Základy elektrotechniky

Základy elektrotechniky

Základní veličiny a jejich jednotky • • • • • •

Elektrický náboj –Q – Coulomb [C] Elektrický proud – I – Amber [A] (the basic unit of SI) Hustota proudu – J – [Am-2] Elektrické napětí – U – Volt [V] Elektrický odpor– R – Ohm [W] Frekvence – f – Hertz – [Hz]

The European Tradesman - Basics of electricity - Czech Republic

Atom a elektrický náboj • Atom se skládá z jádra a elektronového obalu.

• Jádro se skládá z protonů, které nesou kladný el. náboj – elementární náboj e • Elektrony v obalu jsou nosiči záporného el. náboje o stejné velikosti – -e.


Atom a elektrický náboj Jednotkou elektrického náboje je Coulomb, [C]; 1 nC = 10-9 C, 1 nanocoulomb ; 1C = 10-6 C, 1 mikrocoulomb

Nejmenším, dále nedělitelným nábojem je elementární náboj e, což je náboj jednoho protonu nebo jednoho elektronu. Všechny elektrické náboje (kladné i záporné) jsou celistvými násobky elementárního elektrického náboje, e = 1,602 × 10–19 C Náboj může být kladný (+) nebo záporný (–). Kladný elementární náboj e má proton, záporný elementární náboj –e má elektron.


Atom a elektrický náboj • Vodiče (kovy) mají krystalickou mřížku, která je složena z kladných iontů kovů. Valenční elektrony jsou k mřížce vázány kovovou vazbou, která je ale velmi slabá. Valenční elektrony lze proto velmi snadno odtrhnout silovým působením el. pole • Izolanty mají valenční elektrony v obalu vázány silným silovým působením (př. iontová vazba) • Připojíme-li zdroj elektrického napětí k vodiči, síla elektrického pole působí na elektrony, odtrhne je od mřížky a způsobí jejich pohyb ve vodiči ve směru od - k + svorce zdroje.


Elektrický proud vodič

I

+

U

Elektrony se pohybují vodičem – vzniká el. proud I Směr proudu je určen dohodou od + k -


Elektrický proud • •

El. proud I je množství náboje, které proteče průřezem vodiče za jednotku času. Elektrický proud – I [A] – se měří v Ampérech; základní jednotka SI soustavy pro měření el. veličin je amper [A]

Q I  A; C , s  t


Elektrické napětí •

Napětí UAB mezi dvěma body A, B elektrického pole je práce vykonaná elektrickou silou při přenesení jednotkového náboje z bodu A do bodu B.

•

Jednotkou elektrického napětí je volt.– V – (jouls per coulomb)

U AB

WAB  Q


Stejnosměrný elektrický proud I

U

R

U I  R Ohmův zákon

• •

Protékající proud je přímo úměrný velikosti připojeného napětí a nepřímo úměrný odporu vodiče Odpor R je vlastnost vodiče, jednotka je Ohm [W]


Elektrický odpor vodiče R •

Odpor vodiče závisí na jeho rozměrech a materiálu.

l R S • • •

 … měrný odpor konkrétního materiálu S … průřez vodiče l … délka vodiče


Elektrická vodivost G •

Je převrácená hodnota odporu

1 I G  R U

[G] = S (siemens) = W-1


Rozvětvený el. obvod •

Například

I1

A I3

R1

I2

U1 U

UAB

R2

R3

B •

A, B - uzly


Kirchhoffovy zákony •

Platí pro rozvětvený obvod a ss proud

n

1. Kirchhoffův zákon

I k 1

k

0

Vectorový součet všech proudů v uzlu je roven nule.

Součet všech proudů do uzlu přitékajících je roven součtu všech proudů z uzlu odtékajících.


•

2. Kirchhoffův zákon platí pro napětí v uzavřené smyčce obvodu.

n

2 Kirchhoff´s law

m

 R I  U k 1

k k

j 1

ej

Součet všech elektromotorických napětí na zdrojích ve smyčce je roven součtu všech napětí daných protékajícím proudem na odporech v této smyčce.


Spojování odporů • in series

I

R1

R2

U1

U2

I

U

• • •

R

U

I = tentýž ve všech odporech U = U1 + U2 R I = R1I + R2I = I (R1 + R2)

R = R1 + R2

Výsledný odpor je roven součtu všech sériově spojených odporů ve smyčce


•

Paralelní spojení

A

I

I

I2

R

I1 U

R2

UAB

R1

U

B •

U = UAB = U1 = U2

•

I1 = U/R1

•

I = U/R1 + U/R2

•

U/R = U/R1 + U/R2

I2 = U/R2

I = I1 + I 2

I = U/R

1/R = 1/R1 + 1/R2

Převrácená hodnota výsledného odporu je rovna součtu převrácených hodnot jednotlivých paralelně spojených odporů The European Tradesman - Basics of electricity - Czech Republic

Příklad řešení ss el. obvodů I1

A I3

R1

I2

U1 U

I1

UAB

R2

R3

R1,2,3

R1, 2,3  R1  R2,3 U

B

I1

R1

U1 U

R2,3

R2,3

UAB R R  2 3 R2  R3


U I1  R1, 2,3

I1

A I3

R1

I2

U1 U

UAB

R2

R3

U I1  R1, 2,3

B

U1  R1  I1

U AB  U  U1 U AB I2  R2

U AB I3  R3


Rezistory

• • •

rezistory – součástky s daným el. odporem. pro výrobu rezistorů se využívají materiály s malým teplotním součinitelem el. odporu rezistory s proměnným odporem mají tři vývody – dva na každém konci, třetí připojený k jezdci. Podle zapojení se mohou využít jako potenciometry nebo reostaty.


• POTENTIOMETR (dělič napětí) slouží ke změně napětí ke zdroji je zapojen oběma konci pevného vodiče. K jezdci je připojen další obvod, jehož druhý konec je spojen s jedním koncem rezistoru. Jezdcem se mění napětí v druhém obvodu

U

R1

R2 U2


• REOSTAT slouží k regulaci el. proudu v obvodu do obvodu je zapojen jedním koncem pevného vodiče a jezdcem. Poloha jezdce určuje délku vodiče a tím i odpor reostatu

I R1

U

R2


Práce a výkon ss proudu •

Při přenesení náboje Q mezi svorkami zdroje o napětí U se vykoná práce

W  Q U

tedy

2

U W  I  t U  R  I  t  t R 2

•

Výkon je

2 W U 2 P  I U  R  I  t R The European Tradesman - Basics of electricity - Czech Republic

Úkoly 1. Vypočtěte a vyplňte modrá pole správnými výsledky

I1=

U=24V

R1=5W

A

R2=50W

UAB=

R3=5W

B


2. Jaký je celkový proud odebíraný ze zdroje? Itotal =

U=230V

R1=500W

R2=1500W

R3=1000W


3. Jaká je minimální velikost odporu Rp který musíme předřadit zátěži Rz, jestliže maximální proud odebíraný ze zdroje nesmí překročit hodnotu 0,5 A? Rp =

U=24V

Rz=20W


Základy elektrotechniky

Recommend Documents