7.5 Energie elektrostatického pole 8. Stejnosměrné obvody 7. Elektrostatika … 7.5 Energie elektrostatického pole 8. Stejnosměrné obvody 8.1 El. proud Makroskopický popis Mikroskopický popis 8.2 Ohmův zákon 8.3 Práce a výkon el. proudu 8.4 Zdroj stejnosměr. proudu, elektromotorické napětí 8.5 Řešení stejnosměr. obvodů, Kirchhoffovy zákony 8.6 Měření proudu a napětí 1 Fyzika I-2014, přednáška 10

Energie elektrostatického pole odvodíme pro případ pole mezi deskami kondenzátoru o kapacitě C tabule objemová hustota energie w platí obecně pro hustotu energie elektrického pole o intenzitě E 𝑊= 1 2 𝐶 𝑈 2 𝑤= 1 2 𝜀 𝑟 𝜀 0 𝐸 2 2 Fyzika I-2014, přednáška 10

a) Makroskopický popis 8. Stejnosměrné obvody 8.1 Elektrický proud elektrodynamika a) Makroskopický popis elektrický proud – uspořádaný pohyb elektrických nábojů, značíme i (t), I Def: 𝑖= 𝑑𝑄 𝑑𝑡 el. proud je číselně náboj prošlý průřezem vodiče za jednotku času jedn. proudu A (ampér) jedn. náboje C=A s konvenčně směr proudu ≡ směr pohybu kladných nábojů Fyzika I-2014, přednáška 10

proudová hustota 𝐽 (vekt. veličina) Def.: interpretace ve speciálním případě - velikost J je podíl proudu a plochy, kterou prochází, nebo náboj prošlý jednotkou plochy za jednotku času směr dán směrem pohybu kladného náboje jedn. proud. hustoty A m-2 𝑖= 𝑆 𝐽 ∙𝑑 𝑆 tok proudové hustoty průřezem vodiče je elektrický proud 𝐽= 𝑖 𝑆 𝑖= 𝑑𝑄 𝑑𝑡 Fyzika I-2014, přednáška 10

b) Mikroskopický popis proudu zjednodušený popis pro kov bez vnějšího pole, stř. hodn. rychl. = 0 driftová rychlost 𝑣 𝑑 Vztah drift. rychl a proud. hust.: vodič: 𝐹 =𝑄 𝐸 průřez S nositel nese náboj q číselná hust. nositelů náboje n rychlost nositele náboje 𝑣 𝑑 má směr rovn. s intenzitou 𝐸 je-li q > 0, 𝐽 =↑↑ 𝑣 𝑑 je-li q < 0, 𝐽 =↑↓ 𝑣 𝑑 𝐽 =𝑛𝑞 𝑣 𝑑 Fyzika I-2014, přednáška 10

8.2 Ohmův zákon vztah mezi proudem a jeho příčinou a) v diferenciálním tvaru (pro kovy) tabule pohyblivost nosiče náboje Ohmův zákon v dif. tvaru : proud.hust.~ intenzitě el. pole 𝜎=𝑛𝑞𝜇 … měrná vodivost 𝜌= 1 𝜎 … měrný odpor vztah pro daný bod prostoru b) Ohmův zák. v int. tvaru 𝑣 𝑑 = 𝑞 𝐸 𝑚 𝑒 𝜏=𝜇 𝐸 𝜇= 𝑞𝜏 𝑚 𝑒 𝐽 =𝑛𝑞 𝑣 𝑑 𝐽 =σ 𝐸 Ohmův zákon v int. tvaru tabule odpor [R] = (ohm) = V/A, [r] = m voltampérová charakteristika Ohm. z. v uvedeném tvaru jen pro I = konst, ne ve stříd. obv. 𝑈=𝑅𝐼 𝑅= 1 𝜎 ℓ 𝑆 =𝜚 ℓ 𝑆 Fyzika I-2014, přednáška 10

Závislost odporu na teplotě kovy 𝜌 0 - měrný odpor kovu při zvolené počáteční teplotě T0 (zpravidla se udává 𝑇 0 = 293 K) 𝜌 0 ~ 10-8  m 𝛼 ~ 10-3 K-1 supravodivost Řazení odporu a) sériové b) paralelní 𝜌= 𝜌 0 1+𝛼 𝑇− 𝑇 0 𝑅= 𝑖=1 𝑛 𝑅 𝑖 1 𝑅 = 𝑖=1 𝑛 1 𝑅 𝑖 Fyzika I-2014, přednáška 10

Sem zadejte rovnici.Sem zadejte rovnici. 8.3 Práce a výkon el. proudu Při průchodu elektrického proudu i (t) vodičem konají síly elektrického pole práci Práce → teplo, pro i = I = konst Q – teplo Dt – čas. interval Výkon el. proudu [P] = W (watt) = V A [W] = [Q] = J (joule) = Ws [W] = kWh = 3,6 . 106 J zahřívání tělesa hm. m průchodem proudu za čas Dt 𝑑𝑊=𝑢𝑖 𝑑𝑡 Sem zadejte rovnici.Sem zadejte rovnici. 𝑄=𝑅 𝐼 2 Δ𝑡 Jouleův zákon Q – Jouleovo teplo 𝑃= 𝑑𝑊 𝑑𝑡 =𝑈𝐼 𝑅 𝐼 2 Δ𝑡=𝑐𝑚 𝑇 2 − 𝑇 1 c – měrné teplo, 𝑇 2 a 𝑇 1 – kon. a poč. teplota Fyzika I-2014, přednáška 10

8.5 Řešení stejnosměrných obvodů 9. Magnetické pole Fyzika I-2014, přednáška 10