13 Elektrostatické pole

13

Elektrostatické pole Elektrický náboj Základním elektrickým množstvím představujícím nejmenší kvantum (doposud se nepodařilo tento element dále rozložit), je náboj elektronu, který nese náboj - Coulombu (C). Tento náboj je záporného charakteru. Na druhé straně existuje kladný náboj proton – pozitron. Každý náboj se tedy skládá z určitého celistvého počtu elektronů respektive pozitronů, který je relativně kladný vůči zápornému elektronu (proton, je stavebním prvkem jádra atomu, jehož hmotnost je několikanásobně větší). Zelektrizujeme-li těleso (přeneseme na něj el. náboj Q1), vytvoří toto těleso ve svém okolí pole, které se bude projevovat silovým účinkem. Tento prostor, ve kterém se projevují tyto účinky nazýváme elektrickým polem. Umístíme li do tohoto prostoru jiný elektrický náboj Q2, bude na něj působit síla F, kterou určíme Coulombovým zákonem:

F

Q1 .Q2 N  4 r  0 r 2

Tato síla je tedy úměrná velikosti těchto nábojů Q1,Q2, dielektrické konstantě ε, která vyjadřuje vliv prostředí ε=ε0 . εr a je dána dielektrickou konstantou vakua (8,854 . 10-12 F/m) a relativní dielektrickou konstantou εr charakterizující vliv prostředí (tato hodnota je tabelovaná pro vzduch je rovna 1, pro ostatní materiály nabývá hodnoty větší než 1) a dále je tato síla nepřímo úměrná čtverci jejich vzdálenosti r (m). Směr síly je závislý na polaritě nábojů (náboje stejné polarity se odpuzují a naopak). Síla má směr tečny (viz. obr. 1), kde jsou nakresleny siločáry (tj. orientované křivky, ke kterým je intenzita elektrického pole E tečná – viz část 1.2).

Obr. 1 Silové působení dvou osamělých nábojů Intenzita elektrického pole Intenzita elektrického pole je síla působící na jednotkový náboj 1C (Coulomb). Jedná se tedy o vektor E (x,y,z,t) jehož modul je dán vztahem:

E



F Q N nebo V  2 C m Q 4 r  0 r



Intenzita elektrického pole E v daném místě tedy závisí na velikosti náboje, permitivitě prostředí a klesá se čtvercem vzdálenosti od náboje. Obecně budou li se nacházet v prostoru dva nebo více elektrických nábojů, bude výsledná intenzita dána jako výsledný vektorový součet jednotlivých intenzit EV  Intenzitu elektrického pole lze také definovat vztahem E  kontrole namáhání izolace. Izolant oddělující

E x2  E y2 , přičemž směr síly je dán rovnicí tg 

Ey Ex

.

U , kde d je vzdálenost elektrod. Tento vztah je důležitý při d dvě elektrody musí mít izolační elektrickou pevnost

13 vyšší než je hodnota E, jinak dojde k průrazu dielektrika. Intenzita elektrického pole tedy klesá se vzdáleností od středu náboje. Elektrické pole znázorňujeme pomocí siločar (obr. 1). V podstatě siločára nahrazuje vektor, kde příslušná intenzita je tečnou a velikost intenzity je dána počtem siločar procházejících plochou. Tato hodnota je pro kulovou plochu pak vyjádřena jako celkový tok  E 

Q , kde Q představuje celkový náboj obklopený uvažovanou kulovou plochou v daném místě, výraz pak 

vyjadřuje celkový tok siločar intenzity elektrického pole (Gaussova věta). Siločáry vystupují z kladného náboje a směřují k zápornému náboji. Celkový počet siločar vstupujících, respektive vystupujících z dané plochy je úměrný velikosti náboje. Homogenní elektrostatické pole je takové pole, kde intenzita E má ve všech bodech stejnou velikost a směr (je to např. pole vytvořené mezi dvěma rovnoběžnými deskami viz. obr.).

Vliv dielektrika na elektrické pole – polarizace dielektrika Dvě desky od sebe vzdálené na vzdálenost d připojíme na napětí, které budeme zvyšovat. Lze vysledovat, že po dobu zvyšování napětí obvodem poteče proud. Přestaneme li zvyšovat napětí, proud ustane a naopak při snižování napětí opět poteče proud, ale obráceného charakteru, náboje molekul se začnou vracet do původního stavu. Šlo tedy o nabíjení a vybíjení. Tento proud není tedy charakteru jako ve vodičích, ale označuje se jako proud posuvný. Elektrické množství, které se posunulo jednotkou plochy násobené dobou posouvání vztaženo na jednotku plochy S je elektrická indukce D (posunutí D). Budeme li zkoumat příčinu tohoto stavu, zjistíme, že tento jev lze vysvětlit polarizací dielektrika. Vložíme li látku (dielektrikum) do elektrického pole, dojde k jevu označenému jako polarizace dielektrika. Původně elektricky neutrální atomy se zdeformují. Záporně nabité částice se stáhnou k +Q pozitrony k –Q. Dojde jako by k deformaci neutrálních atomů - vzniknou tak zvané indukované dipóly (celkově zůstává látka elektricky neutrální). Dipólmoment elektrický je dán součinem elektrického náboje a jejich vzájemnou vzdáleností a je úměrný intenzitě E. Je-li elektrické množství Q v prostředí o dielektrické konstantě ε, bude z něho vycházet ε krát méně siločar než ve vakuu. Zavádí se tedy vektor charakterizující jednotkový indukční tok označený jako





elektrická indukce D   0  r E . Integrál elektrické indukce D přes uzavřenou plochu S je roven součtu nábojů Qs (3.Maxwelova

rovnice) . Důsledkem polarizace je vznik vázaného náboje (viz. obr. č.3). V podstatě nastal pohyb nábojů a to uvnitř i vně. Obr. č.3 Polarizace dielektrika Technický význam tohoto poznatku je: dielektrické ztráty - ohřev dielektrika (tj. např. mikrovlnná trouba).

Elektrický potenciál Budeme-li mít bodový náboj, pak na jednotlivých ekvipotenciálách bude stejná intenzita. Pro přenesení elektrického náboje z nekonečna do daného místa vykonáme práci, která je v podstatě rovna potenciální energii v daném místě pole. Tuto energii označujeme jako elektrický potenciál v daném bodě φA. Rozdíl potenciálů pak označujeme jako napětí U. Napětí je tedy definováno jako rozdíl potenciálů U=φA-φB [V]. Ekvipotenciální plocha- je plocha v jejíž bodech je stejný potenciál. Pohybuje li se náboj na ekvipotenciální ploše, koná působící síla nulovou práci.

Kondenzátor - kapacita Kondenzátor je tvořen dvěma elektrodami oddělenými dielektrikem (izolantem). Přivedeme-li napětí na tyto desky, vytvoří se mezi deskami elektrické pole o intenzitě E 

U , kde d představuje vzdálenost desek. Vlivem intenzity elektrického d

13 pole dojde k polarizaci dielektrika a vytvoří se v tomto prostředí dielektrický indukční tok D=E.ε, vlivem kterého je na elektrodách vázán elektrický náboj + Qo a –Qo. Jeho velikost je tedy určena plochou S, permitivitou ε prostředí mezi deskami a

U , tedy vzdáleností desek a napětím. Tuto schopnost kumulovat elektrický náboj d Q S označujeme jako kapacitu kondenzátoru C , jednotkou je F (farad) C    . Kapacita kondenzátoru je tedy dána U d intenzitou el. pole E, která je dána E 

konstrukčním uspořádáním. Velikost vázaného náboje je tedy dána napětím U a touto konstrukční konstantou C. Kondenzátor tedy slouží jako jímač elektrické energie . Akumulovaná energie se dá vyjádřit W 

1 CU 2 W  2

Řazení kapacit-spojování kondenzátorů Paralelní spojení (vedle sebe) - pro toto spojení je charakteristické, že napětí na kondenzátorech je stejné. Takové spojení lze pokládat za jeden kondenzátor, kde plochy se sčítají a výsledná kapacita je dána součtem jednotlivých kapacit Seriové spojení (za sebou) - charakteristickým znakem tohoto spojení je, že vázané náboje na jednotlivých deskách kondenzátorů jsou stejné. Výsledná kapacita je při seriovém řazení vždy menší než nejmenší kapacita všech řazených kondenzátorů. Celkové napětí se rozdělí na jednotlivé kondenzátory a to dle vztahu U 

Q , jelikož je vázaný náboj na všech C

deskách stejný, tedy nepřímo úměrný ke kapacitám. Tohoto poznatku se využívá například jako kapacitního děliče.

Elektrický proud Při polarizaci dielektrika jsme se seznámili s tak zvaným proudem posuvným. Nyní se podívejme na situaci v kovovém vodiči. Kovy jsou charakteristické tím, že tvoří tak zvanou krystalickou mříž. Má li dojít k vedení proudu musíme dostat za pomoci aktivační energie tyto elektrony z té vazby. Kovy se vyznačují právě tím, že při běžné teplotě má již elektron takovou energii, že se uvolní. To je hlavní rozdíl mezi vodičem a izolantem. Tam je potřeba mnohem vyšší kinetické energie k uvolnění. Volné částice jsou stále v neuspořádaném pohybu. Vytvoříme-li nyní ve vodiči připojením napětí elektrické pole, dojde k usměrněnému toku elektronů a tento usměrněný pohyb nazýváme elektrický proud. Jde tedy o přesun elektrického náboje, který se přesune za jednotku času. Nemění-li se proud (ustálený stav), tak se jedná o stejnosměrný proud I 

Q A . Německý t

fyzik Ohm objevil a zformuloval vztah mezi napětím, proudem a vlastností materiálu, kterou označil jako elektrický odpor

R

U  . Vodič má odpor jednoho ohmu, protéká li ním proud 1A při napětí 1V. Elektrický odpor tedy charakterizuje I

vlastnost materiálu, kterou označujeme jako měrný odpor- rezistivitu ρ, což je odpor krychle o hraně jednoho metru, jednotkou je Ω.m. V praxi se vyjadřuje jako měrný odpor o délce 1 m a průřezu 1 mm2 respektive pro vedení jako Ω/km/mm2 . Výsledný odpor vodiče je potom dán vztahem

R

l . Odpor závisí na teplotě, což lze vyjádřit vztahem S

R  R20 1     20 . Kde α vyjadřuje teplotní součinitel odporu udávající změnu rezistivity (odporu) při změně teploty o 1°C a  je teplota. Tento součinitel může být kladný (kovy), respektive záporný (polovodiče). Tohoto poznatku se v praxi využívá například pro měření teploty například v automobilech. U střídavých proudů se ještě odpor zvyšuje vlivem jevu, který označujeme jako skinefekt (odpor se násobí konstantou k (počítá se vzorcem)). Vodivost (konduktance) je převrácená hodnota

1 jednotkou je Ω-1 označen jako siemens S nebo pro měrnou vodivost (konduktivitu) je to převrácená hodnota R 1 měrného odporu rezistivity   .  odporu G 

Zdroj elektromotorického napětí

13 Elektrický proud může procházet prostředím (vodičem) pouze tehdy, působí-li na volné nabité částice trvale elektrické pole. Tuto funkci zajišťuje v elektrickém obvodě zdroj elektromotorického napětí. Zdroj tedy koná práci přemisťováním nábojů (elektronů nebo iontů). Elektromotorické napětí je tedy rovno podílu práce A, kterou vykoná zdroj při jednom oběhu náboje Q po libovolné uzavřené křivce.V otevřeném obvodě se elektromotorické napětí rovná svorkovému napětí zdroje naprázdno. V uzavřeném obvodě začne vlivem napětí protékat proud. Reálný zdroj ovšem představuje vnitřní odpor Ri, který se projeví úbytkem napětí U úbytek  Ri I . Svorkové napětí zdroje je tedy dáno elektromotorickým napětím sníženým o úbytek napětí na zdroji. Podle velikosti vnitřního odporu pak charakterizujeme zdroje jako tvrdé a měkké. Svorkové napětí tvrdého zdroje klesá při ztížení málo a naopak. Při zkratu zdroje je svorkové napětí rovno nule a zdrojem protéká zkratový proud. Ten je určen odporem zdroje.

Kirchhoffovy zákony První Kirchhoffův zákon popisuje stav v proudovém uzlu. Součet proudů vstupujících do uzlu (označené +) se rovná součtu proudu vystupujících z uzlu (označeny -). Druhý Kirchhofův zákon platí pro uzavřený obvod: Algebraický součet všech elektromotorických napětí v uzavřeném obvodě je roven algebraickému součtu úbytků napětí na všech prvcích tohoto obvodu .

Spojování rezistorů a zdrojů elektromotorického napětí Při seriovém spojení mají všechny prvky zapojené v obvodu stejný proud, svorkové napětí zdroje se rozdělí přímo úměrně na jednotlivé odpory (úbyty napětí R.I). Výsledný odpor obvodu je dán součtem jednotlivých odporů:. Při seriovém spojování zdrojů se jejich elektromotorická napětí sčítají. Rovněž se sčítají jejich vnitřní odpory Ri. Při paralelním spojení prvků obvodu mají všechny prvky stejné napětí. Obdobně to platí pro paralelně řazené zdroje. Spojíme-li paralelně zdroje o nestejném napětí, poteče mezi nimi při nezatíženém stavu vyrovnávací proud. Při zatížení se rozdělí zatěžovací proudy nepřímo úměrně vnitřním odporům zdrojů, čímž může nastat přetížení zdroje s malým vnitřním odporem.

Výkon stálého proudu – Jouleovo teplo Průchodem proudu vlivem stálého elektromotorického napětí, se vykoná za dobu t práce (přenesením náboje): A = U.Q = P.t = U.I.t = R.I2.t = U2/R [J]. Práce vykonaná za jednotku času je výkon: P=A/t [W].

Elektrické napětí je určeno jako práce vykonaná elektrickými silami při přemísťování kladného jednotkového elektrického náboje mezi dvěma body prostoru. Elektrické napětí lze také vyjádřit jako rozdíl elektrických potenciálů v obou bodech prostoru. Napětí 1 V je takové napětí, které je mezi konci vodiče, do kterého konstantní proud 1 A dodává výkon 1 W. V takovém případě má vodič odpor 1 Ω. Stejnosměrné napětí je takové napětí, které v čase nemění ani velikost, ani znaménko (orientaci). Střídavé napětí je napětí, které se v čase mění s určitou periodou, přičemž jeho střední hodnota je nulová. Časový průběh (tvar) napětí může být libovolný, nejčastěji se můžeme setkat se sinusovým průběhem. Dalšími průběhy mohou být pilovité, obdélníkové nebo libovolné jiné.

V praxi se mohou vyskytovat napětí, která mají jak střídavou, tak stejnosměrnou složku. Běžně prodávané samostatné elektrické články (monočlánky) poskytují stejnosměrné napětí přibližně 1,5 V. Olověné články v autobateriích mají napětí přibližně 2 V. Články bývají často sdružovány do baterií, v nichž se napětí jednotlivých článků sčítá. Lze koupit baterie o napětí 3 V, 4,5 V nebo 9 V; autobaterie obvykle složené ze 6-ti nebo

13 12-ti článků mají napětí 12 nebo 24 V. Střídavé napětí při přechodu mezi jednotlivými napěťovými hladinami se obvykle mění transformací v transformátorech. U stř 

U ef 

1T  u t dt T0

1T 2  u t dt T0

Elektrický proud je fyzikální veličina, která vyjadřuje množství náboje prošlého za jednotku času. V obecném případě je elektrický proud závislý na čase. Takový proud se označuje jako nestacionární elektrický proud. Pokud elektrický proud na čase nezávisí, označuje se jako stacionární elektrický proud. Pro účely elektrotechniky se rozlišuje Stejnosměrný proud - elektrický proud, který v čase nemění směr svého toku, avšak velikost proudu se měnit může. Střídavý proud - elektrický proud, jehož velikost se v čase mění s určitou periodou, přičemž jeho střední hodnota je nulová. Časový průběh (tvar) proudu může být libovolný, nejčastěji se můžeme setkat s harmonickým průběhem. Dalšími průběhy mohou být pilovité, obdélníkové nebo libovolné jiné.

V praxi se mohou vyskytovat proudy, které mají jak střídavou, tak stejnosměrnou složku. Elektrický proud má kromě velikosti také směr. Dohodnutý směr toku proudu je od kladného pólu zdroje přes spotřebič k zápornému pólu zdroje. Tento dohodnutý směr je ale právě opačný ke směru toku elektronů v pevných vodičích. I

Q A t

Ohmův zákon: R 

U U  U  R.I  I  I R

Měřící přístroje a měření Měřící přístroje tvoří skupinu elektrotechnických přístrojů sloužících k měření provozních veličin. Měření lze rozdělit na dvě skupiny: měření elektrických veličin měření neelektrických veličin Měřící přístroje využívají pro svoji činnost poznatků fyzikálních zákonů. Například nejčastěji elektromagnetického jevu. Podle zpracování měřeného signálu na analogové a digitální

Analogové měřící přístroje Představují starší generaci měřící techniky, která se ovšem stále používá a v některých případech je nenahraditelná. Každý elektrický měřící systém sestává z vlastního měřícího systému, který pracuje na určitém fyzikálním principu a příslušenství, které jej specifikuje na požadovaný přístroj(ampérmetr, voltmetr….) a zajišťuje změnu jeho rozsahu. U analogových měřících přístrojů se používá následujících systémů: magnetoelektrickém (V, A, ohmmetry) elektromagnetickém (V,A) elektrodynamickém (V,A,W) indukčním (elektroměry)

13 rezonančním (kmitoměry)

Digitální měřící přístroje Tyto přístroje dnes představují novou měřící techniku. Digitální měřící přístroj sestává z příslušenství obdobnému jako u analogové techniky (předřadný odpor, bočník..).Snímaný signál ve formě napětí je převeden na analogový, který je dále zpracován v elektronickém obvodě a zobrazen pomocí displeje. Digitální technika se vyznačuje velkým vstupním odporem, což je zvláště pozitivní ve slaboproudé technice. Pozor si musíme dát při měření nesinusových průběhů, kde měří nesprávné hodnoty. Tyto přístroje se dělají ve většině případů jako univerzální. K měření časových průběhů používáme osciloskopů, které zaznamenávají okamžitou hodnotu měřené veličiny a zobrazují ji na zvolené časové základně.

Voltmetry Sestává z měřícího systému, který je specifikován odporem a proudem nebo napětím pro plnou výchylku a předřadným odporem Rp, který zajišťuje požadovaný napěťový rozsah. Dalším důležitým faktorem měř. přístroje je spotřeba, která závisí na systému. Voltmetr zapojujeme paralelně k měřenému objektu. Vstupní odpor voltmetru požadujeme co nejvyšší, např. 1 MΩ.

Ampérmetry Podstata ampérmetru spočívá v měření úbytku napětí na odporu Rb, který je velmi malý. Změna rozsahu se provádí právě změnou Rb. Ampérmetr zapojujeme sériově do obvodu, kde měříme proud. Odpor ampérmetru by mě být minimální (např. 0.1 Ω). Magnetické pole

Kolem elektrického náboje vzniká elektrické pole. Začne-li se tento náboj pohybovat, vzniká kolem vodiče magnetické pole, které se opět projevuje silovým účinkem na jiné magnetické pole (například země – ručička kompasu se natočí S-J). Vznik magnetického pole je tedy svázán jen s pohybem náboje – elektrickým proudem. Toto vzniklé magnetické pole opět charakterizujeme veličinami jako pole elektrické. Intenzita magn. pole H je síla, kterou působí v daném místě na magnetické prostředí. Pravidlo pravé ruky: nechť vztyčený palec ukazuje směr proudu ve vodiči. Potom zahnuté prsty (do pravého úhlu) ukazují směr intenzity magnetického pole.

Magnetická indukce B. Vlivem intenzity magnetického pole H dojde k zmagnetování prostředí, což vyjadřujeme magnetickou indukcí B (vyjadřuje v podstatě hustotu siločar magn. pole vytvořeného intenzitou H v daném prostředí). Magnetická indukce závisí na prostředí, což charakterizujeme jeho permeabilitou μ. Jednotkou permeability je H.m-1 a pro vakuum činí 1,256 637.106 H.m-1. Podle poměrné permeability μ,dělíme látky: paramagnetické μ je nepatrně větší než 1, diamagnetické μ je nepatrně menší než 1 a feromagnetické μ je mnohonásobně větší než 1. Feromagnetické látky nemají μ konstantní (viz hysterezí křivka). Para (hliník) a diamagnetické (rtuť, voda) látky prakticky neovlivňují magnetickou indukci. Jiná situace je u látek feromagnetických (železo, nikl, kobalt některé jejich slitiny a dále i slitiny některých neferomagnetických látek). Tyto látky mají nenulové magnetické momenty, které jsou vytvořeny mikroproudy spojenými s oběhem elektronu a jeho rotací. U neferomagnetických látek se tyto magnetické momenty ruší. U feromagnetických látek se tato mikroskopická pole sčítají a vytváří tak zvané Weissovy domény. Nebyla-li tato látka ještě zmagnetizována, jsou tyto domény seřazeny neuspořádaně a látka se navenek jeví jako nemagnetická. Vložíme-li tuto látku do vnějšího magnetického pole, seřadí se tyto domény ve směru vnějšího pole a obě pole se sečtou. Jde v podstatě o postupné natáčení těchto domén ve směru vnější magnetizace. Při dosažení určité intenzity pole H (závisí na proudu cívky) nepostupně tento jev ustálí (všechny domény se natočily) a dále se chová feromagnetická látka jako vzduch

13 (nasycený stav).Tento průběh se u doposud nemagnetovaného materiálu nazývá křivka prvotní magnetizace,,A“. Budu-li nyní proud snižovat, budou se domény vracet do původní polohy. Při proudu rovném nule ovšem část domén se už nevrátila do původní polohy a zůstala tam zbytková indukce Br - remanentní. Na její odstranění je zapotřebí obrácené intenzity –Hr, kterou nazýváme koercitivní sílou. Budeme-li dále pokračovat, opět se nám materiál přemagnetizuje. Celý cyklus přemagnetizace pak je označen jako hysterezní smyčka a její plocha a je úměrná práci na přemagnetování.

Podle této práce rozdělujeme materiály na magneticky měkké, které mají malou koercitivní sílu Hr a úzkou hysterezí křivku, čímž dosahují při relativně malé intenzitě velké indukce B (jinými slovy se lehce zmagnetují a odmagnetují). Tyto materiály se budou používat na stavbu elektromagneticky buzené obvody (magnet. obvody točivých strojů, transformátorů, elektromagnetů). Naopak jiné materiály (například slitiny Fe,Al,Ni,Co) se vyznačují obtížným zmagnetováním a odmagnetováním (velká koercitivní síla). Tyto materiály označujeme jako magneticky tvrdé a z nich se vyrábí permanentní magnety.Zde je nutno upozornit na další vlastnost feromagnetických materiálů a to je vliv teploty. Při vyšších teplotách ( u železa je to tak zvaný Curieův bod 723°C) ztrácí tento materiál feromagnetické vlastnosti. Celkový tok indukčních čar (magnetická indukce) procházející uzavřenou plochou S se nazývá magnetický tok, jednotkou je Wb (weber) a vyjadřuje celkový tok indukčních čar vycházející z dané plochy S. Silové působení magnetického pole na proudovodič. Bude-li se nacházet vodič (bez proudu) v homogenním magnetickém poli, nebude na něj působit síla. Vyvoláme-li v tomto vodiči proud, začne na vodič působit v tomto poli elektrodynamická síla, která představuje vektor. Pro vodič o délce l nacházející se v magnetickém poli o velikosti indukce B má síla obecně velikost F  I .l.B sin  , kde α je úhel, který svírá indukce B s osou vodiče.

Vznik magnetického pole Magnetické pole můžeme chápat jako jakousi chybu elektrického pole, která vzniká pohybem náboje. Pohybuje-li se náboj určitou rychlostí, začnou se projevovat relativistické efekty. Pro rychlost v řádech metrů za sekundu, čili pro nás běžně postřehnutelný pohyb, je však rozsah tohoto efektu v řádu 10-17. Na první pohled zanedbatelný efekt, ale pořád dostačující. Elektrická síla sama o sobě je 1038 krát větší než síla gravitační a tudíž magnetická síla stále několika řády přesahuje gravitační sílu. Biot-Savartův zákon (také někdy nazývaný Biot-Savart-Laplacův zákon) popisuje magnetickou indukci, která vzniká díky pohybujícímu se náboji. Pojmenován byl podle dvou francouzských matematiků. Společně s Ampérovým zákonem o síle působící na náboj v magnetickém poli je základním zákonem magnetostatiky. Zkráceně se dá říci, že udává vztah mezi magnetickou indukcí , proudem I a geometrickým uspořádáním vodiče v prostoru. Bodový náboj Q, který se v místě

pohybuje rychlostí

,

, přispívá do místa

magnetickou indukcí

:

13 kde μ je permeabilita. Pro hustotu elektrického proudu

dostáváme objemový integrál:

.

Tento vztah je analogický ke vztahu, který elektrostatické pole popisuje jako funkci hustoty náboje. Pro magnetickou indukci lineárního vodiče C, kterým protéká proud I, získáváme lineární integrál přes uzavřenou křivku:

,

kde

je nekonečně malý úsek vodiče ve směru proudu.

Ampérův zákon (také někdy nazývaný Ampérův zákon celkového proudu) popisuje vztah mezi magnetickou indukcí či magnetickou intenzitou a proudem I. Neboli, jde o zákon popisující magnetické pole vodiče, jímž protéká elektrický proud I. Nejčastější znění vypadá takto:

Tok magnetické intenzity uzavřenou křivkou S je roven proudu ve vodiči. Někdy se pomocí vztahu mezi magnetickou intenzitou

a magnetickou indukcí

vyjadřuje také jako

kde μ0 je magnetická konstanta neboli permeabilita vakua.

Elektromagnetická indukce – Faradayův zákon Prochází-li omezenou vodivou smyčkou (závitem) časově proměnný magnetický tok, indukuje se ve smyčce elektromotorické napětí, které se rovná záporné časové změně magnetického toku: Elektromotorické napětí U i  

d dt

Záporné znaménko je odůvodněno tím, že elektrický proud vzniklý tímto indukovaným napětím ve smyčce vytváří obrácený magnetický tok, než tento jev způsobil (Lenzovo pravidlo). Technickou aplikací tohoto zákona je transformátor, který má dvě vinutí spojené magnetickou vazbou.

13

Obr. Uspořádání vinutí transformátoru Primární vinutí vytváří magnetický tok, v sekundárním vinutí se bude indukovat napětí. Napětí indukované na vinutí se vypočítá jako indukované napětí na jednom závitu krát počet závitů. Poměr napětí na primáru a sekundáru se nazývá napěťový převod. Transformátor má velmi široké aplikační využití slouží jako převodní napěťový a proudový prvek a dále plní funkci oddělovací – izolačně odděluje obvody, čehož se používá v energetických sítích, dále jako regulační prvek u lokomotiv, jako zdroj vysokého napětí u zapalovacích systémů vozidel. Druhou formou indukčního zákona je indukce napětí v pohybujícím se vodiči v magnetickém poli. Budeme-li otáčet závitem v magnetickém poli (časově neměnném), bude docházet ke změně magnetického toku plochou smyčky a ve smyčce se bude indukovat napětí, které bude mít sinusový průběh. Indukované elektromotorické napětí Ui. Pro samostatný vodič pohybující se v magnetickém poli bude napětí dáno vztahem Ui = B.l.v, kde l je aktivní délka vodiče nacházející se v magnetickém poli, v je vektor rychlosti kolmý na magnetickou indukci B. Směr indukovaného napětí určíme Lenzovým pravidlem pravé ruky. Vysvětlení dle obr.

Položíme pravou ruku tak, aby magnetické siločáry vstupovaly do dlaně, palec ukazoval směr pohybu vodiče, prsty ukáží směr indukovaného napětí. Technickou aplikací této formy indukčního zákona jsou generátory (dynama, alternátory)

Vlastní indukčnost Bude li se měnit proud procházející cívkou, bude se měnit i s ním magnetické pole, které je s tímto proudem svázané. Na základě indukčního zákona se časovou změnou toku bude indukovat napětí, které je obrácené polarity. Toto napětí je pak závislé na vlastní časové změně proudu a na konstrukčních konstantách magnetického obvodu a to znamená na permeabilitě, počtu závitů a geometrickém rozměru cívky. Tyto parametry pak označujeme jako vlastní indukčnost cívky L 

N H  . I

2

2 D N Vlastní indukčnost L solenoidu (cívky) je pak dána vztahem L     , kde D je průměr dutiny cívky, N počet závitů 2 l

cívky, μ je permeabilita, což vyjadřuje, zdali je cívka bez jádra (reaktor) nebo s feromagnetickým jádrem(tlumivka). Tím se bude lišit chování takové cívky - průběh její indukčnosti.

Vzájemná indukčnost Budeme-li mít vedle sebe dva vodiče, nebo dvě smyčky a jedním vodičem bude protékat časově proměnný proud, který vytvoří kolem magnetické pole, v sousedním vodiči se bude indukovat napětí, které je opět ovlivněno vlastnostmi magnetického obvodu a časovou změnou toku. Tuto vazební vlastnost označujeme jako vzájemnou indukčnost M

M 

N 2  12 N 1 21  H  . Vzájemná indukčnost tedy závisí na vzájemné poloze obou vodičů a na prostředí obklopujícím I1 I2

oba vodiče – permeabilitě μ. Na tomto principu je rovněž založen transformátor, který plní další funkci oddělovací – galvanicky odděluje dva obvody.

13

Přechodový jev je fyzikální děj probíhající v časovém intervalu mezi dvěma ustálenými stavy. V ustáleném stavu se energie soustavy nemění (popř. se mění periodicky), v přechodovém stavu dochází ke změně energie soustavy. Vznik jevu je podmíněn změnami energie v akumulačních prvcích obvodu (kondenzátory, cívky). Tyto změny nemohou proběhnout okamžitě, protože by vyžadovaly zdroj nekonečného výkonu. Charakter jevu závisí na druhu zapojených akumulačních součástek. Obsahuje-li obvod pouze jeden druh těchto součástek (tj. kromě odporu pouze kondenzátory nebo pouze cívky), nemůže dojít k vratné výměně energie a děj probíhá aperiodicky. Pokud však obvod obsahuje oba druhy akumulačních součástek, může za určitých podmínek dojít k tlumenému periodickému kmitání. Tyto obvody pak nazýváme oscilátory.

Přechodový jev v RL obvodu RL obvod je tvořen zdrojem napětí a sériovým zapojením ideálního odporu a ideální cívky. Po připojení ke zdroji stejnosměrného napětí začne obvodem procházet proud, který na cívce vytvoří magnetické pole, které však zatím nemá žádnou energii. To se však rychle mění, magnetické pole se zvětšuje a na cívce se začne indukovat napětí. Toto napětí je zpočátku stejně velké jako napětí zdroje, zatímco napětí na rezistoru je rovno nule. Postupně se však bude napětí na cívce snižovat a na rezistoru zvyšovat až bude v čase T obvodem protékat proud .Po odpojení obvodu od zdroje napětí se začne v cívce indukovat napětí opačné polarity, které způsobí zpomalení zániku magnetického pole. Směr toku proudu zůstává nezměněn. Energie magnetického pole cívky se přemění na rezistoru na energii tepelnou.

Přechodový jev v RC obvodu RC obvod je obdobně tvořen zdrojem napětí a sériovým zapojením ideálního odporu a ideálního kondenzátoru. Po připojení zdroje napětí bude obvodem procházet nejvyšší možný proud, který bude omezen pouze rezistorem . Nenabitý kondenzátor se tak bude zpočátku chovat jako zkrat. Čím více se však bude kondenzátor nabíjet (bude v něm vzrůstat nahromaděný náboj) a poroste jeho napětí (uc), tím menší proud procházející obvodem bude. Za dobu T tak bude obvodem procházet proud . Po odpojení obvodu od zdroje napětí se začíná kondenzátor vybíjet (chová se jako zdroj). Elektrická energie, kterou kondenzátor vybije se v rezistoru přemění na energii tepelnou. Teoreticky se kondenzátor vybíjí nekonečně dlouhou dobu. V praxi se ale považuje za vybitý, pokud obvodem prochází již jen 5% maximálního proudu, což nastává za dobu 3τ.

Homogenní vedení jest vedení se spojitě rozloženými parametry: na délkovou jednotku má odpor R, indukčnost L, kapacitu C a svod G. Příčný rozměr jest zanedbatelně malý vzhledem k vlnové délce příslušné frekvence budícího signálu, avšak délkový rozměr vlnovou délku převyšuje, nebo jest s ní srovnatelný. Prakticky je homogenní vedení provedeno buď jako dvoulinka, nebo koaxiální kabel.

Koaxiální kabel je elektrický kabel s jedním válcovým vnějším vodičem a jedním drátovým nebo trubkovým vodičem vnitřním. Průměry vnitřního a vnějšího vodiče jsou v nějakém určitém poměru. Vnější a vnitřní vodič jsou odděleny nevodivou vrstvou (dielektrikum). Tím se dá docílit požadovaný vlnový odpor neboli vlnovou impedanci někdy také zvanou jako charakteristickou impedanci pro přenos vyšších

13 frekvencí. Typické koaxiální kabely mají vlnovou impedanci 75 Ω (použití zejména v televizní a satelitní technice) a 50 Ω (použití na vysílačích, přijímačích jako napáječ antén a v počítačových sítích Ethernet)a dříve byl používán i jako dálkový telefonní kabel. Pomocí vnitřního a vnějšího vodiče lze přenášet stejnosměrný proud (napájení anténních předzesilovačů), odrušit (stínit) nízkofrekvenční signály (kabely k mikrofonům a sluchátkům), ale nejčastější funkcí koaxiálního kabelu je přenos elektromagnetického vlnění o vysokém kmitočtu(řádově 600 kHz až 60 MHz), který se šíří koaxiálním kabelem podobně jako světlo v optickém vláknu. A - Plášť B - Vodivé opletení C - Dielektrikum D - Vnitřní vodič

Kroucená dvoulinka je druh kabelu, který je používán v počítačových sítích. Kroucená dvoulinka je tvořena dvěma vodiči (párem vodičů), které jsou po své délce pravidelným způsobem zkrouceny. Oba vodiče jsou v zásadě rovnocenné (i v tom smyslu, že žádný z nich není spojován se zemí či s kostrou), a kroucená dvoulinka proto patří mezi tzv. symetrická vedení. Signál, přenášený po kroucené dvoulince, je vyjádřen rozdílem potenciálů obou vodičů. Proč je dvoulinka kroucená

Nákres, který zobrazuje, jak vypadá kroucená dvoulinka uvnitř kabelu.

Potřeba minimalizovat vzájemnou interakci mezi vodiči kroucené dvoulinky a jejím okolím se ovšem týká i opačného směru - tedy vyzařování z kroucené dvoulinky směrem ven, do jejího vnějšího okolí. Zde je nutné si vzpomenout na jednu ze základních pouček fyziky, která říká že každé dva souběžně vedoucí vodiče se chovají jako anténa: pokud je jimi přenášen nějaký střídavý signál, vyzařují do svého okolí elektromagnetické vlny. Konkrétní efekt takovéhoto vyzařování samozřejmě závisí na mnoha faktorech (frekvenci signálu, fyzickému provedení souběžných vodičů atd.), ale při přenosových rychlostech dnešních počítačových sítí efekt vyzařování již není zdaleka zanedbatelný. Efekt „vyzařující antény" lze ale výrazně snížit, a to tím že se oba vodiče pravidelně zkroutí. Vyzařování se tím sice neodstraní úplně, ale sníží se na takovou míru, která již může být přijatelně nízká (v tom smyslu, že ani neohrožuje lidské zdraví, ani neovlivňuje jiná zařízení či jiné přenosové cesty). V praxi ovšem může záležet na konkrétních fyzických dispozicích a dalších požadavcích, ale i na normách či legislativních úpravách, a výsledná míra vyzařování kroucené dvoulinky bez dalšího stínění může stále být ještě příliš vysoká. Pak musí být místo tzv. nestíněné kroucené dvoulinky (UTP) použita dvoulinka stíněná (STP), která díky svému stínění vykazuje nižší míru vyzařování.

PN přechod Součástka s dvěma vývody připojenými ke krystalu polovodiče s jediným přechodem PN je polovodičová dioda. Vývod spojený s oblastí P je anoda a vývod spojený s N je katoda.

13

Nelineární součástka, neplatí Ohmův zákon, proud závisí nejen na velikosti napětí, ale i na jeho orientaci, pokud diodu zapojíme v propustném směru (potenciál anody je větší než potenciál katody) pak proud prochází normálně jako bez diody, pokud je zapojena v závěrném směru (potenciál katody je větší než potenciál anody) proud v obvodu neprochází. Závislost vodivosti na polaritě napětí = diodový jev. Děje vysvětlíme: elektrony s N a díry s P se setkají na přechodu PN a nastanou rekombinace, převládne působení nepohyblivých iontů příměsí, vznikne hradlová vrstva s elektrickým polem jehož intenzita směřuje s N do P, toto elektrické pole zabraňuje další pronikání elektronů a děr a nastane rovnovážný stav. Zapojíme-li diodu propustném směru elektrické pole v diodě je působením zdroje orientováno proti hradlové vrstvě a potlačí ji – proud prochází. V propustném směru proud začíná rychle stoupat, po dosažení prahového napětí UF0, proud nesmí překročit určitou hodnotu I danou výrobcem. V závěrném směru prochází jen malý proud, napětí nesmí překročit průrazné napětí UBR (Zenerovo napětí), došlo by ke zničení diody, dioda, která pracuje i po překročení tohoto napětí je Zenerova dioda.

Bipolární tranzistory Skládá se ze tří vrstev buď N-kolektor, P-báze, N-emitor pak je to tranzistor NPN nebo P-kolektor, N-báze, Pemitor pak je to tranzistor PNP. Jejich princip je stejný, liší se především uspořádáním vodivostních oblastí a zapojením napájecího napětí: NPN na kolektoru vždy kladné napětí, PNP na kolektoru vždy záporné napětí . V tranzistoru tak vznikají dva přechody PN a můžeme si ho představit jako spojení dvou polovodičových diod, z nichž jednu tvoří kolektorbáze a druhou emitor-báze.

Připojíme k tranzistoru ss napětí UKE: Tranzistor je zavřený, emitorový přechod (mezi B a E) – propustný směr, ale kolektorový přechod (mezi B a K) – nepropustný směr → proud obvodem nemůže protékat!

13

Mezi bázi a emitor připojíme další ss napětí UBE: Tranzistor je otevřený, protože je emitorový přechod v propustném stavu, pak účinkem UBE začnou volné elektrony proudit z emitoru do báze.

Usměrňovače Elektronický přístroj, pokud není napájen výhradně z baterií, musí obsahovat usměrňovací zařízení, zkráceně usměrňovač. Usměrňovač přeměňuje síťové střídavé napětí na stejnosměrné. Druhů zapojení usměrňovačů je mnoho a typ zapojení je nutné volit vždy podle specifické spotřeby.

Jednocestný (jednopulsní) usměrňovač

Průběhy (místo U1 má v grafu správně být U3). Síťový transformátor lze vynechat není-li třeba síťové napětí transformovat. K usměrnění slouží dioda D, která dovoluje průnik proudu Iss do zátěže Rz jen tehdy, má-li na anodě vyšší napětí než na katodě. Dioda se při návrhu volí dle namáhání v závěrném směru, kterému je při činnosti vystavena. Úbytek napětí v propustném směru je pro Ge asi 0,5V a pro Si 0,7–1V.

Můstkový (Graetzův) usměrňovač

Jde o druh zapojení dvoucestného usměrňovače, vyžaduje však již čtyři usměrňovací diody, které jsou ale v závěrném směru namáhány polovičním napětím. Je-li v bodě „a“ kladná půlvlna střídavého napětí U2, otevírá se dioda D1, protéká jí proud do bodu „d“ a přes Rz do bodu „c“, přes D2 do bodu „b“ a druhý konec vinutí transformátoru. Při záporné půlvlně, (kladná půlvlna

13 na spodním konci vinutí trafa) jde proud přes bod „b“, diodu D3, bod „d“, zátěž Rz, dále přes bod „c“ a diodu D4 do bodu „a“ a na horní konec vinutí trafa. Na zátěži vzniká odpovídající pulzní napětí. Diody se volí podle namáhání dle katalogových hodnot. Napěťové namáhání diod volíme Uss = Umax <= Ud.

Tyristor Je polovodičová spínací součástka (také může fungovat jako řízený usměrňovač) se čtyřvrstvou strukturou (NPNP nebo PNPN). Tyristory mají tu vlastnost, že jsou v nevodivém stavu až do určitého okamžiku, kdy se skokem otvírají a plně vedou proud. Za určitých podmínek se opět zavírají. A – anoda, K – katoda, G – gate (řídící elektroda). Tyristor sepne připojením kladného napětí na elektrodu G. Po sepnutí tyristor „drží“ i když napětí řídící elektrodě G přerušíme.

Tranzistor jako zesilovač: Je schopen reagovat na změny vstupního signálu tak že k němu přidá část energie ze zdroje a tím ho zesílí. K tomu aby mohl takto pracovat musí mít předem nastavený pracovní bod. Ten se nastaví pomocí odporu v bázi a kolektoru. Ke stejnosměrnému napětí báze se přičítá napětí přivedeného vstupního signálu, tím se mění kolektorový proud a na rezistoru RK vzniká výstupní signál, který je podstatně zesílen.

Výhody tranzistorů: nepotřebují žhavení, mají menší rozměry, mají delší životnost, mají velkou otřesuvzdornost Nevýhody tranzistorů: mají parametry závislé na teplotě, jsou náchylné na přetížení, mají zbytkový proud

Booleova algebra V praxi běžně sice používáme desítkovou číselnou soustavu, nicméně jsou situace, kdy použijeme dvojkovou soustavu, aniž si to uvědomujeme. Používáme ji v situaci, kdy se rozhodujeme pouze ze dvou možností: ano – ne, platí – neplatí, pravdivé – nepravdivé. Každé tvrzení (výpověď) nazývá výrok, můžeme-li o něm říci, zda platí anebo neplatí. Výroky můžeme spojovat do složitějších výrazů pomocí logických operací. Musíme se naučit ovládat matematický prostředek pro práci s logickými výrazy. Logická konstanta může mít jen dvě možné hodnoty označované 0 a 1. Její hodnota je stále stejná. Logická proměnná je veličina, která může nabývat pouze dvou hodnot označených 0 a 1 a její hodnota se může měnit. Budeme ji většinou označovat jako x. Logická funkce nproměnných x1, x2, ..., xn je funkce, která může nabývat stejně jako proměnná pouze dvě hodnoty. Tato funkce může být považována za proměnnou vzhledem k jiné logické funkci. Booleova algebra je matematický prostředek k popisu logických operací. Booleova algebra není algebrou čísel, s jakou se setkáváme v matematice. Je algebrou stavů. Vzhledem ke klasické algebře je proto jinak definována, např. nedefinuje operace odčítání a dělení, protože ty ve stavové algebře neexistují. Booleova algebra je definována pomocí dvou binárních operací „+“ (zvané logický

13 součet) a „·“ (zvané logický součin) a pomocí základních zákonů. K vytvoření libovolné logické funkce používá pouze tří základní operace: logický součet, logický součin, negace.

Logický součet OR Pravdivostní tabulka logického součtu:

Znázornění logického součtu pomocí dvou paralelně zapojených spínačů:

A

B

A+B

0

0

0

0

1

1

A

1

0

1

B

1

1

1

A

B

A.B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Y

Logický součin AND Pravdivostní tabulka logického součinu:

Znázornění logického součinu pomocí dvou sériově zapojených spínačů: A

B Y

Negace Pravdivostní tabulka negace:

A

A

0

1

1

0

Znázornění negace pomocí rozpínače: A Y

Zákony Booleovy algebry A  A zákon dvojí negace, každý logický výrok můžeme 2 negovat, aniž by se změnil. A+0=A

nula je v součtu neutrální

A+1=1

jednička je v součtu agresivní

A+A=A A A  1

A.0=0

nula je v součinu agresivní

A.1=A

jednička je v součinu neutrální

A.A=A

A.A  0

1 Komutativní zákony:  

A+B=B+A A.B=B.A

Asociativní zákony:  

A + B + C = (A + B) + C = A + (B + C) A . B . C = (A . B) . C = A . (B . C)

Elektromagnetická kompatibilita (EMC) Zařízení a systémy (zejména elektrotechnické, ale i obecně technické a biologické) musí být odolné vůči působení jiných zařízení (tj. nesmí se stát obětí účinků rušení ztěžujícím provoz, snižujícím kvalitu) a nesmí přitom samy nepříznivě ovlivňovat jejich normální funkci (tj. nesmí být zdrojem rušení). Tyto souvislosti řeší samostatný vědní obor „Elektromagnetická kompatibilita“(česky „Elektromagnetická slučitelnost“). Elektronická zařízení nebo přístroje mohou obsahovat generátory netlumených a modulovaných kmitů pracující na různých kmitočtech, generátory obrazových a vysokofrekvenčních impulzů, řetězce výkonových zesilovačů vysokofrekvenčních, nízkofrekvenčních a impulzních. Všechny tyto díly pracují na poměrně vysokých výkonových úrovních řádů mW, tak i MW. Ve stejných či sousedících zařízeních mohou být citlivé přijímače vyladěné na stejné nebo odlišné kmitočty, citlivé zesilovače či mikroprocesorové obvody. Tyto části zpracovávají často extrémně nízké úrovně výkonu řádově až 10-14 W. Různé díly elektronického zařízení tak pracují na nejrůznějších úrovních výkonu; maximální poměr těchto výkonů může dosáhnout až 200 dB, tj. 1020. Pravděpodobnost vzájemného rušení je za těchto podmínek velká. Základní řetězec přenosu rušivého signálu od zdroje ke spotřebiči ukazuje Obr. 1.1 s vyjmenováním typických příkladů.

Elektromagnetická susceptibilita či imunita (EMS) Neboli elektromagnetická citlivost (na rušení) či odolnost (vůči rušení) vyjadřuje schopnost zařízení a systému pracovat bez poruch nebo s přesně definovaným přípustným vlivem v prostředí, v němž se vyskytuje elektromagnetické rušení. EMS se tedy zabývá především technickými opatřeními, které zvyšují u objektu (přijímače rušení) jeho elektromagnetickou imunitu, tedy jeho odolnost proti vlivu rušivých signálů. EMS se tak týká spíše odstraňování důsledků rušení, bez odstraňování jejich příčin.

Elektromagnetická interference (EMI) Neboli elektromagnetické rušení je proces, při kterém se signál generovaný zdrojem rušení přenáší prostřednictvím elektromagnetické vazby do rušených systémů.

1 Na všechny dosud popsané oblasti úzce navazuje oblast tvorby norem a předpisů EMC. Ve všech průmyslových zemích světa existují normy EMC, kterým musí vyhovovat každé zařízení či přístroj. Příslušná mezinárodní normalizace a standardizace v oblasti EMC má i své dalekosáhlé ekonomické důsledky.

Příklady rušení (nedodržení předpisů elektromagnetické kompatibility) Příklady rušení jsou např. šráfy na TV obrazovce způsobené neodrušenou vrtačkou, bručení a prskání při rozhlasovém příjmu způsobené neodrušenou pračkou či spalovacím motorem apod., vymazání dat na disketě nebo harddisku elektromagnetickým polem z blízkého mobilu, narušení kardiostimulátoru u člověka procházejícím detekčním zařízením na letišti hledajícím kovové předměty. Je znám zákaz používání radiostanic a radiolokátorů v místě lomů, kde se provádí odstřel, aby nedošlé k nežádoucímu odpálení nálože. Pozor je třeba dát na ovlivnění lékařských přístrojů v nemocnicích a zdravotnických zařízeních elektromagnetickým polem z mobilních telefonů, může ohrozit i život pacienta, apod., proto v těchto zařízeních mobily vypínáme. Je známým faktem, že při bouřkách jsou přepětím poškozovány telefonní ústředny a koncová zařízení, jako faxy, záznamníky a telefony. Důvodem je jejich nízká odolnost proti přepětí a nevhodné či chybějící přepěťové ochrany na vedení. U vysokofrekvenčních a mikrovlnných polí jsou relativně nejvíce objasněny tzv. tepelné účinky, tj. účinky, které se objeví jako výsledek ohřevu tkání vystavených vysokým úrovním polí. Účinky elektromagnetického pole na centrální nervový systém, srdečně cévní, krvetvorný a imunitní systémy se přisuzují tzv. netepelným účinkům, tj. déle trvajícím expozicím polí s relativně nízkou výkonovou úrovní. Ani tyto, ani genetické či karcinogenní účinky však zatím nebyly jednoznačně prokázány. Všechny tyto skutečnosti v obtížnosti posuzování EMC biologických systémů jsou příčinou toho, že v příslušných hygienických normách ve světě existují až řádově velké rozdíly, např. v přípustných dávkách elektromagnetického záření. V České republice se této problematiky týká Vyhláška ministerstva zdravotnictví č. 480/2000 Sb., která s účinností od 1. 1. 2001 stanovuje požadavky pro práci a pobyt osob v elektromagnetickém poli v kmitočtovém rozsahu 0 Hz až 300 GHz, příp. pro optické a laserové záření i do vyšších kmitočtů. Další typ rušení vzniká v napájecích sítích nízkého napětí při činnosti stykačů a jističů, případně mechanických relé. Při přechodovém jevu rozpojování obvodu obsahujícího indukčnost dochází v okamžiku rozpojení kontaktů k rychlé změně (přerušení) proudu a tím vzniku vysokého rušivého napětí, které leží prakticky celé mezi oběma kontakty spínače. Mezi kontakty tak vznikne obloukový výboj a napětí na kontaktech klesne skokem k nule. Značně silné rušicí účinky vykazují venkovní energetická vedení vysokého a velmi vysokého napětí. Patří k těm zdrojům rušení, která se obtížně vyhledávají a ještě obtížněji odstraňují. Produkované rušivé spektrum sahá od několika kHz až k 1000 MHz, takže může negativně ovlivnit provoz prakticky jakékoli radiokomunikační služby.

Typy rušení a vymezení pojmů Často užívanou klasifikací umělých rušivých signálů je jejich rozdělení do tří základních skupin: − Šum jsou rušivé signály ovlivňující především tvar užitečného signálu, např. napájecího napětí. Šum jakožto rušivý signál má obvykle periodický charakter. − Impulzy jsou rušivé signály impulzního charakteru s velkým poměrem velikosti impulzů k době jejich trvání. Na užitečný signál se tyto impulzy superponují jako kladné či záporné "špičky". Typickou příčinou jejich vzniku jsou zejména spínací pochody při kontaktním spínání elektrických či energetických obvodů a soustav. − Přechodné jevy jsou náhodné jednorázové rušivé signály s dobou trvání od několika ms do několika sekund. Typickými příčinami jejich vzniku např. v energetické síti jsou náhlé změny jejího zatížení při zapínání a vypínání spotřebičů velkých výkonů.

Potlačování/odstraňování rušení

1 Jak plyne ze základního řetězce EMC lze rušení omezovat ve všech třech oblastech tohoto řetězce: přímo u zdroje (vysílače) rušení, v objektu (přijímači) rušení či na přenosové trase. Rušení je nejvýhodnější potlačovat u jeho zdroje, neboť tím zaručíme, že nebude rušen pouze vyšetřovaný přijímač, ale ani další objekty, které by jinak mohly být rušeny v budoucnu. Technickým prostředkům, které používáme k potlačování či omezování elektromagnetického rušení v kterékoli části řetězce EMC, říkáme odrušovací prostředky. Tyto prostředky používáme jak k potlačení rušivých signálů u jejich zdroje, tak i pro zvýšení odolnosti "přijímacího" zařízení proti němu. Mezi odrušovací prostředky patří: odrušovací tlumivky a jednoprvkové tlumivkové filtry, odrušovací kondenzátory a kondenzátorové filtry, odrušovací filtry LC, přepěťové ochranné prvky (bleskojistky, plynové výbojky, varistory, omezovací diody), elektromagnetické, elektrické a magnetické stínění. Pro omezení rušení po vedeních, příp. zvyšování odolnosti vůči tomuto rušení se používají odrušovací tlumivky, kondenzátory, kmitočtové filtry LC a omezovače přepětí. Omezení rušení vyzařováním, příp. zvýšení odolnosti vůči rušivým polím nelze obvykle dosáhnout bez správně provedeného stínění. Nesprávná volba odrušovacího prostředku nejen že nepřinese očekávaný efekt, ale může být dokonce příčinou zhoršení parametrů odrušovaného zařízení nebo ohrožení bezpečnosti obsluhy. Dosavadní praxe EMC elektrických přístrojů a zařízení ukazuje, že na parazitních přenosech a rušení dvou (i vzájemně vzdálených) přístrojů má často podíl rozvodná energetická síť.K dokonalejší ochraně před působením vysokofrekvenčního rušení šířícího se po vedení se používají odrušovací filtry, nejčastěji filtry LC typu dolní propust, které bez potlačení propouštějí signály (proudy) s kmitočtem nižším než je určitý mezní kmitočet fm a naopak tlumí složky, jejichž kmitočet je vyšší než tento mezní kmitočet. Jako přepěťové ochranné prvky používáme součástky, příp. jejich kombinace, sloužící k potlačení či omezení napěťového přepětí vznikajícího na přenosových vedeních v důsledku některých rušivých elektromagnetických dějů, např. blesku, elektrostatických výbojů.