doplněk k příspěvku č. 9

Výpočty s uvažováním teorie pole

Z obecné teorie elektrického, magnetického i elektromagnetického pole vyplývá, že samotná energie pole není soustředěna přímo v nositeli elektrického náboje, ale je rozložena v jeho okolí. Rozložení energie přitom záleží na vlastnostech dielektrika (izolace), které předmět nesoucí elektrický náboj obklopuje. V tomto dielektriku je totiž energie elektrického pole náboje rozložena. Pokud je předmět nesoucí náboj situován volně v prostoru, je energie elektrického pole rozptýlena (v souladu s příslušnými fyzikálními zákony) v celém prostoru. Pokud je předmět s nábojem, např. vodič, obklopen izolací, je energie elektrického pole soustředěna v této izolaci. Jestliže dojde k pohybu náboje - např. ve vodiči, vzniká kolem pohybujícího se náboje - v souvislosti s tímto pohybem - ještě magnetické pole.

Skalární součin vektoru elektrického a magnetického pole je pak úměrný vektoru toku energie elektromagnetického pole. Energie tedy neprotéká samotným vodičem (tím je veden proud nábojů), ale na rozdíl od běžné představy protéká energie prostorem, a to především izolací kolem vodiče. Pokud je vodič obklopen dokonalou izolací, energie sice prochází izolací, ale bez nějakého vzájemného ovlivňování. žádná energie do dielektrika nepřechází a nedochází tedy ke ztrátám v dielektriku. Pokud je izolace nedokonalá, mění se v souvislosti s průtokem unikajícího proudu izolací intenzita magnetického pole kolem vodiče, vektor toku energie ve směru vodiče v důsledku toho slábne, energie elektrického proudu zůstává v dielektriku a mění se v dielektrické ztráty. Uvedené ztráty závisí na kvalitě dielektrika (nebo jinak řečeno izolace) kolem vodiče. Je sice pravda, že i u současných kvalitních izolací z organických materiálů se s teplem, které může při zkratu vzniknout, zhoršují izolační vlastnosti, avšak i když se při zkratu v důsledku oteplení sníží izolační odpor vedení z hodnoty několika megaohmů na desítky kiloohmů, nehrají ani pak ztráty v izolaci podstatnou roli při oteplování vedení (tj. vodiče nebo kabelu). K podstatným ztrátám dochází však ve vodivém materiálu, kterým prochází elektrický proud. Rozdíl mezi oběma výše uvedenými proudy, tj. proudem svodovým (izolací při zkratu) a samotným proudem zkratu procházejícím vodičem je naprosto diametrální. Zatímco unikající proud dosahuje hodnoty maximálně několika mA, zkratový proud může mít hodnotu několika kA. Oba dva proudy přitom překonávají řádově stejné napětí, tj. napětí sítě, takže poměr energií, které se jejich průchodem přemění je řádově 10⁵ až 10⁶.
No a jak si vysvětlíme ztráty ve vlastním vodiči z hlediska elektromagnetického pole a toku energie?
Takto: Elektrické pole v důsledku napěťového úbytku ve vedení nemá již směr kolmý k ose vedení, ale mírně se od kolmice odklánějící ve směru toku elektrického proudu. V důsledku toho již není vektor toku energie elektromagnetického pole obklopujícího vodič rovnoběžný s osouvodiče, ale mírně se k této ose přiklání, vniká do vodiče, a to znamená, že energie pole přechází do vodiče a mění se pak v energii tepelnou. V podstatě lze obdobným způsobem vysvětlit veškeré jevy souvisící s přenosem a přeměnou elektrické energie na jiný druh energie.

Uvedená metoda je přínosná pedevším, jestliže se přenos energie děje elektromagnetickým polem v prostoru, aniž by tento přenos byl spojen s přenosem elektrického proudu. V případě přenosu elektrické energie za použití vedení je praktičtější celý průběh elektrického pole různými izolacemi nahradit rozdíem potenciálů mezi vodiči, popř. mezi vodičem a uzemněným uzlem zdroje a celé magnetické pole kolem vodiče nahradit elektrickým proudem protékajícím vodičem. I když takovéto uspořádání vnuká představu, která není fyzikálně zcela správná, vedou výpočty s použitím uvedených veličin, tj. napětí a proudu ke správným a ověřeným výsledkům.

zpět na příspěvek č. 9