Elektřina. Fyzika 1. ročník. Vzdělávání pro konkurenceschopnost Inovace výuky oboru Informační technologie. Mgr. Petr Kučera. MěSOŠ Klobouky u Brna

Elektřina Fyzika 1. ročník

Vzdělávání pro konkurenceschopnost Inovace výuky oboru Informační technologie Mgr. Petr Kučera MěSOŠ Klobouky u Brna

1

Obsah témat v kapitole Elektřina Elektrický náboj

Spojování zdrojů napětí

Coulombův zákon

Práce a výkon elektrického proudu

Elektrické pole

Joulovo teplo

Elektrické napětí

Magnetické pole elektrického proudu

Vodič a izolant v elektrickém poli

Magnetická síla

Kapacita vodiče

Využití elektromagnetů

Elektrický proud v kovech

Elektromagnetická indukce

Jednoduchý elektrický obvod

Využití elektromagnetické indukce

Odpor vodiče

Střídavý elektrický proud

Ohmův zákon pro část obvodu

Transformátor

Ohmův zákon pro celý obvod

Elektrický proud v kapalinách

Kirchhoffovy zákony

Chemické zdroje napětí

Spojování rezistorů

Elektrický proud v plynech

OZ KZ příklady

Elektrický proud v polovodičích

MěSOŠ Klobouky u Brna

2

Elektrický náboj Tělesa mohou elektrováním získat elektrický náboj. Značkou náboje je Q a měří se v jednotkách coulomb – C Všechny látky jsou tvořeny atomy. Atom je složen z jádra a obalu . Jádro obsahuje protony a neutrony, v obalu elektrony. Elektrický náboj je vlastností částic tvořících atom:

proton má kladný náboj elektron má záporný náboj

Kladný náboj protonu e je nejmenší, elementární elektrický náboj. Velikost elementárního elektrického náboje: 𝒆 = 𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑪 Každý jiný náboj je násobkem náboje elementárního, elektron má záporný náboj stejné velikosti jako proton. Běžné atomy mají stejný počet kladných protonů v jádře jako záporných elektronů v obalu – jsou elektricky neutrální Odtržením elektronu z obalu vznikne kladný iont Připojením elektronu do obalu vznikne záporný iont (protony jsou pevně vázány v jádře, třením lze přemisťovat pouze elektrony)


3

Zákon zachování elektrického náboje: Celkový náboj v izolované soustavě těles se vzájemným elektrováním nemění. (elektrický náboj se pouze předává mezi tělesy) k elektrování slouží Van de Graaffův generátor

k měření elektrického náboje lze použít přístroj elektroskop


4

Coulombův zákon Zelektrovaná tělesa na sebe vzájemně silově působí.

Souhlasně nabitá tělesa se navzájem odpuzují Opačně nabitá tělesa se navzájem přitahují

Velikost síly, kterou tělesa s nábojem na sebe působí, lze určit pomocí Coulombova zákona:

𝑭𝒆 = 𝒌 ∙

𝑸𝟏 ∙ 𝑸𝟐 𝒓𝟐

Velikost síly kterou na sebe působí dva elektrické náboje je přímo úměrná součinu nábojů 𝑸𝟏 , 𝑸𝟐 a nepřímo úměrná

jejich vzdálenosti r. Konstanta k závisí na prostředí, ve kterém se náboje nachází. Hodnota pro vakuum a vzduch je 𝒌 = 𝟗 ∙ 𝟏𝟎𝟗 𝑵 ∙ 𝒎𝟐 ∙ 𝑪−𝟐 (velikost konstanty k závisí na permitivitě daného prostředí a je vždy menší než ve vakuu, menší je tedy i síla) MěSOŠ Klobouky u Brna

5

Příklad: Jak velikou silou se odpuzují ve vakuu dvě částice

Další příklady učebnice – 52/ 2,3,4

s elektrickými náboji 2 𝜇𝐶 a 5 𝜇𝐶, jejichž vzdálenost je 3 cm ? 𝑄1 = 2 𝜇𝐶 = 2 ∙ 10−6 𝐶

𝑄2 = 5 𝜇𝐶 = 5 ∙ 10−6 𝐶 𝑟 = 3𝑐𝑚 = 3. 10−2 𝑚 𝑘 = 9 ∙ 109 𝑁 ∙ 𝑚2 𝐶 −2 𝐹𝑒 =?

2. Dva bodové náboje, každý o velikosti 5 𝜇𝐶, se

ve vakuu navzájem odpuzují silou o velikosti 2,5 𝑁. Určete jejich vzdálenost.

_____________________________________________

𝑄1 ∙ 𝑄2 𝐹𝑒 = 𝑘 ∙ 𝑟2

3. Dva bodové náboje o velikosti 6 𝜇𝐶 a 8 𝜇𝐶 ve

−6 ∙ 5 ∙ 10−6 −12 2 ∙ 10 10 ∙ 10 𝐹𝑒 = 9 ∙ 109 ∙ = 9 ∙ 109 ∙ = 100 −2 2 3 ∙ 10 9 ∙ 10−4

𝐹𝑒 = 100𝑁

Částice se odpuzují silou o velikosti 100N.


vzájemné vzdálenosti 10 𝑐𝑚 na sebe působí přitažlivou silou. Vypočtěte její velikost,

pokud se působení odehrává ve vakuu.

6

Elektrické pole Těleso s elektrickým nábojem působí na jiná tělesa s nábojem nacházející se v jeho okolí. Toto působení „na dálku“ se děje prostřednictvím elektrického pole. Pole lze znázornit pomocí siločar a zviditelnit pokusem. Siločára je myšlená čára znázorňující směr

působení elektrického pole na kladný náboj umístěný v daném místě. Její směr je tedy od náboje kladného k zápornému.

Siločáry zviditelněné pomocí krupice

a zelektrovaných vlasů.


7

Veličiny popisující elektrické pole Elektrické pole popisujeme veličinami intenzita elektrického pole E a potenciál elektrického pole 𝝋 Intenzita elektrického pole je síla, která působí v daném místě pole na kladný bodový náboj Q: 𝑬=

𝑭𝒆 𝑸

jednotkou je 𝑁 ∙ 𝐶 −1 , nebo 𝑉 ∙ 𝑚−1

Elektrický potenciál v daném místě pole je definován jako podíl potenciální energie v daném místě a velikosti náboje Q: 𝝋=

𝑬𝒆 𝑸

jednotkou potenciálu je volt

Za místo s nulovou 𝐸𝑝 bývá většinou považována Země. Vodivé spojení ní s místem s nulovým potenciálem, tedy se Zemí označujeme za uzemění.


8

Elektrické napětí Elektrické napětí U mezi dvěma místy elektrického pole je definováno jako rozdíl potenciálů 𝜑1 , 𝜑2 v obou místech elektrického pole:

𝑼 = 𝝋𝟐 − 𝝋𝟏

Jednotkou elektrického napětí je volt. Pro homogenní elektrické pole (stejná intenzita ve všech místech ) lze napětí mezi místy se vzdáleností d vypočítat také:

𝑼=𝑬∙𝒅 Příklady na použití vztahů učebnice – 58/2,3 59/4,5

1. Jaký elektrický potenciál má povrch kulového vodiče, jestliže se při přemístění náboje 50 𝜇𝐶 z povrchu Země na povrch vodiče vykoná práce 0,2 𝐽? 2. Při přemístění elektrického náboje z místa o potenciálu 10 𝑉 na místo o potenciálu 60 𝑉 byla vykonána práce 2 ∙ 10−4 J. Určete velikost přemístěného náboje. 3. Vzdálenost dvou rovnoběžných kovových desek je 12 cm. Určete velikost intenzity elektrického pole mezi deskami, mezi nimiž bylo naměřeno napětí 600 V. MěSOŠ Klobouky u Brna

9

Vodič a izolant v elektrickém poli Vodič je látka obsahující volné částice s nábojem. Typickým příkladem vodičů jsou kovy, obsahující volné elektrony.

Izolant nebo -li dielektrikum je látka jež volné částice s nábojem neobsahuje, nabité částice jsou pevně vázány v atomech a molekulách. V elektrickém poli dojde pouze k vytvoření a natočení dipólů.

V elektrickém poli se díky silovému působení nábojů volné nabité částice přesunou, dojde k elektrostatické indukci ve vodiči.

Tomuto jevu říkáme elektrostatická polarizace dielektrika. Při rozdělení získáme dvě tělesa se stejně rozmístěným nábojem.

Při rozdělení získáme jedno kladně a druhé záporně nabité těleso

Dipóly se natáčejí tak, že zeslabují vnější elektrické pole. MěSOŠ Klobouky u Brna

10

Kapacita vodiče Elektrický vodič má schopnost pojmout určité množství elektrického náboje. Tato jeho vlastnost se nazývá kapacita vodiče a označuje C. Kapacita vodiče vyjadřuje, jaké množství elektrického náboje je při daném potenciálu nebo daném napětí vodič schopen pojmout:

𝑪= Jednotkou kapacity je farad – F

𝑸 𝝋

nebo

𝑪=

𝑸 𝑼

(𝐹 = 𝐶 ∙ 𝑉 −1 )

Běžné kapacity mají velikost v jednotkách nanofarad - 𝒏𝑭 10−6 𝐹 nebo pikofarad – 𝒑𝑭 (10−9 𝐹) Elektrotechnické součástky konstruované pro jejich kapacitu se nazývají kondenzátory. Základní podstatou kondenzátoru jsou dvě vodivé desky oddělené vrstvou dielektrika.


11

Př.: Určete kapacitu kondenzátoru, který se nabije

elektrickým nábojem 3,6 𝜇𝐶 na napětí 1200 𝑉.

Další příklady učebnice – 64/ 2,3,4

𝑺

- kapacita deskového kondenzátoru: 𝑪 = 𝜺 𝒅 - S- plocha desek, d- vzdálenost desek, 𝜀 permitivita dielektrika

𝑄 = 3,6𝜇𝐶 = 3,6 ∙ 10−6 𝐶

mezi deskami

𝑈 = 1200 𝑉 2. Deskový kondenzátor o kapacitě 200 𝑝𝐹 nabijeme na napětí 5 𝑘𝑉.

𝐶 =? ___________________________________

𝐶=

𝑄 𝑈

Jak velký elektrický náboj kondenzátor získá? 3. Určete kapacitu deskového kondenzátoru, který má desky o

3,6 ∙ 10−6 𝐶= = 3 ∙ 10−9 3 1,2 ∙ 10

10−9

𝐶 =3∙ 𝐹 = 𝟑 𝒏𝑭 Kondenzátor má kapacitu 3 nanofarady.

obsahu 12 𝑐𝑚2 a vzdálenost desek 1,5 𝑚𝑚. Dielektrikem

je vzduch. 4. Jak se změní kapacita deskového kondenzátoru, jestliže vložíme

mezi jeho desky skleněnou desku o relativní permitivitě 𝜀𝑟 = 5? MěSOŠ Klobouky u Brna

12

Elektrický proud v kovech Stejnosměrný elektrický proud je usměrněný pohyb částic s elektrickým nábojem. Pro vznik proudu v látce je nutná: přítomnost nabitých částic (elektrony, ionty)

přítomnost elektrického napětí

Napětí ve vodiči vznikne mezi jeho konci při vytvoření rozdílu elektrických potenciálů. V praxi lze připojit kondenzátor, baterii, akumulátor či jiný elektrický zdroj. Pól zdroje s vyšším potenciálem označujeme

+

anoda

𝑰=

𝑸 𝒕

pól s nižším potenciálem − katoda. Dohodnutý směr elektrického proudu je od pólu + k pólu −

(proud elektronů je opačný)

Fyzikální veličina elektrický proud I je definována jako náboj Q, který vodičem projde za čas t.

Jednotkou proudu je A - ampér. Tato jednotka je poměrně velká proto se často používají miliampéry 𝑚𝐴 a mikroampéry 𝜇𝐴.

Ze vztahu pro proud plyne jednotka náboje 1 𝐶 = 1𝐴 ∙ 𝑠

ampérsekunda. Od ní odvozená ampérhodina, 1𝐴 ∙ ℎ = 3600𝐴 ∙ 𝑠 je jednotkou, ve které se udává kapacita akumulátoru.


13

Př.: Průřezem vodiče projde za 30 min náboj 900 C.

Napětí měříme ampérmetrem analogovým nebo digitálním

Jaký stejnosměrný proud vodičem protéká?

𝑡 = 30𝑚𝑖𝑛 = 1800 𝑠 𝑄 = 900 𝐶 𝐼 =? _______________________________________ 𝑄 900 𝐼= = = 0,5 𝑡 1800 𝐼 = 𝟎, 𝟓𝑨

Další příklady učebnice – 70/ 4, 5

Vodičem protéká proud o velikosti 0,5 ampéru.

2. Kolik elektronů projde průřezem vodiče za dobu 1 s při stálém proudu 1 A?

( 𝑒 = 1,6 ∙ 10−19 𝐶)

3. Z akumulátoru je po dobu 10 h odebírán proud 0,5 A. Určete velikost náboje, který byl takto odebrán. MěSOŠ Klobouky u Brna

14

Jednoduchý elektrický obvod Pro kreslení elektrického obvodu se používají dohodnuté značky:

Základní podmínky funkčnosti obvodu:

obvod obsahuje zdroj elektrického napětí v obvodu je zapojený spotřebič elektrický obvod je uzavřený (propojený vodiči) Elektrický proud měříme ampérmetrem zapojeným sériově se spotřebičem Elektrické napětí měříme voltmetrem zapojeným paralelně se spotřebičem:

Před zapojením elektrického obvodu je důležité znát parametry jednotlivých součástek, pro jaké hodnoty proudu a napětí jsou konstruovány, a v případě zapojení stejnosměrného zdroje je nutno dodržet správnou polaritu


15

Odpor vodiče Vodiče kladou procházejícímu elektrickému proudu odpor, brzdí průchod nabitých částic. Tuto vlastnost vodičů popisujeme fyzikální veličinou nazývanou rezistence nebo odpor R. Jednotkou elektrického odporu je 𝟏 𝛀 ohm (měřit lze ohmmetrem).

𝑹=𝝆

𝒍 𝑺

(odpor vodiče se mění i v závislosti na teplotě – roste s teplotou) Odpor vodiče závisí na: materiálu vodiče – rezistivitě látky 𝝆 , délce vodiče – 𝒍 , průřezu vodiče – 𝑺 Součástky elektrických obvodů konstruované především pro jejich odpor se nazývají rezistory. V elektrickém obvodu mají značku:


16

Elektrická vodivost Někdy užíváme převrácenou hodnotu odporu – vodivost

𝟏

𝑮=𝑹

měříme ji v jednotkách 1S siemens Tabulka rezistivity látek:

Př.: Určete odpor měděného drátu s průřezem 2

5 𝑚𝑚 a délkou 3 km. 𝑆=5

𝑚𝑚2

5∙

10−6 𝑚2

𝑙 = 3 𝑘𝑚 = 3 ∙ 103 𝑚

látka 𝜌 10−8 𝛺𝑚

stříbro

měď

zlato

hliník

zinek

železo

olovo

konstantan

1,52

1,69

2,20

2,67

5,91

9,96

20,6

49,0

Příklady: učebnice 76/ 2 – 5

𝜌 = 1,69 ∙ 10−8 𝛺𝑚 𝑅 =?

2. Jak se změní odpor vodiče, zvětšíme-li a) jeho délku na dvojnásobek

𝜌 ∙ 𝑙 1,69 ∙ 10−8 ∙ 3 ∙ 103 𝑅= = = 10 𝑆 5 ∙ 10−6 𝑅 = 10 𝛺

Odpor měděného drátu je přibližně 10 Ω.

b) obsah jeho průřezu na dvojnásobek 3. Drát délky 1m rozdělíme na dvě stejné části, které svineme do jednoho lanka. Jaký je odpor lanka vzhledem k původnímu drátu?


17

Ohmův zákon pro část obvodu Velikost elektrického proudu I procházejícího vodičem je přímo úměrná napětí U mezi konci tohoto vodiče. Konstanta úměrnosti G je vodivost.

𝑰=𝑮∙𝑼

𝑰=

𝟏 𝑹

Grafem závislosti proudu na napětí je při konstantní hodnotě elektrického

𝑼 𝑹 (Pro výpočty nejčastěji používáme vztah třetí)

∙𝑼

𝑰=

odporu polopřímka s počátkem v počátku souřadné soustavy. Ohmův zákon je vztahem mez elektrickým proudem 𝑰 udávaným v ampérech, elektrickým napětí U ve voltech a elektrickém

odporu R v ohmech.

𝑹=

𝑼 𝑰

𝑼=𝑹∙𝑰

𝑰=

𝑼 𝑹


18

Př. : Elektrický spotřebič o odporu 55 𝛺 připojíme

1. Na jaké nejvyšší napětí můžeme připojit vodič o odporu 90 𝛺, aby proud procházející vodičem nepřekročil 0,5 𝐴?

k napětí 220 𝑉. Jaký proud spotřebičem prochází?

𝑅 = 55 𝛺 𝑈 = 220 𝑉

2.

Žárovkou připojenou na napětí 4,5 𝑉 prochází proud 20 𝑚𝐴. Jaký je odpor vlákna této žárovky?

𝐼 =?

____________________________________ 𝑈 220 𝐼= = =4 𝑅 55

3. Rezistor o odporu 120𝛺 je postupně připojen na napětí 6 𝑉, 12 𝑉, 24 𝑉. Určete hodnoty proudu, který odpovídá daným napětím.

𝐼 =𝟒𝑨 Spotřebičem prochází proud o velikosti 4 ampéry.

4. Při napětí 200 𝑉 prochází rezistorem proud 4 𝐴. Jaký proud prochází stejným rezistorem při napětích 100 𝑉, 50 𝑉 a 10 𝑉? MěSOŠ Klobouky u Brna

Příklady: učebnice 78/ 1 - 5

19

Ohmův zákon pro celý obvod Každý zdroj elektrického napětí vykazuje jinou hodnotu poskytovaného napětí, pokud je v nezatíženém stavu a jinou,

pokud je připojen k obvodu, kterým necháme protékat elektrický proud. Napětí nezatíženého zdroje nazýváme elektromotorické - 𝑼𝒆 , napětí zatíženého zdroje svorkové napětí - 𝑼 .

Pro všechny zdroje platí 𝑼 < 𝑼𝒆 , příčinou je vnitřní odpor zdroje 𝑹𝒊 Ohmův zákon pro celý obvod pak lze zapsat:

𝑰=

𝑼𝒆 𝑹+𝑹𝒊

Př.: Elektromotorické napětí článku je 1,5 𝑉, jeho vnitřní odpor je 0,8 𝛺. Jaký proud prochází obvodem s vnějším odporem 5,2 𝛺 ?

𝑈𝑒 = 1,5 𝑉 𝑅𝑖 = 0,8 𝛺 𝑅 = 5,2 𝛺

𝐼 =? ________________________________________________________________

𝑈𝑒 1,5 1,5 𝐼= = = = 0,25 𝑅 + 𝑅𝑖 5,2 + 0,8 6

𝐼 = 0,25 𝐴

Obvodem prochází proud o velikosti 0,25 ampér. MěSOŠ Klobouky u Brna

Příklady: učebnice 81/ 1, 2, 3, 5, 6

20

Měkké a tvrdé zdroje napětí Tvrdé zdroje – mají malý vnitřní odpor 𝑹𝒊 malý pokles napětí při zatížení, velký proud při zkratu

Měkké zdroje - mají velký vnitřní odpor 𝑹𝒊

zásuvka, olověný akumulátor – nebezpečí - nutné pojistky

větší pokles napětí při zatížení, zkratový proud není

příliš velký baterie a články – menší nebezpečí

Pozor na úraz elektrickým proudem!!!!!!!!!


21

Kirchhoffovy zákony Rozvětvené, elektrické obvody jsou tvořeny uzly a větvemi. Kirchhoffovy zákony popisují vztahy v těchto obvodech: 1. Kirchhoffův zákon : Součet elektrických proudů,

2. Kirchhoffův zákon: Součet napětí na jednotlivých

které do uzlu vstupují, je roven součtu proudů, které

spotřebičích v uzavřeném elektrickém obvodu je roven

z něj vystupují.

součtu elektromotorických napětí všech zdrojů v tomto obvodu. 𝑰 = 𝑰𝟏 + 𝑰𝟐

𝑼𝟏 + 𝑼𝟐 = 𝑼𝒆

První K. Z. je důsledkem zachování elektrického náboje Elektrický náboj se v žádném uzlu nehromadí.

K výpočtu velikostí napětí a proudů v rozvětvených obvodech využíváme Kirchhoffovy zákony, Ohmův zákon a řešení rovnic, které z nich sestavíme. MěSOŠ Klobouky u Brna

22

Spojování rezistorů Zapojení rezistorů vedle sebe - paralelně

Dvojice rezistorů lze nahradit jedním rezistorem 𝑅. Jeho velikost odvodíme z 1. K.Z. v uzlu se rozděluje proud na dvě části

𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2

vyjádříme z Ohmova zákona

𝑈𝑒 𝑅

rovnici dělíme napětím 𝑈𝑒

𝟏 𝑹

Převrácená hodnota celkového odporu paralelně spojených rezistorů se rovná součtu převrácených hodnot jejich odporů. pro praktické výpočty je možno dále upravit pomocí pravidel pro počítání se zlomky na tvar:


𝑈

𝑈

= 𝑅𝑒 + 𝑅𝑒 1

𝟏

2

𝟏

=𝑹 +𝑹 𝟏

(platí pro dva)

𝟐

𝑹 ∙𝑹

𝑹 = 𝑹 𝟏+𝑹𝟐 𝟏

𝟐

23

Zapojení rezistorů za sebou - sériové Dvojice rezistorů lze nahradit jedním

Př.: Paralelně spojené rezistory o odporech 80 𝛺 a 120 𝛺 jsou připojeny na napětí 60 𝑉. Vypočtěte výsledný odpor a proudy v obou větvích. 𝑅1 = 80 𝛺 𝑅2 = 120 𝛺 𝑈 = 60 𝑉

rezistorem 𝑅

𝑅=

Jeho velikost odvodíme z 2. K.Z. celkové napětí je součtem napětí na rezistorech 𝑈𝑒 = 𝑈1 + 𝑈2 vyjádříme z Ohmova zákona

𝐼 ∙ 𝑅 = 𝐼 ∙ 𝑅1 + 𝐼 ∙ 𝑅2

rovnici dělíme proudem 𝐼

𝑅 =?

𝐼1 =?

𝐼2 =?

𝑅1 ∙ 𝑅2 80 ∙ 120 9600 = = = 𝟒𝟖 𝜴 𝑅1 + 𝑅2 80 + 120 200

𝑈 60 𝑈 60 = = 𝟎, 𝟕𝟓 𝑨 𝐼2 = = = 𝟎, 𝟓𝟎 𝑨 𝑅1 80 𝑅2 120 Př.: Sériově spojené rezistory o odporech 80 𝛺 a 40 𝛺 jsou připojeny na napětí 60 𝑉. Vypočtěte výsledný odpor, proud v obvodu a napětí na obou rezistorech. 𝐼1 =

𝑅1 = 80 𝛺 𝑅2 = 40 𝛺 𝑈 = 60 𝑉 𝑅 =? 𝐼 =? 𝑈1 =? 𝑈2 =?

𝑹 = 𝑹𝟏 + 𝑹 𝟐

výsledný odpor sériově zapojených rezistorů je roven součtu jejich odporů.

𝑅 = 𝑅1 + 𝑅2 = 80 + 40 = 𝟏𝟐𝟎 𝜴 𝐼=

𝑈 60 = = 𝟎, 𝟓 𝑨 𝑅 120

𝑈1 = 𝐼 ∙ 𝑅1 = 0,5 ∙ 80 = 𝟒𝟎 𝑽 𝑈2 = 𝐼 ∙ 𝑅2 = 0,5 ∙ 40 = 𝟐𝟎 𝑽 MěSOŠ Klobouky u Brna

24

Ohmův zákon _ Kirchhoffovy zákony_ příklady 1. Vypočti s užitím Ohmova zákona, jaký proud protéká spotřebičem o odporu 1 kΩ připojeným k napětí 230 V. 2. Vypočti s užitím Ohmova zákona, jaký odpor má spotřebič, kterým po připojení k napětí 24 V protéká proud velikosti 120 mA. 3. Vypočti výsledný odpor zapojení:

4. Vypočti velikost elektrického proudu, který prochází každým z rezistorů a společnou částí obvodu:


5. Vypočti velikost elektrického napětí na každém z rezistorů a proud procházející obvodem:

25

Spojování zdrojů napětí Zdroje stejnosměrného napětí, nejčastěji elektrické články a akumulátory často vzájemně propojujeme. Cílem je získat zdroj o vyšším napětí nebo zdroj ze kterého můžeme odebírat větší proud po delší dobu. Sériové zapojení článků - vznikne zdroj o vyšším napětí – baterie propojujeme kladný pól jednoho se záporným druhého článku, takto zapojenými články prochází stejný proud

𝑼𝒆 = 𝑼𝒆𝟏 + 𝑼𝒆𝟐 + 𝑼𝒆𝟑


26

Paralelní zapojení článků

vznikne zdroj o stejném napětí, propojujeme vodičem kladné póly a druhým záporné póly, takto lze propojit jen zdroje o stejném napětí, z takové baterie lze odebírat větší proud

𝑰 = 𝑰𝟏 + 𝑰𝟐 + 𝑰𝟑


27

Práce a výkon elektrického proudu Elektrické spotřebiče jsou zařízení, ve kterých se elektrická energie přeměňuje v jiné druhy energie nebo v mechanickou práci. - žárovka – světelná energie, topná spirála – tepelná energie elektromotor – mechanická práce Práci, kterou vykoná elektrický proud lze vypočítat z hodnoty napětí, proudu a doby po kterou proud spotřebičem prochází: 𝑾 = 𝑼 ∙ 𝑰 ∙ 𝒕 z Ohm. zákona lze získat vztahy :

𝟐

𝑾 =𝑹∙𝑰 ∙𝑡

nebo

Příkon se rovná součinu elektrického napětí a proudu, který spotřebičem prochází:

𝑾=

𝑼𝟐 𝑹

∙𝒕

𝑷𝒐 = 𝑼 ∙ 𝑰

Údaj o příkonu elektrospotřebiče bývá uváděn na jeho štítku: Výkon spotřebiče 𝑷 vyjadřuje užitečnou práci vykonanou za 1 sekundu

Hospodárnost spotřebiče udává jeho účinnost 𝜼 (éta)

𝑷

𝜼=𝑷

𝒐

𝑷=

𝑾 𝒕

(vždy menší než 1, nebo 100%)

jednotkou výkonu je watt a pro práci el. proudu se často používá watthodina ( 1 𝑊ℎ = 3600 𝑊𝑠, 1 𝑘𝑊ℎ = 3,6 ∙ 106 𝑊𝑠 )

Energii spotřebovanou spotřebičem určíme z jeho příkonu MěSOŠ Klobouky u Brna

𝑾=𝑷∙𝒕

28

1. Žárovkou automobilového světlometu prochází při napětí 12 𝑉 proud 5 𝐴. Určete příkon žárovky světlometu.

𝑈 = 12 𝑉 𝐼 = 5 𝐴, 𝑃 =? ______________________________________________________

𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 12 ∙ 5 = 60 𝑃 = 60𝑊 Příkon žárovky je 60 wattů.

2. Na výrobním štítku vysavače jsou údaje 230 𝑉 , 1500𝑊. Jaké množství elektrické energie spotřebuje za 20 minut vysávání? Jaký elektrický proud prochází elektromotorem vysavače? 𝑈 = 230 𝑉 𝑃 = 1500 𝑊 1 𝑡 = 20 min = h, 3 𝑊 =? 𝐼 =? ____________________________________________________________________________

𝑊 = 𝑃 ∙ 𝑡 = 1500 ∙

1 = 500 𝑊ℎ = 0,5 𝑘𝑊ℎ 3

= 𝑃: 𝑈 = 1500 ∶ 230 = 6,5 𝐴 Vysavač spotřebuje 0,5 kWh a procházející proud má velikost 6,5 A. MěSOŠ Klobouky u Brna

Příklady k danému tématu: 92/ 2,3 a 93/4,5

29

Joulovo teplo V tepelných elektrických spotřebičích se mění procházející elektrický proud ve vnitřní energii vodičů, která se předává okolí ve formě tepla. Takto vznikající teplo nazýváme Joulovo teplo a o jeho velikosti hovoří Joulův – Lenzův zákon: Teplo, které předává vodič okolí, je dáno součinem napětí, proudu a doby, po kterou proud vodičem prochází. 𝑸𝑱 = 𝑼 ∙ 𝑰 ∙ 𝒕 S využitím Ohmova zákona lze k výpočtu použít i vztahy

2

𝑄𝐽 = 𝑅𝐼 𝑡 ;

𝑄𝐽 =

𝑈2 𝑡 𝑅

Př.: Elektrický vařič má příkon 300 𝑊. Jaké teplo odevzdá topné těleso vařiče za 15 𝑚𝑖𝑛 ? 𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼 = 300 𝑊 𝑡 = 15𝑚𝑖𝑛 = 900𝑠 𝑄𝐽 = 𝑈 ∙ 𝐼 ∙ 𝑡 = 300 ∙ 900 = 270 000 𝐽 𝑄𝐽 = 270 𝑘𝐽 Topné těleso vařiče odevzdá teplo 270 kJ. MěSOŠ Klobouky u Brna

Příklady k danému tématu: 95/ 4,5,6

30

Magnetické pole elektrického proudu V okolí vodiče, kterým prochází elektrický proud, se vytváří magnetické pole. Jeho přítomnost lze ověřit magnetkou a tvar znázornit pomocí indukčních čar. Tyto čáry mají směr od jižního pólu k severnímu.

Magnetické pole přímého vodiče má

V praxi se častěji využívá magnetické pole cívky – vodiče

indukční čáry tvaru soustředných

stočeného do závitů. Její magnetické pole je podobné jako

kružnic a směr indukčních čar je dán

u tyčového magnetu. Jeho polaritu můžeme určit pomocí

Ampérovým pravidlem pravé ruky:

Ampérova pravidla pro cívku:

pokud palec pravé ruky, kterou

Pokud prsty pravé ruky ukazují směr proudu

naznačíme uchopení vodiče, ukazuje

procházejícího závity, pak palec ukazuje severní pól cívky.

směr proudu, pak prsty ukazují směr indukčních čar.


31

Magnetické pole cívky lze ovlivnit počtem závitů, průměrem a materiálem vodiče, ze kterého je cívka vyrobena. Zesílení pole lze dosáhnout vložením jádra z feromagnetické látky.

V dutině cívky je homogenní magnetické pole. Magnetické pole cívky lze zapnout a vypnout. Magnetické pole vzniká kolem každého vodiče

protékaného proudem. Indukční čáry magnetického pole jsou vždy uzavřené křivky.


32

Magnetická síla Dva magnety na sebe vzájemně silově působí. Proto na vodič, kterým protéká elektrický proud , působí v magnetickém poli (trvalého magnetu či jiného vodiče) magnetická síla: 𝑭𝒎 = 𝑩 ∙ 𝑰 ∙ 𝒍 I je velikost proudu, který protéká vodičem l je délka vodiče v magnetickém poli B je magnetická indukce v daném místě magnetického pole. Jedná se o vektorovou veličinu, kterou popisujeme magnetické pole. Její jednotkou je tesla – T. Směr magnetické indukce je rovnoběžný s tečnou k indukční čáře v daném místě pole. Směr odpovídá orientaci indukční čáry.

Směr magnetické síly lze určit podle Flemingova pravidla levé ruky.

Prsty ukazují směr proudu ve vodiči, indukčnost vstupuje do dlaně, palec ukazuje směr působící magnetické síly. MěSOŠ Klobouky u Brna

33

Na základě vlastností magnetické síly na sebe působí dva rovnoběžné vodiče, kterými protéká elektrický proud. Pokud je v obou vodičích směr proudu souhlasný, vodiče se přitahují.

Pokud je v obou vodičích směr proudu nesouhlasný, vodiče se odpuzují.

Vzájemného silového působení vodičů s proudem je využito při definici jednotky elektrického proudu. Ampér je stálý proud, který při průchodu dvěma přímými, nekonečně dlouhými, rovnoběžnými vodiči zanedbatelného průřezu ve vakuu ve vzdálenosti 1m od sebe vyvolá mezi vodiči sílu 2 ∙ 10−7 𝑁 na 1m délky vodiče.


34

Využití elektromagnetů Uchycování předmětů

Elektromagnetické relé

Na rameni elektromagnetického

Hlavním významem relé je, že umožňuje

jeřábu je zavěšen silný elektromagnet.

i velmi slabými elektrickými proudy

Pokud je do cívky zapojený proud,

zapínat nebo vypínat silné elektrické

elektromagnet přitahuje ocelové

proudy. V blízkosti elektromagnetu

předměty a jeřáb je může přenášet bez

tvořeného cívkou a jádrem z magneticky

dalšího upevňování. Ocelový předmět

měkké oceli je pohyblivá kotva.

se na některých obráběcích strojích uchycuje pomocí silných elektromagnetů.

Kotva se dotýká pružných kontaktů, k nimž je připojen obvod ovládaného zařízení.


35

Elektromagnetický přerušovač proudu Elektromagnetický přerušovač je základem elektrického zvonku nebo bzučáku. Stisknutím tlačítka začne

elektromagnetem procházet proud, jádro se zmagnetuje a přitáhne pružnou ocelovou kotvu. Její palička udeří do Elektromagnetický jistič

zvonku a současně se přeruší kontakt. Magnetické pole zanikne, kotva odskočí, obvod se spojí a děj se opakuje.

Nahrazuje dříve běžné tavné pojistky např. v bytech.

Při překročení povolené velikosti proudu elektromagnet přitáhne kotvu a tak přeruší elektrický obvod. Po odstranění poruchy se jistič znovu zapne zvednutím páčky. MěSOŠ Klobouky u Brna

36

Magnetický záznam Zařízení k záznamu informace na pevných discích, zvuku a videa na magnetofonových páscích nebo videokazetách.

Magnetický záznam je založen na trvalém zmagnetování vrstvy feromagnetické látky (např. oxidu železa) nanesené na nosiči z plastického materiálu (např. pásek kazety, disketa apod.). Magnetický záznam signálu se uskutečňuje pomocí zvláštního elektromagnetu – záznamové hlavy. Hlavu tvoří cívka, jejíž jádro je složeno z tenkých plíšků

uspořádaných do tvaru prstence. Jádro však není uzavřené, ale je přerušeno velmi úzkou štěrbinou, která je vyplněna nemagnetickým materiálem (bronz). Cívkou prochází proud, jehož časový průběh odpovídá zaznamenávanému signálu. Tím vzniká v jádře cívky proměnné magnetické pole a jeho

indukční čáry vystupují v místě štěrbiny nad povrch jádra záznamové hlavy. Před štěrbinou se stálou rychlostí pohybuje nosič záznamu a v jeho feromagnetické vrstvě vzniká trvalý záznam.

Reprodukce signálů probíhá obráceným postupem.


37

Elektromagnetická indukce Elektrický proud ve vodiči je příčinou vzniku magnetického pole. Opačný jev, při kterém vzniká ve vodiči proud se nazývá elektromagnetická indukce . Elektromagnetická indukce je děj vyvolaný nestacionárním magnetickým polem. Toto měnící se magnetické pole vzbuzuje ve vodiči indukované elektrické pole a pokud je vodič součástí uzavřeného obvodu, vzniká v něm indukovaný elektrický proud. Faradayův zákon popisuje skutečnost, že velikost indukovaného napětí na koncích vodiče závisí na rychlosti změn magnetického pole. Pro vyjádření indukovaného napětí 𝑈𝑖 změříme magnetický indukční tok Φ v magnetickém poli o magnetické indukci B je magnetický indukční tok plochou o obsahu S, k níž je vektor B kolmý, deﬁnován vztahem Φ = BS. Jednotkou magnetického indukčního toku je weber - Wb. Podle Lenzova zákona elektromagnetické indukce vyvolá časově proměnné magnetické pole ve vodiči indukované napětí určené vztahem: MěSOŠ Klobouky u Brna

(vysvětlení na další straně)

𝑼𝒊 = −

𝚫𝚽 𝚫𝐭 38

Indukované elektrické napětí má hodnotu:

𝑈𝑖 = −

𝛥𝛷 𝛥𝑡

kde ΔΦ je změna magnetického indukčního toku za dobu Δt. Znaménko minus odpovídá Lenzovu zákonu, podle kterého má indukované napětí takovou polaritu, že odpovídající indukovaný proud svými účinky působí proti změně, která ho vyvolala. Elektromagnetická indukce zapříčiněná magnetickým polem vodiče samotného ovlivňuje proud ve vodiči. V tomto případě hovoříme o vlastní indukčnosti vodiče. Tento jev je výrazný zejména u cívek. Popisujeme je údajem o jejich indukčnosti L . Jednotkou této veličiny je H – henry. Cívky s uzavřeným ocelovým jádrem, které se konstruují pro jejich velkou indukčnost se nazývají tlumivky a mají využití v elektrotechnice.


39

Využití elektromagnetické indukce Princip elektromagnetické indukce umožňuje přeměnu mechanické energie na elektrickou. To dává možnost průmyslové výroby elektrické energie a konstrukce zařízení k výrobě proudu v různých strojích a zařízeních.

K tomuto účelu slouží generátor, alternátor nebo dynamo. Díky indukci lze přeměňovat hodnoty střídavého

elektrického napětí na jiné hodnoty střídavého napětí pomocí transformátoru.


40

Indukce se uplatňuje i při konstrukci elektromotorů. Stator tvoří dva elektromagnety, které jsou napájeny stejnosměrným proudem tak, že na protilehlých nástavcích vznikne severní a jižní magnetický pól. Rotor elektromotoru, tvoří válec ze železných plechů, na jeho povrchu jsou žlábky a v nich jsou uložena jednotlivá vinutí. Tato vinutí jsou vyvedena na komutátor složený z navzájem izolovaných lamel a k nim přiléhají kartáčky. Připojíme–li kartáčky na zdroj stejnosměrného proudu, pak proud prochází vždy jen jediným vinutím připojeným k příslušné lamele. Průchodem proudu vznikne kolem vinutí magnetické pole. Rotor se začne otáčet. Při pootočení se kartáčky dotknou sousedních lamel, proud pak bude protékat dalším vinutím a tento děj se bude neustále opakovat a rotor se bude točit tak dlouho, dokud přívod proudu nepřerušíme. Často je používán elektromotor střídavý.


41

Střídavý elektrický proud Průmyslová výroba elektrického proudu v energetice produkuje střídavý elektrický proud. Jedná se o proud, jehož směr i velikost se periodicky mění. Jeho vlastnosti jsou výhodnější než u proudu stejnosměrného. Výhodnější je zejména technologie výroby, přenosu a často i konstrukce elektrických spotřebičů. Střídavý proud vzniká v cívce, která se otáčí v magnetickém poli nebo v cívce, v jejímž okolí se otáčí magnet. Vzniklé napětí se v čase mění jako funkce sinus. Hodnoty charakterizující střídavé napětí ve spotřebitelské zásuvce: 𝑼𝒎 = 𝟑𝟐𝟓 𝑽 maximální hodnota, vyskytuje se po krátkou dobu 𝑼𝒆 = 𝑼 = 𝟐𝟑𝟎 𝑽 efektivní hodnota – účinek stejný jako

stejnosměrný proud této velikosti 𝒇 = 𝟓𝟎 𝑯𝒛 frekvence – počet opakování všech hodnot za 1 sekundu 𝑻 = 𝟎, 𝟎𝟐 𝒔 perioda – doba, za kterou proběhnou všechny hodnoty MěSOŠ Klobouky u Brna

42

Transformátor Transformátor je zařízení, pomocí kterého lze měnit velikost střídavého napětí na jinou hodnotu a to na principu elektromagnetické indukce. Skládá se z primární cívky, která má 𝑵𝟏 závitů a vstupuje do ní napětí 𝑼𝟏 . Na společném jádru je sekundární cívka s 𝑵𝟐 závity, ze které odebíráme výstupní napětí 𝑼𝟐 . Velikost výstupního napětí je ovlivněna poměrem závitů obou cívek – transformačním poměrem: 𝑼𝟐 𝑼𝟏

=

𝑵𝟐 𝑵𝟏

=𝒌

Pokud je získané napětí menší než vstupní, hovoříme o transformaci dolů (častější), pokud je získané napětí větší,

jde o transformaci nahoru. Elektrický proud se transformuje v opačném poměru než napětí.

𝑼𝟐 𝑼𝟏

=

𝑰𝟏 𝑰𝟐


Příklady k danému tématu: 155/ 4,5,6

43

Elektrický proud v kapalinách Kapaliny vedou elektrický proud, pokud v nich vzniknou částice s nábojem nazývané ionty. Kapalina obsahující volné ionty se nazývá elektrolyt. Ionty v kapalině vznikají při elektrolytické disociaci. Elektrický proud v kapalině vznikne po připojení zdroje napětí pomocí elektrod, kladné anody a záporné katody. Vedení proudu v kapalině je spojeno s přesunem iontů k elektrodám, tento proces se nazývá elektrolýza.

Kationty (kladné ionty) putují ke katodě, anionty (záporné ionty) k anodě.

Přiklad disociace:

𝑵𝒂𝑪𝒍 = 𝑵𝒂+ + 𝑪𝒍−


44

Elektrolýza má různé možnosti využití: Elektrolytická výroba kovů (výroba hliníku z taveniny bauxitu)

Elektrolytické čištění kovů (čištění mědi pro elektrotechnické účely) Galvanické pokovování povrchů kovových předmětů – povrchová vrstva je ochranou proti korozi, zlepšuje vlastnosti kovového předmětu – pozinkování, pochromování, pozlacení.

Úprava vody elektrolýzou. Elektrolýza se používá i v lékařství jako léčebná metoda, voda obsahující ionty má detoxikační a čistící účinky. MěSOŠ Klobouky u Brna

45

Chemické zdroje napětí Galvanický článek je zdrojem elektrického napětí. Je tvořen dvěma elektrodami z různých kovů a vhodným elektrolytem. Dochází v něm k přeměně chemické energie na energii elektrickou.


46

Suchý článek – zinková nádoba je

Alkalický článek – záporná elektroda je lisovaná z práškového zinku,

zápornou elektrodou, v ní je suchý

obklopena je kladnou elektrodou z burelu a grafitu, elektrolytem je

elektrolyt a kladná uhlíková

hydroxid draselný rozpuštěný v gelu, celý článek je v ocelovém obalu .

elektroda, napětí - 𝑼 = 𝟏, 𝟓 𝑽

Lze z nich získat větší množství energie, mají delší životnost.

Články jsou jednorázovými zdroji energie, po jejich vybití je nutná ekologická likvidace. Šetrnější k životnímu prostředí jsou akumulátory.


47

Akumulátory jsou chemické zdroje napětí až po jejich

Olověný akumulátor má elektrody zhotovené z olova a

nabití. Umožňují děj nabíjení

jeho elektrolytem je roztok kyseliny sírové. Při nabíjení se

a vybíjení provádět opakovaně a tím jsou schopny

anoda pokryje vrstvou oxidu olovičitého, katoda zůstává

elektrickou energii akumulovat, tedy uchovávat.

olověná. Nabitím se změní hustota elektrolytu. Při provozu dochází k opačnému jevu, vybíjení. Napětí jednoho článku má po nabití napětí asi 2,1 V, baterie nejčastěji kolem 12V.

Olověné akumulátory se používají například jako startovací zdroje motorových vozidel. MěSOŠ Klobouky u Brna

48

V elektronice se používají např. akumulátory oceloniklové NiFe

nebo niklokadmiové NiCd.

Elektrolýzu využívá i palivový článek, který se skládá ze dvou elektrod z pórovitého materiálu, mezi nimiž je elektrolyt. K vnějším stěnám elektrod je pod tlakem přiváděn plynný vodík a kyslík. V pórech kyslíkové elektrody vznikají reakcí kyslíku a vody aniony OH-, které přecházejí do elektrolytu. V pórech vodíkové elektrody se ionizují molekuly vodíku na kationy H+, které přecházejí do elektrolytu a reagují s OH- za vzniku vody. Na vodíkové elektrodě přebývá jeden záporný elektron. Jestliže obě elektrody vodivě spojíme, získáme zdroj proudu. Výhodou článku je, že se nevybíjí jako galvanický článek nebo akumulátor, a má až 80 % účinnost.


49

Elektrický proud v plynech Plyny jsou za normálních okolností dobrými izolanty. K tomu, aby bylo možné vedení proudu, musí dojít k vytvoření

volných nabitých částic – iontů. K vytváření iontů v plynu dochází při ionizaci plynu například vysokým napětím, ionizaci nárazem či plamenem. Ionizovaný plyn se nazývá plazma a bývá považován za čtvrté skupenství látky – tvoří převážnou část hmoty vesmíru.

Vedení proudu v plynu se nazývá výboj a může být samostatný nebo nesamostatný, u kterého je nutno udržovat vnější ionizaci. Využití výboje v plynu:

Blesk

Zapalovací svíčky

Jiskrový výboj


50

Obloukový výboj

Tento typ výboje je možno využít ke svařování materiálů a jako zdroje osvětlení. Výbojky

Zářivky

Světelné zdroje využívají výboj ve zředěném plynu

v trubicích s nízkým tlakem. Tento princip využívají výbojky a zářivky, které patří mezi úsporné zdroje světla.


51

Elektrický proud v polovodičích Polovodiče jsou látky, jejichž hodnota vodivosti je mezi hodnotami kovových vodičů a izolantů, přitom hodnota této fyzikální veličiny výrazně roste s rostoucí teplotou polovodiče. Za nízkých teplot jsou velmi dobrými izolanty, naopak za vyšších teplot jsou dobrými vodiči. Elektrické vlastnosti polovodivých materiálů lze podstatně ovlivnit už nepatrným množstvím vhodných příměsí. Při teplotě kolem 20 °C obsahuje většina polovodičů jen málo volných elektronů. Při teplotě 0 K by byly dokonalými izolanty, tedy látkami bez volných elektronů. Jakmile teplota polovodiče roste, uvolňuje se tepelným pohybem z krystalové mřížky občas některý elektron. V mřížce tím vznikne volné místo, tzv. díra. Do díry může

poměrně snadno přeskočit elektron z některé sousední vazby. Původní díra se zaplní, ale vznikne díra na jiném místě. Pravděpodobnost, že se díra zaplní některým volným elektronem je nepatrná. Díry se mohou vodičem pohybovat podobně jako volné elektrony. V elektrickém poli postupují díry vodičem jako kladně nabité částice tedy proti pohybu

elektronů. Díry však nejsou částice, pouze je tak znázorňujeme. Ve vlastním polovodiči tvoří elektrický proud jak elektrony, tak díry a to zhruba ve stejném počtu.


52

Vlastní vodivost Termistory

Fotorezistory

Při zvyšování teploty nad určitou hranici počet volných

Další příčina lepší vodivosti může být světelným

elektronů a děr ve vodiči roste značně rychleji. Této

zářením, které na polovodič dopadá. Tento jev se

vlastnosti se používá k měření teplot s využitím

využívá v součástce nazvané fotorezistor. Fotorezistor

polovodičových součástek, termistorů. Odpor polovodiče se

je polovodičová součástka, jejíž vodivost závisí na

vzrůstající teplotou klesá, kdežto odpor kovů při zvyšování

osvětlení. Použitím a zapojením se neliší od fotodiody.

jejich teploty stoupá. Tím se polovodiče liší od vodičů.


53

Příměsová vodivost Možnost, jak zvýšit vodivost polovodičů spočívá v úmyslném znečištění (v nepatrném poměru, např. 1:10–8) polovodiče látkami s vyšším nebo nižším mocenstvím, než má základní materiál. Jako příměsi se pro křemík a germanium, což jsou čtyřmocné prvky (v poslední slupce mají čtyři elektrony), užívají trojmocné a pětimocné prvky. Atomy těchto příměsí zaujmou místa původních atomů v mřížce polovodiče.

Struktura polovodiče - křemíku

Elektronová vodivost – typ N – příměsí

Děrová vodivost – typ P – příměsí

prvek s větším počtem elektronů

prvek s menším počtem elektronů

elektronová vodivost MěSOŠ Klobouky u Brna

děrová vodivost 54

Polovodičová dioda Polovodičová dioda je tvořena jedním přechodem PN. V okamžiku, kdy vznikne přechod PN, začnou neuspořádaným tepelným pohybem pronikat díry do polovodiče typu N a naopak z tohoto typu polovodiče přecházejí elektrony do polovodiče typu P. Při setkání volného elektronu a díry zaplní volný elektron díru. Tím zanikne díra a volný elektron se stane vázaným. Zánikem děr a elektronů se postupně snižuje v přechodu PN počet volných elektronů a děr. Nakonec je v přechodu podstatně méně děr a volných elektronů než původně. V přechodu téměř chybějí částice, které by mohly vést proud. Přechod PN je velmi tenká přechodová vrstva, která působí jako izolant. Polovodičová dioda se potom chová podle toho, jak ji zapojíme do obvodu:

Propustný směr, diodou prochází elektrický proud

Závěrný směr, elektrický proud neprochází není-li překročeno závěrné napětí Při připojení střídavého proudu dojde k jeho usměrnění. MěSOŠ Klobouky u Brna

55

Použití polovodičové diody Diody se používají k usměrnění střídavého napětí, protože polovodičová dioda má značně odlišný odpor

v propustném směru a závěrném směru. Protože v závěrném směru nepropouští proud, může se používat jako kontrola směru proudu ve spotřebiči. Rozlišujeme plošné křemíkové diody nebo hrotové germaniové diody. LED dioda je polovodičová dioda, která při průchodu proudu vydává světelné záření. Lze ji použít k detekci průchodu proudu nebo jako úsporný světelný zdroj k osvětlení.


56

Tranzistor Základem tranzistoru je velmi tenká destička polovodiče, tzv. báze, na kterou je z obou stran napařen přechod PN, nebo NP. Podle toho zda báze tranzistoru má vodivost typu N nebo typu P, označujeme tranzistor jako PNP nebo jako NPN. Typ báze označuje prostřední písmeno. Používá se zapojení se společnou bází nebo se společným emitorem. Tranzistorový jev spočívá v tom, že kolektorový proud se dá řídit nepatrnými změnami proudu v obvodu báze. Poměr změny kolektorového proud IC a proudu bází IB je tzv. proudový zesilovací činitel tranzistoru. Tranzistor se dá tedy použít k zesilování.


57

Polovodiče mají široké použití v celé oblasti elektroniky a vyrábějí se z nich součástky jako integrované obvody, mikroprocesory a další komponenty sloužící ke konstrukci různých elektronických zařízení.

Podrobněji se s polovodičovými součástkami a jejich praktickým použitím seznámíme v následující části fyziky, – elektronice.


58

Zdroje Knihy: Lepil, Bednařík a Hýblová. Fyzika pro střední školy I Praha: Prometheus, 1993

ISBN 80-7196-184-1

Lepil, Bednařík a Hýblová. Fyzika pro střední školy II Praha: Prometheus, 2002

ISBN 80-7196-185-X

Elektronické zdroje: www.google.com

www.edunet.souepl.cz

www.newsroom.intel.com

www.fyzika.jreichl.com

www.cez.cz

www.didaktik.cz/fyzika

www.techmania.cz


59

KONEC


60

Elektřina. Fyzika 1. ročník. Vzdělávání pro konkurenceschopnost Inovace výuky oboru Informační technologie. Mgr. Petr Kučera. MěSOŠ Klobouky u Brna

Recommend Documents