Elektrické jevy Převzato, upraveno a doplněn opřevážně z materiálů ZŠ Ondřejov http://www.zsondrejov.cz/Vyuka/
Statická elektřina Atom Atom se skládá jádra a elektronového obalu Jádro obsahuje protony a neutrony. Neutrony nemají náboj, jsou el. neutrální. Protony mají kladný náboj. Elektronový obal obsahuje elektrony. Elektrony mají záporný náboj. Atom je elektricky neutrální, protože obsahuje stejný počet protonů a elektronů. Ionty Pokud dojde ke změně počtu elektronů v el. jádře, získává atom náboj a říkáme mu iont. Kationt – kladně nabitý iont, v elektronovém obalu je méně elektronů než protonů v jádře. Aniont – záporně nabitý iont, v elektronovém obalu je přebytek elektronů. Zelektrování tělesa se děje třením. Dochází buď k odevzdávání elektronů nebo naopak k přejímání elektronů. Elektrické pole Kolem elektricky nabitého tělesa je elektrické pole. Elektrické pole je tím slabší, čím jsme dále od elektricky nabitého tělesa. Elektrické pole znázorňujeme siločarami. Znázornění elektrického pole bodového náboje. Znázornění elektrického pole mezi dvěma souhlasnými náboji, které se odpuzují. Znázornění elektrického pole mezi dvěma nesouhlasnými náboji, které se přitahují. Siločáry stejnorodého elektrického pole.
Otázky: 1) Vyjmenuj části atomu, vysvětli, jaký mají náboj.. 2) Vysvětli, proč je atom elektricky neutrální. 3) Popiš vznik kladného iontu. 4) Jaký iont vznikne přijetím jednoho elektronu do elektronového obalu? 5) Jak na sebe vzájemně působí tělesa a) souhlasně zelektrovaná; b) nesouhlasně zelektrovaná? 6) Nakresli siločáry mezi dvěma nesouhlasně nabitými koulemi. 7) Nahřátý papír položíme na stůl a potřeme jej rukou. Potom posypeme moukou. Co se stane, když papír zvedneme? Co se stane, když použijeme chomáček vaty? 8) Když utíráme prach tak nám připadá, že to vlastně nefunguje? Co se tam děje?
Elektrický náboj Elektroskop vlastní výroby Vezmi si sklenici, karton a proužek alobalu
Do kartonu vystřihni dva podélné otvory a polož jej na sklenici. Otvory v kartonu provlékni proužek alobalu, tak aby do sklenice visely volně konce. Zeleketruj třením pravítko a dotkni se jím proužku alobalu, který je nad sklenicí. Pozoruj! Oba konce alobalu se rozestoupí, protože získávají stejný náboj.
Elektroskop Je to přístroj kterým určíme, zda je těleso elektricky nabité. Části, které slouží k určování velkosti náboje, musí být dobře odizolovány od země. Elektroskop má dotykovou plochu a ručičku. Pokud se dotykové plochy dotkneme elektricky nabitým tělesem, ručička se vychýlí. Čím větší výchylka, tím větší náboj. Některé elektroskopy určují i druh náboje.. Třením skleněné tyče dostaneme na tyči náboj kladný. Třením plastové tyče dostaneme na tyči náboj záporný. Elektrický náboj Americký fyzik Milikan zjistil, že elektron má nejmenší elektrický náboj, tzn. že se nedá dále dělit. Říkáme mu elementární náboj. Nejmenší elektrický náboj je náboj jednoho elektronu. Značíme e. Používá se ale jednotka elektrického náboje Coulomb (1 C). Platí: 1 C = 6 . 1018 e Uzemnění tělesa Když spojíme nabité těleso vodivě se zemí, stane se elektricky neutrálním – vybije se. Říkáme, že jsme ho uzemnili. Otázky: 1) Co je to elektroskop a jak ho používáme? 2) Co je elementární náboj? 3) Jaká je jednotka elektrického náboje? 4) Co to znamená, když řekneme, že jsme těleso uzemnili? 5) Co se stane, když se nabitého elektroskopu dotkneme? Vysvětli. 6) Proč musí být deska i ručička elektroskopu dobře izolována? 7) Proč se při přelévání benzinu do cisternového vozu kovový obal uzemňuje? 8) Na obrázku jsou kyvadélka. Které má přebytek a které nedostatek elektronů? Vysvětli, co se stane, když se kyvadélka dotknou. 9) Na obrázcích jsou znázorněny tři fáze nabíjení kyvadélka dotykem. Co se děje v jednotlivých fázích? Vysvětli podle obrázků.
10) Proč není možné elektrovat hřebík, který držíme v ruce? Vysvětli.
Kondenzátor Historie vynálezu Leidenské láhve Před 250 lety jeden italský matematik ve mstě Leidenu experimentoval: Zkoušel, zda by se nedal uchovat elektrický
náboj v láhvi podobně jako voda. Sestrojil si důmyslný stroj. Vzal hlaveň pušky a zavěsil ji na dva provázky. Z jednoho konce spustil mosazný drát do lahve s vodou, kterou držel v ruce. Na druhém konci vyráběl elektrický náboj třením. Když se dotkl hlavně, dostal strašnou ránu, ze které se údajně vzpamatovával dva dny, ale udělal velký objev. Láhev, kterou tak vynalezl, se nazývá Leidenská, podle jeho působiště. Leidenská láhev Místo vody z jedné strany a ruky z druhé strany stačí, když se láhev ze skla z obou stran polepí staniolem. Láhev lze nabít velkým nábojem, proto se láhve nedotýkáme, když je nabitá. Proč se v leidenské láhvi shromažďuje velký náboj Na osamělém vodiči se velký náboj neshromažďuje, působí na něj odpudivá síla všech elektronů, které jsme tam přivedli před tím (shodné náboje se odpuzují). V leidenské láhvi nám pomáhá opačný náboj, který se shromažďuje na polepu z druhé strany. Důležité jsou tedy dvě vrstvy, které jsou odděleny izolantem. Zařízení, ve kterém se shromažďuje náboj, se jmenuje kondenzátor. Jak funguje kondenzátor Kondenzátor se skládá ze dvou destiček oddělených izolantem, na jedné desce se shromažďuje kladný nábor a na druhé záporný náboj. Elektrony z jedné desky kondenzátoru jsou přiváděny na druhou. Oba náboje jsou odděleny izolantem a jejich silové účinky se vyrovnají. Na každý elektron působí odpudivá síla jedné desky, ale zároveň přitažlivá síla druhé desky. Kapacita kondenzátoru vyjadřuje, jaké množství elektrického náboje lze shromáždit. Velkost kapacity kondenzátoru závisí na: velikosti plochy desek – přímo tloušťce izolantu - nepřímo Elektrolytické kondenzátory Otázky: 1) Lze shromažďovat elektrický náboj? 2) Jaký je princip kondenzátoru? 3) Co je to kapacita kondenzátoru a na čem závisí?
Vodič, izolant, elektrický obvod Co je elektrický vodič a izolant Elektrické vodiče jsou látky, které dobře vedou elektrický proud, říkáme o nich, že jsou elektricky vodivé. Příklad: kovy, tuha Elektrické izolanty jsou látky, které nevedou elektrický proud, říkáme o nich, že jsou elektricky nevodivé. Příklad: plasty, sklo, guma, parafín. Vodné roztoky mohou vést elektrický proud. Vzduch je za normálních podmínek nevodivý. Vodivým se stává za zcela určitých podmínek – například blesk. Elektrický obvod Obvod je sestaven z elektrických součástek. V obvodu je zapojen zdroj, vodiče a další součástky
(např. žárovka, zvonek, spínač). Jednotlivé součástky mají schematické značky.
schematické značky
Schéma elektrického obvodu Elektrický obvod na obrázku se skládá z elektrického článku, vodičů, spínače a žárovky. Elektrický obvod je otevřený, když jím neprochází elektrický proud. Elektrický obvod je uzavřený, když jím prochází elektrický proud Vodič uzel
Pokus – zjisti, které z následujících látek jsou elektrické vodiče a elektrické izolanty Úkol – prakticky roztřídit kelímek s látkami na ty, co vedou elektrický proud a nevedou elektrický proud. Sestav obvod z baterie, žárovky, vodičů, spínače a dvou krokosvorek, mezi které postupně vkládej jednotlivé látky. Látky se vkládají, když je spínač otevřen. Po uzavření obvodu spínačem žárovka svítí, pokud vložená látka je elektrický vodič. Žárovka nesvítí, pokud je látka elektrický izolant. Otázky: 1) Co je elektrický vodič a co elektrický izolant a jak se o tom můžeme přesvědčit? 2) Jak vedou elektrický proud kapaliny a vzduch? 3) Proč se elektrické vedení v domě dělá z měděných drátů? 4) Z jakých látek se musí vyrábět kryty na držadla nástrojů, které používají elektromontéři? 5) Proč je nebezpečné při úklidu utírat zásuvku mokrým hadrem? 6) Co se stane, když na nabitý elektroskop položím vodič, izolant, který držím v ruce? Vysvětli. 7) Zelektruj elektroskop a v jeho blízkosti zvlhči vzduch rozprašovačem vody. Co se děje s nábojem? 8) Jaké znáš součástky pro sestavení elektrického obvodu? 9) Na následujících elektrických obvodech vysvětli, ze kterých součástek se skládá, kdy je otevřen a uzavřen?
Elektrický proud Volné částice Elektrické vodiče obsahují volné elektrony. Mezi kladnými ionty se neuspořádané pohybují elektrony. Elektrické izolanty neobsahují volné částice nebo jen velmi málo. Když připojíme vodič ke zdroji elektrického napětí, vytvoříme elektrické pole a jeho působením usměrníme pohyb elektronů. Elektrony se pohybují od záporného pólu ke kladnému. Tomuto jevu říkáme, že vodičem prochází elektrický proud.
Elektrické pole, které vznikne po připojení ke zdroji, působí okamžitě na všechny elektrony v obvodu, všechny najednou se dají do pohybu (tzn. pokud jsou v obvodu žárovky, rozsvítí se všechny najednou) Ve vodném roztoku se při zapojení do elektrického obvodu pohybují anionty a kationty. Pohyb aniontů je stejný jako pohyb elektronů, to znamená., že se pohybují od záporného pólu ke kladnému. Pohyb kationtů je opačný, to znamená., pohybují se od kladného pólu k zápornému. Elektrický proud Elektrický proud je vlastně průtok elektrického náboje (můžeme si představit podobně, jako když protéká potrubím voda, tak vodičem protékají elektrony) Elektrický proud je pohyb volných částic s elektrickým nábojem (elektrony v kovech, kationty a anionty v roztocích) Velikost elektrického proudu závisí na množství celkového náboje ve vodiči. ˇVím větší náboj, tím větší proud. Směr elektrického proudu Dohodnutý směr elektrického proudu je od kladného pólu k zápornému. Pohyb elektronů je od záporného pólu ke kladnému. Dohodnutý směr elektrického proudu je tedy opačný než pohyb elektronů – to vzniklo historicky, neboť před 200 lety fyzikové, kteří stanovili směr proudu, nevěděli nic o elektronech, a tak náhodně vybrali dodnes používaný směr. Schéma pohybu elektronů v obvodu a schéma se znázorněním směru elektrického proudu. Elektrony se pohybují od záporného pólu ke kladnému, neboť na záporném pólu baterie je jich přebytek a jsou přitahovány ke kladnému pólu Směr proudu je od kladného pólu k zápornému podle dohody Veličina elektrický proud Značíme … I Základní jednotka … ampér ( A ) … vodičem, kterým prochází proud 1 A, projde za každou sekundu elektrický náboj 1C. Odvozené jednotky: kiloampér =1 kA = 1 000 A; miliampér=1 mA = 0,001 A (1 A = 1 000 mA); mikroampér=1 A = 0,000 001 A ( 1 A = 1 000 000 A ) Příklady na převody jednotek 3,4 A = 3 400 mA 600 mA = 0,6 A 0,56 mA = 560 A 67 800 A = 67,8 mA 67 800 A = 0,067 8 A 0,000 9 A = 900 A Příklad: Vodičem procházel proud 0,05 A po dobu 10 minut. Jak velký elektrický náboj prošel průřezem vodiče? I = 0,05 A t = 10 min = 600 s Q = ? (C) -----------------------------------Q=I.t Q = 0,05 . 600 Q = 30 C Vodičem prošel elektrický náboj o velikosti 30 C.
Otázky: 1) Co je elektrický proud? 2) Jak se pohybují volné elektrony v uzavřeném elektrickém obvodu? 3) Jaký je dohodnutý směr elektrického proudu? 4) Jak značíme veličinu elektrický proud a jaké jsou jednotky elektrického proudu? 5) Co to znamená, že vodičem protéká proud jednoho ampéru? 6) Nakresli schéma elektrického proudu se zdrojem, zavřeným spínačem, žárovkou. Vyznač směr elektrického proudu. Vyznač směr uspořádaného pohybu elektronů. 7) Co se stane v uzavřeném obvodu, když vyšroubuji žárovku a proč? 8) Převeď jednotky: 4,08 kA (A), 650 mA (A), 450 A (A), 5 A (mA), 0,56 A (A), 0,08 A (mA) 9) Vláknem spirály žárovky procházel proud 0,1 A pod dobu 5 minut. Jak velký elektrický náboj prošel průřezem vlákna? 10) Žárovkou procházel proud 100 mA po dobu 6 hodin. Jak velký náboj prošel přitom vláknem žárovky? 11) Topnou spirálou žehličky prochází proud 5 A. Jaký proud prochází šňůrou, která spojuje žehličku se zásuvkou?
Měřeni elektrického proudu Ampérmetr Elektrický proud se měří ampérmetrem. Schematická značka ampérmetru Ampérmetr má buď číslicovou stupnici nebo je digitální. U číslicové stupnice je třeba nejprve určit rozsah a hodnotu nejmenšího dílku. Ampérmetr zapojujeme sériově, to znamená, že ji zapojíme do obvodu. Zapojíme tak, že nastavíme největší rozsah. Pokud je výchylka malá, tak přepojíme na menší rozsah. Schéma zapojení ampérmetru Správné zapojení do obvodu Chybné zapojení ke zdroji Chybné zapojení mezi dvě místa (může dojít k poškození ampérmetru)
Příklad 1: Na obrázku je ampérmetr, který má dva rozsahy stupnice do 10 A (větší rozsah), do 3 A (menší rozsah). Urči hodnotu jednoho dílku u obou rozsahů a zapiš, kolik ukazuje ručička ampérmetru v případě většího i menšího rozsahu. Rozsah 10A: Hodnota jednoho dílku 0,5 A Ampérmetr ukazuje hodnotu proudu 4 A Rozsah 3 A: Hodnota jednoho dílku 0,1 A Ampérmetr ukazuje hodnotu proudu 1,2 A Příklad 2: Měřící rozsah miliampérmetru je 80 mA a stupnice má 20 dílků- Jakému proudu odpovídá jeden dílek, 7 dílků, 15 dílků? Při měření se miliampérmetr ustálil na devátém dílku, jaký proud ukazuje? 1 dílek …..80 mA : 20 = 4 mA …. Jeden dílek je 4 mA. 7 dílků ….. 7 . 4 mA = 28 mA……Sedm dílků je 28 mA. 15 dílků …. 15 . 4 mA = 60 mA ……Patnáct dílků je 60 mA. 9 dílků ….. 9 . 4 mA = 32 mA ….. Ampérmetr ukazuje proud 32 mA. Příklad 3: Měřící rozsah ampérmetru je 0,4 A a stupnice má 80 dílků- Jakému proudu odpovídá jeden dílek, 10 dílků, 15 dílků? Přim měření se ampérmetr ustálil na 37. dílku, jaký proud ukazuje?
1 dílek …..0,4 A : 80 = 0,005 A …. Jeden dílek je 0,005 A. 10 dílků ….. 10 . 0,005 A = 0,05 A……Sedm dílků je 0,05 A. 15 dílků …. 15 . 0,005 A = 0,075 A ……Patnáct dílků je 0,075 A. 37 dílků ….. 37 . 0,005A = 0,185A ….. Ampérmetr ukazuje proud 0,185 A. Otázky: 1) Co je elektrický proud? 2) Jak zapojujeme ampérmetr? 3) Jak postupujeme při měření elektrického proudu? 4) Měřící rozsah stupnice ampérmetru je 0,6 A. Stupnice má 30 dílků. Jakému proudu odpovídá jeden dílek, 5 d., 20 d.? 5) Měřící rozsah stupnice miliampérmetru je 50 mA. Stupnice má 25 dílků. Jakému proudu odpovídá 1 dílek, 5 dílků, 15 dílků? Miliampérmetr se ustálil na jedenáctém dílku, jaký proud ukazuje? 6) Nakresli schéma elektrického obvodu se zdrojem, žárovkou, spínačem a zakresli do něj ampérmetr. Vyznač na svorkách ampérmetru + a -. 7) Na obrázku je schéma stupnice ampérmetru. Urči postupně hodnotu jednoho dílku a jakou hodnotu ukazuje pro rozsahy 6A, 3 A, 0,3A. 8) Na obrázku je schéma stupnice miliampérmetru. Urči postupně hodnotu jednoho dílku a jakou hodnotu ukazuje pro rozsahy 4 mA, 2 mA. 9) Na obrázku je nakreslena stupnice ampérmetru s rozsahem 1,8 A. Jaký proud představuje nejmenší dílek stupnice? Je vhodné použít tohoto ampérmetru pro měření proudů menších než 0,2 A? Proč? Do obrázku zakresli polohu ručičky ampérmetru při protékajícím proudu 1,3 A.
10) Na obrázku je schéma elektrického obvodu se třemi žárovkami, ve kterém jsou zapojeny tři ampérmetry. Jaká proud ukazují ampérmetry 2 a 3, jestliže ampérmetr 1 ukazuje proud 300 mA.
Elektrické napětí Elektrické napětí je určeno jako práce vykonaná elektrickými silami při přemísťování kladného jednotkového elektrického náboje mezi dvěma body v prostoru.
značka U jednotka V (volt) další jednotky: 1 V = 1 000 mV ; 1 kV = 1 000 V
Zdroje elektrického napětí (Poznámka: Luigi Galvani - záškuby v končetinách již mrtvých žab, které visely na železném zábradlí, při dotyku s kovem.) Alessandro Giuseppe Volta – první trvalý zdroj elektrického napětí
Galvanický článek 1,5 V Galvanický článek 4,5 V Akumulátor Zdroj elektrického napětí, který se dá znovu obnovovat.(mobilní telefony, hračky, autobaterie, nářadí … ) Dynamo, alternátor ,Elektrická zásuvka (~230V)
Elektrický odpor Pozoruj žárovky v obvodu Pokus: Sestav si jednoduchý elektrický obvod, do kterého zapojíš zdroj elektrického napětí, spínač, žárovku a ampérmetr. Po uzavření spínače, sleduj svit žárovky a velikost procházejícího proudu. Potom postupně přidávej žárovky, nejprve budou dvě a potom tři. Sleduj, jak žárovky svítí a měř velikost procházejícího proudu.
Závěr: Postupným přidáváním žárovek, se zmenšuje jejich svit. Naměřené hodnoty elektrického proudu se s přidáváním žárovek také zmenšují. Přidáváním žárovek totiž klademe elektrickému proudu jakési překážky, hovoříme o elektrickém odporu. Elektrický odpor jako fyzikální veličina dpor je fyzikální veličina, tzn. že má spoji značku a jednotky. íme ... R
1Ω)
vozené jednotky ... kΩ (1 kΩ = 1 000 Ω), MΩ(1 MΩ = 1 000 kΩ = 1 000 000 Ω) Na čem závisí odpor vodiče - čím větší průřez, tím menší odpor vodiče. (Můžeš si představit situaci, kdy máš dvě stejně dlouhé hadice tenkou a silnou připojené na kohoutky, které jsou stejně otevřené – ve vodovodu bude stejný tlak. Tenká hadice klade průtoku vodu větší odpor.) - čím je delší vodič, tím je odpor vodiče větší. (Můžeš si představit situaci, kdy máš dvě hadice dlouhou a krátkou stejné tloušťky připojené na kohoutky, které jsou stejně otevřené – ve vodovodu bude stejný tlak. Dlouhá hadice klade průtoku vodu větší odpor.) eriálu mají různý odpor. Izolanty mají tak velký odpor, že jimi elektrický proud téměř neprochází. Mezi kovy, které mají naopak velmi malý odpor, patří měď, zlato, stříbro a hliník. – čím větší teplota, tím větší odpor. Jaký je odpor vodiče a izolantu v závislosti na materiálu průřezem 1 mm2 při teplotě 0 °C. Odpor (Ω) Látka vodiče cín 0,100 hliník 0,025 měď 0,016 olovo 0,210 rtuť 0,958 stříbro 0,015 uhlíkové vlákno 60,000 wolfram 0,053 zlato 0,020 železo
Látka izolantu bakelit kalafuna mramor parafín papír polystyrén porcelán slída sklo 0,088
Odpor (Ω) 109 1014 107 - 109 1014 – 1016 1014 více než 1016 1012 1015 1011
Součástky upravující velikost odporu v obvodu ka v elektrickém obvodu má nějaký odpor, ale někdy potřebujeme odpor v obvodu ještě změnit, proto zapojujeme speciální součástky s určitým odporem nebo jejich opor lze nastavit. zistor – součástka s určitým odporem. Jeho schématická značka je
– součástka, na které je možné pomocí jezdce nastavit určitý odpor. Většinou lze tato součástka zapojit dvěma způsoby, buď ji zapojíme bez možnosti měnění odporu pomocí jezdce, nebo zapojíme k jezdci. Reostat je vlastně namotaný vodič a pomocí jezdce zapojujeme část tohoto vodiče. Schématická značka je nebo ní reostatu do obvodu
Otázky:
Posouváme-li jezdcem na reostatu, můžeme na ampérmetru sledovat, jak se mění proud. Zvětšujeme-li odpor (zapojujeme větší část vodiče, který tvoří reostat), zmenšuje se procházející proud.
1) Jak značíme elektrický odpor a jaké má jednotky? 2) Na čem závisí odpor vodiče? 3) Co je to rezistor a co je reostat? 4) Nakresli schéma elektrického obvodu, ve kterém je zapojen zdroj, žárovka, spínač a reostat. 5) Máte dva vodiče železný a hliníkový, oba mají stejnou délku a stejný průřez, který má větší odpor? 6) Máte dva cínové vodiče, oba mají stejnou délku, ale různý průřez. Který z těchto vodičů má větší odpor? 7) Může mít stejný odpor měděný a hliníkový vodič, když mají stejnou délku? Svou odpověď vysvětli. 8) Máš k dispozici tři vodiče měděný, hliníkový a železný. Jaký z těchto vodičů si vybereš jako spojovací? Svou odpověď zdůvodni. 9) Dříve s používaly v domácnostech pro vedení elektrického proudu hliníkové vodiče. Dnes se tyto vodiče nahradily měděnými. Proč?
Ohmův zákon Závislost proudu na napětí Pokus: Zapoj jsi elektrický obvod, který se bude skládat ze zdroje napětí, žárovky, ampérmetru, voltmetru. Změř si hodnotu proudu a napětí. Postupně zvyšuj hodnotu napětí a sleduj, jak se mění hodnota procházejícího proudu. Dej pozor na to, aby napětí nebylo větší než maximální možné napětí, na které je možné zapojit žárovku. Z měření udělej závěr o závislosti proudu na napětí.
Závěr: Při zvyšování napětí se zvyšuje proud. Elektrický proud je přímo úměrný napětí. Závislost proudu na odporu Pokus: Zapoj jsi elektrický obvod, který se bude skládat ze zdroje napětí, reostatu, ampérmetru, voltmetru. Změř si hodnotu proudu při zapojení reostatu, kdy jezdec zapojuje největší odpor. Postupně pohybem jezdce zmenšuj odpor a sleduj, jak se mění hodnota procházejícího proudu. Z měření udělej závěr o závislosti proudu na odporu.
Závěr: Při snižování odporu se zvyšuje proud. Elektrický proud je nepřímo úměrný odporu.
Ohmův zákon Proud procházející elektrickým obvodem je přímo úměrný napětí a nepřímo úměrný odporu. Když je odpor rezistoru R a napětí mezi jeho konci U, pak rezistorem prochází proud I vyjádřený Vztahem Pokud je napětí U ve voltech (V), odpor R v ohmech (), potom výsledný proud I je v ampérech (A). Odpor
1 má rezistor, kterým při napětí 1 V prochází proud 1 A.
Příklad 1: Rezistor o odporu 6 je připojen k akumulátoru o napětí 12 V. Jaký proud rezistorem prochází? U = 12 V R=6 I=U/R I =12/6 I= 2 A Rezistorem prochází proud 2 A. Příklad 2: Když je topná spirála vařiče rozžhavená, je její odpor 50 Jaký proud prochází spirálou, když je vařič připojen k síti? U = 230V R = 50 I = U/R I = 230/50 I = 4,6 A Vařičem prochází proud 4,6 A. Příklad 3: Rezistorem o odporu 5 prochází proud 2 A. Jaké je napětí mezi vývody rezistoru? I = 2A R = 5 UV U=R.I U = 5 . 2U = 10 V Napětí mezi vývody rezistoru je 10 V. Příklad 4: Žárovkou ve stolní lampě prochází proud 0,17 A. Jaký je odpor rozžhaveného vlákna žárovky? U = 230V R = ? R = U/I R = 230/0,17 R = 1 350 A Odpor vlákna žárovky je 1350 .
Otázky: 1) Jak závisí elektrický proud na napětí a odporu? 2) Jak zní Ohmův zákon? 3) V jednoduchém obvodu je zapojen vodič o odporu 1 , rezistor o odporu 2 , žárovka o odporu 3 Obvodem prochází proud 0,5 A. Jaké je napětí na vodiči, rezistoru a žárovce? 4) Když se neznámý rezistor připojí ke zdroji napětí 12 V, prochází jím proud 3 A. Jaký je odpor rezistoru? 5) Vypočítejte odpor elektrického vařiče, kterým při připojení na síť prochází proud 8 A, a žárovky, kterou prochází proud 0,45 A. 6) Graf ukazuje, jak se mění proud v závislosti na napětí u dvou rezistorů. Který z rezistorů má větší odpor? 7) Žárovka je připojena ke zdroji elektrického napětí 230 V. Vláknem žárovky prochází proud 230mA. Urči elektrický odpor vlákna žárovky za předpokladu, že její teplota už se ustálila a nemění se. 8) Rezistorem o odporu 1,2k prochází proud 10 mA. Jaké je napětí mezi svorkami rezistoru? 9) Mezi svorkami rezistoru je napětí 220 V. Rezistorem prochází proud 220 mA. Urči proud, který prochází rezistorem, připojíme-li ho ke svorkám zdroje napětí 24 V. Předpokládáme, že odpor rezistoru se nemění s teplotou. 10) Máme obvod se dvěma rezistory (viz obrázek). Který z voltmetrů ukáže větší napětí a proč? 11) V obvodu je zapojen zdroj elektrického napětí a dva rezistory o odporech 2 a 4 (viz obrázek). Na rezistoru s odporem 2 je napětí 4 V. Jaké je napětí na druhém rezistoru a jaké je napětí zdroje? 12) Vláknem žárovky o odporu 120 pochází proud 0,05 A. Můžeme ke změření napětí mezi svorkami žárovky užít voltmetr s měřícím rozsahem 3 V?
Jednoduchý a rozvětvený obvod Jak protéká proud jednoduchým obvodem Jednoduchý obvod je obvod, který nemá žádné „odbočky“. Proud v jednoduchém obvodu si lze představit jako proud vody v korytě, které nemá žádná ramena (ani přítoky ani odtoky) - vody je na všech místech stejně. V jednoduchém obvodu protéká všemi místy stejný proud. Jak protéká proud v rozvětveném obvodu Rozvětvený obvod má různé větve, dvě nebo více. Proud v rozvětveném obvodu si lze představit jako proud vody v korytě, který se na určitém místě rozvětví a postupně se zase spojuje. V místě větvení se voda rozdělí do ramen a postupně se zase spojuje. Na začátku a na konci je stejné množství vody. V rozvětveném obvodu se v místě rozvětvení elektrický proud rozdělí do větví (podle zapojených spotřebičů), v místě, kde se opět všechny větve spojí je počáteční proud. Příklad 1: Urči jaký proud prochází v jednotlivých místech obvodu na obrázku? Jedná se o jednoduchý obvod, tzn. že všemi místy protéká stejný proud. a= b = c = d = 2 A Příklad2: Urči jaký proud prochází v jednotlivých místech obvodu na obrázku? Jedná se o rozvětvený obvod. a= 4 A; b= 4 A ; c= 3A (proud se rozdělil do dvou větví, protože v jedné je proud 1 A, ve druhé musí být zbytek, tzn. 3 A); d = 1 A; e = 4 A Otázky: 1)Co je jednoduchý obvod a jak je to s velikostí proudu, který tímto obvodem protéká? 2)Co je rozvětvený obvod a jak je to s velikostí proudu, který tímto obvodem protéká? 3)Na obrázku je jednoduchý obvod. a)Vyznač směr proudu? Jaká velikost proudu v jednotlivých místech, jestliže v bodě a je 0,6 A? b)Když zapojím vypínač a zapnu jej, v jakém pořadí se rozsvítí žárovky? c)Co se stane, když jednu žárovku vyšroubuji? d)Co se stane, když se jedna žárovka přepálí? 4)V obvodu je zapojena žárovka a ampérmetr dvěma různými způsoby. Ukáže ampérmetr v obou případech stejnou hodnotu nebo ne? Svou odpověď zdůvodni. 5) Na obrázku jsou dva rozvětvené obvody. Doplň hodnoty proudu ve vyznačených místech.
Zapojení za sebou a vedle sebe Zapojení za sebou (sériové) Pokus: Zapoj tři spotřebiče tak, že tvoří jednoduchý obvod, stejně jako je obvod na obrázku. Na různých místech změř napětí a proud.
Závěr: Napětí je na všech místech stejné, ale proud se vrůzných místech liší. Všemi spotřebiči prochází stejný proud. Platí: I = I1= I2= I3 Na každém spotřebiči může být jiné napětí, součet těchto napětí je napětí zdroje. Platí: U = U1+ U2+ U3 Zapojení vedle sebe (paralelní) Pokus: Zapoj tři spotřebiče tak, že tvoří rozvětvený obvod, stejně jako je obvod na obrázku. Na různých místech změř napětí a proud.
Závěr: Proud je na všech místech stejný, ale napětí se v různých místech liší. Na vývodech všech spotřebičů je stejné napětí. Součet všech těchto napětí je napětí na zdroji. Platí: U= U1= U2= U3 Všemi spotřebiči prochází stejný proud. Platí: I= I1+I2+I3 Které zapojení zvolíme? V domě zapojíme 100 žárovek, každá potřebuje napětí 230 V a proud 0,18 A. Kdybychom zapojili žárovky sériově, na zdroji by muselo být napětí 100 . 230 V = 23 000 V. To je smrtelně nebezpečné. Kdyby jedna praskla, nic by nesvítilo. Kdybychom zapojili paralelně, na zdroji by bylo napětí 230 V. Proud, který budou žárovky odebírat bude 100 . 0,18 A = 18 A. Závěr: Zvolíme paralelní zapojení. Zapojení rezistorů za sebou (sériově) Příklad: Dva rezistory o odporech 3 ajsou zapojeny do série ke zdroji. Prochází jimi proud 1 A. Jaký odpor by musel mít jeden rezistor, který by nahradil tyto rezistory, aby v obvodě protékal stejný proud. Napětí na rezistoru 3U1=1 . 3 = 3 V Napětí na rezistoru 6U2=1 . 6 = 6 V Celkové napětí U = U1+ U2= 9V Rezistor, který by nahradil dva rezistory: R = U/I = 9/1 = 9 Závěr: Když dva rezistory zapojíme do série (za sebou), jejich odpory se sčítají. Platí: Zapojení rezistorů vedle sebe (paralelně) Příklad: Dva rezistory o odporech 3 ajsou zapojeny paralelně ke zdroji napětí 6 V. Jaký odpor by musel mít jeden rezistor, který by nahradil tyto rezistory, aby v obvodě protékal stejný proud. Proud protékající rezistorem 3 I1=6 : 3 = 2 A Proud protékající rezistorem 6 I2=6 : 6 = 1 A Celkový proud I = I1+ I2= 3 A Rezistor, který by nahradil dva rezistory: R = U/I = 6/3 = 2
Závěr: Když dva rezistory zapojíme paralelně (za sebou), jejich odpor je menší než odpor každého z nich. Platí: neboli po úpravě Otázky: 1) Nakresli obvod se třemi žárovkami, které jsou zapojeny vedle sebe a třemi žárovkami, které jsou zapojeny za sebou? 2) Jaké platí vztahy pro proud, napětí a odpor při zapojení za sebou a vedle sebe? 3) Urči chybějící hodnoty proud a napětí v následujících obvodech, kde všechny zapojené žárovky stejné.
4) Co se stane, když v zobrazených obvodech praskne jedna žárovka.
5) Na obrázku je rozvětvený obvod. V obvodu je škrtnutá žárovka, jejíž vlákno se přepálilo. Které žárovky budou svítit?
6) V následujících obvodech dopočítej chybějící hodnoty.
7) Urči odpor rezistoru, který by nahradil dva rezistory v obvodech na obrázcích.
8) Dva rezistory jsou zapojeny vedle sebe. Co je správně? o Výsledný odpor bude menší než odpor jednotlivých rezistorů. o Výsledný odpor bude menší než odpor jednotlivých rezistorů.
A to je KONEC !!!
