Jednoduché elektrické obvody Elektrické spotrebiče v domácnosti Univerzita Mateja Bela v Banskej Bystrici Fakulta prírodných vied Katedra techniky a technológií Jednoduché elektrické obvody Elektrické spotrebiče v domácnosti Elektronický učebný text pre predmet Technika pre 6. ročník základnej školy ŠTART 2009 © Ing. Ján Pavlovkin, PhD.

Návod na používanie Práca s týmto elektronickým učebným textom je jednoduchá a prehľadná. Zo snímku OBSAH sa môžete dostať na jednotlivé témy kliknutím na nadpis požadovanej témy. Späť na snímok OBSAH sa môžete vrátiť pomocou tlačidla: Pohybovať sa v jednotlivých kapitolách môžeme pomocou tlačidla akcie, naspäť a dopredu stlačením klávesu medzerník. Ukončenie práce stlačením klávesu Esc.

OBSAH Jednoduchý elektrický obvod a jeho základne časti zdroj elektrického napätia, vodiče, spotrebič, spínač.

Jednoduchý elektrický obvod Elektrický obvod je súhrn prvkov tvoriacich uzavretú cestu pre elektrický prúd; vodivé spojenie rôznych prvkov, spotrebičov a zdrojov, usporiadaných v jednoduchých alebo zložitých kombináciách a pripojených na zdroje elektrickej energie. Obvod, v ktorom prúd elektrónov (elektrický prúd) tečie stále rovnakým smerom je: jednosmerný elektrický obvod Jednoduchý jednosmerný elektrický obvod tvorí: zdroj jednosmerného napätia spotrebič vedenie spínač

Jednosmerný elektrický obvod U SPÍNAČ kontakt ZDROJ JEDNOSMERNÉHO NAPÄTIA I R VODIČ SPOTREBIČ Efekt zapnutého a vypnutého obvodu docielime vrátením animácie kliknutím na ľavú šípku v ľavom dolnom rohu snímky, alebo na tlačidlo so symbolom šípky vľavo na klávesnici. Elektrický spotrebič uvedieme do činnosti zapnutím spínača. Po vypnutí spínača sa činnosť spotrebiča preruší. Elektrický prúd prechádza len uzavretým obvodom pripojeným na zdroj napätia V uzavretom elektrickom obvode tečie elektrický prúd I pri určitom napätí zdroja U a elektrickom odpore vedenia a spotrebiča R. Vzájomný vzťah sa riadi základnými elektrotechnickými zákonmi

Zdroj jednosmerného elektrického napätia s kladným a záporným pólom utvára vo vodivých častiach uzatvoreného obvodu elektrické pole vyvolávajúce usporiadaný trvalý pohyb nosičov prúdu - elektrický prúd ZDROJ ukážky zdrojov jednosmerného napätia: suchý članok1 dynamo3 Pri nastavení kurzora na obrázok sa zobrazí hypertextový odkaz so stručnou charakteristikou zariadenia akumulátor2 solárna batéria4

Pohľad do histórie Luigi Galvani (1780 – 1790) Luigi Galvani si pri svojich pokusoch všimol zášklby v končatinách mŕtvych žiab pri dotyku s kovom. Dospel k názoru, že ich spôsobuje elektrický prúd. Domnieval sa však chybne, že tieto zášklby sú spôsobené akousi živočíšnou elektrinou.

Pohľad do histórie Alessandro Volta (1800) Nadviazal na pokusy Galvaniho a zistil, že prúd nepochádza zo žaby. Chemické látky obsiahnuté vo svaloch a nervoch, umiestnené medzi kovové doštičky vyvolávajú elektro-chemickú reakciu a vytvárajú tak elektrický prúd.

Voltov stĺp Je zložený z niekoľkých zapojených elektrických článkov. Elektrolytom sú plátky kože, navlhčené okysleným roztokom. Po spojení pólov vodičmi prechádza elektrický prúd. Jednotlivé elektrické články Kladná a záporná elektróda

Galvanický článok V roku 1800 zostrojil Alessandro Volta prvý zdroj elektrického prúdu. Volta ho nazval na počesť svojho krajana Galvanickým článkom.

Obmedzenia použitia Galvanického článku Požadovaný prúd možno odoberať len po určitú dobu, pretože článok sa postupne vybíja. Hovoríme o kapacite článku, jednotkou je ampérhodina [Ah]. Z Galvanického článku nemôžeme odoberať ľubovoľný prúd, ale len prúd určitej veľkosti, označujeme ho ako dovolený vybíjací prúd.

Leclancheov článok Jeho konštrukcia: − záporná elektróda: zinková nádobka − kladná elektróda: uhlíková nádobka − elektrolyt: roztok chloridu amónneho zahusteného vhodnou prísadou (aby sa nerozlial) − depolarizátor: zmes kysličníka manganičitého a koksu (v sáčku okolo uhlíkovej elektródy). Depolarizátor - zabraňuje vzniku tzv. polarizačného napätia, ktoré by pri prechode elektrického prúdu článkom v uzavretom obvode zmenšovalo vnútorné napätie článku. V Leclancheovom článku sa na uhlíkovej elektróde vylučuje vodík, ktorý po jej pokrytí by mal polarizačné účinky. Depolarizátor však spôsobí reakciu vodíka s kyslíkom za vzniku vody.

Jednosmerný elektrický prúd Je taký prúd, ktorý má stále rovnaký smer. Smer prúdu od kladnej elektródy (+) k zápornej elektróde (-). Skratka jednosmerného prúdu je js. Jednosmerný prúd označujeme „ = “

Príklady Ak má monočlánok napätie 1,5 V a kapacitu 1 Ah, pri dovolenom vybíjacom prúde 0,1 A môžeme: odoberať prúd 0,1 A po dobu 10 hodín (1 Ah / 0,1 A = 10 hodín) alebo, odoberať prúd 0,05 A po dobu 20 hodín. (1Ah / 0,05 A = 20 hodín).

Spájanie článkov do batérií Spojením viacej galvanických článkov, vytvoríme batériu, ktorá nám umožní získať: vyššie napätie, väčší prúd, odoberať vyššie napätie aj prúd po dlhší čas.

Sériové zapojenie článkov Napätie sa sčíta. 1,5 + 1,5 + 1,5 = 4,5 V Kapacita článkov zostáva rovnaká.

Paralelné zapojenie článkov Napätie zostáva rovnaké (môžeme spájať len články s rovnakým napätím). Kapacita článkov sa sčíta. 0,1 + 0,1 + 0,1 = 0,3 Ah

Sériovo-paralelné zapojenie článkov Máme zapojené dva zdroje sériovo a dva zdroje paralelne. Napätie sa v sériovom zapojení sčíta. 1,5 + 1,5 = 3 V Kapacita zostane rovnaká. Kapacita článkov sa v paralelnom zapojení sčíta. 0,1 + 0,1 = 0,2 Ah Napätie zostane rovnaké 18

AKUMULÁTOR Akumulátor je elektrochemický článok, ktorý po nabití (chemickej reakcii vyvolanej jednosmerným prúdom) je schopný spustiť opačnú chemickú reakciu, ktorou vzniká jednosmerný prúd (opačného smeru ako prúd nabitia). Akumulátor je zariadenie na hromadenie elektrickej energie. Je zdrojom elektrickej energie pre automobil v čase, keď motor nepracuje Spolu s elektrickým spúšťačom umožňuje naštartovanie motorového vozidla

Hlavné parametre akumulátora 55 Ah 420 A Menovité napätie akumulátora Kapacita akumulátora, C = I. t Maximálny štartovací prúd

KAPACITA AKUMULÁTORA Sa dá prirovnať ku kapacite nádrže s vodou... je to množstvo vody obsiahnuté v tejto nádrži. Napríklad zásobník so 100 l vody môže dodávať 10 litrov vody za hodinu počas 10 hodín. Kapacita [C] akumulátora je prúd, ktorý môže dodávať tento akumulátor určitý čas až do vyčerpania. Vyjadruje sa v ampérhodinách [Ah]. C [Ah] = I [A] x t [h] Napríklad: akumulátor 100 Ah môže dodávať prúd 10 A počas 10 h alebo 1 A počas 100 h.

KAPACITA AKUMULÁTORA ZÁVISÍ NA RÔZNYCH FAKTOROCH - povrch dosiek akumulátora, - objem elektrolytu, - teplota, - doba vybíjania. NOMINÁLNA KAPACITA MAXIMÁLNY ŠTARTOVACÍ PRÚD Je to kapacita, ktorá zodpovedá vybíjaniu akumulátora počas 20 hodín pri teplote 25 °C Napr.: akumulátor s kapacitou 40 Ah môže dodávať prúd 2 A počas 20 hodín Je to prúd, ktorý môže dodávať akumulátor počas 210 sekúnd. Napr.: akumulátor 12 V/200 A/40 Ah znamená, že akumulátor môže dodávať prúd 200 A počas 210 s.

VNÚTORNÝ ODPOR A ELEKTROMOTORICKÁ SILA Rozhodnite, čo sa stane s napätím na svorkách akumulátora ak bude vypínač vypnutý alebo zapnutý. Spínač S vypnutý Akumulátor má na svojich svorkách určité napätie, ktoré je možné namerať voltmetrom - toto napätie naprázdno sa volá: ELEKTROMOTORICKÉ NAPÄTIE vyjadruje sa vo VOLTOCH, označuje sa symbolom E.

Spínač S zapnutý : VNÚTORNÝ ODPOR Akumulátor dodáva prúd rezistoru R. Zistíme malý pokles napätia na svorkách akumulátora, ktorý je spôsobený prechodom prúdu celým okruhom a teda aj akumulátorom. Akumulátor má ako všetky spotrebiče určitý: VNÚTORNÝ ODPOR

DIAGNOSTIKA AKUMULÁTORA Prvá metóda: Priame meranie, ak je motor v kľude viac ako 4 hodiny. Druhá metóda: Zapnite reflektory na 4 minúty, vypnite ich a počkajte 10 minút. Odmerajte napätie akumulátora. Akú hodnotu by sme mali namerať? Ak je napätie : väčšie ako 12,30 V – akumulátor je v poriadku menšie ako 12,30 V – akumulátor treba nabiť

kontrola prúdu pomocou ampérmetra OVERENIE SPOTREBIČOV kontrola prúdu pomocou ampérmetra Odpojte záporný pól akumulátora. Pripojte ampérmeter medzi kostru a odpojený vodič. Ak je nameraný prúd: Hodnota do 0.03 A pri nezapnutých spotrebičoch. Je to prirodzené vybíjanie akumulátora, ktoré je závislé od kapacity akumulátora a teploty okolia. Hodnota väčšia ako 0.03 A, treba vyhľadať príčinu odberu zvýšeného prúdu, odpojiť elektrické príslušenstvo, veľké samovoľné vybíjanie akumulátora – vymeniť akumulátor.

Dynamo Je to točivý elektrický stroj, ktorý premieňa mechanickú energiu z rotora hnacieho stroja na elektrickú energiu vo forme jednosmerného prúdu. Jedná sa o jednosmerný generátor elektrickej energie. Dynamo sa skladá zo statora tvoreného magnetom alebo elektromagnetom a rotora s vinutím a komutátorom. Konštrukčne sa v podstate jedná o jednosmerný elektromotor používaný k opačnému účelu.

Elektrické spotrebiče každé elektrické zariadenie, v ktorom sa účelne mení elektrická energia na inú požadovanú energiu ukážky spotrebičov: žiarovka8 SPOTREBIČ svietivé diódy6 autorádio5 Pri nastavení kurzora na obrázok sa zobrazí hypertextový odkaz so stručnou charakteristikou zariadenia motorček7

Vodiče 1/7 Zo štruktúry stavby látok vieme, že sa skladajú z molekúl a atómov. Atómy majú kladne nabité jadro a záporne nabité elektróny, ktoré sa udržiavajú v rôznych vzdialenostiach od jadra. V niektorých látkach sú elektróny pripútané k jadru len veľmi slabo a tak sa môžu pôsobením vonkajších síl uvoľniť. Vzniknú tak voľné elektróny, ktoré sa neviažu na žiadny atóm a za určitých podmienok sú schopné preniesť látkou elektrický náboj. Látky, ktoré umožňujú pohyb elektricky nabitých častíc sa nazývajú vodiče.

Vodiče 2/7 Pohyb voľných elektrónov v štruktúre vodiča je chaotický. Pre usporiadané trvalé premiestňovanie elektrónov (elektrický prúd) vo vodiči musia byť súčasne splnené dve základné podmienky: stále elektrické pole vytvorené napätím medzi koncami vodiča pripojenými na zdroj napätia vytvorenie neprerušeného trvalého vodivého spojenia medzi svorkami zdroja napätia

Vodiče 3/7 elektrický obvod Sústava prvkov potrebných na uzavretý trvalý obeh elektrónov sa nazýva : elektrický obvod

Vodiče 4/7 Vodičmi sú predovšetkým kovy. Voľné elektróny z vonkajšej hladiny elektrónového obalu sa chaoticky pohybujú medzerami v kryštálovej mriežke ...

Vodiče 5/7 Pri uvádzaní tohto snímku upozorniť, že v skutočnosti sa pripojením zdroja častice presúvajú nepretržite (pre lepšiu ilustráciu je animovaný pohyb len časti elektrónov) ...až do chvíle, keď sa pripojením zdroja na konce vodiča objaví elektrické pole. Voľné elektróny sa hneď začnú presúvať z miesta prebytku ( - pól zdroja) do miesta ich nedostatku ( + pól zdroja)

Vodiče 6/7 POZOR ! Pri uvádzaní tohto snímku upozorniť, že v skutočnosti sa pripojením zdroja častice presúvajú nepretržite (pre lepšiu ilustráciu je animovaný pohyb len časti elektrónov) stanovený smer prúdu DOHODNUTÝ SMER ELEKTRICKÉHO PRÚDU JE OPAČNÝ, AKO SKUTOČNÝ TOK ELEKTRÓNOV

Vodiče 7/7 zabezpečuje transport elektrónov medzi zdrojom a spotrebičom. Najčastejšie sa uplatňujú kovové vodiče. konektory11 ukážky vodičov: VEDENIE Cu,Al vodiče9 Pri nastavení kurzora na obrázok sa zobrazí hypertextový odkaz so stručnou charakteristikou zariadenia plošné spoje10 spájka12

Spínač zapína (uzatvorí),alebo vypína (preruší) obvod okamžitým priblížením (oddialením) mechanizmu s vodivými kontaktmi. ukážky vyhotovenia spínačov: spínacia skrinka15 SPÍNAČ tlačidlo14 kolískový vypínač13 Pri nastavení kurzora na obrázok sa zobrazí hypertextový odkaz so stručnou charakteristikou zariadenia otočný prepínač16