4.1.5 Práce v elektrickém poli, napětí

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "4.1.5 Práce v elektrickém poli, napětí"

Danuše Němcová
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 4.1.5 Práce v elektrickém poli, napětí Předpoklady: 4102, 4104, mechanická práce Př. 1: Spočítej ílu, která půobí náboj o velikoti C, který e nachází v elektrickém poli o intenzitě 2500 N C 1. Nejjednodušší vztah z minulé hodiny: F= Q F= Q= N=0,05 N Na náboj zadané velikoti půobí v zadaném elektrickém poli íla 0,05 N. Opakování: Práce e koná při pounutí předmětu po určité dráze za vynaložení íly. Pokud e íla během poouvání nemění, platí vzorec: W=F Pokud je mezi pounutím a půobící ilou jiný úhel než nulový, platí vzoreček W=F co, kdy α vyjadřuje úhel mezi pounutím a ilou. Jak to bude konáním práce v elektrickém poli? Prozkoumáme nejjednodušší případ. V homogenním elektrickém poli mezi dvěma nabitými dekami o intenzitě, jou na kladně nabité dece dva kladné náboje Q 1 a Q 2. Urči jakou práci vykoná elektrické pole při přemítění nábojů na záporně nabitou deku. d Q 1 Q 2 Síla, kterou pole půobí na náboje má všude tejný měr, tejnou velikot a vírá pounutím nulový úhel. Platí: W=F co = F co0=f a =d (vyznačeno v obrázku). Pro náboj Q 1 : F 1 =Q 1 W 1 =F 1 =Q 1 d Pro náboj Q 2 : F 2 =Q 2 W 2 =F 2 =Q 2 d Podobně jako u il při zavedení elektrické intenzity: Vztah pro práci lze rozdělit na dvě čáti: čát d charakterizuje pole, jak velká práce e muí konat při přenášení náboje v poli (v záviloti na jeho intenzitě a vzdálenoti deek) a je pro oba náboje tejná. čát Q 1 (repektive Q 2 ) nám předává informace o nábojích (a pro oba náboje e logicky liší). Protože náboje e od ebe liší, je práce pro každou velikot náboje jiná, ale oučin případě u všech nábojů, které e pohybují z kladné na zápornou deku tejný. d je v tomto Př. 2: Jaký je význam oučinu d v předchozím výkladu?

Opakování: Práce e koná při pounutí předmětu po určité dráze za vynaložení íly.

2 Součin d náobíme při výpočtu práce velikotí přemiťovaného náboje udává, jak velkou práci pole vykoná při přemítění náboje 1 C z kladné na zápornou deku. Součinu d říkáme elektrické napětí, značíme U, jednotkou je 1 Volt [1 V]. lektrické napětí má myl určovat jen mezi dvěma body obča e používá značení U AB (elektrické napětí mezi body A a B). Hodnota U AB udává, jak velkou práci pole vykoná při přemítění náboje 1 C z míta A do míta B. V homogenním poli při pounutí ve měru elektrických iločar platí: U= d, v jiných případech je výpočet ložitější. Př. 3: Urči míta, ke kterým e vztahuje údaj o napětí: a) u monočlánku b) ploché baterie c) záuvky Vždy jde o napětí mezi míty, kterými připojujeme zařízení do elektrického obvodu: a) Napětí monočlánku U=1,5V je napětí mezi jeho póly = protřední cvoček a vnější obal (jou odděleny izolační vrtvou) b) Napětí baterie U=4,5 V je napětí mezi jejími póly = plíšky na horní traně (jou odděleny vzduchem) c) Napětí záuvky U=230 V, znamená, že napětí mezi jejími dvěma dírkami je rovno 230V. Mezi pravou dírkou a zemí je napětí 0 V. Mezi levou dírkou a zemí 230 V. Ve všech případech e jedná o zařízení, která dodávají elektrickým obvodům energii. Tato zařízení konají práci při zdvihání elektronů od kladného pólu k zápornému. Zdvihnutím zíkají elektrony energii, kterou pak odevzdávají v obvodu. Větší napětí = větší energie elektronů (proto jou elektrony ze záuvky nebezpečnější). Př. 4: Rozeber libovolnou plochou baterii a vyvětli, jak ouvií její napětí napětím monočlánků. Plochá baterie e kládá ze tří monočlánků. Každý z nich by vykonal při zvedání elektronů práci 1,5 V, dohromady pak celá baterie 3 1,5 V=4,5 V Pedagogická poznámka: Předchozí příklady jou důležité. Termín napětí tudenti amozřejmě znají, jde o to, aby jej propojili definicí, která je jejich znalotem reality bohužel cizí. Sloveo zdvihat je použito chválně, pomáhá u tudentů vzbuzovat aociaci baterií jako zařízením, které elektronům dodává zdviháním energii. Jaký vztah napětí a práce? W=Q d=q U U= W Q Vyjádření 1 V: U= W Q 1V= 1 J 1 C Definice voltu: Mezi body A, B je napětí 1V, jetliže íly elektrického pole při přeneení náboje 1C vykonají práci 1J. Práci, kterou vykoná elektrické pole při přemíťování elektrického náboje (a tedy i energii, kterou při přeunutí zíká nebo ztratí nabitá čátice) vyjadřujeme pomocí elektrického napětí ve voltech.

Hodnota U AB udává, jak velkou práci pole vykoná při přemítění náboje 1 C z míta A do míta B.

3 Př. 5: lektrický vařič o výkonu 2200 W je připojen k napětí 230 V. Urči, kolik coulombů proteče mezi dírkami záuvky za každou ekundu. Muím určit vykonanou práci: P= W t W= Pt. Teď určím Q: U= W Q Q=W U = Pt U Doadím: Q= Pt U = C=9,57C Vařičem ze zadání proteče každou ekundu náboj 9,57 C. Dodatek: V záuvce neteče proud jedním měrem, ituace je trochu ložitější, více později. Každopádně je vidět, že takový náboj bychom tyčí nenatřeli. Př. 6: Jakou práci vykoná elektrická íla v homogenním elektrickém poli o intenzitě 1000 V m 1 při přemítění kladného náboje 1 C do vzdálenoti 10 cm. a) ve měru elektrických iločar b) proti měru elektrických iločar c) kolmo na měr elektrických iločar a) W=F co W= Q co W= ,1 1 J W=10 4 J Q F b) W=F co W = Q co α W= ,1 1 J W= 10 4 J =180 co =1 W 0 Q F =180 co = 1 W 0 Aby e náboj takhle hýbal, muí na něj půobit ještě jiná íla kromě elektrické el.pole naopak půobí proti tomu, aby e náboj pohnul vyznačeným měrem škodí té íle, co koná práci práce je záporná c) =90 co90 =0 W=0 W=F co W= Q co W= ,1 0 J W=0 J Q F =90 co90 =0 W=0

Dodatek: V záuvce neteče proud jedním měrem, ituace je trochu ložitější, více později. Každopádně je vidět, že takový náboj bychom tyčí nenatřeli. Př.

4 Př. 7: Jak by e předchozí příklad změnil, kdyby přeunovaný náboj měl záporné znaménko? Síla, kterou by na něj půobilo elektrické pole by změnila měr změnila by e znaménka vykonané práce. Ve vzorcích toho doáhnu tím, že doadím u záporného náboje hodnotu náboje jako záporné čílo. Př. 8: Urči intenzitu elektrického pole mezi dírkami domácí jednofázové záuvky (předpokládej, že pole je homogenní). =1,8 cm=0,018 m U =230 V =? W=F UQ=Q U= = U = 230 V/m=12800 V m 1 0,018 lektrické pole mezi zdířkami normální záuvky má přibližně intenzitu V m 1 Př. 9: Urči intenzitu elektrického pole mezi drátem velmi vyokého elektrického napětí a tožárem. Napětí u dálkového přenou U= V Tloušťka porcelánové hlavy mezi drátem a tožárem. =5 cm = U = ,005 V m 1 = V m 1 lektrické pole mezi tožárem a drátem velmi vyokého napětí má velikot V m 1. Př. 10: Vzduch za normální podmínek nevede elektrický proud neumožňuje pohyb elektrických nábojů. Pokud však intenzita elektrického pole přeáhne určitou hodnotu (takzvanou elektrickou pevnot p ), vzduch začne proud vét (překočí jikra). Najdi způob, jak určit přibližně velikot napětí, na které je možné nabít Van Der Graffův generátor. Stačí když změříme vzdálenot, na kterou již překočí jikra a doazením do vzorce pro elektrické napětí zíkáme jeho hodnotu. p = V m 1 d=1,5cm=0,015 m U=? předpokládám, že pole je homogenní (to není pravda, ale pro řádový odhad, homogennot předpokládat můžeme). U= d= ,015 V=45000 V Van Der Graffův generátor je možné nabít přibližně na napětí V. Napětí Van Der Graffova generátoru je obrovké, přeto nezpůobí mrt jako daleko nižší napětí záuvky napětí má vliv na průběh úrazu, ale nezáleží pouze na něm. Shrnutí: Práci, kterou vykoná elektrické pole při přemíťování elektrického náboje (a tedy i energii, kterou při přeunutí zíká nebo ztratí nabitá čátice) vyjadřujeme pomocí elektrického napětí ve voltech. Př. 1: Roz

8: Urči intenzitu elektrického pole mezi dírkami domácí jednofázové záuvky (předpokládej, že pole je homogenní). =1,8 cm=0,018 m U =230 V =?

5 Př. 2: Roz Př. 3: Roz Poznámka:ještě Pedagogická poznámka:adf Dodatek:adf Shrnutí:adf

Podobné dokumenty

2.5.8 Šetříme si svaly II (nakloněná rovina)

2.5.8 Šetříme si svaly II (nakloněná rovina) 258 Šetříme i valy II (nakloněná rovina) Předpoklady: 020507 Pomůcky: nakloněná rovina, šroub, motatelná nakloněná rovina Př 1: Jakým způobem i lidé ulehčují dopravu nákladů do trmého kopce (třeba nakládání