1. Co teče drátem: náboj, proud, napětí
Elektřina se dá pochopit bez jediné složité rovnice, když se začne u toho, co se vlastně pohybuje. V mědi jsou volné elektrony — obrovské množství, a jsou tam pořád, i když je drát odpojený. Zapojením se nic nenalije dovnitř; jen se ta zásoba dá do pohybu.
Tři veličiny a jedna analogie
Následující obrázek je jediný, který si opravdu musíš zapamatovat. Zbytek kapitoly z něj plyne.
- Náboj Q [C, coulomb] — kolik elektřiny. Jeden coulomb je asi 6,24·10¹⁸ elektronů; číslo, které si nikdo nepamatuje a nepotřebuje.
- Proud I [A, ampér] — kolik náboje projde průřezem za sekundu. Průtok. 1 A = 1 C za sekundu.
- Napětí U [V, volt] — kolik energie dostane každý coulomb cestou. Spád. 1 V = 1 J na coulomb.
Nejčastější omyl: proud se nespotřebovává
Skoro každý si zpočátku představuje, že do žárovky teče proud a ven jich teče míň, protože se „část spotřebovala“. Není to tak. Do žárovky vteče přesně tolik náboje, kolik z ní vyteče — změří se to a vyjde to na obou stranách stejně.
Co se spotřebovává, je energie, ne náboj. Náboj projde vláknem a odejde s menší energií; ten rozdíl je právě napětí na žárovce a ohřálo to vlákno. Analogie s vodou to říká přesně: čerpadlo nedodává vodu, dodává tlak.
Dvě dohody, na kterých se dá pohořet
- Dohodnutý směr proudu je od + k −. Elektrony se přitom pohybují opačně, protože mají záporný náboj. Franklin to určil dřív, než se elektron objevil, a norma se pak už neměnila — všechna schémata a všechny vzorce používají dohodnutý směr a i tenhle nástroj taky. Na výsledek to nemá vliv, jen se to nesmí míchat.
- Rychlost signálu není rychlost elektronů. Elektrony se v mědi šinou zlomkem milimetru za sekundu, ale rozsvítí se okamžitě — protože se rozjede celý sloupec náboje najednou. Jako voda v plné hadici: pustíš na jednom konci a na druhém teče hned.
Bez uzavřeného okruhu neteče nic
To je pravidlo, na kterém padne většina prvních pokusů. Proud musí mít cestu zpátky ke zdroji. Jeden drát od baterie k žárovce nestačí, a když se v obvodu kdekoliv přeruší cesta, zastaví se to celé — ne jen za tím místem.