Gymnázium, Havířov -Město, Komenského 2, p.o

1. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. F15 - ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH II Mgr. Alexandra Bouchalová • Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „Podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na gymnáziu Komenského v Havířově“

2. ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH II • Zatěžovací charakteristika zdroje • Ohmův zákon pro uzavřený obvod • Příklady sériově a paralelně spojených obvodů • Kirchhoffovy zákony • Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosměrného proudu Elektrický proud v kovech II 2

3. Zatěžovací charakteristika zdroje A V • Nezatížený zdroj – obvodem neprotéká žádný proud - voltmetrem měříme napětí naprázdno U0 RL U0 – + Elektrický proud v kovech II 3

4. Zatěžovací charakteristika zdroje A V • Zatěžujeme sepnutím spínače proměnlivou zátěží RL – obvodem protéká proud I - voltmetrem měříme svorkovénapětí U RL U – + I Elektrický proud v kovech II 4

5. Zatěžovací charakteristika zdroje • Rovnoměrně měníme odpor RL, přitom měříme proud I a svorkové napětí U: U0 U [V] = zkratový proud Ik 0,31 I [A] 3,42 Elektrický proud v kovech II 5

6. Zatěžovací charakteristika zdroje • Zatěžovací charakteristika zdroje má lineární průběh. • S rostoucím proudem se svorkové napětí zmenšuje a rozdíl U0 – U jepřímoúměrný proudu. • Zdroj napětí se chová, jako by byl sériově složen z ideálního zdroje s konstantním napětím U0 = Uea z rezistoru o odporu Ri. Elektrický proud v kovech II 6

7. Zatěžovací charakteristika zdroje • Schematicky znázorníme reálný zdroj jako ideální zdroj zapojený v sérii s rezistorem o odporu Ri. A V RL U Ri – + I U0 - U Ideální zdroj Vnitřní odpor zdroje U0 = Ue Náhradní zdroj napětí Elektrický proud v kovech II 7

8. Ohmův zákon pro uzavřený obvod • Úbytek napětí na vnitřním odporu je: U0 – U = Ri I U = U0 – Ri I U = RI • Z Ohmova zákona pro část obvodu • Odvoď do pracovního listu vztah pro elektromotorické napětí Ue . • Z odvozeného vztahu vyjádři proud I. Elektrický proud v kovech II 8

9. Ohmův zákon pro uzavřený obvod • Proud v uzavřeném obvodu je roven podílu elektromotorického napětí zdroje a celkového odporu R + Ri. • Na základě OZUO urči vnitřní odpor zdroje, který jsme použili při předchozím pokusu. • Jaký proud poteče obvodem při spojení nakrátko ? Elektrický proud v kovech II 9

10. Opakování • Kdy má smysl při výpočtech používat náhradní zdroj napětí? • Baterie 9V běžného typu dává naprázdno 9,3 V. Při zkratu dá proud 2,9 A. Určete • vnitřní odpor baterie, • jak je nutno omezit zatěžovací proud I, nemá-li napětí poklesnout více než o 0,8 V. Elektrický proud v kovech II 10

11. Příklady sériově a paralelně spojených obvodů Regulace proudu a napětí reostatem • Reostat spojujeme se spotřebičem sériově. R - + + - Elektrický proud v kovech II 11

12. Příklady sériově a paralelně spojených obvodů Regulace proudu a napětí reostatem • …jiný způsob značení reostatu… R Elektrický proud v kovech II 12

13. Příklady sériově a paralelně spojených obvodů • Na jakou hodnotu nastavíme odpor reostatu, aby byly dodrženy jmenovité hodnoty proudu a napětí žárovky za předpokladu zanedbatelného vnitřního odporu baterie? R = ? Ue - Uj Ij = 0,30 A Uj= 6,3 V Ue = 12,0 V Elektrický proud v kovech II 13

14. Příklady sériově a paralelně spojených obvodů Regulace proudu a napětí potenciometrem • Při zapojení potenciometru kombinujeme sériové a paralelní spojení rezistorů. - + + - Elektrický proud v kovech II 14

15. Příklady sériově a paralelně spojených obvodů Regulace proudu a napětí potenciometrem I1 Ue R1 Uj R2 Ij I2 Elektrický proud v kovech II 15

16. Příklady sériově a paralelně spojených obvodů • Na úseky jakých odporů R1 aR2 musíme rozdělit potenciometr, abychom dosáhli na žárovce jmenovitých hodnot proudu a napětí? Celkový odpor potenciometru je 100 Ω. I1 Ue = 12,0 V Ij = 0,30 A Uj= 6,3 V Ue R1 Uj R2 Ij I2 • Pomůcka: do pracovního listu si překresli zjednodušený obvod a aplikuj OZUO. Elektrický proud v kovech II 16

17. Kirchhoffovy zákony 1. Kirchhoffův zákon • Algebraický součet proudů v uzlu je nulový. Elektrický proud v kovech II 17

18. Kirchhoffovy zákony 2. Kirchhoffův zákon • Součet úbytků napětí na rezistorech je v uzavřené smyčce stejný jako součet elektromotorických napětí zdrojů. Elektrický proud v kovech II 18

19. DÚ Kirchhoffovy zákony • Urči proudy procházející jednotlivými rezistorya) bez použití KZ - , b) s použitím KZ. R = 6 Ω R1 = 4 Ω R2 = 3 Ω Ue = 12 V Ue R1 Ue R R2 Elektrický proud v kovech II 19

20. Kirchhoffovy zákony • Zvolíme směry obíhání jednotlivých uzavřených obvodů. • Zvolímeuzel a sestavíme pro něj rovnici dle 1. KZ • Zvolíme kladnou orientaci proudu I I1 + I2 - I = 0 Ue R1 I1 Ue A B I2 R R2 Elektrický proud v kovech II 20

21. Kirchhoffovy zákony • Dle 2. KZ sestavíme rovnice pro jednotlivé smyčky. I R = 6 Ω R1 = 4 Ω R2 = 3 Ω Ue = 12 V I1 + I2 - I = 0 Ue R1I1 - R2I2 = -Ue R1 -RI - R1I1 = 0 I1 I1 + I2 - I = 0 Ue A B 4 I1 - 3 I2 = -12 I2 R -6 I - 4 I1= 0 R2 -4 20 8 I= I2 = I1 = A A A 3 9 9 Elektrický proud v kovech II 21

22. Kirchhoffovy zákony • Určete napětí na jednotlivých rezistorech a mezi uzly. • Jaký by musel být odpor rezistoru R,aby jím procházel proud 1A? R = 6 Ω R1 = 4 Ω R2 = 3 Ω Ue = 12 V Ue R1 Ue A B R R2 Elektrický proud v kovech II 22

23. Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu • Přenesením elektrického náboje Q v obvodu mezi svorkami zdroje o svorkovém napětí U vykonají elektrické síly uvnitř vodiče práci W = Q·U Fe U – + + Elektrický proud v kovech II 23

24. Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu • Prochází-li obvodem konstantní proud po dobu t , pak celkový přenesený náboj určíme jako Q = I · t Fe U – + + Elektrický proud v kovech II 24

25. Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu • Práce vykonaná elektrickými silami v elektrickém obvodu stejnosměrného proudu za jistou dobu t : U2 W = U·I·t = R·I2·t = ·t R • V jednoduchém obvodu s kovovým vodičem (rezistorem) se veškerá práce přemění na změnu vnitřní energie vodiče a tepelnou výměnu mezi vodičem a okolím (vodič se zahřívá). Nazývá se „Jouleovo teplo“ • Nazývá se jouleovo teplo. Elektrický proud v kovech II 25

26. Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu • Vykoná-li konstantní elektrický proud za dobu t práci W , je jeho výkon W P = t U2 W = U·I·t = R·I2·t = ·t R Elektrický proud v kovech II 26

27. Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu • Výkon stejnosměrného elektrického proudu v obvodu s rezistorem o odporu R Vztah lze použít pro přenos elektrické energie obecně… …tyto pouze v případě přenosu energie rezistorem. U2 P = U · I = R · I2 = R • Jednotkou výkonu je 1 W (watt). • Elektrickou práci (energii) v praxi vyjadřujeme nejčastěji 1 kWh – kilowatthodina. • Spotřebič odebere ze zdroje energii 1 kWh, jestliže pracoval po dobu jedné hodiny s příkonem 1 kW. Elektrický proud v kovech II 27

28. Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu K rezistoru o odporu R je přiloženo napětí U a protéká jím proud I. Seřaďte sestupně ztrátové výkony rezistoru při těchto změnách v obvodu: a) napětí se zdvojnásobí, b) proud se zdvojnásobí, c) odpor se zdvojnásobí a napětí se nemění, d) odpor se zdvojnásobí a proud se nemění. Elektrický proud v kovech II 28

29. Použitá literatura Literatura LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, 2002. ISBN 80-7196-202-3 TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, 2002. ISBN 80-86706-00-1 HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, 2000.ISBN 80-214-1868-0 Obrázky • [1] -Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Sebastien D'ARCO, licence: CreativeCommons, last modified on 12. 8. 2006 [cit. 2012-03-26]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Lightnings_sequence_2_animation.gif • [2] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Swe, licence: CreativeCommons,last modified on 13. 8. 2005 [cit. 2012-03-26]Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Electroscope.jpg • [3] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: JMerz, licence: CreativeCommons,last modified on 3. 11. 2007 [cit. 2012-03-26] Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:EfieldTwoOppositePointCharges.png • [4] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Swe, licence: CreativeCommons,last modified on 8. 2. 2005 [cit. 2012-03-26]Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:OswEb.png Elektrický proud v kovech II