1. Základné fyzikálne veličiny a pojmy

• Elektrický náboj
• Elektrický potenciál a napätie
• Elektrický prúd
• Práca a výkon elektrického prúdu

1-2

1.1. Elektrický náboj

Elektrický náboj Q (ďalej aj „náboj“) reprezentuje silové pôsobenie medzi časticou látky a
elektromagnetickým poľom (podobne ako „hmotnosť“ reprezentuje interakciu častice s gravitačným
poľom). Náboj je teda vždy viazaný na časticu látky. Základné vlastnosti elektrického náboja boli
stanovené z experimentálnych pozorovaní a môžeme ich zhrnúť do nasledujúcich bodov:

• Elektrický náboj nemožno „vytvoriť“ ani „zničiť“ – platí zákon zachovania elektrického náboja, ktorý je

možné formulovať rôznymi spôsobmi.

• Pozorujeme dva rôzne „druhy“ nábojov – kladný a záporný (označenie a voľba znamienok má historické

dôvody). Keďže príroda je ako celok elektricky neutrálna, celkové množstvo kladného a záporného
náboja je rovnaké a tieto náboje sú vzájomne vykompenzované.

• Elektrický náboj je invariantnou veličinou – jeho veľkosť nezávisí od pohybu náboja vzhľadom na

súradnicovú sústavu, z ktorej náboj pozorujeme. Nie pre všetky fyzikálne veličiny platí invariancia (napr.
čas, dĺžka, hmotnosť závisia od pohybu pozorovaného objektu vzhľadom na pozorovateľa). Bližšie
vysvetlenie ponúka teória relativity.

• Náboje na seba silovo pôsobia – náboje s rovnakou polaritou (znamienkom) sa odpudzujú, náboje

opačnej polarity sa priťahujú.

• Elektrický náboj je kvantovaný – najmenším pozorovateľným a ďalej nedeliteľným „množstvom“ náboja

je v absolútnej hodnote q = 1,062 182 946

10-19 C. Jednotkou elektrického náboja je Coulomb [C]

(Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806, francúzsky vedec). Nositeľom kladného kvanta je častica
protón, záporného kvanta častica elektrón.

Teória elektrických obvodov je súčasťou všeobecnejšej náuky o elektromagnetizme. Táto náuka sa
zaoberá vyšetrovaním silových účinkov fyzikálnych „objektov“ nazvaných elektrický náboj. V závislosti od
relatívneho pohybu elektrických nábojov sa tieto účinky prejavujú dvomi rôznymi spôsobmi, ktoré boli
nazvané elektrické a magnetické javy – spoločne potom javy elektromagnetické.

1-3

1.2. Elektrický potenciál a napätie

Elektrický potenciál

 (ďalej aj „potenciál“) v bode A je definovaný ako práca, ktorú vykoná elektrické pole

pri premiestnení jednotkového náboja Q (náboja 1 Coulomb) zo vzťažného bodu do bodu A. Potenciál v
bode priestoru je teda rovný potenciálnej energii jednotkového náboja v elektrickom poli v tomto bode.

Elektrické napätie U (ďalej aj „napätie“) medzi bodmi A a B je definované ako práca, ktorú vykonajú
vonkajšie sily proti účinkom elektrického poľa pri priemiestnení jednotkového náboja Q z bodu A do bodu
B. Z definície potenciálu potom pre napätie vyplýva:

B

A

AB









U

Jednotkou elektrického potenciálu aj napätia je Volt [V] (Alessandro Volta, 1745-1827, taliansky fyzik) .



A



B

U

AB

Pozn. Aby sme boli presní, potenciál je definovaný len pre tzv. nevírové polia, čo je napr. prípad
elektrostatického poľa (náboje sú vzájomne v pokoji). Definícia napätia pomocou potenciálu v prípade
časovo premenlivých elektromagnetických polí nie je preto možná a používajú sa iné spôsoby (napr.
pomocou integrálu intenzity elektrického poľa, alebo pomocou výkonu). Bližšie sa s týmto problémom
oboznámite v predmete Teória elektromagnetického poľa.

Medzi dvomi bodmi vytvoríme elektrické napätie (rozdiel potenciálov) separáciou elektrického náboja
rozdielnej polarity. Na to využívame rôzne mechanizmy: elektrotechemické sily (v galvanických článkoch),
pohyb náboja v magnetickom poli (elektrické generátory), termoelektrické, piezolelektrické sily a pod.

Napätie je skalárna veličina – šípkou označujeme jeho kladný zmysel – t.z. že napätie U

AB bude kladné,

ak je v bode A vyšší potenciál, ako v bode B, čiže platí



A > B.

Napätie 1 V medzi dvoma bodmi znamená, že pri prenose náboja 1 C medzi týmito bodmi sa

spotrebuje (resp. získa – závisí to od smeru prenosu náboja) energia 1 J (Joule).

1-4

1.3. Elektrický prúd

Elektrický prúd I (ďalej aj „prúd“) je usmernený pohyb elektrických nábojov. Ak tieto náboje prechádzajú
(„tečú“) cez určitý prierez, potom je prúd definovaný ako elektrický náboj, ktorý prejde uvažovaným
prierezom za jednotku času:

t

Q

I



resp.

 

 

t

t

Q

t

i

d

d



Jednotkou elektrického prúdu je Ampér [A] (André Marie Ampère, 1775-1836, francúzsky fyzik) a je jednou
zo základných jednotiek SI.

Mechanizmus prenosu elektrického náboja (vedenie, tok prúdu) závisí od vlastností daného prostredia: vo
vákuu ide napr. o pohyb voľných nábojov v dôsledku silového pôsobenia elektrického alebo magnetického
poľa; v plynnom prostredí je elektrický prúd vytváraný pohybom elektrónov a ionizovaných atómov plynu, v
kovoch prostredníctvom vodivostných elektrónov, v elektrolytoch pohybom iónov atď. Dôležité je, že s
pohybom náboja (prúdom) vždy súvisí existencia magnetického poľa.

Podľa definície je prúd skalárna veličina; v závislosti od znamienka náboja však môže nadobúdať kladnú,
resp. zápornú hodnotu. Orientácia šípky označuje kladný zmysel prúdu: preto kladná hodnota (I > 0)
znamená, že v smere šípky sa pohybujú kladné náboje (táto znamienková konvencia je daná opäť
historicky a nemusí zodpovedať skutočnému mechanizmu toku prúdu – v kovových vodičoch sa napríklad
pohybuje záporný náboj – elektróny, my však za kladný smer prúdu považujeme smer pohybu „fiktívneho“
kladného náboja v opačnom smere).

+

+

+

I

Uvažovaným prierezom tečie prúd 1 A, ak za čas 1 s ním prejde náboj 1 C.

1-5

1.4. Práca a výkon elektrického prúdu

Z definície napätia je prírastok práce dA vykonanej pri prenose „malého“množstva náboja dQ (t.j. takého,
aby sme mohli zanedbať deformáciu elektromagnetického poľa spôsobenú prítomnosťou tohto náboja)
medzi dvoma bodmi (napr A – B) rovný:

U

Q

A



d

d

Prenos náboja medzi bodmi A – B po nejakej dráhe môžeme chápať ako
prúd I, ktorý tečie v tejto dráhe. Potom pre dQ platí:

Pre výkon P (prácu za jednotku času) potom platí

odkiaľ

t

I

Q

d

d





Jednotkou výkonu je Watt [W] a zrejme platí W = V

A = J s-1.

kde U je napätie medzi bodmi A – B.

Celkovú vykonanú prácu za čas T určíme integráciou:

B

A

U

I