Gymnázium, Brno, Elgartova 3
GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/34.0925
III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Téma: Elektřina a magnetismus
Autor: Název:
Alena Škárová Ohmův zákon pro uzavřený obvod
Datum vytvoření:
11. 12. 2013
Cílová skupina:
Střední školy
Vzdělávací obor:
Fyzika
Anotace: Tento učební materiál řeší Ohmův zákon pro uzavřený elektrický obvod. Tato problematika je součástí tématu Elektřina a magnetismus, který je vyučován v předmětu fyzika na středních školách zpravidla ve třetím ročníku. V závěru textu jsou úkoly k procvičení.
Metodické pokyny: Prostudujte Ohmův zákon pro uzavřený elektrický obvod. K procvičení vyřešte úkoly, které jsou uvedeny v závěru kapitoly.
Ohmův zákon pro uzavřený obvod Jednoduchý uzavřený elektrický obvod – viz obr. I
○
○
Ui
Ri
Ue
+
U Ue
○ Obr. A
Žárovkou neprochází proud → U = Ue
Ri
U
+ ○
Obr. B
Žárovkou prochází proud → U = Ue − Ui
Uzavřený elektrický obvod tvoří dvě části: ●
●
vnější část obvodu – tj. rezistory, spotřebiče, vodiče apod. → vnější odpor obvodu R vnitřní část obvodu – tj. vodivý prostor mezi svorkami uvnitř zdroje → vnitřní odpor zdroje Ri
Uzavřeným obvodem prochází elektrický proud I oběma částmi obvodu → pak platí Ohmův zákon pro uzavřený obvod: Ue I= R+ Ri
kde: R + Ri je celkový odpor obvodu
Jiné vyjádření Ohmova zákona pro uzavřený obvod: Ue = R.I + Ri.I kde: U = R.I ...... svorkové napětí zdroje (napětí na vnější části obvodu, napětí zatíženého zdroje) Ui = Ri.I ..... úbytek napětí na zdroji (na vnitřní části obvodu) Pro svorkové napětí tedy platí: U = Ue – Ri.I
Svorkové napětí zdroje U klesá v závislosti na velikosti odebíraného proudu ze zdroje. Tato závislost se nazývá zatěžovací charakteristika zdroje. U [V] Ue
Ue ...... elektromotorické napětí zdroje Iz ........ zkratový proud
Iz
I [A]
Je-li odpor vnější části obvodu nulový, tj. R = 0, nastává zkrat (spojení nakrátko) → zdroj je zkratován, svorkové napětí U = 0. Obvodem prochází zkratový proud:
Ue I z= Ri Nebezpečí zkratu se zabraňuje zařazením pojistek a jističů do elektrického obvodu. Pojistky a jističe při zkratu obvod přeruší.
Úkoly: 1. Na svorky baterie, která má elektromotorické napětí 4,5 V a vnitřní odpor 0,9 Ω, připojíme rezistor o odporu 8,1 Ω. Jaký proud bude procházet obvodem? Určete zkratový proud. 2. Při zapnutí startéru automobilu prochází startérem proud 120 A. Elektromotorické napětí startéru je 12 V, vnitřní odpor je 0,06 Ω. Jaký je odpor startéru? 3. Na svorkách nezatížené baterie naměříme voltmetrem hodnotu 6 V. Při zatížení baterie proudem 50 A klesne údaj na voltmetru na 5,2 V. Určete vnitřní odpor akumulátorové baterie.
4. Akumulátor má elektromotorické napětí 24 V. Připojíme-li k němu žárovku, poklesne napětí na svorkách akumulátoru na 21 V. Žárovkou při tom prochází proud 2 A. Určete odpor vlákna žárovky a vnitřní odpor akumulátoru 5. Elektromotorické napětí galvanického článku je 1,5 V. Jeho vnitřní odpor je 0,5 Ω. Článek je připojen k obvodu s rezistorem o odporu 3,5 Ω. Jaký proud prochází obvodem? 6. Vysvětlete, proč se v kapesní svítilně používá baterie o elektromotorickém napětí 4,5 V, i když má žárovka jmenovitou hodnotu napětí 3,5 V a proudu 0,2 A. Vypočítejte vnitřní odpor baterie.
Řešení: 1. Obvodem bude procházet proud 0,5 A a zkratový proud má hodnotu 5 A. 2. Odpor startéru je 0,04 Ω. 3. Vnitřní odpor akumulátorové baterie je 0,016 Ω. 4. Odpor vlákna žárovky je 10,5 Ω a vnitřní odpor akumulátoru je 1,5 Ω. 5. Obvodem prochází proud 0,38 A. 6. Na vnitřním odporu baterie vzniká úbytek napětí, proto svorkové napětí baterie je menší než elektromotorické napětí. Vnitřní odpor baterie je 5 Ω.
Použitá literatura 1.LEPIL, Oldřich; ŠEDIVÝ, Přemysl. Elektřina a magnetismus. Fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus s.r.o, 2003, ISBN 80-7196-202-3. 2.SVOBODA, Emanuel a kol. Přehled středoškolské fyziky. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1991, ISBN 80-04-22435-0. Pokud není uvedeno jinak jsou obrázky vlastním dílem autorky. Jsou vytvořeny v programu LibreOffice Impress. Elektrické obvody jsou kresleny ve freewarovém programu FidoCad.
