Elektrický proud. Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů

Transkript

1 Elektrický proud Elektrický proud : Usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Kovy: Usměrněný pohyb volných elektronů Vodivé kapaliny : Usměrněný pohyb iontů Ionizované plyny: Usměrněný pohyb iontů

2 Podmínky vzniku elektrického proudu 1. Přítomnost volných částic s elektrickým nábojem (volné elektrony, ionty) Tj. Elektrický obvod musí být uzavřený 2. Elektrické pole ve vodiči, který udržuje na koncích vodiče rozdíl elektrických potenciálů. Tj. Přítomnost elektrického zdroje napětí

3 Elektrický proud v kovových vodičích Chceme-li, aby vodičem procházel trvalý proud, musíme zajistit stálý rozdíl potenciálů na konci vodiče připojíme zdroj elektrického napětí elektrický zdroj. Elektrické zdroje (baterie, akumulátory, atd.) - mají vždy 2 póly : Pól s vyšším potenciálem anoda označuje se + Pól s nižším potenciálem katoda označuje se -

4 Elektronová teorie Elektrony konají v kovovém vodiči neustálý chaotický tepelný pohyb. Po připojení k pólům zdroje napětí, elektrického pole uvede elektrony do usměrněného pohybu, ve směru od záporného ke kladnému pólu. Dohodnutý směr proudu: Od kladného pólu zdroje k zápornému pólu.

5 Elektrický proud fyzikální veličina Elektrický proud = velikost náboje, který projde průřezem vodiče za jednu sekundu I Jednotkou proudu je ampér Menší jednotky: značka A 1miliampér 1mA = 0,001A = A 1mikroampér 1 A = 0, A 1nanoampér Q t C A s = A 1nA = 0, A = A

6 Druhy elektrického proudu Stejnosměrný elektrický proud : Nemění se směr pohybu nosičů elektrického náboje Střídavý elektrický proud : Mění se směr pohybu nosičů elektrického náboje

7 Jednoduchý elektrický obvod se skládá 1. Zdroje napětí, - udržuje na koncích vodiče stálý rozdíl elektrických potenciálů kladný pól anoda záporný pól - katoda 2. Elektrického spotřebiče - zařízení, v němž se elektrická energie mění na jinou energii 3. Spojovací vodiče a Spínače Spínač - slouží k uzavření nebo přerušení obvodu

8 Měřící přístroje: Elektrický proud měříme ampérmetrem Elektrické napětí měříme voltmetrem Ampérmetr zapojujeme - sériově ke spotřebiči. Voltmetr zapojujeme - paralelně ke spotřebiči.

9 Proud I měříme ampérmetrem, který zapojujeme do obvodu tak, aby jím procházel stejný proud jako spotřebičem. Ampérmetr zapojíme do série. Přitom můžeme ampérmetr zařadit do kterékoli části jednoduchého obvodu, protože každým místem obvodu prochází stejný proud. Nikdy nesmíme připojit ampérmetr přímo k pólům zdroje, mohl by se poškodit nebo i zničit. Elektrické napětí měříme voltmetrem, který připojujeme ke dvěma různým místům obvodu, mezi nimiž chceme napětí změřit. Voltmetr zapojíme paralelně. Voltmetrem při měření prochází nepatrný proud, takže ho na rozdíl od ampérmetru můžeme připojit přímo ke zdroji napětí, měříme pak přímo napětí zdroje.

10 Značky vodič uzemnění ampérmetr voltmetr spínač zdroj napětí

11 Odpor vodiče Podstatou odporu jsou nárazy usměrněného pohybu volných elektronů na ionty kovu krystalové mříže a na sebe navzájem. Tím se jejich pohyb brzdí. Odpor vodiče charakterizuje fyzikální veličina zvaná elektrický odpor. Elektrický odpor označujeme R Jednotka elektrického odporu je ohm. Značíme Ω

12 Elektrický odpor vodiče R Elektrický odpor vodiče R je přímo úměrný délce vodiče a nepřímo úměrný obsahu jeho průřezu S. l R l S rezistivita (měrný odpor) Jednotka rezistivity - Ω. m Technická jednotka: ohm milimetr čtverečný/metr Ω.mm 2 /m = 1.Ω.mm 2.m -1 = Ω.m 2.m -1

13 Rezistivita Rezistivita (též měrný elektrický odpor nebo také specifický elektrický odpor) je fyzikální veličina, vyjadřující elektrický odpor vodiče jednotkové délky (1 m) jednotkového obsahu průřezu (1 m 2 ). Rezistivita je materiálová konstanta, charakterizuje elektrickou vodivost látky. Čím větší je rezistivita, tím větší je elektrický odpor.

14 Hodnoty rezistivity (při teplotě 20 C). látka ρ [10-6 Ω.m] látka stříbro 0,0152 měď 0,0169 zlato 0,0220 hliník 0,0267 wolfram 0,0536 zinek 0,0591 železo 0,0996 platina 0,106 olovo 0,206 konstantan 0,490 rtuť 0,959 uhlík 60 10%roztok NaCl 0, křemík 2, voda 2,

15 Závislost elektrického odporu na teplotě R R (1 t 0 ) R 0 odpor při teplotě 0 C α teplotní součinitel odporu v K -1 Pro většinu látek je α>0 => odpor se s rostoucí teplotou zvyšuje

16 Teplotní součinitel odporu Látka α [10-3 K -1 ] konstantan 0,05 rtuť 1,0 stříbro 4,1 měď 4,0 hliník 4,0 wolfram 4,5 železo 6,5 křemík -70,0

17 Konstantan Konstantan je slitina mědi a niklu v poměru obvykle 55 % mědi a 45 % niklu. Její název souvisí s tím, že její rezistivita je v širokém rozsahu teplot přibližně konstantní. Používá se mj. na odporové spirály tepelných spotřebičů. Fyzikální vlastnosti rezistivita 0,49 µω m teplotní součinitel odporu při 20 C 0,00001 hustota 8,9 g/cm³ měrná tepelná kapacita 0,41 kj/(kg K) součinitel teplotní roztažnosti 0, /K teplota tání C

18 Rezistory a reostaty, potenciometry Rezistory = součástky s pevně stanoveným (fixním) odporem Reostaty a potenciometry = součástky s měnitelným (regulovaným) odporem

19 Druhy rezistorů Potenciometry

20