Elektrodynamika II

1. Elektrodynamika II Mgr. Andrea Cahelová Hlučín 2013

2. Ohmův zákon • Změnou napětí na zdroji se v obvodu změní velikost procházejícího proudu. • Z naměřených hodnot sestavíme graf závislosti proudu na napětí – voltampérovou charakteristiku. A V I A kádinka s vodou U V

3. Grafem závislosti je přímka -->Pokud má kovový vodič stálou teplotu, je proud procházející vodičem přímo úměrný napětí mezi konci vodiče. • I ~ U • Ohmův zákon • R … elektrický odpor (rezistance) vodiče • Jednotka:  (podle německého fyzika G. S. Ohma) • Elektrotechnické součástky se stálým odporem – rezistory, s proměnným odporem reostaty. reostat rezistor

4. Elektrická vodivost- převrácená hodnota elektrického odporuZnačka: Gjednotka: S (Siemens) Odkazy: • Závislost proudu na napětí... • Vznik elektrického proudu... • Závislost odporu na teplotě...

5. Úkoly: • Najděte na internetu informace o vědcích, po kterých jsou pojmenovány jednotky používané v elektřině. • Ampér, Volt, Ohm, Siemens, Faraday • Znáte jiné jednotky pojmenované po nějakém vědci?

6. Závislost odporu na vlastnostech vodiče • Elektrický odpor je přímo úměrný délce vodiče l a nepřímo úměrný průřezu vodiče S, • Elektrický odpor závisí na materiálu, z kterého je vodič vyroben – ,  ... Rezistivita, neboli měrný elektrický odpor [ m]. Hodnoty jsou uvedeny v MFCh tabulkách.

7. Závislost odporu na teplotě Měřením bylo zjištěno, že odpor závisí na teplotě skoro lineárně. Závislost vyjadřujeme pomocí vztahu: • R = R1(1 +  t) • t = t – t1… teplotní rozdíl •  … teplotní součinitel elektrického odporu – konstanta, která charakterizuje daný materiál, jednotka K-1. Závislost měrného elektrického odporu na teplotě lze vyjádřit obdobně: •  = 1(1 +  t).

8. Zapojení rezistorů • Sériově – za sebou • Paralelně – vedle sebe • Kombinací sériového a paralelního zapojení Odkazy: • Sériové zapojení... • Paralelní zapojení...

9. Otázky: • Délku vodiče zvětšíme na dvojnásobek, jak se změní jeho odpor? • Změní se odpor vodiče, pokud ho vyrobíme z jiného materiálu? • Jak vznikne odpor vodiče?

10. Odpovědi: • Odpor se zdvojnásobí • Změní se v závislosti na tom, zda se zvětší nebo zmenší rezistivita • Vodič se skládá z kationtů pravidelně uspořádaných do krystalové mřížky, mezi nimi se volně pohybují volné elektrony, zapojením ke zdroji napětí dochází k jejich unášivému pohybu, tj. vzniká elektrický proud, kationty se pohybují tak, že kmitají okolo rovnovážných poloh, nárazem volných elektronů do kationtů, vzniká odpor

11. Ohmův zákon pro uzavřený obvodZatěžovací charakteristika zdroje • Zatěžovací charakteristika ploché baterie bude mít lineární průběh: • Ohmův zákon pro uzavřený obvod: A U V Ue V I A Nejdříve naměříme elektromotorické napětí zdroje, pak sepneme spínač.

12. Proud v uzavřeném obvodu je roven podílu elektromotorického napětí zdroje a celkového odporu. • Ri … vnitřní odpor zdroje • Pokud bychom odpor zmenšili na nulovou hodnotu došlo by ke spojení nakrátko, neboli zkratu – poškození zdroje nebo vedení, vlivem velkého proudu • Opatření proti zkratu – jističe a pojistky, které obvod při překročení určité hodnoty proudu obvod přeruší • Výpočet zkratového proudu:

13. Odkazy: • Výpočty zkratového proudu • Průběh zkratového třífázového proudu • Příklady s výsledky

14. Úkol: • Odvoďte z Ohmova zákona pro uzavřený obvod vzorec pro výpočet vnitřního odporu • Odvoďte ze vzorce pro výpočet odporu v závislosti na teplotě jednotku teplotního součinitele odporu

15. Kirchhoffovyzákony • Složitější elektrické obvody = elektrické sítě (obsahují uzly a větve) • Kirchhoffův zákon (pro uzel elektrické sítě) • je důsledkem zákona zachování el. náboje, jelikož částice s nábojem nemohou v uzlu vznikat ani zanikat, • Algebraický součet proudů v uzlu je nulový.

16. 2. Kirchhoffův zákon (pro jednoduchou smyčku elektrické sítě) • vyjadřuje, že celkový počet změn elektrického potenciálu v uzavřené smyčce je nulový, • Součet úbytků napětí na rezistorech je v uzavřené smyčce stejný jako součet elektromotorických napětí zdrojů.

17. Postup při řešení příkladů pomocí KZ • Zvolíme označení a orientaci proudů v jednotlivých větvích, tak aby některé do uzlu vstupovaly jiné vystupovaly. • Sestavíme první rovnici pomocí prvního zákona. Proudy, které do uzlu vstupují označíme kladně, vystupující záporně. • V každé smyčce zvolíme směr obíhání a pomocí druhého zákona sestavíme rovnice pro smyčky. • Do rovnic dosadíme číselné hodnoty a řešíme rovnici o třech neznámých.

18. Práce a výkon v obvodu se stejnosměrným proudem • W = Q U • Q = I t • Průchodem proudu ve vodiče dochází ke změnám vnitřní energie, tedy k jeho zahřátí a k tepelné výměně mezi vodičem a okolím. • Energie takto přenesená se nazývá Joulovo teplo … QJ. • Výkon elektrického proudu: • Účinnost přeměn energie v elektrického obvodu: W = U I t

19. Otázky k opakování: • Co říká Ohmův zákon? • Jak závisí odpor vodiče na teplotě? • Jak závisí odpor vodiče na jeho délce? • Jak závisí odpor vodiče na obsahu průřezu? • Co je to elektrická vodivost? • Co je to elementární náboj? • Jak vznikne odpor ve vodiči? • Co je to elektrický potenciál? • Jak závisí měrný elektrický odpor na teplotě? • Jakou jednotku má rezistivita? • Jakými částicemi je veden elektrický proud v pevných látkách? • Co je to elektrická síť? • Co je to uzel a větev? • Kdy vznikne Joulovo teplo? • Jak se vypočítá účinnost obvodu stejnosměrného proudu?

20. Použitá literatura • LEPIL, O., ŠEDIVÝ, P. Fyzika pro gymnázia – Elektřina a magnetismus. Praha: Prometheus, 2000. ISBN 80-7196-202-3. • LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R. Fyzika pro střední školy 2. Praha: Prometheus, 1992. ISBN 80-85849-05-4.