FyzWeb  odpovědna

Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!


nalezeno 1493 dotazů

809) Ochrana před dotykem fázového vodiče23. 01. 2004

Dotaz: Není mi zcela jasné, proč se v distribučních trafech (3x400V) uzel vinutí (nulák) musí spojit ze zemí (zakopaná Cu deska). Nebylo by bezpečnější, kdyby zem byla galvanicky oddělena od výstupu trafa? Předešlo by se úrazu proudem dotykem fázového vodiče. Nevím, zda je to z ekonomických důvodů nebo ochrana před bleskem... Nebylo by bezpečnější pro každou domácnost oddělovací trafo, kde by se žádná svorka sekundáru neuzemnila? (Jirka)

Odpověď: S tím „jednopólovým dotykem“ fázového vodiče (označme L1) by to byla pravda pouze do té doby, než by na jiném místě síte došlo (např. v důsledku poruchy) ke spojení některého z ostatních fázových vodičů (L2, L3) resp. středního vodiče (N) se zemí. Pak by se na tomto vodiči (L1) objevilo napětí vůči zemi až 400V resp. 230V. Tato porucha by navíc mohla přežívat při izolovaném uzlu vinutí velmi dlouho, protože nevznikne žádný zkratový proud (neuzavře se obvod), který by přerušil pojistku a tím odpojil vodič s poruchou od zdroje. (Někdy je to však žádoucí - např. v průmyslových sítích (IT), kde je potřeba nepřetržitý chod, i když dojde k poruše izolace na jedné fázi - není to však případ distribučních sítí.)
Spojení uzlu vinutí transformátoru se zemí principielně umožňuje činnost ochrany zemněním (sítě TT) resp. nulováním (sítě TN-S, TN-C) (dnes souhrnně ochrana samočinným odpojením od zdroje) neživých částí elektrických zařízení (např. kovová skříň ledničky, pračky, kostra žehličky...) před nebezpečným dotykovým napětím vůči zemi. Činnost této ochrany znázorňuje přiložený obrázek a následující text: V důsledku poruchy došlo ke spojení fázového vodiče s kostrou přístroje. Díky jejímu spojení přes ochranný vodič (PE) s uzlem vinutí transformátoru dojde okamžitě k přepálení pojistky a tím i k odpojení poškozeného přístroje od sítě. Spojení uzlu vinutí transformátoru (resp. také ochranného vodiče PE v rozvadeči) se zemí zajistí, že na vodivé kostře přístroje nevznikne větší dotykové napětí vůči zemi než je úbytek napětí na ochranném vodiči (PE) při zkratovém proudu. Velikost tohoto dotykového napětí a dobu odpojení spotřebiče pojistkou stanovují normy.

Co se týče toho transformátoru pro domácnost - platí totéž co bylo napsáno pro „velkou síť“. Oddělovací transformátor (1:1) se však používá např. při opravách el. přístrojů, kde by byla větší pravděpodobnost dotyku fázového vodiče. V tomto případě je však na sekundární vinutí transformátoru připojen pouze jeden přístroj.
Další a související informace (např. ochrana pomocí proudových a napěťových chráničů) je možno najít např. v knize Václav Honys: Nová příručka pro zkoušky elektrotechniků 1997-8 (nebo v některém jejím aktualizovaném vydání) nebo na serveru www.elektrika.cz.
(RNDr. Peter Žilavý, Ph.D.)   >>>  

810) Mechanický model napětí, zesilovače a střídavého proudu23. 01. 2004

Dotaz: Prolétl jsem články o elektřině a magnetismu, ale to co jsem hledal, jsem nenašel. Vždy se dovídám dogmata.
1.) Tak např. vždy používáte el. napětí. Do obvodu musíme zavést el. napětí, aby mohl téct proud. Ten ale téct vůbec nemusí.. tomu nerozumím, co je tedy el. napětí, resp. jak si ho představit (a to na molekulární úrovni - pokud tak lze).
2.) V učebnici Elektřina a magnetismus pro střední školy je zakreslen obvod s tranzistorem - obr. "Tranzistorový zesilovač"- podobný lze nalézt i jinde (i ve skriptech elektroniky). Vždy tam je řečeno, že na výstupu je obrácená fáze napětí, ale proč to tak je? Fyzikář mi to vysvětlil tak, že jsem si připadal, jako by mi neodpovídal na otázku - asi jsem jediný, kdo tomu nerozumí. U tohoto obvodu nerozumím ani vstupu, výstupu a podobným pojmům, v knize definovány nejsou.
3.) Další problém je s představou střídavého proudu. Kudy jdou elektrony případně díry? U stejnosměrného je jasně dané, kde je + a kde -, ale střídavý, chvíli jde do obvodu na obě strany + a pak zase -. Byl bych rád, kdyby jste mi pomohli v tom udělat jasno. (Liam)

Odpověď: K 1. otázce: Co je to napětí?
Než napíši obecnou odpověď, popíši něco obdobného v mechanice. Kolem Země je gravitační pole. Když umístím 10 m nad podlahu kilovku, bude v tom místě mít jinou potenciální energii než na podlaze. Rozdíl bude 100 J. Mohli bychom říci, že mezi těmi místy (i když tam žádné kilovky nebudou) je "mechanické napětí" 100 J/kg. Toto "mechanické napětí" charakterizuje ROZDÍL STAVŮ mezi těmito dvěma místy gravitačního pole. Nic "molekulárního" si představit k tomu nedovedu, to co jsem popsal, platí i kdyby kolem Země bylo vakuum. Dosaďte místo Země nabité těleso, místo kilovky nabitou kuličku jednou blíž a jednou dál a opět můžeme říci, že v těchto dvou bodech bude mít nabitá kulička rozdílnou potenciální elektrickou energii, rozdíl těchto energií přepočtený na 1 coulomb, tj. třeba 6 J/C, což je ve voltech 6V. Je to "elektrické napětí" mezi těmito dvěma místy pole. I zde charakterizuje elektrické napětí ROZDÍL STAVŮ mezi dvěma místy elektrického pole. (Svým žákům vždycky říkám, že když ukazují na nějaké napětí, potřebují k tomu dva prsty, aby ukázali ta dvě místa) Nic "molekulárního" si tomu představit opět nedovedu, to co jsem popsal platí i když je to elektrické pole ve vakuu. To napětí mezi dvěma místy vodiče se dá vytvořit různé, připojením článku, pohybem magnetu v okolí, atd.

Ke 2. otázce: Co znamená opačná fáze napětí na vstupu a výstupu zesilovače?
Opět to zkusím s mechanickou analogií. Představte si spojitou nádobu tvaru písmene U s vodou, kde pravé rameno bude mít velký průřez a levé malý, něco jako kropicí konev. Když pustím do konve nějaký "vstupní signál" - v širokém rameni budu například pajtlovat pístem 1 cm dolů a 1 cm nahoru od rovnovážné polohy, bude "mechanické napětí" mezi rovnovážnou polohou a okamžitou polohou kmitat od 0 J/kg do -0,1 J/kg (píst dole) k 0 J/kg (píst při návratu uprostřed) až k +0,1 J/kg (píst nahoře). V sousední úzké rouře (tj. "výstup zesilovače" dejme tomu s plochou průřezu 10krát menší) bude voda kmitat 10 cm nahoru a 10 cm dolů, tj. s vyšším napětím , které bude kolísat nejdřív nahoru od 0 J/kg k + 1 J/kg , potom přes nulu dolů k -1 J/kg atd. Tento zesilovač pracuje s desetinásobným zesílením, vstupní signál má opačnou fázi než výstupní (když jde píst v konvi dolů, stoupá hladina v úzké rouře nahoru a obráceně). Co je vstup, plyne ze znalosti českého jazyka. Vstupem může např. být napětí z mikrofonu, které přivádím na vstupní svorky zesilovače, výstup je napětí, které ze zesilovače přivádím třeba na svorky reproduktorů.

Ke 3. otázce: Jak si představit střídavý proud?
Do třetice s mechanickým modelem. V hadici, ve které jsou oba konce napojeny na vstup a výstup čerpadla, proudí voda stejnosměrně kolem dokola. Teď elektromotorek toho čerpadla budu krmit tak, aby chvíli čerpalo zleva doprava a potom zprava doleva. Vodní proud poteče chvilku doleva, chvilku doprava. Proud bude střídavý, ovšem ne sinusový ale zhruba obdélníkového průběhu. Sinusový průběh vodního proudu bychom mohli v této trubici docílit třeba tak, že bychom čerpadlo odstranili, konce propojili a po kusu hadice jezdili sem tam sinusově (jako při kývání kyvadla) válečkem na nudle. Z mikrofyzikálního pohledu (opět velmi primitivního) na elektrický proud doplňuji, co už jednou v Odpovědně zaznělo.
Opakuji: "Nositele nábojů ve vodičích, tj. elektrony v kovech, ionty v kapalinách a plynech a elektrony a "díry" v polovodičích opravdu cestují, jak je elektrické pole žene, !!!!kolem dokola!!! v uzavřeném obvodu (odstartují najednou). Samozřejmě po sepnutí obvodu se nechovají jako účastníci májového průvodu, kteří udělají vpravo vbok a jdou ukázněně směrem, kterým je žene pole, ale spíše tak jak naznačuji svým žákům modelem: Nositelé nábojů představují hemžící se mravence v mraveništi, kde vytvořím pachové pole tím, že na jednu stravu mraveniště dám lákavý med a na druhou něco smradlavého (otevřu tam třeba lahvičku se čpavkem). Tím mezi těmito dvěma body bude "smradové napětí". Díky smradovému poli hemžení neustane, nebude ale zcela souměrně chaotické (středová rychlost nebude 0), ale bude trošičku převládat směr rychlosti mravenců k medu. Kam pocestují, tj. jaký je směr proudu, když smradové pole vyměním, je snad jasné. Samozřejmě mohu to smradové pole střídat a proud mravenců pak bude střídavý."
Ve vodiči je to chaotické hemžení částic - nosičů náboje velmi velkou rychlostí, závislou na teplotě, ta usměrněná rychlost (složka rychlosti) je ve srovnání s tím strašně prťavá, závislá pro daný vodič mj. na napětí mezi jeho konci.

(M.Rojko)   >>>  

811) Proč je led průhledný a sníh ne?23. 01. 2004

Dotaz: Dobrý den, chtěl bych se Vás zeptat, proč je led průhledný a sníh bílý. Tuším, že to souvisí s různými absorbčními vlastnostmi ledu, resp. sněhu danými různým prostorovým uspořádánímh molekul vody, ale jak to přesně funguje, nevím.Díky. (Luboš)

Odpověď: Led je průhledný, protože neabsorbuje záření ve viditelné oblasti spektra. Sníh je bílý díky tomu, že dochází k velkému počtu odrazů na rozhraních vzduch - vločka (led), protože vločky mají složitý tvar a zůstávají odděleny od sebe vzduchem.
(RNDr. František Trojánek, Ph.D.)   >>>  

812) Dobíjení měniče autobaterií21. 01. 2004

Dotaz: Už delší dobu používám měnič 12V 220V 400W pro napájení spotřebičů při výpadku sítě. Napájím ho autobaterií. Nedávno mi ale někdo říkal, že je to nebezpečné, že baterie může vybuchnout. Podle mě je to nesmysl, zatížení není tak velké, v cestě je pojistka a při nabíjení používám nabíječku, která dává nejvíce jen 6A. Hrozí tedy nějaké nebezpečí? (D)

Odpověď: Vážený příteli, pravdu máte vy. Odběr Vašeho měniče jsou tak desítky ampér, takže používáte-li běžný akumulátor, může trvat cca 10 hodin, než baterii zcela vybijete. Při startování auta je odběr o rád větší, a i když bychom startovali pro poruchu motoru stále znova a znova, nebude výsledkem krátkodobého a mnohem většího vybíjení výbuch (od zvýšeného tlaku ohřátých plynu v akumulátorů), ale totální vybití. Navíc jsou akumulátory proti nadměrnému tlaku plynu uvnitř (to ale přichází v úvahu jen při přebíjení) chráněny.
(M. Rojko)   >>>  

813) Maximální možná teplota21. 01. 2004

Dotaz: Dobrý den! Moc by mě zajímala následující otázka, tedy spíše odpověď na ni. Termodynamická teplota je definována jako rychlost pohybu částic, absolutní nula je když pohyb částic ustane. Lze si však alespoň teoreticky představit maximální teplotu, tedy situaci kdy se i nejtěžsí částice (neutrony?) pohybují rychlostí světla a další zrychlování (ohřev) není možné? (Petr Lánský)

Odpověď: Ano i ne. Ale trošku to upřesníme. Termodynamickou teplotu lze (také) definovat jako střední hodnotu kinetické energie částic. Ta ale roste teoreticky neomezeně, protože i když rychlost částice má svůj strop, kinetická energie pro vysoké rychlosti není 1/2 mv2, ale
celková energie - klidová energie, tedy mc2 - m0 c2, kde m = m0 (1-beta)(-1/2)
(Zkuste si to rozvinout binomickou větou, a první člen je právě klasický výraz 1/2 mv2.)
Pak ovšem roste teoreticky neomezeně i možná teplota. Samozřejmě se teď nestaráme o to, jak bychom něco na extrémní teplotu zahřáli nebo souvislostmi s "celkovou energií vesmíru" apod. Ale abych Vás potěšil: pojem teploty lze zavést i pro jiné systémy, kde energie má svou největší i nejmenší mez: třeba magnetické systémy - stojící částice s magnetickým momentem ve vnějším magnetickém poli. Nejmenší energie je tehdy, když všechny částice stojí ve směru pole, největší tehdy, když všechny jsou proti směru pole. Teplotu (tedy veličinu, kterou musí mít dva systémy stejnou, aby byly navzájem v rovnováze) můžeme definovat přes souvislost pravděpodobnosti celého systému (entropie) s energií. Ukazuje se pak, že při nejmenší energii je teplota nulová. Stavu, kdy je průměrně stejně počet částic po i proti směru pole, přísluší nekonečná teplota. (A už ji máte!). Stavy, kde jsou částice převážně orientovány proti poli, odpovídají záporné teplotě - která je tedy vyšščí, než libovolná kladná. Nejvyšší teplota vůbec pak odpovídá maximální energii, a je to "záporná nula". Pořadí teplot tedy je 0, 1, 2,...,10 ..., 1000, ..., nekonečno, ... -1000, ... -10, ... -0 Toto má uplatnění při studiu systémů spinů.
(J. Obdržálek)   >>>