ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Transkript

1 ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

2 Elektrický proud Uspořádaný pohyb volných částic s nábojem Směr: od + k ( dle dohody - ve směru kladných částic) definice: I = Q t jednotka: A ( Ampér ) účinky: tepelné, světelné, chemické, magnetické, mechanické,...

3 Elektrický proud Pro vznik el. proudu jsou potřebné volné částice - v kovech elektrony Elektrony se volně pohybují Připojení k napětí - vznik el. pole - uspořádaný pohyb

4 Příklad 1 Určete konstantní proud, který by během 20 s nabil kondenzátor blesku o kapacitě 800 μf na napětí 500 V.

5 Elektrický zdroj podmínka pro vznik el. proudu: existence el. pole tvořeno rozdílem potenciálů vzn. svorkové napětí

6 Elektrický zdroj Vnější část: pohyb částice ve směru F el ( koná práci ) Přeměna na jinou formu energie ve spotřebiči: W =QU

7 Elektrický zdroj Vnitřní část: pohyb částice proti směru F el P Působí vnější síla - ta koná práci ( neelektrostatická povaha ) Práce potřebná pro přenos náboje ve zdroji: W Z =QU e

8 Elektromotorické napětí Definice: U e = W Z Q Směr: od k + pólu bez spotřebiče neprochází proud - svorkové napětí nezatíženého zdroje ( napětí naprázdno ): U 0 =U e zapojení spotřebiče: W <W Z U <U e Svorkové napětí zatíženého zdroje je menší než elektromotorické napětí

9 Zdroje energie Galvanický článek - zdrojem je chemická reakce elektrod Fotočlánek - zdrojem je energie dopadajícího světla Termočlánek - zdrojem je tepelná energie Dynamo - generátor stejnosměrného proudu Alternátor - generátor střídavého napětí

10 Ohmův zákon pro část obvodu voltampérová charakteristika - závislost el. proudu na el. napětí El. proud je přímo úměrný el. napětí. Konstantou úměrnosti je převrácená hodnota elektrického odporu. I = U R

11 Elektrický odpor Jednotka: Ω ( Ohm ) Převrácená hodnota: vodivost G = 1 R jednotka: S ( Siemens ) Odpor přímého vodiče: R= ρ l S ρ - měrný el. odpor ( tabulková hodnota, jednotka Ωm )

12 Elektrický odpor El. odpor závisí na teplotě ( vyšší teplota = vyšší el. odpor ) R= R ( 0 1+ αδt ) α - teplotní součinitel el. odporu ( tabulková hodnota, K -1 ) Přibližný vztah pro měrný odpor: ρ ρ 0 ( 1+ αδt ) Odpor je tvořen nepravidelností krystalové mříže kovu

13 Příklad 2 Topná spirála vařiče má odpor 70,5 Ω a je zhotovena z drátu o průměru 0,3 mm dlouhého 9,8 m. Určete rezistivitu materiálu, ze kterého je drát zhotoven.

14 Příklad 3 Na malé žárovce jsou uvedeny provozní hodnoty 24 V a 0,1 A. Prochází-li žárovkou proud 2,5 ma, je na ní napětí 0,045 V a teplota wolframového vlákna je prakticky stejná jako teplota okolí ( 20 C ). Jakou teplotu má vlákno v provozu?

15 Sériové zapojení rezistorů U =U 1 +U 2 +U 3 I = konst. R= R 1 + R 2 + R 3

16 Sériové zapojení rezistorů I = I 1 + I 2 +I 3 U = konst. 1 R = 1 R R R 3 G =G 1 + G 2 + G 3

17 Příklad 4 Obvod je připojen ke zdroji o napětí 9 V. Jednotlivé rezistory mají odpory 10 Ω, 20 Ω a 40 Ω. Určete celkový proud a jednotlivé proudy a napětí při následujícím zapojení rezistorů: a. všechny sériově, b. všechny paralelně, c. dva sériově, k nim třetí paralelně, d. dva paralelně, k ni třetí sériově.

18 Příklad 5 Žárovka do kapesní svítilny má jmenovité hodnoty 2,5 V / 0,1 A a má být připojena ke zdroji o napětí 4,5 V. Aby nedošlo k přepálení vlákna žárovky, je k ní sériově připojen rezistor. Určete jeho odpor.

19 Voltmetr Měřič el. napětí Připojení paralelně ke spotřebiči Vnitřní odpor co největší ( ideálně nekonečný ) tvořen galvanometrem a předřadným rezistorem R P = U V 1 U G R G

20 Ampérmetr Měřič el. proudu Připojení sériově ke spotřebiči Vnitřní odpor co nejmenší ( ideálně nulový ) tvořen galvanometrem a bočníkem R B = R G I A 1 I G

21 Zatěžovací charakteristika zdroje Rozpojený obvod: napětí naprázdno Se snižováním odporu napětí klesá napětí a roste proud I k - zkratový proud ( pro R 0 ) - pojistky, jističe

22 Ohmův zákon pro uzavřený obvod Platí: U 0 U = I R i R i - vnitřní odpor zdroje Ohmův zákon pro uzavřený obvod: I = U e R + R i R i 1: tvrdý zdroj R i 1: měkký zdroj

23 Příklad 6 K baterii o elektromotorickém napětí 4,5 V je připojen rezistor. Napětí na rezistoru je 4 V a obvodem prochází proud 0,1 A. Určete odpor rezistoru a vnitřní odpor baterie.

24 Příklad 7 Akumulátor má elektromotorické napětí 6 V a vnitřní odpor 1,5 Ω. K jeho svorkám je připojen obvod o odporu 2,5 Ω. Určete svorkové napětí akumulátoru.

25 Příklad 8 Měřící systém ampérmetru má odpor 2,7 Ω a ručka přístroje ukazuje plnou výchylku při proudu 6 ma. Abychom mohli měřit proudy větších hodnot, připojíme bočník. Určete jeho odpor, bychom mohli měřit proudy do 60 ma.

26 Příklad 9 Voltmetr o odporu 200 Ω ukazuje plnou výchylku při napětí 6 V. Abychom mohli měřit napětí do hodnoty 60 V, připojíme předřadný odpor. Určete jeho velikost.

27 Reostat a potenciometr

28 Kirchhoffovy zákony Zákony platící pro složitější el. obvody ( el. sítě ) 1. Kirchhoffův zákon: Algebraický součet proudů v uzlu je vždy nulový. důsledek zákona zachování el. náboje pozor na znaménko ( viz. dohodnutý směr el.proudu ) n I k = 0 k=1

29 Kirchhoffovy zákony Zákony platící pro složitější el. obvody ( el. sítě ) 2. Kirchhoffův zákon: Součet úbytků napětí na rezistorech je v uzavřené smyčce roven součtu elektromotorických napětí zdrojů. důsledek zákona zachování energie pozor na znaménka ( viz. dohodnutý směr el.proudu ) n R k I k = U ej k=1 m j=1

30 Příklad 10 Řešte síť na obrázku, ve které jsou tři rezistory a tři ideální zdroje napětí. Jaké proudy procházejí větvemi? Jaké napětí je na jednotlivých rezistorech? R 1 = 10 Ω, R 2 = 3 Ω, R 3 = 30 Ω, U e1 = U e2 = 10 V a U e3 = 3 V.

31 Elektrická práce Průchodem el. proudu vodičem dochází ke změně vnitřní energie - přeměna na Jouleovo teplo Q J =UIt = RI 2 t = U 2 R t

32 Výkon elektrického proudu Výkon: P =UI Účinnost přeměny el. energie: η = R R + R i

33 Příklad 11 Dílna je vybavena soustruhem o příkonu 1,2 kw, bruskou o příkonu 500 W a stolní vrtačkou o příkonu 0,9 kw. Všechny spotřebiče jsou připojeny do jednoho obvodu elektrické sítě ( 230 V ). Na jakou hodnotu proudu musí být seřízen jistič obvodu?

34 Příklad 12 Elektromotor na napětí 380 V je zamontován do jeřábu, který zvedl břemeno o hmotnosti 1 t do výše 19 m za 50 s. Elektromotorem při tom procházel proud 20 A. Určete účinnost zařízení.