Elektřina a magnetizmus

Transkript

1 Elektřina a magnetizmus Elektrický náboj Všechny věci kolem nás se skládají z atomů. Atom obsahuje jádro (tvořené protony a neutrony) a obal tvořený elektrony. Protony a elektrony jsou částice elektricky nabité, neutron je částice elektricky neutrální (bez náboje). Proton má kladný elektrický náboj a elektron záporný elektrický náboj. Velikost náboje je u těchto částic velice malá Q = 1, C. Elektrický náboj se značí: Q Jednotka je: C (coulomb) elektron kladně nabité jádro Elektrování těles Při elektrování těles dochází k přechodu elektronů mezi tělesy. Těleso s přebytkem elektronů je nabité záporně a těleso s nedostatkem elektronů je nabité kladně. Souhlasně nabitá tělesa se odpuzují a nesouhlasně nabitá tělesa se přitahují. Elektrické pole Elektrické pole je kolem každého zelektrovaného tělesa a můžeme je znázornit pomocí elektrických siločar. V tomto poli se projevují přitažlivé a odpudivé síly. elektrické pole kolem protonu elektrické pole kolem elektronu

2 Elektrické pole mezi kladným a záporným nábojem Stejnorodé elektrické pole Elektrické napětí Elektrické napětí je mezi tělesy s opačnými náboji. Jeho velikost můžeme měřit voltmetrem, který zapojujeme do obvodu vždy paralelně. Elektrické napětí se značí: U Jednotka je: V (volt) Chemické zdroje elektrického napětí 1. Galvanický článek Elektromotorické napětí na galvanickém článku vzniká důsledkem chemických reakcí mezi elektrodami a elektrolytem. Po zapojení článku do elektrického obvodu probíhají uvnitř článku reakce, kterými se postupně snižuje elektrická energie uložená v článku, článek se vybíjí. Galvanický článek je vždy zdroj stejnosměrného proudu. Je proto třeba před zapojením zkontrolovat správnou polaritu elektrod. Složení galvanických článků

3 Vhodnými a nejčastěji používanými látkami pro zápornou elektrodu jsou zinek, kadmium, lithium a hydridy různých kovů, pro kladnou elektrodu uhlík, nikl a stříbro. Jako elektrolyt se používá v suchých článcích a olověném akumulátoru roztok kyselin nebo jejich solí. Galvanické články se používají nejčastěji v přenosných elektrických spotřebičích (baterkách, hodinkách, mobilních telefonech, přenosných počítačích a fotoaparátech). Výhodou galvanických článků je snadná údržba, malé rozměry a nízká hmotnost. Nevýhodou může být nízké napětí, nízký výkon a krátká životnost. 2. Akumulátor Elektrochemický akumulátor je zařízení na opakované uchovávání elektrické energie. Využívají přeměnu elektrické energie na energii chemickou, kterou je možno v případě potřeby přeměnit zpět na elektrickou energii. Mezi nejpoužívanější akumulátory patří Olověný (Pb), Nikl-kadmiový (NiCd), Nikl-metal hydridový (NiMH) a Lithium-iontový (Liion). Životnost většiny elektrochemických akumulátorů se pohybuje řádově ve stovkách nabíjecích/vybíjecích cyklů (NiMH akumulátory cyklů). Po tuto dobu postupně klesá kapacita akumulátoru kvůli chemické korozi jeho elektrod. Životnost je značně ovlivněna způsobem vybíjení a nabíjení a také provozní teplotou. Akumulátory se využívají jako zdroj energie v elektronice (mobilní telefony, notebooky) i v různých strojích (malé ponorky, elektromobily). 3. Olověný akumulátor Nejčastěji se používají v automobilech jako zdroj elektrické energie. Jedná se o chemický zdroj elektrické energie. Autobaterie je sestavena z článků, každý má napětí přibližně 2,1 V, které jsou umístěny v plastové nádobě. Každý článek se skládá z deskových elektrod (kladná elektroda z PbO 2, záporná elektroda z houbovitého olova) a elektrolytu (obvykle H 2 SO 4 + H 2 O. Olovo se používá v akumulátoru kvůli schopnosti dodat najednou velký proud, bez poškození, to je vhodné při startování vozidla.

4 Elektrický proud Elektrický proud v kovech je usměrněný pohyb elektronů. Jeho velikost můžeme měřit ampérmetrem, který zapojujeme v obvodu do série. Elektrický proud se značí: I Jednotka je: A (ampér) Elektrický odpor Elektrický odpor je veličina charakterizující schopnost látky vést elektrický proud. Hodnota elektrického odporu je dána materiálem, tvarem i teplotou vodiče. Odpor vodičů se vzrůstající teplotou stoupá. Elektrický odpor se značí: R Jednotka je: Ω (ohm) Ohmův zákon Elektrický proud procházející kovovým vodičem, na jehož konci je stejné napětí, je nepřímo úměrný odporu vodiče. Tuto závislost vyjádříme vztahem I = U / R Vodivost pevných látek Vodiče jsou látky, které vedou elektrický proud. Mezi tyto látky patří železo, zlato, stříbro, hliník a měď. Elektrický proud vedou díky tomu, že mají dostatek volných elektronů. Nevodiče jsou látky, které nevedou elektrický proud, protože nemají dostatek volných elektronů. Mezi ně patří guma, plast, dřevo a vzduch. Vodivost kapalin Elektrický proud v kapalinách je usměrněný tok iontů. Čistá voda je nevodivá, ale po přidání příměsí (NaCl - kuchyňská sůl) se stává vodivou. Rozpuštěním NaCl ve vodě dochází k uvolňování iontů, které se podílejí na vodivosti kapaliny. Kladné ionty sodíku jsou přitahovány k záporné elektrodě a záporné ionty chlóru jsou přitahovány ke kladné elektrodě. V kapalině dochází k usměrněnému pohybu elektrických nábojů, roztokem prochází elektrický proud. Vodivost plynů Vedení elektrického proudu v plynech je způsobeno volnými elektrony a ionty. Aby byl vzduch vodivý, musíme jej ionizovat zahřáním, nebo ultrafialovým zářením.

5 Sériové zapojení Sériové zapojení je zapojení elektrotechnických součástek v elektrickém obvodu za sebou. Elektrický proud je ve všech místech sériového obvodu stejný. Elektrické napětí mezi svorkami jednotlivých součástek (U1, U2, U3) je různé a součet všech těchto napětí je roven napětí na svorkách zdroje. U = U 1 + U 2 + U 3 Celkový elektrický odpor v sériovém obvodu se rovná součtu odporů jednotlivých součástek. R C = R 1 + R 2 + R 3 Přerušení sériového obvodu v kterémkoli místě má za následek přerušení celého obvodu. Paralelní zapojení Paralelní zapojení je zapojení elektrotechnických součástek v elektrickém obvodu vedle sebe. Elektrické napětí mezi dvěma uzly je stejné pro všechny větve. Elektrický proud procházející jednotlivými větvemi je různý a závisí na odporu součástek ve větvích. I = I 1 + I 2 + I 3 Celkový elektrický odpor v paralelním obvodu se vypočítá: 1/R C = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 Příkladem paralelního obvodu je současné zapojení více spotřebičů v domácnosti, protože přerušením obvodu v některé větvi (vypnutí spotřebiče) se nepřeruší obvod v jiné větvi (jiný spotřebič funguje dál).