Je směr toku výkonu v každém časovém okamžiku stejný?

[Fuk Tomáš]

...Ostatní proud zůstává nevyužitý (tak zvaný jalový výkon) a protéká obvodem bez využití, bez přeměny v jakýkoli "výkon". Přísně fyzikálně vzato proto nelze tvrdit, že "výkon mění směr",  směr mění pouze proud, protože je střídavý.

Obávám se, že přehlížíte rozdíl mezi výkonem okamžitým, a výkonem průměrným za periodu síťového kmitočtu.
To jsou dvě diametrálně odlišné věci, přestože obě dvě jsou nazvány výkon.

Přísně fyzikálně vzato je výkonem bez přívlastků onen okamžitý výkon. V elektrotechnic ké praxi se ovšem vžilo používání termínu výkon pro průměrnou hodnotu (okamžitého) výkonu za periodu síťového kmitočtu.

Přísně fyzikálně proto lze tvrdit, že při sinusovém napájecím napětí a zátěži s jalovou složkou (okamžitý) výkon periodicky mění znaménko, což je jenom matematická reprezentace faktu, že mění směr toku.

Pro znázornění jsem přidal graf pro průběhy s induktivní zátěží, cos fí = 0,5

[Lubomír Jindra]

Obávám se, že přehlížíte rozdíl mezi výkonem okamžitým, a výkonem průměrným za periodu síťového kmitočtu.
To jsou dvě diametrálně odlišné věci, přestože obě dvě jsou nazvány výkon.

Přísně fyzikálně vzato je výkonem bez přívlastků onen okamžitý výkon. V elektrotechnic ké praxi se ovšem vžilo používání termínu výkon pro průměrnou hodnotu (okamžitého) výkonu za periodu síťového kmitočtu.

Přísně fyzikálně proto lze tvrdit, že při sinusovém napájecím napětí a zátěži s jalovou složkou (okamžitý) výkon periodicky mění znaménko, což je jenom matematická reprezentace faktu, že mění směr toku.

Pro znázornění jsem přidal graf pro průběhy s induktivní zátěží, cos fí = 0,5

Nepřehlížím. Pakliže budeme říkat že výkon "má směr".  
- činná složka teče od zdroje ke spotřebiči kde se 100% promění v jinou energi, udělá "práci v jednotce času" = výkon.

- jalový výkon podle vás obrátil směr ... odkud kam? Kde se promění v nějaký výkon? Aby se dalo tvrdit že jalový výkon teče obráceně, musel by se uvolňovat 100% ve zdroji. Uvolňuje se 100% ve zdroji?

Jalový výkon protéká celým obvodem a jen ohřívá všechny vodiče, včetně těch ve spotřebiči. Tvrzení že "výkon obrátil směr" se mi stále zdá hodně nepřesné zjednodušení, vzato přísně fyzikálně.


Pakliže chceme tvrdit že "výkon změnil směr" nemá to nic společného s vlastním elektrickým obvodem ale je to záležitost čistě magnetického obvodu motoru:
- prochází proud, vytváří silové magnetické pole (náběh sinsovky)
- procházející proud klesá se sinusovkou a hroutící se magnetické pole vrací výkon zpět do obvodu.
TO je změna směru toku výkonu. V elektrickém obvodu ale o změně směru nelze dost dobře hovořit. Jalový výkon protéká celým obvodem.

[Rozmahel Vladimír]

Aby se elektrotechnic i chránili proti těmto úvahám, někdo vynalezl pojem efektivní hodnota. Je to ekvivalent DC proudu, který vykoná stejnou práci jako střídavý.

[Fuk Tomáš]

Nepřehlížím. Pakliže budeme říkat že výkon "má směr".  

Ne, výkon nemá směr. Tok výkonu má směr. Když chceme zabrousit do fyziky, tak tam je každé slovíčko důležité a má svůj jednoznačně definovaný význam.

Také jsem nepsal, že "jalový výkon podle mne obrátil směr". Činný výkon, jalový výkon, to jsou zase jen pojmenování pro matematicky definované "ideální" složky zprůměrované přes celou periodu síťové frekvence.
Tím "ideální" myslím něco podobného, jako když jsou dva spoluvlastníci nemovitosti. Každý vlastní ideální polovinu, ale z každého hřebíku, z každé cihly. Může se s tím počítat, může se to prodávat, ale nikdy není možno říci "tenhle kus je jen můj".

Zrovna tak elektrony na vstupu do vedení neudělají rozřazování - ty poneseš činný výkon, a ty zase jalový.
Takže jak vidíte na tom grafu, co jsem přiložil minule, v okamžiku průchodu (okamžitého) výkonu nulou, tzn. v okamžiku průchodu okamžité hodnoty napětí nebo proudu nulou, mění svůj směr tok (okamžitého, celkového) výkonu.
Zjednodušeně řečeno, v jedné části periody si spotřebič odebere nějaké množství energie, z ní část spotřebuje (přemění na jinou) a nespotřebovano u část této energie vrátí následně zpět do zdroje.

Tato nespotřebovaná část energie není nějaká virtuální, ale je naprosto skutečná a přenáší se periodicky tam a zase zpátky. Když v okamžiku průchodu síťového napětí nulou připojíte na síť vybitý kondenzátor, a odpojíte ho v nejbližším okamžiku průchodu proudu nulou, zůstane vám v kondenzátoru energie (=C x U_ef² ),  kterou si můžete odnést a použít jinde. Anebo ten kondenzátor můžete ihned zase připojit zpátky na síť, a on tu energii vylije zpět do sítě. A to se opakuje dvakrát za každou periodu síťového napětí.
S indukčností můžete provést podobný experiment, komplikovaný jenom tím, že pro uchování energie v odnášené indukčnosti ji musíte vyzkratovat 

Aby se elektrotechnic i chránili proti těmto úvahám, někdo vynalezl pojem efektivní hodnota. Je to ekvivalent DC proudu, který vykoná stejnou práci jako střídavý.

Bohužel toto platí pouze s dovětkem "na téže čistě ohmické zátěži".

[Lubomír Jindra]

Já vám rozumím a jistě máte pravdu, jenže neodpovídáte na upřesnění otázky.

Příklad:
Dejme fyzikovi jeden vodič z obvodu co jsem namaloval. Dejme mu všechny přístroje světa které bude chtít. Dokáže určit směr toku výkonu?  

[Vojtěch Běhunčík]

Nevím - přijde mi to tak, že u výkonu nemá smysl mluvit o směru.
Výkon je práce vykonaná za jednotku času, je to skalární veličina, jednoznačně určená svou velikostí.

[Fuk Tomáš]

...jenže neodpovídáte na upřesnění otázky.
Příklad:
Dejme fyzikovi jeden vodič z obvodu co jsem namaloval. Dejme mu všechny přístroje světa které bude chtít. Dokáže určit směr toku výkonu? 

Už jsme si tedy vysvětlili, že po kabelu (dvojici vodičů) teče výkon trvale jedním směrem, pokud je zátěž čistě činná (ohmická),  nebo střídavě tam a zpět, pokud má zátěž indukční nebo kapacitní složku.
Nyní se tedy máme ponořit hlouběji, na úroveň jednoho vodiče.

Omlouvám se všem, koho akademické debaty nebaví - ať to radši přeskočí.

I na úrovni jednoho vodiče je možno zabývat se tokem výkonu a jeho směrem. Není to nesmysl. Abychom tak mohli učinit, musíme se ale dohodnout, co je nulová energie, tzn. kde je nulový potenciál.

Pomineme-li vlastní indukčnost onoho vodiče, transport energie zde vypadá tak, že jedním vodičem tečou elektrony tam a nesou si každý svou potenciální energii E₁,  a druhým vodičem se vracejí zpátky a nesou si nějakou jinou potenciální energii E₂. Pokud elektrony při průchodu spotřebičem nějakou energii odevzdaly, je E₁>E₂ a naopak.
Proudí-li někam elektrony mající nějakou potenciální energii, má svůj fyzikální smysl hovořit o toku energie, a za jednotku času tedy o toku výkonu.
Máme-li se tedy dohodnout, co je zde kladný nebo záporný tok výkonu, musíme se nejdřív dohodnout, co je nulový tok výkonu - tedy kde je nulový potenciál.

Varianta 1: vodič A je na nulovém potenciálu (pro praktiky - je to PEN, a vodič B je fáze). Pak energie potažmo výkon proudí výhradně vodičem B, a vodič A slouží jen k převážení vyložených vagónků - pardon elektronů s nulovým potenciálem.
O směru toku výkonu vodičem B platí totéž, co jsme si ujasnili ohledně toku výkonu kabelem. O směru toku výkonu vodičem A nemá cenu spekulovat, protože vodičem žádný výkon neteče.

Varianta 2: vodiče A a B si vymění úlohy - nic se v zásadě nezměnilo, jenom si v předchozím odstavci vyměňte A<->B.

Varianta 3: vodič A je horní vývod sekundáru transformátoru, vodič B je dolní vývod sekundáru transformátoru . Střed sekundáru je na nulovém potenciálu.
Snadno nahlédnete, že je to vlastně kombinace variant 1 a 2, a že tedy vodičem A i vodičem B teče polovina celkového výkonu. O směru toku tohoto výkonu opět platí totéž, co pro směr toku výkonu kabelem.

Varianta 4: podobná variantě 3 s tím rozdílem, že A=fáze L₁,  B=L₂ a na nulovém potenciálu je PEN.
Rozdíl proti variantě 3 je pouze ten, že mezi výkonovými přenosy po vodičích A a B je časový posun 20/3 ms. I tak však zde ohledně směru toku výkonu platí totéž, co ve variantách celý_kabel - 1 - 2 - 3.

(Neřeším zde situaci, kdy by spotřebič byl např. napájen ze sekundáru trafa, a tento sekundár by byl např. na potenciálu +1 kV proti zemi - nemyslím, že by tazatel měl na mysli až takovou opičárnu).

Dovolil bych si zde jednu drobnou analogii. Připomíná mi to přenos výkonu mezi motorem (~zdroj) a čerpadlem (~spotřebič) pomocí klínového řemene (~vodiče),  který je nějak napnut (~nulový potenciál). Pokud je klínový řemen volný (spíše by se zde hodil příměr k řetězu u jízdního kola, tam nehrozí prokluz),  přenáší výkon jenom jedna strana řemene (ta co je napínána tahem motoru). Pokud je řemen dostatečně napnutý, přenášejí výkon obě strany - jak ta napínaná, tak ta povolovaná.

Můžete ovšem namítnout, že praktický smysl má pouze debata o rozdílu mezi výkonem přiváděným vodičem jedním a výkonem odváděným vodičem druhým, tzn. o výkonu, který se ve spotřebiči odebral. Tedy o výkonu přenášeném přívodním kabelem. A máte svatou pravdu.

Konec akademické vsuvky. 

Nevím - přijde mi to tak, že u výkonu nemá smysl mluvit o směru.
Výkon je práce vykonaná za jednotku času, je to skalární veličina, jednoznačně určená svou velikostí.

Ovšem vždy teče odněkud někam - a hustota výkonového toku už je vektor. Ne vždy je to tak prosté, jako u vedení výkonu kabelem. Např. světelný výkon žárovky teče od rozžhaveného vlákna na všechny strany, a v každém místě prostoru má tento tok svůj směr. Kdyby ho neměl, neexistoval by stín.

[Lubomír Jindra]

jj, původní otázka byla položena zavádějícím způsobem, já jsem to bral doslovně vy jste to bral logicky jak možná měla být otázka položena správně.  Třeba se objeví petr16289 a vyjasní na co a proč se vlastně ptal.

Pomineme-li vlastní indukčnost onoho vodiče, transport energie zde vypadá tak, že jedním vodičem tečou elektrony tam a nesou si každý svou potenciální energii E₁,  a druhým vodičem se vracejí zpátky a nesou si nějakou jinou potenciální energii E₂. Pokud elektrony při průchodu spotřebičem nějakou energii odevzdaly, je E₁>E₂ a naopak.

Tohle mi přijde divné. Měl jsem vždy za to, že elektrony před spotřebičem i za spotřebičem jsou naprosto stejné.  Že elektromagneti cké pole vytvoří jen svým průchodem cívkou k čemuž je nutí napětí. 

I na úrovni jednoho vodiče je možno zabývat se tokem výkonu a jeho směrem.

Nejmenuje on se ten "tok výkonu jedním vodičem" elektrický proud [A]?

[Fuk Tomáš]

jj, původní otázka byla položena zavádějícím způsobem, já jsem to bral doslovně vy jste to bral logicky jak možná měla být otázka položena správně.  Třeba se objeví petr16289 a vyjasní na co a proč se vlastně ptal.

Jj, je to tak. Ale myslím, že už se neobjeví - pokud se něco chtěl dozvědět, tak se to už nejspíš dozvěděl, a pokud to byl jen žertík, tak se královsky baví, jaká debata z toho povstala. 

Tohle mi přijde divné. Měl jsem vždy za to, že elektrony před spotřebičem i za spotřebičem jsou naprosto stejné...

Záleží na tom, co rozumíte pod pojmem stejné. Pokud do jejich porovnání zahrnete i jejich potenciální energii (tj. na jakém potenciálu se nacházejí),  pak stejné jsou jen v okamžiku průchodu síťového napětí nulou.

Nejmenuje on se ten "tok výkonu jedním vodičem" elektrický proud [A]?

Jednoduchý myšlený případ s jedním zdrojem, jedním spotřebičem a zcela bezztrátovými přívody k takovému zjednodušení vskutku svádí. V reálném životě ale např. vodiče mají nějaké ztráty, takže přestože celým vodičem teče po celé délce stejný proud, na jeho začátku do něj vstupuje o něco vyšší výkon, než z něj na konci vystupuje. Rozdíl se pak jmenuje ztráty na vedení.

[Milan Hudec]

Se přiznám, že tato debata mě nabourala Kirhofa i s Ohmem dohromady
Nicméně je dle těchto teorií vysvětlitelné většinové opálení fázového kolíku, svorky, zdířky oproti svorkám N?
Skutečně jsem viděl v naprosté většině případů v jednofáz. obvodech problém na fázi.

[Petr Doležal]

Nicméně je dle těchto teorií vysvětlitelné většinové opálení fázového kolíku, svorky, zdířky oproti svorkám N?

A nesetkal jste s tím výlučně v soustavách TN-C?

[Vojtěch Běhunčík]

Souhlasím, v případě hustoty výkonového toku jde o vektor - neboť plocha už je vektor.
Na podstatě výkonu to však nic nemění.

Ovšem vždy teče odněkud někam - a hustota výkonového toku už je vektor. Ne vždy je to tak prosté, jako u vedení výkonu kabelem. Např. světelný výkon žárovky teče od rozžhaveného vlákna na všechny strany, a v každém místě prostoru má tento tok svůj směr. Kdyby ho neměl, neexistoval by stín.

[Milan Hudec]

A nesetkal jste s tím výlučně v soustavách TN-C?

Právě, že ne, a pokud ano, jakou vidíte příčinu?
Ponejvíce jsem to vídávám u spotřebičů vyšších výkonů, připojovaných zástrčkou, kde "fázový" kolík zástrčky flexošnůry bývá v mnoha případech napálen.

[Fuk Tomáš]

Se přiznám, že tato debata mě nabourala Kirhofa i s Ohmem dohromady

Na produkty pánů Ohma ani Kirchhoffa nemá předcházející debata vliv, zůstávají v platnosti v nezměněném rozsahu 

Nicméně je dle těchto teorií vysvětlitelné většinové opálení fázového kolíku, svorky, zdířky oproti svorkám N?
Skutečně jsem viděl v naprosté většině případů v jednofáz. obvodech problém na fázi.

Já pro takovouto tendenci mám toto možné vysvětlení:
V instalaci TNC bývá krátká propojka mezi PE kolíkem a N zdířkou. Tato propojka je schopna odvést trochu tepla z N zdířky na PE kolík, který zafunguje jako malý chladič. Proto je N zdířka o něco málo méně tepelně namáhána (při stejném přechodovém odporu).
Pak mě ještě napadá další možnost - u některých běžných zásuvek je pozice zdířek trochu viklavá,  zvláště pokud není fest utažený šroubek co ji drží v tělese zásuvky. Pak může krátká propojka mezi N a PE zafungovat jako jakési vyztužení,  zmenšující pohyby N zdířky při zastrkování vidlice, zvláště když je ta propojka udělána tak, že těsně obepíná těleso z izolantu.

Pro takovouto tendenci u soustavy TN-S ovšem žádné vysvětlení nemám.

[Ján Pitoňák]

Podívejme se znovu pozorně jak zněla otázka:
Je směr toku výkonu na přívodním vodiči v každém časovém okamžiku stejný?
Má odpověď by byla, že zadání je nesmyslné.

Ja by som povedal, že zadanie má zmysel, avšak nie je formulované celkom jednoznačne, a preto sa dá o tomto polemizovať. Preto asi aj tieto akademické debaty.
Samozrejme, že aj keď samotný výkon je skalár, pojem smer toku výkonu je celkom bežný pojem, ktorý má svoj význam a často sa používa najmä v distribučných sústavách. Smer toku výkonu vyjadruje napr. to, či sa vedením z bodu A do bodu B prenáša výkon z A do B alebo opačne.
Ak chcel autor témy vedieť, či sa v čase mení smer toku okamžitých hodnôt činného výkonu, tak mal túto otázku takto upresniť. Smer toku okamžitých hodnôt  činného výkonu pri inej ako čisto odporovej záťaži sa samozrejme, tak ako tu už bolo uvedené, v čase mení.

[Milan Hudec]

Na produkty pánů Ohma ani Kirchhoffa nemá předcházející debata vliv, zůstávají v platnosti v nezměněném rozsahu 

Já pro takovouto tendenci mám toto možné vysvětlení:
V instalaci TNC bývá krátká propojka mezi PE kolíkem a N zdířkou. Tato propojka je schopna odvést trochu tepla z N zdířky na PE kolík, který zafunguje jako malý chladič. Proto je N zdířka o něco málo méně tepelně namáhána (při stejném přechodovém odporu).
Pak mě ještě napadá další možnost - u některých běžných zásuvek je pozice zdířek trochu viklavá, zvláště pokud není fest utažený šroubek co ji drží v tělese zásuvky. Pak může krátká propojka mezi N a PE zafungovat jako jakési vyztužení, zmenšující pohyby N zdířky při zastrkování vidlice, zvláště když je ta propojka udělána tak, že těsně obepíná těleso z izolantu.

Pro takovouto tendenci u soustavy TN-S ovšem žádné vysvětlení nemám.

S tou propojkou je to pro TN-C super vysvětlení, už jsem to probíral s mnoha elektrikáří, až Vy....díky
Ještě pokud budete ochoten prozradit, co tvoříte na své fotografii, už na to koukám "postý",  že by nějaká zídka??

[Petr Doležal]

S tou propojkou je to pro TN-C super vysvětlení,

Proto jsem se na to TN-C ptal, ale podobně jako kolega Fuk jsem zaskočen tím, že se s tím setkáváte i v TN-S.
Leda by člověk podvědomě více utahoval nulový vodič než fázový.
A když už jsem nakousl to utahování, používá někdo momentový šroubovák?

[Fuk Tomáš]

S tou propojkou je to pro TN-C super vysvětlení, už jsem to probíral s mnoha elektrikáří, až Vy....díky

Ještě mě přeci jen napadla jedna teorie, která by mohla poskytnout i vysvětlení pro o chlup rychlejší degradaci L zdířky v porovnání s N zdířkou. Uvádím to takhle úmyslně, protože to rozhodně nemám ověřené nějakým solidním měřením nebo literaturou.

V těsné blízkosti zdířky N je nějaká intenzita elektrického pole, způsobeného blízkostí fázového vodiče a zdířky. Toto elektrické pole bude částečně odstíněno šínou PE vloženou mezi L a N zdířky, takže nebude moc silné.
Oproti tomu v těsné blízkosti zdířky L bude elektrické pole silnější - nejblíž se nachází šína PE na zemním potenciálu, a jednak obklopující ji ze všech stran - i do okolního zdiva.
Toto mohutnější elektrické pole kolem L komponent, v porovnání se slabším el. polem kolem N komponent, by snad možná mohlo o něco urychlit proces oxidace kontaktních ploch, stejně jako tak činí zvýšená teplota.
To je jediné, co mne napadlo...

Ještě pokud budete ochoten prozradit, co tvoříte na své fotografii, už na to koukám "postý",  že by nějaká zídka?

Přikládám další kámen na hromadu, kterou přede mnou vytvořili dřívější kolemjdoucí. Vybral jsem tuto fotku, protože tak trochu symbolizuje moji činnost zde.