Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu



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

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

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

Elektrostatika _Elektrický náboj _Elektroskop _Izolovaný vodič v elektrickém poli... 3 Izolant v elektrickém poli...

I dt. Elektrický proud je definován jako celkový náboj Q, který projde vodičem za čas t.

Elektrický proud 2. Zápisy do sešitu

Elektrický proud. Opakování 6. ročníku

Ohmův zákon Příklady k procvičení

Ohmův zákon: Elektrický proud I v kovovém vodiči je přímo úměrný elektrickému napětí U mezi konci vodiče.

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

VÝKON ELEKTRICKÉHO PROUDU, PŘÍKON

Mgr. Ladislav Blahuta

F - Elektrická práce, elektrický výkon, účinnost

ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 06 ELEKTRICKÝ PROUD - část 01

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V KOVECH

Věra Keselicová. květen 2013

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

U R U I. Ohmův zákon V A. ohm

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Základy elektrotechniky

F - Ohmův zákon VARIACE

2. Elektrické proudové pole

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

b) nevodiče izolanty nevedou el. proud plasty, umělé hmoty, sklo, keramika, kámen, suché dřevo,papír, textil

Laboratorní práce č. 1: Určení voltampérových charakteristik spotřebičů

Stavba hmoty. Název školy. Střední škola informatiky, elektrotechniky a řemesel Rožnov pod Radhoštěm

5. Elektrický proud v látkách

Elektronika ve fyzikálním experimentu

EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/

3.2. Elektrický proud v kovových vodičích

Úvod do elektrokinetiky

Název: II.FYZIKÁLNÍ TESTY SOUHRNNÉ OPAKOVÁNÍ VY_52_INOVACE_F2.19. Vhodné zařazení: Časová náročnost: 45 minut Ověřeno:

Název: Měření napětí a proudu

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Elektrický odpor TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Obr. 9.1: Elektrické pole ve vodiči je nulové

4.2.8 Odpor kovového vodiče, Ohmův zákon

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

4.2.7 Odpor kovového vodiče, Ohmův zákon

F - Sériové a paralelní zapojení spotřebičů

Ohmův zákon, elektrický odpor, rezistory

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Základní definice el. veličin

Elektromagnetismus. - elektrizace třením (elektron = jantar) - Magnetismus magnetovec přitahuje železo zřejmě první záznamy o používání kompasu

ZÁKLADY ELEKTROTECHNIKY pro OPT

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

1. Určete proud procházející vodičem, jestliže za jednu minutu prošel jeho průřezem náboj a) 150 C, b) 30 C.

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

Elektřina a magnetizmus závěrečný test

Cvičení 11. B1B14ZEL1 / Základy elektrotechnického inženýrství

Proudové pole, Ohmův zákon ELEKTROTECHNIKA TOMÁŠ TREJBAL

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

Projekt: Zlepšení výuky na ZŠ Schulzovy sady registrační číslo: CZ.1.07./1.4.00/ Václav Mayerhofer. Datum: Ročník: 8., 9.

Ing. Stanislav Jakoubek

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum:

ELEKTRICKÉ JEVY. Elektrování a elektrický náboj. elektrický náboj (C) June 13, VY_32_INOVACE_118.notebook

Závislost odporu kovového vodiče na teplotě

Název DUM: Elektrická energie v příkladech I

STEJNOSMĚRNÝ PROUD Kirchhoffovy zákony TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Vzdělávací materiál. vytvořený v projektu OP VK CZ.1.07/1.5.00/ Anotace. Ohmův zákon II VY_32_INOVACE_F0205. Fyzika

Základní škola národního umělce Petra Bezruče, Frýdek-Místek, tř. T. G. Masaryka 454

1. Vypočítejte kapacitu kapacitoru, který akumuluje energii 400 J při napětí 10 V. Jak dlouho by trvalo jeho nabíjení konstantním proudem 5 A?

Laboratorní práce č. 3: Měření elektrického proudu a napětí

Základní vztahy v elektrických

Zvyšování kvality výuky technických oborů

VÝKON ELEKTRICKÉHO SPOTŘEBIČE

ZADÁNÍ LABORATORNÍHO CVIČENÍ

Téma: Měření voltampérové charakteristiky

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Obvodové prvky a jejich

Elektřina a magnetizmus Ohmův zákon

Bezpečnost práce, měření proudu a napětí, odchylky měření

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Základy elektrotechniky - úvod

Elektrický signál - základní elektrické veličiny

SOUPRAVA ZÁKLADNÍ ELEKTRICKÉ OBVODY. Návod k použití a popis pokusů

jádro: obal: e n neutron, p proton, e elektron a) at. jádro velká hmotnost (n 0 ) b) el.obal velký rozměr

Kirchhoffovy zákony. Kirchhoffovy zákony

6. Vnitřní odpor zdroje, volt-ampérová charakteristika žárovky

Pracovní list žáka (ZŠ)

Pracovní list žáka (SŠ)

Fyzika I. Obvody. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/36

Elektrotechnika - test

Elektřina: Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

R 4 U 3 R 6 R 20 R 3 I I 2

Laboratorní práce č. 4: Určení elektrického odporu

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Účinky elektrického proudu. vzorová úloha (SŠ)


VY_32_INOVACE_6/15_ČLOVĚK A PŘÍRODA. Předmět: Fyzika Ročník: 6. Poznámka: Vodiče a izolanty Vypracoval: Pták

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

akustika zvuk, zdroj zvuku šíření zvuku odraz zvuku tón, výška tónu kmitočet tónu hlasitost zvuku světlo, zdroj světla přímočaré šíření světla


PEM - rámcové příklady Elektrostatické pole a stacionární elektrický proud

Transkript:

Elektrický proud Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu Elektrický proud v kovech Elektrický proud = usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem v kovech = usměrněný pohyb volných elektronů ve vodivých kapalinách a ionizovaných plynech = usměrněný pohyb kladných a záporných iontů Podmínky vzniku elektrického proudu: 1. přítomnost volných částic s elektrickým nábojem 2. trvalé působení elektrického pole na vodič (na koncích vodiče musí být elektrické napětí) Elektronová teorie: kovový vodič vodič připojený k pólům zdroje napětí dohodnutý směr proudu (konvenční, technický)

Elektrický proud = fyzikální jev = fyzikální veličina Elektrický proud I je určen velikostí elektrického náboje, který projde průřezem vodiče za 1 sekundu. Q I = t je-li I stálý = stejnosměrný elektrický proud jednotkou proudu je ampér, značka A Q = I t Q = I t = A s = [ ] [ ] [ ] C Jeden coulomb je elektrický náboj, který projde průřezem vodiče při stálém proudu 1 ampéru za 1 sekundu. jednotkou elektrického náboje - ampérsekunda (A.s) - ampérhodina (A.h) Jednoduchý elektrický obvod: Jednoduchý elektrický obvod: zdroj napětí vytváří v ostatních částech obvodu elektrické pole elektrický spotřebič mění elektrickou energii v jinou energii spojovací vodiče spojují zdroj napětí s elektrickým spotřebičem a spínačem spínače k uzavření nebo přerušení obvodu 130

Ampérmetr pro měření proudu sériové zapojení Voltmetr pro měření el. napětí paralelní zapojení Odpor vodiče Vodič klade elektrickému proudu odpor. Odpor vodiče charakterizuje fyzikální veličina elektrický odpor (rezistance). jednotkou elektrického odporu je ohm, značka Ω měříme ohmetrem Závislost elektrického odporu na materiálu vodiče, délce a průřezu vodiče: ζ = rezistivita látky (dříve měrný odpor látky) jednotkou rezistivity je ohmmetr, značka Ω.m 8 nejmenší rezistivitu má stříbro ( ζ = 1,6 10 Ω m ) Příklad: = ζ l S rči odpor měděného drátu o obsahu průřezu 5 mm 2 a délce 3 km. ( 8 ζ = 1,8 10 Ω m) Závislost elektrického odporu na teplotě: ( 1+ t) = α 0 = odpor při teplotě t 0 = odpor při teplotě t 0 α = teplotní součinitel odporu, pro většinu kovů α>0 pro některé látky (uhlík) α<0 s rostoucí teplotou se jejich odpor zvětšuje s rostoucí teplotou se jejich odpor zmenšuje Velmi malou hodnotu součinitele α má slitina kovů konstantan tepelných spotřebičů pro výrobu odporové spirály Součástky: s pevně stanoveným odporem = rezistory s proměnným odporem = reostaty 131

Ohmův zákon Ohmův zákon pro část obvodu: Proud I procházející rezistorem o odporu je přímo úměrný napětí na rezistoru. odpor = konstanta I 1 = G 1 = = I elektrická vodivost jednotkou siemens, značka S 1 Ω = 1V 1A Definice jednotky elektrického odporu: Vodič má elektrický odpor 1 Ω, jestliže při napětí 1 V jím prochází proud 1 A. Voltampérová charakteristika rezistoru: Ohmův zákon pro celý obvod: Napětí nezatíženého zdroje (napětí zdroje naprázdno) = elektromotorické napětí e Napětí zatíženého zdroje = svorkové napětí zdroje. i = vnitřní odpor zdroje (odpor zdroje napětí) < e e Ohmův zákon pro celý obvod: I = + i = odpor elektrického spotřebiče, spojovacích vodičů a spínače i = vnitřní odpor zdroje + i = celkový odpor uzavřeného obvodu Svorkové napětí je menší než elektromotorické napětí e o napětí i na vnitřním odporu zdroje. = e i 132

Vnitřní odpor zdroje: příčinou poklesu napětí při zapnutí spotřebiče v elektrickém obvodu významnou roli u zkratových proudů Zkrat (spojení nakrátko): odpor vnější části obvodu klesne téměř na nulovou hodnotu klesne svorkové napětí = I Pro zkratový proud platí: Kirchhoffovy zákony I Z = e i V praxi rozvětvený obvod obsahuje dva a více rezistorů, zdrojů elektrického napětí síť. Elektrická síť obsahuje větve a uzly. zel elektrické sítě = místo, v němž se setkávají nejméně 3 vodiče. Větev el. sítě = vodivé spojení mezi dvěma uzly. Elektrický obvod = spojení větví. elektrická První Kirchhoffův zákon: Součet proudů, které vstupují do uzlu, rovná se součtu proudů, které z něho vystupují. Pro uzel platí: Obecně: velikost elektrického náboje, který za určitou dobu do uzlu vstoupí = velikosti náboje, který z něho za tutéž dobu vystoupí Druhý Kirchhoffův zákon: V uzavřeném obvodu, který vyčleníme v rozvětvené síti, se součet napětí na jednotlivých rezistorech rovná součtu elektromotorických napětí jednotlivých zdrojů. n I k k = 1 I = I 1 + I 2 = 0 I = Spojování rezistorů e Existují dva základní typy: 1. za sebou (sériové) konec jednoho je spojen se začátkem dalšího všemi rezistory a celým obvodem prochází stejný proud, celkové napětí se rovná součtu napětí na rezistorech = + pro výsledný odpor platí: = 1 + 2 napětí na rezistorech jsou ve stejném poměru jako jejich odpory: I = konst. 1 2 1 = 2 1 2 133

Příklad: Sériově spojené rezistory o odporech 30 Ω, 40 Ω a 50 Ω jsou připojeny ke zdroji napětí 60 V. rči výsledný odpor soustavy a proud procházející soustavou. 2. vedle sebe (paralelní) do jednoho uzlu se spojují všechny vstupní svorky, do druhého všechny výstupní svorky rezistorů na všech rezistorech je stejné napětí celkový proud se rovná součtu proudů v jednotlivých větvích: převrácená hodnota výsledného odporu se rovná součtu 1 1 1 převrácených hodnot jejich odporů: = + 1 2 proudy procházející rezistory jsou v převráceném poměru jejich odporů: Příklad: = konst. I = I 1 + I 2 I I 1 2 = 2 1 Paralelně spojené rezistory o odporech 80 Ω a 120 Ω jsou připojeny na napětí 60 V. rči výsledný odpor soustavy a proudy v obou větvích. Práce a výkon elektrického proudu Při přemísťování volných elektronů ve vodiči konají síly elektrického pole práci ta je mírou elektrické energie přeměněné ve vodiči v jinou formu energie: v energii světelnou - ve vlákně svítící žárovky v energii mechanickou u elektromotoru ve vnitřní energii těles u topné spirály elektrického vařiče Jestliže se ve vodiči, na jehož koncích je elektrické napětí, přemístí částice s nábojem Q elektrického pole vykonají práci W = Q. Prochází-li vodičem konstantní proud I po dobu t Q I t W = I Práce elektrického proudu se rovná součinu elektrického napětí, proudu a doby, po kterou proud vodičem prochází. = t síly 134

Tato práce současně vyjadřuje elektrickou energii přeměněnou ve vodiči (spotřebiči) v jinou formu energie. W I t Pro výkon elektrického proudu platí: P = = = I t t tento vztah vyjadřuje zároveň příkon spotřebiče: 0 příkon P 0 je současně mírou elektrické energie odebranou spotřebičem za 1 sekundu Výkon spotřebiče P = užitečná práce spotřebiče vykonaná za 1 sekundu Pro účinnost spotřebiče platí: Protože: P 0 η = P 0 Např. účinnost žárovek 10 % účinnost elektromotorů až 90 % P P η 1 η 100% P = I Jednotkou příkonu je watt, značka W Jednotka práce počítaná z výkonu W wattsekunda, W s watthodina, W h kilowatthodina, kw h megawatthodina, elektroměr Příklad: MW h = P t Elektromotorem prochází při napětí 24 V proud 1,5 A. rči jeho příkon a účinnost, pracuje-li s výkonem 27 W. Jakou elektrickou energii spotřebuje, pracuje-li 5 hodin? Teplo odevzdané elektrickým spotřebičem: Q j = I t vodičem prochází při napětí proud I po dobu t Joulův Lenzův zákon 135

Příklad: Za jakou dobu uvede ponorný vařič o příkonu 800 W do varu 0,5 litru vody o počáteční teplotě 20 C? Výměnu tepla s okolím neuvažujeme. Cvičení Elektrický proud v kovech 1. Průřezem vodiče projde za 30 min elektrický náboj 900 C. Jaký stejnosměrný proud vodiče protéká? 1) 0,5 A Odpor vodiče 1. Jak se změní odpor vodiče, zvětšíme-li a) jeho délku na dvojnásobek, b) obsah jeho průřezu na dvojnásobek? 2. Měděný drát o průměru 2 mm máme nahradit hliníkovým drátem, který má stejnou délku i odpor. Jaký musí být jeho průměr? ezistivita mědi je 0,017 µω. m, hliníku 0, 027 µω. m. 3. Měděný drát vinutí elektromotoru má při teplotě 20 C odpor 40 Ω. Jaký odpor má při provozní teplotě elektromotoru 50 C? Teplotní součinitel elektrického odporu mědi je 4. 10-3 K -1. 4. Ocelový drát má při teplotě 10 C odpor 15 Ω. Na jakou teplotu se zahřál, jestliže se jeho odpor zvětšil na 18 Ω? Teplotní součinitel elektrického odporu oceli je 5. 10-3 K -1. 1) a) zvětší se 2x, b) zmenší se 2x 2) 2,5 mm 3) 45 Ω 4) 50 C 136

Ohmův zákon 1. ezistor o odporu 120 Ω postupně připojujeme na napětí 6 V, 12 V a 24 V. rči proudy odpovídající daným napětím a nakresli graf závislosti proudu na napětí. 2. Elektrický spotřebič o odporu 55 Ω připojíme na napětí 220 V. Jaký proud spotřebičem prochází? 3. Elektromotorické napětí akumulátorové baterie v automobilu je 12 V. Připojíme-li k baterii elektrický obvod o vnějším odporu 5,5 Ω, prochází obvodem 2 A. rči svorkové napětí, vnitřní odpor baterie a proud procházející obvodem při zkratu. 4. Plochá baterie 4,5 V má vnitřní odpor 1 Ω. rči svorkové napětí baterie, je-li odpor vnějšího obvodu 3,5 Ω. 1) 50 ma, 100 ma, 200 ma 2) 4 A 3) 11 V, 0,5 Ω, 24 A 4) 3,5 V Kirchhoffovy zákony 1. V elektrickém obvodu jsou elektromotorická napětí e1 =12 V, e2 =6 V a rezistory o odporech 1 =20Ω, 2 =10 Ω, 3 =6 Ω. Jaký proud prochází obvodem? 2. rči proudy I 1, I 2 a I 3 v elektrickém obvodu viz. obrázek, jestliže e1 =5 V, e2 =3 V, i1 = i2 =2 Ω, =1 Ω. 1) 0,5 A 2) I 1 =1,5 A, I 2 =0,5 A, I 3 =2 A 137

Spojování rezistorů 1. Kolika různými způsoby lze spojit 3 rezistory, každý o odporu. Jaký bude výsledný odpor každého spojení? 2. Tři rezistory, každý o odporu 60 Ω, jsou spojeny a) sériově, b) paralelně. rči výsledný odpor soustavy. 3. V elektrické síti jsou rezistory o odporech 1 =4 Ω, 2 =6 Ω, 3 =3 Ω. Napětí mezi body A a B je =18 V. rči proudy I 1, I 2, I 3. 1) 4 způsoby, 3, /3, 3/2, 2/3 2) a) 180 Ω, b) 20 Ω 3) 3 A, 1 A, 2 A Práce a výkon elektrického proudu 1. Žárovka o příkonu 9 W je připojena na napětí 4,5 V. rči proud, který žárovkou prochází a odpor jejího vlákna. 2. S jakou účinností pracuje elektromotor, na jehož výrobním štítku jsou údaje 220 V, 400 W a pracujeli s výkonem 240 W. 3. Žárovka na napětí 200 V má příkon 100 W. Jaký proud jí prochází? Jaký největší počet žárovek lze k vedení paralelně připojit, nemá-li proud překročit hodnotu 6 A? 4. rči teplo, které odevzdá tepelný spotřebič o odporu 150 Ω za 2 hodiny, prochází-li jím proud 1 A. 5. Elektrický vařič má příkon 300 W. Jaké teplo odevzdá topná spirála vařiče za 15 minut? 6. Za jakou dobu se ohřeje elektrickým vařičem o příkonu 800 W a účinnosti 70% voda o hmotnosti 4 kg o 20 C? 1) 2 A; 2,5 Ω 2) 60% 3) 0,5 A; 12 4) 1080 kj 5) 270 kj 138

6) 10 min 139