Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
!! 17.06.2018 (Jel.) Khanova škola zve nadšence ke spolupráci na překladech návodů pro učitele a rodiče.
! 04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
17.01.2016 (Jel.) Rok 2016 s novými a novějšími krystaly od kolegy Pavla!
17.01.2016 (Jel.) Nabídka knih z oborů matematiky, fyziky, chemie
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 02. 08. 2018 02:36 — Editoval gestapák (02. 08. 2018 02:45)

gestapák
Zelenáč
Příspěvky: 13
Reputace:   -1 
 

Různé napětí - stejný proud?

Nazdar, narazil jsem na tuhle blbinu.

https://www.youtube.com/watch?v=XDf2nhfxVzg

Ten chlápek tam nejprve má nastaven zdroj na em. napětí Ue1=20 V a při zkratu obvodem prochází proud I=150 A a svrokové napětí klesne na U=0,5 V - dá se tedy určit odpor vnějšího obvodu (který by byl teoreticky nulový) R a vnitřní odpor zdroje Ri, vychází mi R=1/300 [ohm] a Ri=0,13 [ohm].

Potom ovšem sníží em. napětí na Ue2=1 V, ale při zkratu prochází stejný proud 150 A a je stejné svorkové napětí 0,5 V! Jak je to možné, pokud se vnější ani vnitřní odpor nemění (proč by měly - minimálním navýšením odporu při krátkém zahřívání to určitě nebude)?. Položíme-li R=konst. 1 a Ri=konst. 2, pak máme evidentně funkci I(Ue) a proud by musel být mnohem menší (7,5 A). (A obráceně, chceme-li stejný proud resp. zatížené napětí, musel by se změnit alespoň jeden odpor). Umí to někdo vysvětlit? (Napadla mě souvislost s regulovatelností zdroje, ale to mi nepřijde.)

Offline

 

#2 02. 08. 2018 08:18 — Editoval MichalAld (02. 08. 2018 08:23)

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Vysvětlení je jednoduché, elektronicky řízené zdroje se nechovají jako lineární prvky (nechovají se jako ideální zdroje napětí s odporem v sérii). Chovají se zpravidla tak, že až do svého maximálního proudu udržují v podstatě konstantní napětí - běží v "napěťovém režimu" a při dalším zvyšování odběru se přepnou do "proudového režimu", kde udržují zase konstantní proud (ten lze zpravidla také nastavit).

Na tom videu je i vidět indikace těch režimů - zelená LED značí napěťový režim, červená zase proudový.

Mluvit o takovémto regulovaném zdroji o nějakém vnitřním odporu nedává moc dobrý smysl. V napěťovém režimu je téměř nulový (může být i úplně nulový, či dokonce i záporný), v proudovém režimu je téměř nekončný (opět může být i záporně nekonečný). Ale žádný "univerzální  vnitřní odpor" takovéhoto zdroje nelze definovat. To lze jen u lineárních prvků (jako je baterie nebo transformátor, asi také jen přibližně).

Také bych ještě upozornil na to, že moderní (spínané) zdroje mohou budit zdání odporu jen navenek, uvnitř žádný skutečný odpor není (ani nic jiného obdobného), ve zdroji se téměř žádný výkon neztrácí (nemění na teplo), což by na opravdovém odporu musel. U baterie zapojené do zkratu se všechen její výkon "propálí" na tom vnitřním odporu, u spínaného zdroje se při spojení svorek do zkratu neděje nic špatného, zdroj tam (téměř bez nákladů) udržuje ten proud, a nespotřebovává se přitom téměř žádná energie. Což vypadá na první pohled divně, protože žádné přirozené zdroje konstantního proudu se kolem nás moc nevyskytují.


Odpor zatěžovacího odporu je samozřejmě správně těch 0.5/150.


Ještě bych zmínil, že nedávno se tu vedla diskuse ohledně pojmu "elektromotorické napětí" a někteří z nás se shodli na tom, že pojem "elektromotorické" je nejlepší nepoužívat, protože skoro nikdo pořádně neví, co to vlastně znamená (zejména v případě elektronických zdrojů může být elektromotorické napětí možná něco úplně jiného než to svorkové). Určitě je lepší používat pojem "napětí na prázdno" a nebo v takovémto případě prostě jen "napětí". Každý pochopí, co znamená, když na zdroji nastavíme napětí 5V, ale jen málokdo má reálnou představu co je to to "elektromotorické napětí".

Offline

 

#3 05. 08. 2018 20:25 — Editoval gestapák (05. 08. 2018 20:43)

gestapák
Zelenáč
Příspěvky: 13
Reputace:   -1 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

To bude nejspíš tohle vlákno: http://forum.matematika.cz/viewtopic.ph … 45&p=2

EM napětí je v knihách (SŠ) definováno jako práce, kterou by vykonaly cizí/vtištěné/vnější... síly při přenesení náboje proti směru pole, které náboje na svorkách vytváří (z makrohlediska). Potom je samozřejmě rovné svorkovému při nezatížení. Je-li zdroj ideální bez odporu, tak i když teče proud, když není ideální, je svorkové menší, protože energie dodávaná em. "polem" díky odporu prostředí se ztratí už ve zdroji - chápu to tak, že odpor prostředí v podstatě zmenšuje em. sílu podobně jako třecí síla zmenšuje sílu udělující zrychlení, ale existuje jen při pohybu. Možná to není vhodné pro všechyn druhy zdorjů, třeba pro ty elektrické - vůbec nevím, jak fungujou, ale třeba u jednoduchý chemický baterky mi to dává smysl (tj. z makrohlediska - hrotit to na mikroúrovni pomocí nějakých kvant je asi zbytečný).

Abych si to ujasnil: Co to teda znamená, když se řekne, že zdroj dodává maximálně x voltů a y ampů? Myslel jsem, že to znamená, že při daném napětí může dodávat nějaký maximální proud (při zkratu) čili že se vlastně mluví o vnitřním odporu (trochu divně). Znamená to teda ty vlastnosti pro jednotlivé režimy?

Offline

 

#4 05. 08. 2018 21:32

LukasM
Příspěvky: 3144
Reputace:   186 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ gestapák:
Chápeš to zhruba správně, snad až na podivný pojem "odpor prostředí", o kterém mi není jasné, co by měl znamenat. Ber to prostě tak, že když zatěžuješ třeba tu baterku a pokoušíš se z ní odebírat proud, tak ty chemické reakce uvnitř "nestíhají" udržovat napětí na té nominální hodnotě. A protože "shodou náhod" je ten pokles napětí zhruba úměrný proudu, modeluje se to pomocí hypotetického rezistoru ve zdroji. Napětí na rezistoru je také úměrné proudu, takže to vychází stejně, a není potřeba řešit detaily toho proč u toho daného článku ten pokles nastává. Žádný reálný prvek, na kterém bys příslušný odpor naměřil, v tom zdroji být nemusí. Je to ale dost přibližná aproximace, ten pokles závisí na spoustě faktorů, jako je třeba i historie toho článku.

U komplikovanějších (např. těch laboratorních) zdrojů je to celé jinak, protože v nich je nějaké aktivní řízení, které se snaží zařídit, aby na výstupu bylo to, co tam má být. Takže ten pojem vnitřní odpor tam nemá tak přímočarý výklad, jako je to u té jednoduché baterie. To ale už napsal ↑ MichalAld:). Stejně jako ti napsal popis těch dvou režimů. V režimu konstantního napětí se snaží udržovat stálé svorkové napětí a proud teče takový, jako odpovídá zátěži. V režimu konstantního proudu se zdroj snaží udržet stálý proud - a svorkové napětí se mění tak, aby tekl ten nastavený proud.

Pokud je na zdroji napsáno 12 V / 1A, znamená to podle mně jen to, že při svorkovém napětí 12 V ten zdroj dokáže udržovat proud 1 A. Když budu chtít víc, mám smůlu. Co přesně se v takovém případě stane bude asi záležet na konstrukci zdroje. Čekal bych ale, že v napěťovém režimu při zmenšování zátěže začne patrně napětí při dosažení 12 V klesat a proud se bude držet na tom 1 A (což v podstatě znamená, že zdroj se začne chovat jako zdroj konstantního proudu). A v proudovém režimu nastaveném na 1 A při zvyšování zátěže napětí nepřekročí 12 V a proud tedy klesne pod 1 A. Pojem vnitřní odpor bych do toho netahal. Opět ale spíš opakuji již napsané.

Někdo zkušenější to třeba opraví / doplní.

Offline

 

#5 06. 08. 2018 04:38

edison
Příspěvky: 1262
Reputace:   30 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Ano, je to tak. Tedy u laboratorních zdrojů, což byl případ toho z videa. Ten má precizní stabilizaci proudu a napětí (constant voltage/constant current) s typickou indikací CV/CC podle toho, co zrovna stabilizuje. Jeho V/A charakteristika je pak čistá rovná čára, která se v jistém místě zalomí kolmo dolů. Některé lab. zdroje mají i vývody pro externí zpětnou vazbu, takže lze plně kompenzovat i odpor drátů ke spotřebiči.

Pak jsou další (běžnější) skupiny zdrojů:
- S proudovou pojistkou: Stabilizuje napětí a při určitém proudu se vypne. Pak se po nějaké době zas zapne (sekundy až desítky s). To je tak min. 70 % běžných zdrojů. Nebo je nutno ho celý vypnout (případně i počkat) a zapnout, aby zapomněl, že se vypnul.
- S charakteristikou CV/CP: Až do max. výkonu stabilizuje napětí, při dalším nárůstu proudu klesá napětí tak, že je stabilní výkon (nebo po křivce tomu blízké) a nakonec se zas buď vypne, nebo jede po CC.
- S charakteristikou CV/snížený proud: Až do určitého proudu je stabilní napětí a pak buďto přejde do CC s nižším než maximálním I (např. 10-30 %), nebo má spojitou charakteristiku, kde místo pokračování kolmým CC pokračuje čára skloněná zpět a zas končí na U=0 a I=10-30 % Imax.
- Některé zdroje také umí CV/CC podobně jako laboratorní, ale při poklesu napětí pod určitou hranici se vypínají (a obvykle po pár s zas zapnou). Takto se chovají např. zdroje určené pro jednoduché zálohování Pb baterkou. Nabíječky Li-Ion, nebo Li-Pol mají taky takové základní vlastnosti (a mají zas často i externí zpětnou vazbu), ale zapínání/vypínání se pak řídi složitější logikou.

Většina zdrojů má taky nějaký vnitřní odpor, ale nelze ho stanovit jako Umax/Imax, protože při Imax je napětí ještě blízké Umax a pak dojde k nějaké změně režimu, vypnutí a pod.

Další věc je, že ten proud je v běžných zdrojích obvykle měřen na primární straně, takže hodnota toho omezujícího/vypínacího proudu je závislá na napětí v síti, provozním stavu a často i teplotě. Takže když je na běžném zdroji napsáno třeba 5V/1A, znamená to, že výrobce garantuje, že na výstupu bude až do 1A cca 5V. A pak se třeba Američanovi vypne při 1,3 A a u nás až při 1,5 a jinej zdroj to může mít třeba naopak.

Podobně i chování spotřebičů je netriviální a odporové vykazují prakticky jen topná tělesa. Např. většina elektroniky má stabilní příkon, takže s klesajícím napětím roste odebíraný proud:-)

Offline

 

#6 06. 08. 2018 15:43

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

LukasM napsal(a):

↑ gestapák:
Ber to prostě tak, že když zatěžuješ třeba tu baterku a pokoušíš se z ní odebírat proud, tak ty chemické reakce uvnitř "nestíhají" udržovat napětí na té nominální hodnotě. A protože "shodou náhod" je ten pokles napětí zhruba úměrný proudu, modeluje se to pomocí hypotetického rezistoru ve zdroji. Napětí na rezistoru je také úměrné proudu, takže to vychází stejně, a není potřeba řešit detaily toho proč u toho daného článku ten pokles nastává. Žádný reálný prvek, na kterém bys příslušný odpor naměřil, v tom zdroji být nemusí.

No, to je docela zajímavá otázka, podle čeho se rozhoduje, jestli někde uvnitř zdroje je "skutečný odpor", nebo zdali se to jen "shodou náhod" chová stejně, jako by tam byl.

A odpověď nemusí být úplně jednoduchá. Podle mě ale existuje způsob, jak spolehlivě definovat (a zároveň i poznat) ten "opravdový odpor". Na "opravdovém odporu" totiž musí docházet k rozptylu energie, k tomu, že se uspořádaná energie (třeba energie elektrického napětí a proudu) mění na neuspořádanou (tepelnou). A z toho plyne také důsledek zvaný Johnsonův šum rezistorů. Každý "skutečný odpor" bude při nenulové teplotě produkovat šumové napětí s rovnoměrnou spektrální hustotou, dle vztahu

$u_n^2 = 4kTBR$

V tomto smyslu nezávisí na tom, jestli je "skutečný odpor" lineární, tj hodnota R nezávisí na přiloženém napětí či proudu, nebo není. Nelineární odpory budou šumět také. Třeba obyčejná dioda nám bude také generovat Johnosonův šum. Úměrný tomu, jaký proud jí protéká (čím vyšší proud, tím nižší odpor, tedy i tím nižší šum - aspoň teda myslím). Jenže dioda (a polovodiče obecně) vytvářejí i další druhy šumů, které mohou být převažující.

Odpor který se projevuje v elektrochemickém článku je v tomto smyslu také "skutečným odporem", skutečně nám článek ohřívá, a v nezatíženém stavu generuje příslušné šumové napětí.

I když v případě elektrochemického zdroje bychom neměli zapomenout na polarizační jevy, které nám mohou způsobit, že jak vnitřní napětí tak i ten vnitřní odpor se mohou měnit, v závislosti na tom, co se zdrojem děláme.

Offline

 

#7 06. 08. 2018 15:56 — Editoval MichalAld (06. 08. 2018 15:59)

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

gestapák napsal(a):

To bude nejspíš tohle vlákno: http://forum.matematika.cz/viewtopic.ph … 45&p=2

EM napětí je v knihách (SŠ) definováno jako práce, kterou by vykonaly cizí/vtištěné/vnější... síly při přenesení náboje proti směru pole, které náboje na svorkách vytváří (z makrohlediska). Potom je samozřejmě rovné svorkovému při nezatížení.

Jo, takovouhle definici jsem taky našel, ale je dost vágní.
Navíc nechápu, k čemu to může být komu užitečné - myslím z lidí, co zdroj používají.
Chápu, že se to používá v elektrochemii, kde se snaží funkci zdroje pochopit a velikost tohoto napětí případně předpovědět. Ale k čemu se to používá v elektrotechnice, to neví asi nikdo (protože se to tam nepoužívá, vyskytuje se to jen ve středoškolských učebnicích)

Lze ovšem najít ještě jednu definici - která se vztahuje k indukovanému napětí - a totiž, že je to práce el. pole po uzavřené křivce. To dává do jisté míry i smysl - jenže z toho zase plyne, že elektromotorické napětí zdroje obsahující transformátor (to jsou skoro všechny elektronické zdroje, i ty spínané) musí být STŘÍDAVÉ. Nenulové elektromotorické napětí (dle této definicie - podél uzavřené smyčky) dokáže vytvořit jen magnetická indukce, a ta v praxi nikdy nevytvoří stejnosměrné napětí. Žádný transformátor není na stejnosměrné napětí, všechny musejí být na střídavé. A ta kupa součástek co je za transformátorem už na velikost napětí po uzavřené smyčce nemá žádný vliv.

No a určitě vypadá divně, když o nějakém stabilizovaném zdroji prohlásíme, že jednou má elektromotorické napětí stejnosměrné a podruhé (podle druhé definice) jej má střídavé.

Proto jsem (a nejen já) zastáncem toho, aby se tenhle pojem (elektromotorické) nepoužíval, když k tomu není žádný reálný důvod, jako třeba teď.

gestapák napsal(a):

Je-li zdroj ideální bez odporu, tak i když teče proud, když není ideální, je svorkové menší, protože energie dodávaná em. "polem" díky odporu prostředí se ztratí už ve zdroji - chápu to tak, že odpor prostředí v podstatě zmenšuje em. sílu podobně jako třecí síla zmenšuje sílu udělující zrychlení, ale existuje jen při pohybu.

No myslím, že tohle máš trochu zamotané. I když se oprostíme od "elektromotorických napětí", tak pokud je zdroj "ideální" (alespoň v našem smyslu), tak je svorkové napětí pořád stejné, ať už z něj odebíráme proud jaký chceme. Pokud napětí při zatížení klesá, tak už zdroj není ideální.

Ideální zdroje napětí samozřejmě neexistují, jen v matematice (je to nejjednodušší závislost napětí na proudu,
u = const.), ale ani temelínská elektrárna není ideálním zdrojem napětí, natož tedy pak nějaká krabička, co se vejde na stůl. Žádný krám co známe nedokáže dodávat libovolně velký proud (nekonečně velký proud).

PS: Třecí síla existuje i při klidu, akorát není (ani za "ideálních podmínek") konstantní, nýbrž opačná k té vnější síle. Pokud by sis zkusil suché tření modelovat na počítači, přijdeš na to taky.

Offline

 

#8 06. 08. 2018 16:22 — Editoval edison (06. 08. 2018 16:22)

edison
Příspěvky: 1262
Reputace:   30 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ MichalAld:
Zrovna v případě baterky bych do toho ten šum moc neplet, protože z tohoto hlediska je baterka taky extrémně velkým kondenzátorem, takže ten šum bude o dost nižší.

Nakonec zjistíme, že reálná baterka má nejblíž (pokud se omezíme na lineární prvky) k žebříku z odporů, kde každý schod obsahuje kondenzátor.

Offline

 

#9 06. 08. 2018 16:41 — Editoval MichalAld (06. 08. 2018 16:43)

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

edison napsal(a):

↑ MichalAld:
Zrovna v případě baterky bych do toho ten šum moc neplet, protože z tohoto hlediska je baterka taky extrémně velkým kondenzátorem, takže ten šum bude o dost nižší.

No nevím, podle mě by to platilo kdyby to byl kondenzátor a rezistor paralelně - pak by se na to vztahoval vztah o šumu kondenzátorů, ale když jsou v sérii, tak ten kondík (baterie) jen přidá ještě něco navíc.

Beru, že u baterie (a nakonec i u kondenátoru) existuje i paralelní (svodový) odpor, ale to je úplně jiný odpor než ten, který nám omezuje proud. U zdroje ani nevím, jak bych ho měřil, u kondíků to nějak jde.

Offline

 

#10 06. 08. 2018 17:26 — Editoval edison (06. 08. 2018 17:27)

edison
Příspěvky: 1262
Reputace:   30 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Ne. Je to míněno tak, že vnitřní odpor obvykle bereme ten, co bychom naměřili s pomocí voltmetru a dvou spotřebičů. A to je nějaký "střednědobý" čas, za který se vývodům nejbližší část článku již o něco víc vybije a začne se projevovat i odpor vedoucí co části vzdálenější. Jenže i ta nejbližší část článku má velmi solidní kapacitu, pokud ji začneme uvažovat jako kondenzátor.

Výsledkem je, že výrobci v katalozích (pokud na to nekašlou) uvádějí podrobnou metodiku, co je to ten jimi uváděný Ri a jak ho měřit. A o šumu tam nikdy nic není. Nejspíš i proto, že tam bude vznikat více druhů šumu.

V poslední době je navíc nejběžnější uvádět "internal impedance (1 kHz)" a postupuje se stejnou metodikou jako u ESR elektrolytických kondenzátorů.

Termodynamika akumulátorů je jinak velmi zajímavá. Např. je běžné, že akumulátor po jistou část nabíjení přijímá teplo z okolí a třeba se při tom i orosí:-)

Offline

 

#11 06. 08. 2018 17:58 — Editoval MichalAld (06. 08. 2018 17:59)

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Jo, tepelný šum baterie nikoho nezajímá, šumy se řeší jen u zesilovačů slabých signálů (kde nám právě limitují možnost zpracovávat libovolně slabý signál). Kolikrát jsi se staral ty o tepelný šum rezistorů?

Já to znám jen z techniky rádiových příjmačů (tam se to řeší, ve vstupních zesilovačích se odpory nevyskytují), u SS měření mě vždy nejvíc vadil ten 1/f šum, ten nelze rozumě odfiltrovat.

Šlo mi jen o principiální rozlišení, zdali je vnitřní odpor baterie "skuteným odporem" nebo se jen "chová jako odpor". Co vykazuje tepelný šum, musí být skutečným odporem (nakonec, ten šum není žádnou doménu elektroniky, vyskytuje se i v mechanických systémech, třeba jako Brownův pohyb).

Offline

 

#12 11. 10. 2018 22:45

KennyMcCormick
Příspěvky: 1562
Reputace:   48 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ MichalAld:

(zejména v případě elektronických zdrojů může být elektromotorické napětí možná něco úplně jiného než to svorkové)

I v případě otevřeného zdroje (nepřipojeného do obvodu)?


Even if you take the best course of action, the universe is still allowed to say "So what?" and kill you.

Offline

 

#13 12. 10. 2018 03:14

edison
Příspěvky: 1262
Reputace:   30 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Ano. Z trafa leze střídavé EM napětí, např. 50 Hz sinus 15 Vef a usměrňovač+stabilizátor z toho udělá běžné "neelektromotorické" 12 V DC na výstupu zdroje.

Offline

 

#14 13. 10. 2018 01:06

KennyMcCormick
Příspěvky: 1562
Reputace:   48 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Podle mě:

Indukované EM napětí je jenom jeden konkrétní druh EM napětí.

EM napětí je výsledkem sil neelektrostatického původu, které na pólech zdroje udržují napětí. Protože elektrostatické pole je (přesně) konzervativní, musí být napětí mezi póly otevřeného zdroje (přesně) rovno jeho elektromotorickému napětí.*

To, co píšeš, jsou 2 různé situace:

Případ 1: AC zdroj se střídavým elektromotorickým napětím o efektivní hodnotě 15 V(?)

Případ 2: Zdroj tvořený AC zdrojem, usměrňovačem a stabilizátorem. Mezi póly tohoto zdroje je 12 V.

Protože to jsou dva různé zdroje, nemůžeme porovnávat EM napětí v případu 1 s napětím mezi póly otevřeného zdroje v případu 2.


*Je otázka, jak bych to odůvodnil u střídavého proudu, kdy pole už není elektrostatické, ale mělo by to být v principu podobné(?)


Even if you take the best course of action, the universe is still allowed to say "So what?" and kill you.

Offline

 

#15 13. 10. 2018 08:25

edison
Příspěvky: 1262
Reputace:   30 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Případ 2 je jednou z variací na elektronický zdroj o kterém je řeč v ↑ KennyMcCormick: a principem zcela přesně ten, na který se ptal tazatel (zrovna pro jednu firmu vyvíjím laboratorní zdroj, tak bych o tom něco mohl vědět).

Druhou možností elektronického zdroje je, že z trafa leze třeba obdélník 150 kHz, který má v kladné části 12,5 V, pak je dioda, kondenzátor a na něm je těch 12 V. V nezatíženém stavu je kladná půlvlna třeba 0,1 % času, po zbytek je výstup živen čistě kondenzátorem, což bych rozhodně nebral jako "výsledkem sil neelektrostatického původu". To je tak 95 % zdrojů, se kterými se běžný uživatel setká (zdroj k mobilu, notebooku, nabíječka akumulátorů, adaptér k routeru, ...).

Třetí možnost je, že z trafa leze zas obdélník, ale kladná půlvlna je třeba 2x vyšší, za trafem je usměrňovač, cívka a kondenzátor. V nezatíženém stavu je zas po 99+ % výstup napájen čistě z kondenzátoru. Případně dvojčinná varianta téhož, kdy v nezatíženém stavu leze z trafa po 99+ % nula a pak jsou na obě strany symetrické špičky. To je většina ze zbývajících 5 % zdrojů, se kterými se uživatel může setkat (např. zdroj do PC, velká nabíječka, svářečka, ...)

Naopak s případem 1, tedy nezatíženým výstupem trafa, se dnes běžný uživatel prakticky nesetká a většina dnešních dětí na ZŠ se s ním možná mimo hodinu fyziky již nikdy v životě nesetkají. (zkus na Alze, nebo jiném eshopu s elektronikou najít něco, z čeho leze holý výstup trafa)

"efektivní hodnotě 15 V(?)" - https://cs.wikipedia.org/wiki/Efektivn%C3%AD_hodnota

Offline

 

#16 14. 10. 2018 17:06 — Editoval KennyMcCormick (14. 10. 2018 17:08)

KennyMcCormick
Příspěvky: 1562
Reputace:   48 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

po zbytek je výstup živen čistě kondenzátorem, což bych rozhodně nebral jako "výsledkem sil neelektrostatického původu"

Neelektrostatického původu v tom smyslu, že rozdíl potenciálů na pólech zdroje není způsobený náboji, které by se nehýbaly.

Díky, já vím, co je to efektivní hodnota. 🙂 Tím jsem myslel, že si nejsem na 100% jistý (jenom na >99,5%), že tvoje "Vef" značilo "Volty efektivní hodnoty".


Even if you take the best course of action, the universe is still allowed to say "So what?" and kill you.

Offline

 

#17 14. 10. 2018 21:07

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

KennyMcCormick napsal(a):

Podle mě:

Indukované EM napětí je jenom jeden konkrétní druh EM napětí.

EM napětí je výsledkem sil neelektrostatického původu, které na pólech zdroje udržují napětí. Protože elektrostatické pole je (přesně) konzervativní, musí být napětí mezi póly otevřeného zdroje (přesně) rovno jeho elektromotorickému napětí.*

Všechno je to jen o dostatečně precizní definici toho, co že to to "elektromotorické napětí" vlastně je. A já jsem zatím úplně jednoznačnou definici nenalezl.

Můžeme samozřejmě říct, že ať už je to co chce, bude to vždy rovné napětí zdroje naprázdno, ale takováto definice nebude asi zvlášť užitečná....

Co jsem našel, že se ten pojem i reálně používá tak je to jednak v elektrochemii - a ano, tam to přesně odpovídá té tvojí představě, a pak také v teorii elektromagnetického pole.

Zajímavé je, že znám ještě pár dalších způsobů, jak vyrobit napětí - jako je termočlánek nebo fotodioda - a tam se o elektromotorickém napětí zpravidla nemluví. U diody možná proto, že vlastní fotoefekt na diodě je zdroj proudu, a né napětí (a napětí vzniká jen na té diodě - a jeho velikost na dopadajícím světle závisí jen vágně).

Každopádně - v el. mag. teorii se jako elektromotorické napětí označuje dráhový integrál E podél uzavřené křivky. Není tam žádný požadavek na to, aby tohle napětí bylo konstantní (ani to není prakticky možné). A z teorie el. mag. pole víme, že tohle indukované napětí dokáže vytvořit jen změna magnetického pole, co prochází tou křivkou.

Takže pokud vezmeme obvod sestavený z transformátoru, diody a kondenzátoru, tak napětí naprázdno bude konstantní, odpovídat vrcholové hodnotě té sinusovky, ale indukované napětí né. Nemůže. Indukované napětí závisí jen na té změně magnetického toku smyčkou, a ta je u síťového trafa sinusová s frekvencí 50Hz. A žádné prvky jako je dioda či kondenzátor na to nemají žádný vliv.

Ty definice jsou podle mě jistým způsobem nekonzistentní, proto zastávám názor, že v obecných situacích je lepší tenhle pojem vůbec nepoužívat.

U indukovaného napětí je navíc třeba mít na paměti, že tam napětí není rozdíl el. potenciálů (jako všude jidne) - v proměnném magnetickém poli nelze čistě elektrický potenciál vůbec zavést.

Offline

 

#18 15. 10. 2018 09:18

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ KennyMcCormick:

Jaké by třeba mělo být elektromotorické napětí Marxova generátoru ? Jediné "neelektrostatické" napětí je to, kterým se to nabíjí...

Týká se to vlastně všech měničů napětí využívajích přepínání kondenzátorů.

Offline

 

#19 16. 10. 2018 22:56 — Editoval KennyMcCormick (16. 10. 2018 22:57)

KennyMcCormick
Příspěvky: 1562
Reputace:   48 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ MichalAld:

Můžeme samozřejmě říct, že ať už je to co chce, bude to vždy rovné napětí zdroje naprázdno, ale takováto definice nebude asi zvlášť užitečná....

Definice, ze které vychází věta "EM napětí je rovno rozdílu potenciálů na svorkách otevřeného zdroje" je "EM napětí je velikost práce, kterou vykonají síly neelektrostatického původu při přemístění jednotkového náboje" (což odpovídá tomu, že je to napětí udržované na zdroji neelektrostatickými silami). V učebnici mám důkaz pro galvanický článek a stejnosměrný proud, ale zdálo se mi, že by mohla platit i pro jakýkoliv zdroj.

Každopádně - v el. mag. teorii se jako elektromotorické napětí označuje dráhový integrál E podél uzavřené křivky.

To je zobecněný případ toho, co píšu já, je to tak?

U indukovaného napětí je navíc třeba mít na paměti, že tam napětí není rozdíl el. potenciálů (jako všude jidne) - v proměnném magnetickém poli nelze čistě elektrický potenciál vůbec zavést.

No jo, to je vlastně pravda. A kdybych v té větě nahradil "napětí" za "rozdíl potenciálů", už by platila i pro střídavý proud?


Even if you take the best course of action, the universe is still allowed to say "So what?" and kill you.

Offline

 

#20 16. 10. 2018 23:33

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

KennyMcCormick napsal(a):

↑ MichalAld:

Můžeme samozřejmě říct, že ať už je to co chce, bude to vždy rovné napětí zdroje naprázdno, ale takováto definice nebude asi zvlášť užitečná....

Definice, ze které vychází věta "EM napětí je rovno rozdílu potenciálů na svorkách otevřeného zdroje" je "EM napětí je velikost práce, kterou vykonají síly neelektrostatického původu při přemístění jednotkového náboje" (což odpovídá tomu, že je to napětí udržované na zdroji neelektrostatickými silami). V učebnici mám důkaz pro galvanický článek a stejnosměrný proud, ale zdálo se mi, že by mohla platit i pro jakýkoliv zdroj.

Jo, když se to takto hezky nadefinuje, tak to skoro bude fungovat. Dokonce bych řekl, že požadavek na to, aby šlo o "neelektrostatické síly" není vůbec nutný.
Ale má to podle mě háček. Abychom mohli hovořit o práci, musíme tam mít nějaký proud, přenést nějaký náboj. Takže musíme doplnit, že se to týká případu kdy přenášíme zanedbatelně velký náboj, nebo odebíráme zanedbatelně malý proud (nekonečně malý proud). Čímž už se pomalu dostáváme k tomu, že "elektromotorické napětí je napětí naprázdno".

Ale jinak je to samozřejmě pravda - pokud mezi dvěma částmi TÉHOŽ VODIČE vznikne napětí, musí existovat NĚCO, co tam to napětí vytváří, co ty elektrony přesouvá z jedné části vodiče do druhé. Jinak by tam žádné napětí nevzniklo.  Ať už je to, co chce, můžeme to nazvat elektromotorické napětí. Nemusí to být nutně konstantní, problém ale je, že když se to mění, odezva skutečného napětí mezi konci vodiče nemusí být nekonečně rychlá.

KennyMcCormick napsal(a):

Každopádně - v el. mag. teorii se jako elektromotorické napětí označuje dráhový integrál E podél uzavřené křivky.

To je zobecněný případ toho, co píšu já, je to tak?

To bych neřekl, nicméně lze ukázat, že napětí na koncích vodiče (otevřené smyčky) je rovno tomu "elektromotorickému napětí" vypočteném ze zákona el. mag. indukce.

KennyMcCormick napsal(a):

U indukovaného napětí je navíc třeba mít na paměti, že tam napětí není rozdíl el. potenciálů (jako všude jidne) - v proměnném magnetickém poli nelze čistě elektrický potenciál vůbec zavést.

No jo, to je vlastně pravda. A kdybych v té větě nahradil "napětí" za "rozdíl potenciálů", už by platila i pro střídavý proud?

Takto to asi nejde, pokud v proměnném mag. poli nelze zavést el. potenciál, nelze tam zavést ani rozdíl potenciálů. Jediná možnost je odtáhnout si konce drátů někam daleko, kde už proměnné mag. pole není.

Offline

 

#21 16. 10. 2018 23:47

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Když nad tím tak přemýšlím, tak to celkem dává smysl. Jen si nejsem jistý, jestli si opravdu vždy vystačíme s představou "elektromotorického napětí", nebo jestli není náhodnou nutné uvažovat i něco jako "elektromotorické napětí naprázdno".

Protože ty "neelektrické síly" mohou být také sofistikovanější povahy, a pokud zdroj zatížíme (začneme odebírat proud), mohou být zatíženy i tyhlety síly. U magnetické indukce to zřejmě nenastane, ale třeba u termočlánku - tam nám při zatížení teplota v okolí poklesne, vlivem tepelného odporu okolí.


Nicméně pořád vidím problém s tím, že definice, o které se zde bavíme, vyžaduje představu odebíraného proudu (protože se elektromotorické napětí definuje skrze práci), zatímco u indukovaného elektromotorického napětí (podél smyčky v proměnném magnetickém poli) proud nepotřebujeme. Což vede na rozporuplné výsledky v případě té smyčky, doplněné diodou a kondenzátorem. Protože u ní vychází elektromotorické napětí počítané skrze práci konstantní (nebo téměř konstantní), zatímco indukované elektromotorické napětí vychází střídavé sinusové. Protože samozřejmě kondenzátor se chová jako zásobník energie, takže můžeme energii odebírat konstantní rychlostí, zatímco ji dodáváme v pulzech. Co je ovšem to "elektromotorické napětí" ? Je počítané z odebírané energie, nebo z dodávané energie ?

Podle mě by mělo smysl jej počítat z té dodávané energie. Počítat jej z odebrané - vždyť to pak počítáme samotné napětí zdroje.

Offline

 

#22 19. 10. 2018 00:38 — Editoval KennyMcCormick (19. 10. 2018 00:51)

KennyMcCormick
Příspěvky: 1562
Reputace:   48 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ MichalAld:

Dokonce bych řekl, že požadavek na to, aby šlo o "neelektrostatické síly" není vůbec nutný.

Kdyby to napětí vytvořily elektrostatické síly, tak by se tam neudrželo, protože by se náboje přeskupily tak, aby se nepohybovaly (a proud v obvodu by přestal téct).

Abychom mohli hovořit o práci, musíme tam mít nějaký proud, přenést nějaký náboj. Takže musíme doplnit, že se to týká případu kdy přenášíme zanedbatelně velký náboj, nebo odebíráme zanedbatelně malý proud (nekonečně malý proud).

Já bych to tak chápal (pokud se v definici píše "jednotkové", tak jsem si všiml, že to (zatím) vždycky znamená "jednotkové za přepokladu, že fce je přibližně lineární na jednotkovém kroku", tj. "hodnota derivace v daném bodě").

problém ale je, že když se to mění, odezva skutečného napětí mezi konci vodiče nemusí být nekonečně rychlá

No jo, to je taky pravda...

To je zobecněný případ toho, co píšu já, je to tak?

To bych neřekl

Máš vlastně pravdu, zapomněl jsem, že část toho napětí zmizí kvůli odporu v obvodu. (Představoval jsem si, že když bez zdroje je křivkový integrál intenzity podél obvodu nulový, že se zdrojem musí být roven EM napětí, ale pochopitelně zatížený zdroj už má mezi póly jiné napětí než nezatížený.)

Takže tvoje definice je vlastně jiná než ta moje.

(Teď jsem našel na jiné stránce (v jiném oddílu knihy) i tu tvojí definici.)

Takto to asi nejde, pokud v proměnném mag. poli nelze zavést el. potenciál, nelze tam zavést ani rozdíl potenciálů.

Já jsem to myslel tak, že bych místo "rozdíl potenciálů" napsal "napětí", ale je otázka, jak do toho zakomponovat tu konečnou odezvu obvodu a vnitřku zdroje. Ta by se asi musela zanedbat(?)


↑ MichalAld:

Protože ty "neelektrické síly" mohou být také sofistikovanější povahy, a pokud zdroj zatížíme (začneme odebírat proud), mohou být zatíženy i tyhlety síly.

Ano. V takovém případě bychom museli aktivně zasahovat do okolí, abychom to napětí udrželi na stále stejné hodnotě.

Nicméně pořád vidím problém s tím, že definice, o které se zde bavíme, vyžaduje představu odebíraného proudu (protože se elektromotorické napětí definuje skrze práci)

Mohli bychom ho definovat hypotetickým proudem ("pokud by síly neelektrostatické povahy přenesly jednotkový náboj..."), potom by bylo EM napětí definované i pro případ nulového proudu (stejně je EM napětí (v případě stejnosměrného proudu) konstantní, tak by to nevadilo).

Což vede na rozporuplné výsledky v případě té smyčky, doplněné diodou a kondenzátorem. Protože u ní vychází elektromotorické napětí počítané skrze práci konstantní (nebo téměř konstantní), zatímco indukované elektromotorické napětí vychází střídavé sinusové.

Není podle té mé definice indukované EM napětí jenom jednou komponentou EM napětí (protože v tom případě by bylo možné, že indukované EM napětí != EM napětí)?

Podle mě by mělo smysl jej počítat z té dodávané energie. Počítat jej z odebrané - vždyť to pak počítáme samotné napětí zdroje.

V tom případě z dodávané (krát účinnost), protože v případě zdroje stejnosměrného proudu je rozdíl potenciálů mezi póly nezatíženého zdroje stejné jako EM napětí, které se liší od napětí zatíženého zdroje, takže napětí zdroje je jiné (pokud myslíš napětí zatíženého zdroje).


Even if you take the best course of action, the universe is still allowed to say "So what?" and kill you.

Offline

 

#23 19. 10. 2018 08:49

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

KennyMcCormick napsal(a):

Podle mě by mělo smysl jej počítat z té dodávané energie. Počítat jej z odebrané - vždyť to pak počítáme samotné napětí zdroje.

V tom případě z dodávané (krát účinnost), protože v případě zdroje stejnosměrného proudu je rozdíl potenciálů mezi póly nezatíženého zdroje stejné jako EM napětí, které se liší od napětí zatíženého zdroje, takže napětí zdroje je jiné (pokud myslíš napětí zatíženého zdroje).

Ze všeho toho by asi zrovna tenhle bod stál za podrobnější analýzu. Představme si tedy, že máme jednofázový synchronní generátor (smyčka drátu rotující v magnetickém poli), na rotoru je setrvačník, ze kterého odebíráme tu energii, na výstupu máme usměrňovač (diodu) a kondenzátor. A chceme určit to elektromotorické napětí.

Výstup zatížíme nějakým odporem (jehož velikost necháme "jít k nekonečnu"), abychom měli nějaký ten proud, ze kterého můžeme počítat práci. Pro začátek jej zvolíme třeba tak, aby časová konstanta RC byla třeba jeden rok. Takže proud protékající odporem bude téměř konstantní, (a taky téměř nulový). Máme tak vyjádřenou odebíranou práci (výkon).

Teď se podíváme na vstup - což je síla působící na rotor či jeho setrvačník. Neřešíme nějaké ztráty, to vůbec né, vše je ideální. Bez tření a bez odporu. Síla je samozřejmě úměrná proudu protékajícím tím rotorem (cívkou).

Jenže nějaký ten proud protéká cívkou pouze když indukované napětí dosáhne své nejvyšší hodnoty - když převýší napětí na tom kondenzátoru. Takže jsou to vlastně takové pulzíky (opět - jsou nekonečně malé, ale také nekonečně krátké). Cím méně budeme náš generátor zatěžovat, tím ty pulzy budou kratší. No a proudu odpovídá síla, jež brzdí setrvačník. Takže práce (energie) se ze setrvačníku odebírá v pulzech.

Můžeme samozřejmě spočítat průměr přes jednu otáčku generátoru...ale pokud to neuděláme, pokud budeme mluvit o okamžité hodnotě elektromotorického napětí - pak musíme rozlišit, jestli ji počítáme z práce odebrané z generátoru, nebo práce odebrané ze setrvačníku, jež jej pohání.

Jedna je konstantní, a druhá se v čase mění (má pulzní charakter). Opakuji, neřešíme teď účinnost, jen časový průběh. Kterou práci použijeme k výpočtu elektromotorického napětí ? Tu konstatní (výstupní), nebo tu proměnnou (vstupní) ?

Offline

 

#24 19. 10. 2018 22:36

KennyMcCormick
Příspěvky: 1562
Reputace:   48 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

Pokud je na výstupu (téměř) konstantní napětí, tak asi z té konstantní (výstupní) práce.


Even if you take the best course of action, the universe is still allowed to say "So what?" and kill you.

Offline

 

#25 20. 10. 2018 12:55

MichalAld
Moderátor
Příspěvky: 1936
Reputace:   56 
 

Re: Různé napětí - stejný proud?

↑ KennyMcCormick:
Jen se nějak nemůžu zbavit pocitu, že už definici vymýšlíme tak, aby za každou cenu vyšla rovná napětí naprázdno, namísto toho, aby dávala nějaký fyzikální smysl.

Na začátku jsi zmínil, že musí jít o "neelektrostatické síly", jenže napětí na kondenzátoru, které nám zařídí tu konstantní práci, je podle mě přesně to, co bychom nazvali "elektrostatické".

"Neelektrostatická" je ta síla, co brzdí setrvačník, a ta konstantní není.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson