Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA F13 – VZNIK ELEKTRICKÉHO PROUDU 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.

Vznik elektrického proudu Elektrický proud jako děj Elektrický proud jako veličina Elektrický zdroj Přeměny energie v jednoduchém obvodu Vznik elektrického proudu 2

Vznik elektrického proudu Opakování – + UC Vznik elektrického proudu 3

Elektrický proud jako děj Při vybíjení kondenzátoru probíhal ve vodiči krátkodobý uspořádaný pohyb volných částic s nábojem (elektronů) vlivem působení elektrického pole. Uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem nazýváme elektrický proud. Vznik elektrického proudu 4

Vznik elektrického proudu Trvalý stejnosměrný proud zajistíme připojením obvodu ke zdroji stejnosměrného napětí. Volné elektrony se pohybují od záporného ke kladnému pólu zdroje. – + I dohodnutý směr proudu směr uspořádaného pohybu elektronů ve Vznik elektrického proudu 5

Elektrický proud jako děj Elektrický proud nemusí být jen pohybem záporných elektronů. E I v_ Vznik elektrického proudu 6

Elektrický proud jako děj Může se jednat o pohyb pouze kladně nabitých částic … E I v+ Vznik elektrického proudu 7

Elektrický proud jako děj …popřípadě se může jednat o pohyb kladně i záporně nabitých částic současně (elektrolyt). E I v_ v+ Vznik elektrického proudu 8

Elektrický proud jako děj Za směr proudu se podle dohody pokládá směr uspořádaného pohybu kladných částic. Proud v jednoduchém obvodu vychází z kladného pólu zdroje a směřuje do pólu záporného. Dohodnutý směr proudu má vždy směr intenzity elektrického pole ve vodiči. Vznik elektrického proudu 9

Elektrický proud jako děj Bez přítomnosti elektrického pole je pohyb elektronů chaotický. Vznik elektrického proudu 10

Elektrický proud jako děj Rychlost, s jakou se pohybují elektrony uvnitř vodiče po jeho připojení ke zdroji napětí se nazývá driftová. Po připojení ke zdroji elektrického napětí se pohyb elektronů usměrní. Vznik elektrického proudu 11

Elektrický proud jako děj Elektrický proud se podél vodiče šíří téměř rychlostí světla. Volné elektrony se však ve vodiči pohybují od záporného ke kladnému zdroji rychlostí řádově mm za sekundu – driftová rychlost. Volné elektrony jsou obsaženy po celé délce kovového vodiče a v okamžiku, kdy na ně působí elektrické pole, se začnou všechny současně pohybovat stejným směrem. Vznik elektrického proudu 12

Elektrický proud jako děj Prozkoumej závislost driftové rychlosti na jednotlivých parametrech a udělej závěr. Následující applet simuluje pohyb elektronů ve vodičích v závislosti na materiálu, průřezu a velikosti elektrického proudu. odkaz na internetový applet1 Vznik elektrického proudu 13

Elektrický proud jako fyzikální veličina Prochází-li náboj průřezem vodiče rovnoměrně, je elektrický proud I určen jako podíl celkového náboje Q, který projde průřezem vodiče, a příslušné doby t. Za čas t projde průřezem vodiče celkový náboj Q = N |q|. q q q q I q q q q q q q q q q q I = Q t Vznik elektrického proudu 14

Elektrický proud jako fyzikální veličina Jednotka proudu ampér – A – základní. Při proudu 1A prochází průřezem vodiče za 1s náboj 1C. Q = It [Q] = [I] [t] = A s = C . Vznik elektrického proudu 15

Jednoduchý elektrický obvod Elektrický proud měříme ampérmetrem. Jednoduchý obvod stejnosměrného proudu se spínačem a žárovkou. ampérmetr – + A spínač žárovka zdroj stejnosměrného napětí Vznik elektrického proudu 16

Jednoduchý elektrický obvod Urči rozsah amérmetru a hodnotu proudu, který obvodem protéká. Jednoduchý obvod stejnosměrného proudu se spínačem a žárovkou. odkaz na internetový applet 2 Vznik elektrického pole 17

PŘÍKLAD Kolik elektronů by muselo přejít na zápornou desku kondenzátoru, aby při jeho vybití prošel za 1 sekundu obvodem proud o velikosti 2 mA ? Vznik elektrického proudu 18

PŘÍKLAD Přemýšlej nad účinky elektrického proudu a proveď jejich stručnou klasifikaci s uvedením jednoduchých příkladů. Vznik elektrického proudu 19

PŘÍKLAD Světelné Tepelné Magnetické Chemické Fyziologické Vznik elektrického proudu 20

Elektrický zdroj Připomenutí: Dohodnutý směr elektrického proudu odpovídá směru, kterým by se ve vodiči pohybovaly částice s kladným nábojem! Připomenutí: Trvalý elektrický proud je podmíněn zařízením, které udržuje stálý rozdíl elektrických potenciálů mezi svými svorkami = svorkové napětí U. Vznik elektrického proudu 21

Elektrický zdroj Pohyb částic ve vnější části obvodu ve směru působení elektrostatických sil Fe . Fe vnější část obvodu siločáry elektrických polí vnějšího obvodu a uvnitř zdroje – + Fn Fe + zdroj Vznik elektrického proudu 22

Elektrický zdroj Práce W vykonaná elektrostatickými silami ve vnější části obvodu při přenesení náboje Q je určena vztahem W = UQ. Ve vnější části obvodu konají síly Fe práci a částice ztrácejí potenciální energii – ta se přeměňuje na jinou formu energie. Svorkové napětí vyznačujeme šipkou orientovanou ve směru působení elektrostatických sil na kladné částice: od kladného pólu zdroje k zápornému.. výdej energie Fe + U vnější část obvodu – + Vznik elektrického proudu 23

Elektrický zdroj Podíl se nazývá elektromotorické napětí zdroje. Tyto síly vykonají při přenesení náboje Q uvnitř zdroje práci WZ . Ve směru pohybu částice musí působit další neelektrostatické síly Fn . Elektrická potenciální energie částic se ve zdroji zvětšuje. Uvnitř zdroje probíhá také elektrický proud. Nabité částice se pohybují proti elektrostatickým silám. výdej energie U vnější část obvodu – + Fe Fn + Ue příjem energie Vznik elektrického proudu 24

Elektrický zdroj Pokud není ke svorkám zdroje připojen žádný obvod, je svorkové napětí rovno elektromoto- rickému a nazýváme jej napětí naprázdno U0 : U0 = Ue Po připojení vnějšího obvodu je vždy: Vznik elektrického proudu 25

Elektrický zdroj Poznámka Pomocí měřicího přístroje (voltmetru) naměříme vždy svorkové napětí. Elektromotorické napětí je vnitřní vlastností zdroje a přímo se měřit nedá (pouze přibližně). Vznik elektrického proudu 26

Úkol Vyhledej informace o zdrojích stejnosměrného napětí. Proveď jejich klasifikaci podle druhu energie, která se v nich přeměňuje na elektrickou a uveď příklady. Zamysli se nad tím, na jaké druhy energie se v domácnosti může elektrická energie přeměňovat. Vznik elektrického proudu 27

Použitá literatura Literatura Internetové odkazy 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 Internetové odkazy [1] – Vedení elektrického proudu v kovech. Josef Pacinovský [online]. ©2000 [cit. 2012-05-23]. Dostupné z: http://moon.felk.cvut.cz/~pjv/Jak/_phys/f163/start.html [2] – mereni proudu.avi. In: Youtube [online]. 09. 07.2009 [cit. 2012-05-25]. Dostupné z: http://www.youtube.com/watch?v=8VMKCqwX01k&feature=relmfu. Kanál uživatele Sedrikos.

na gymnáziu Komenského v Havířově“ soubor prezentací FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA 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.