,05 hodiny). Spotrebuje $2 \text{ kW} \cdot 0{,}05 \text{ h} = 0{,}1$ kWh. Keď v nej desaťkrát uvaríš vodu, minieš celú jednu kilowatthodinu.

Pravidlá, ktoré chránia

Väčšina zásuviek a predlžovačiek v Európe je stavaná najviac na 16 A. Overme si rušnú kuchyňu pomocou pravidiel:

Spotrebič	Výkon	Prúd ( $P : 230$ V)
Kanvica	2 000 W	8,7 A
Ohrievač	2 000 W	8,7 A
Mikrovlnka	1 000 W	4,3 A
Všetky tri v jednej predlžovačke	5 000 W	21,7 A

21,7 A je oveľa viac ako 16 A. Kábel by sa nebezpečne zohrial a istič v tvojom dome by mal prúd vypnúť.

Poďme hlbšie: Ďalšie dva vzorce pre výkon pre dospelých a extra zvedavých

Keď do vzorca $P = U \cdot I$ dosadíš Ohmov zákon, dostaneš ďalšie dva užitočné tvary:

P = I^2 \cdot R \qquad \text{a} \qquad P = \frac{U^2}{R}

Prvý z nich vysvetľuje, prečo elektrické vedenia používajú veľmi vysoké napätie. Drôty strácajú energiu ako teplo a táto strata rastie s druhou mocninou prúdu. Ak chceš preniesť rovnaký výkon s 10-krát vyšším napätím, potrebuješ len desatinu prúdu – a teplo stratené v drôtoch klesne na stotinu. Aj preto elektrické siete používajú striedavý prúd: jeho napätie sa dá ľahko zvyšovať a znižovať.

Poďme hlbšie: Ako sa meria prúd a napätie pre dospelých a extra zvedavých

Prúd meria ampérmeter. Musí byť zapojený do okruhu, aby ním prúd pretekal. Napätie medzi dvoma bodmi meria voltmeter, a preto sa pripája vedľa spotrebiča, paralelne s ním. Multimeter dokáže oboje – no na čokoľvek pripojené do zásuvky ho smie použiť len dospelý.

Over sa

Ohrievač berie zo zásuvky s napätím 230 V výkon 2 300 W. Aký prúd ním tečie?

Ukáž odpoveď

10 A — Prúd = výkon : napätie = 2 300 : 230 = 10 A.