Fyzika 2.- prednáška 7.

1. Fyzika 2.- prednáška 7. RNDr. Z. Gibová, PhD.

2. Ciele 3. ELEKTRICKÝ PRÚD 3.6 Joulovo teplo, práca a výkon el. prúdu 3.7 Elektromotorické a svorkové napätie 4. MAGNETICKÉ POLE 4.1 Magnetická indukcia, magnetická sila

3. Problémy Aký fyzikálny princíp sa uplatňuje pri opekaní chleba v hriankovači? Ako loví svoju potravu paúhor elektrický? Neublíži mu pri love jeho vlastný prúd? Ako sa dá zistiť, ktoré euromince sú pravé? 

4. Zopakujte si • Ohmov zákon v integrálnom tvare hovorí, že prúd je priamoúmerný ................. a nepriamoúmerný .............. . • Práca prúdu v integrálnom tvare je daná výrazom ............... . • Vzťah je ...................... v ...................... tvare. • Výraz je definícia ................. . • Výsledný odpor pri sériovom zapojení sa určí ako ........... jednotlivých odporov a pri paralelnom ako .................... jednotlivých odporov.

5. 3.6 Joulovo teplo, práca a výkon el. prúdu 3.6.3 Joulovo teplo Ak vodičom tečie prúd, vodivostné elektróny sa zrážajú s atómami mriežky a medzi sebou navzájom, tým odovzdávajú svoju energiu atómom mriežky vo forme tepla, čo sa navonok prejaví ohriatím vodiča. Teplo dodané vodiču sa rovná práci prúdu. v diferenciálnom tvare v integrálnom tvare (Q), (W) = J Jouleov - Lenzovzákon – ak vodičom tečie elek. prúd jeho teplota sa zvýši tak, ako keby sme vodiču dodali teplo Q, ktoré je rovné práci elek. prúdu, ktorá je vykonaná počas časového intervalu.

6. Využitie: ohrev v odporových peciach, varné kanvice, teplovzdušné ventilátory, pri sušení, vlákna žiaroviek. Negatíva: straty elektrickej energie pri prenose – dôležitosť zabezpečiť odvod tepla pri mnohých elektrických spotrebičoch.

7. Aký fyzikálny princíp sa uplatňuje pri opekaní chleba v hriankovači? Špirála vo vnútri hriankovača má veľký odpor. Keď špirálou preteká prúd, dochádza k stratám elektrickej energie, ktorá sa premieňa na teplo. Tým sa zohrieva špirála a narastá jej teplota. Zo špirály potom vychádza viditeľné svetlo a infračervené žiarenie, ktoré chlieb opečie alebo pripáli.

8. 3.6.4 Výkon prúdu Výkon – hodnotí rýchlosť konania práce a je daný ako súčin prúdu a napätia medzi koncami vodiča. (P) = W

9. Príklad 11: Vypočítajte prácu jednosmerného elektrického prúdu v obvode s odporom R = 10  pri rovnomernom narastaní prúdu z nulovej hodnoty na hodnotu I1 = 1,5 A za čas t1= 3 s.

10. 3.7 Elektromotorické a svorkové napätie Zdroj napätia (prúdu)- zaradenie, ktoré udržuje medzi svojimi svorkami trvalý potenciálový = napätie. Vplyvom tečenia prúdu v obvode sa mení napätie medzi svorkami, ubúda náboj na svorkách. Cudzie sily F0- sily, ktoré nemajú elektrický charakter (napr. chemické sily, magnetické sily), dodávajú chýbajúci náboj na svorky zdroja. práca cudzích síl:

11. Zdroj elektromotorického napätia • zaradenie, ktoré udržuje stále napätie medzi svojimi svorkami; • ktoré dokáže nejakú formu energie meniť na elektrickú energiu konaním práce pri premiestňovaní náboja do miest, kde ho potrebujeme mať. • Galvanický článok – napätie získané chemickými procesmi. • Fotočlánok – energiu svetla (fotónu) príjmu elektróny kovu. • Termočlánok – napätie medzi kontaktmi dvoch kovov, ktoré sú rôznej teploty závisí od • tejto teploty. • Typy zdrojov: • batérie, elektrické generátory, palivové články, termoelektrické • batérie, fyziologické zdroje

12. Súčasne na elektróny pôsobia aj elektrické sily, ktoré ich premiestňujú od záporného pólu ku kladnému. Intenzita poľa elektrických síl: • Intenzita poľa cudzích síl: • Elektromotorické napätie zdroja:

13. Elektromotorické napätie - je dané prácou, ktorú zdroj vykoná pri premiestnení jednotkového náboja vo vnútri zdroja od jedného pólu k druhému pólu. • Elektromotorické napätie - napätie na nezaťaženom zdroji. • Svorkové napätie – napätie na zaťaženom zdroji (napätie na vonkajšej časti obvodu).

14. Ako loví svoju potravu paúhor elektrický? Neublíži mu pri love jeho vlastný prúd? Paúhor elektrický striehne v riekach Južnej Ameriky na ryby, ktorými sa živý. Pri love využíva elektrické pulzy, ktorými svoju korisť omráči alebo zabije. Robí to tak, že vytvorí napätie až niekoľko stoviek voltov. Elektrický prúd, ktorý tečie od úhorovej hlavy až ku jeho chvostu okolitou vodou môže teda dosahovať hodnotu až jeden ampér. Elektrické ryby vytvárajú elektrické napätie v zvláštnych biologických bunkách – elektroplaxy, ktoré sú fyziologickými zdrojmi elektromotorického napätia. Tieto bunky sú u paúhora usporiadané v 140 radoch pozdĺž jeho tela, pričom každý rad obsahuje 5000 elektroplaxov. Elektromotorické napätie na jednom elektroplaxe je 0,15 V a jeho vnútorný odpor je 0,25 .

15. Príklad 11:Vypočítajte aký prúd preteká vodu v okolí paúhora a aký prúd preteká jeho vlastným telom, ak elektromotorické napätie na jednom elektroplaxe0,15 V a jeho vnútorný odpor je 0,25 . Odpor vody je 800 .

16. KONTROLKA:Vyberte správnu odpoveď: • ak vodičom preteká prúd 3 A potom jeho prácu vyjadríme pomocou vzťahu , • teplo, ktoré získa vodič pri pretekaní prúdu vo vodiči je rovné , • svorkové napätie je vždy väčšie ako elektromotorické napätie, • cudzie sily zdroja majú elektrický charakter.

17. 4. MAGNETICKÉ POLE Prvý magnet – magnetovec objavili stredovekí Gréci a Číňania, najprv slúžil pre zábavu (priťahovania niektorých kovov), neskôr ako súčasť kompasu na určenie smeru. Magnetické (stacionárne) pole - špeciálny prípad elektromagnetického poľa. Predpokladáme, že elektrické pole je nulové alebo sa nemení s časom. Neexistuje magnetický náboj alebo monopól, najjednoduchšia magnetická štruktúra je magnetický dipól.

18. Zdroje magnetického poľa – • elektricky nabité častice, ktoré sa pohybujú – v okolí vodiča • s konšt. prúdom vznikne magnetické pole (napr. elektromagnet). • 2. nepohybujúce sa nabité častice, ktoré majú vlastný spin. • Vlastný spin= spinový moment hybnosti, základná charakteristika elektrónov. • S ním súvisí vlastný spinový magnetický dipólový moment , • ktorý udáva magnetické vlastnosti materiálu (napr. permanentný magnet) Magnetické pole – existuje v okolí vodiča s konštantným prúdom alebo v okolí permanetných magnetov.

19. Rozdelenie látok podľa magnetických vlastností: • Slabo magnetické látky – paramagnetické a diamagnetické látky (meď, vzduch, drevo), slabé mag. vlastností, keď vložíme do vonkajšieho magnetického poľa vznikne nepatrne magnetické pole v nich. • Silné magnetické látky – feromagnetické a ferimagnetické látky (železo, nikel, kobal, zlúčeniny), silné mag. vlastností, v ich okolí magnetické pole.

20. Ako sa dá zistiť, ktoré euromince sú pravé?  zlato, mosadz (meď + zinok) – diamagnetické látky železo, nikel, oceľ – feromagnetická látka

21. 4.1 Magnetická indukcia, magnetická sila Magnetická indukcia-vektorováveličina, ktorá slúži na kvantitatívny popis mag. poľa, slúži aj na popis tvaru poľa. Magnetická sila– sila, ktorou pôsobí mag. pole o indukcii B na nabitú časticu s nábojom q, ktorá sa v mag. poli pohybuje rýchlosťou v.

22. Smer - magnetická sila, ktorá pôsobí na nabitú časticu pohybujúcu sa rýchlosťouvv magnetickom poliB, je vždy kolmá na oba vektoryv aB. Veľkosť

23. Veľkosť mag. indukcie – indukcia mag. poľa sa číselne rovná sile, ktorou toto pole pôsobí na jednotkový náboj, ktorý sa v tomto poli pohybuje jednotkovou rýchlosťou v smere kolmom na vektor indukcie poľa. (B) =T NicolaTesla (1856 – 1943)

24. Mag. indukčná čiara - orientovaná čiara, ku ktorej dotyčnica v danom bode vyjadruje smer vektora B v danom bode. Magnetické indukčné čiary, sú uzavreté krivky. Veľkosť B je určená hustotou siločiar, ktoré prechádzajú jednotkou plochou.

25. Magnetické pole tyčového (permanentného) magnetu Najsilnejšie pole na koncoch magnetu. Indukčné čiary vychádzajú so severného pólu a vstupujú do južného pólu.

26. Čo sme sa naučili Formulovať Jouleov – Lenzov zákon pre teplo, ktoré získa vodič pretekaním prúdu v diferenciálnom a integrálnom tvare (vysvetlenie princípu vzniku tepla vo vodiči, slovné znenie a matematický zápis zákona, jednotka). Odvodenie výkonu prúdu pomocou definície (popis odvodenia, slovné znenie a matematický zápis odvodeného vzťahu, jednotka). Definovať zdroj elektromotorického napätia a uviesť príklady rôznych zdrojov. Vysvetliť princíp vzniku cudzích síl a elektrických síl v zdroji a popísať ich vzájomný vzťah. Definovať elektromotorické napätie zdroja a odvodiť pomocou neho svorkové napätie. Definovať stacionárne magnetické pole, uviesť zdroje magnetického poľa. Definovať magnetickú silu pôsobiacu na náboj (obrázok, matematický zápis, slovné znenie), vyjadriť jej smer a veľkosť. Pomocou nej definovať veľkosť magnetickej indukcie (matematický zápis, slovné znenie, jednotka). Vysvetliť pojem magnetické indukčné čiarya pomocou nich zobraziť magnetické pole v okolí tyčového magnetu.