Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA F15 - ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH II Mgr. Alexandra Bouchalová Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o 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“ Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

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

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

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

Zatěžovací charakteristika zdroje Rovnoměrně měníme odpor RL, přitom měříme proud I a svorkové napětí U: RL [W] ∞ 20,1 6,1 3,1 1,1 0,1 I [A] 0,55 1,33 1,91 2,71 3,42 U [V] 13,0 11,0 8,1 5,9 3,0 0,31 I [A] U [V] U0 = zkratový proud Ik 0,31 3,42 Elektrický proud v kovech II 5

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

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

Ohmův zákon pro uzavřený obvod Úbytek napětí na vnitřním odporu je: U0 – U = Ri I U = U0 – Ri I U = R I 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

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

Kdy má smysl při výpočtech používat náhradní zdroj napětí? 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

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

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

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 = ? Ij = 0,30 A Ue - Uj Uj = 6,3 V Ue = 12,0 V Elektrický proud v kovech II 13

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

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

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

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

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

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

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

Dle 2. KZ sestavíme rovnice pro jednotlivé smyčky. 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 Ue I1 + I2 - I = 0 A B 4 I1 - 3 I2 = -12 R I2 -6 I - 4 I1 = 0 R2 I1 = -4 3 A I2 = 20 9 A I = 8 9 A Elektrický proud v kovech II 21

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

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

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

Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu Práce vykonaná elektrickými silami v elektrickém obvodu stejnosměrného proudu za jistou dobu t : W = U·I·t = R·I2·t = · t U2 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

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

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… P = U · I = R · I2 = U2 R …tyto pouze v případě přenosu energie rezistorem. 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

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

Použitá literatura Literatura Obrázky Elektrický proud v kovech II 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: Creative Commons, 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: Creative Commons, 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: Creative Commons, 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: Creative Commons, 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