ELEKTROMAGNETICKÉ JEVY Praktická výuka přírodovědných předmětů na ZŠ a SŠ CZ.1.07/1.1.30/02.0024 ELEKTROMAGNETICKÉ JEVY PhDr. Pavel Masopust, PhD. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociální fondem a státním rozpočtem České republiky.

Elektrický náboj Jak elektrovat Co je vlastně náboj? tření pravítka o vlněnou látku třením balónku o umyté vlasy při elektrování těleso získává elektrický náboj: označujeme Q [= C] (coulomb) Co je vlastně náboj? látky se skládají z atomů atom se skládá z jádra (neutrony a protony) a elektronového obalu

elektrický náboj mají protony a elektrony neutrony jsou neutrální elektrický náboj je základní vlastnost protonů a elektronů, podobně jako např. hmotnost proton a elektron mají stejnou velikost elektrického náboje, liší se znaménkem elementární elektrický náboj je Q = e = 1,6 . 10-19 C el. náboj je vždy celistvý násobek elementárního náboje e = 0,000 000 000 000 000 000 16 C

Pokud má atom stejný počet elektronů a protonů je elektricky neutrální

Ionty kladný iont vzniká odtržením (odebráním, uvolněním) elektronu z neutrálního atomu přijetím protonu převažuje kladný náboj kationt Záporný iont neutrální atom přijme volný elektron v atomu převládne záporný náboj aniont

Bodový elektrický náboj zjednodušení výpočtů, podobné jako hmotný bod myšlený celkový elektrický náboj tělesa soustředěný do jednoho bodu představujeme si ho jako velmi malé zelektrované těleso, u něhož se projevují jen elektrické vlastnosti

Coulombův zákon nabitá tělesa na sebe působí elektrostatickou silou dvě souhlasně nabitá tělesa se navzájem odpuzují dvě nesouhlasně nabitá tělesa se navzájem přitahují navzájem se také přitahuje nabité těleso s tělesem neutrálním (elektrostatická indukce)

Coulombův zákon Dva bodové elektrické náboje Q1 a Q2 se navzájem přitahují nebo odpuzují stejně velkými silami Fe, -Fe, opačného směru. Velikost této síly je přímo úměrná absolutní hodnotě součinu nábojů Q1 a Q2 a je nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti r. Tedy: k = 1/(4pí epsilon) epsilon je permitivata = epsilon relativní permitivita vyjadřuje kolikrát je permitivita nějakého prostředí větší než ve veakuu. k … konstanta úměrnosti pro vakuum i pro vzduch je cca k = 9. 109 N . m . C-2 , pro prostředí charakteristické

Zákon zachování elektrického náboje celkový elektrický náboj v izolované soustavě těles se vzájemným elektrováním nemění náboj se jen přenáší mezi tělesy sklo získá kladný náboj, kůže je záporná

Elektrické pole existuje v okolí těles s elektrickým nábojem projevuje se působením na nabitá tělesa (elektrickou silou) šíří se rychlostí světla elektrické pole charakterizujeme veličinou intenzita elektrického pole E jednotka V.m-1

Intenzita elektrického pole E v daném místě pole je určena podílem elektrické síly Fe, která působí na kladný bodový náboj, a velikosti tohoto náboje q intenzita je vektorová veličina, směr je shodný se směrem síly

Pro bodový náboj z Coulombova zákona

Elektrické siločáry myšlené čáry, intenzita je v každém bodě tečná

Elektrický potenciál pokud el. síly přemisťují náboje, tak konají práci – potenciální energie náboje Ep se mění jestliže náboj přemisťuje externí síla proti směru působením elektrické síly, hodnota potenciální energie se zvyšuje a naopak v každém místě el. pole náboji přisuzujeme potenciální energii (podobně jako u tělesa, které se pohybuje v gravitačním poli Země) el. potenciál – jednotka je V [volt] elektrický potenciál je definován jako podíl potenciální energie Ep bodového náboje v určitém místě el. pole a tohoto náboje q:

Ekvipotenciální plocha plocha se stejnou hodnotou potenciálu při posunování náboje po této ploše není konána práce, potenciální energie se nemění Něco jako hladina stejné nadmořské výšky, jen s el. potenciálem.

Elektrické napětí elektrické napětí U je definováno jako rozdíl elektrických potenciálů mezi dvěma body el. pole: U = φ2-φ1 pro homogenní pole s intenzitou E platí, že mezi ekvipotenciálami ve vzájemné vzdálenosti d je el. napětí U = E.d změnu potenciální energie vyjádříme jako

Elektrický proud el. proud je uspořádaný pohyb částic s elektrickým nábojem v kovech volné elektrony v roztocích kladné a záporné ionty v plynech ionty, elektrony

Podmínky vzniku el. proudu přítomnost volně pohyblivých nosičů el. náboje pohyb volných částic, je vybuzen el. silou (tedy elektrickým polem) el. pole ve vodiči tato podmínka je splněna je-li na koncích vodiče rozdílný elektrický potenciál – napětí

Zdroj elektrického napětí zajišťuje, že na koncích vodičů je stálý rozdíl potenciálů pól s větším potenciálem označujeme jako anodu + pól s menším potenciálem jako katodu –

Elektronová teorie = podstata proudu elektrony ve vodiči konají neustálý chaotický tepelný pohyb po připojení k pólům zdroje napětí uvedou síly el. pole volné elektrony do pohybu v jednom směru (od – k +) elektrony vykonávají dva pohyby: usměrněný vlivem elektrického pole a chaotický tepelný pohyb

rychlost usměrněného pohybu je malá cca několik mm/s Proč tedy, když rozsvítím, tak se rozsvítí ihned?

Elektrický proud

Elektrický obvod K sestavení elektrického obvodu je nutné několik věcí např.: zdroj elektrického napětí elektrický spotřebič vodiče ke spojení zdroje a spotřebiče a dalších součástek spínač

Odpor vodiče vodič klade el. proudu odpor: elektrony narážejí do iontů kovu a také sami do sebe a zbržďují se tento odpor vyjadřujeme veličinou rezistance nebo elektrický odpor označení: R název jednotky: ohm značka jednotky: Ω

Ohmův zákon pro část obvodu  

Ohmův zákon pro celý obvod  

Spojování rezistorů Základní dělení: spojování za sebou – SÉRIOVĚ spojování vedle sebe - PARALELNĚ

Spojení elektrických zdrojů Často potřebujeme získat zdroj s většími hodnotami jak proudu tak napětí. Budeme tak tvořit baterii. Obdobně jako u rezistorů spojujeme i zdroje sériově paralelně

Paralelní zapojení zdroje Zvyšuje výkon zdrojů Napětí je rovno napětí jednoho článku Problémy při rozdílných vnitřních odporech, nebo napětích jednotlivých článků

Magnetické pole

Magnetické pole elektrického proudu Souvislost mezi magnetickým polem a elektrickým proudem pozoroval v roce 1820 H. Ch. Oersted – pozoroval měnící se směr magnetky poblíž vodiče v němž prochází el. proud. Dokázal, že magnetické pole existuje nejen kolem magnetů, ale i kolem vodičů s proudem. Magnetické indukční čáry přímého vodiče s proudem mají tvar soustředných kružnic v rovině kolmé k vodiči.

Ampérovo pravidlo pravé ruky určuje orientaci indukčních čar Naznačíme chycení vodiče do pravé ruky, tak aby palec ukazoval dohodnutý směr proudu, pak prsty ukazují orientaci magnetických indukčních čar.

Důsledkem pohybu částic s elektrickým nábojem je magnetické pole.

Magnetická síla  

Magnetická indukce je vektorová veličina Magnetická indukce je vektorová veličina. Vektor magnetické indukce B je rovnoběžný s tečnou k indukční čáře v daném místě magnetického pole a jeho směr odpovídá orientaci indukční čáry. jednotka magnetické indukce: tesla T Velikost magnetické indukce Země má velikost řádově 10-5 T.

Elektromagnetická indukce Elektromagnetická indukce (elm.) je děj vyvolaný nestacionárním magnetickým polem. Měnící se magnetické pole vzbuzuje ve vodiči indukované elektrické pole, a pokud je vodič částí uzavřeného elektrického obvodu, vzniká v něm indukovaný elektrický proud. Lenzův zákon: Indukovaný elektrický proud v elektrickém obvodu má směr, že svým magnetickým polem působí proti změně magnetického pole, která vyvolala indukovaný proud.

Transformátory transformátor je zařízení fungující na principu elm. indukce mění střídavý proud o nějakém napětí v střídavý proud o jiném napětí mění se jak proud tak napětí (frekvence se nemění)

Děkuji Vám za pozornost Praktická výuka přírodovědných předmětů na ZŠ a SŠ CZ.1.07/1.1.30/02.0024 Děkuji Vám za pozornost