2. Elektřina a magnetismus Fyzika 2. ročník učebních oborů

Elektřina a magnetismus INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Elektřina a magnetismus Fyzika učební obory druhý Mgr. Libor Vakrčka Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Prohlášení Prohlašuji, že jsem tento výukový materiál vypracoval(a) samostatně, a to na základě poznatků získaných praktickými zkušenostmi z pozice učitele ve Střední odborné škole Josefa Sousedíka Vsetín, a za použití níže uvedených informačních zdrojů a literatury. Tento výukový materiál byl připravován se záměrem zkvalitnit a zefektivnit výuku minimálně v  vyučovacích hodinách. Ve Vsetíně dne podpis autora Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah 2. kapitola: Elektřina a magnetismus 2.1. Elektrický náboj 2.1.1. Elektricky neutrální atom 2.1.2. Kladný a záporný ion 2.1.3. Elektrování těles 2.1.4. Vzájemné silové působení mezi elektricky nabitými tělesy 2.1.5. Elektrické pole 2.2. Elektrické napětí 2.2.1. Elektrický článek 2.2.2. Baterie elektrických článků Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah - 2. kapitola: Elektřina a magnetismus 2.3. Elektrický proud 2.3.1. Elektrický proud v pevných látkách 2.3.2. Elektrický proud v kapalinách 2.3.3. Elektrický proud v plynech 2.4. Elektrický odpor 2.5. Sériové zapojení 2.6. Paralelní zapojení 2.7. Magnetismus 2.7.1. Magnety 2.7.2. Magnetické póly Země Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah - 2. kapitola: Elektřina a magnetismus 2.8. Elektromagnetismus 2.8.1. Elektromagnet 2.8.2. Elektromagnetická indukce 2.9. Střídavé napětí 2.9.1. Alternátor 2.9.2. Transformátor 2.9.3. Transformace napětí 2.10. Shrnutí a procvičení učiva Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

2.1. Elektrický náboj Tělesa (částice) s nulovým elektrickým nábojem se nazývají elektricky neutrálními tělesy. Tělesa (částice) s elektrickým nábojem (říkáme o nich, že nesou elektrický náboj), se označují jako nabitá tělesa. značka: Q jednotka: C (coulomb)

2.1. Elektrický náboj Stavba atomu Protony – kladný elektrický náboj video Protony – kladný elektrický náboj Neutrony – bez el. náboje (elektricky neutrální) + + - - Elektrony – záporný elektrický náboj

2.1.1. Elektricky neutrální atom video Elektricky neutrální atom má stejný počet kladně nabitých částic (protonů) jako záporně nabitých částic (elektronů) - + + -

2.1.2. Kladný a záporný ion Záporný ion má méně kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) Kladný ion má více kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) - - - + + + + - + -

2.1.3. Elektrování těles Při elektrování těles dochází k přechodu elektronů mezi tělesy video Kladně nabité těleso má více kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů) Záporně nabité těleso má méně kladně nabitých částic (protonů) než záporně nabitých částic (elektronů)

2.1.4. Vzájemné silové působení mezi elektricky nabitými tělesy Souhlasně zelektrovaná tělesa se odpuzují video Nesouhlasně zelektrovaná tělesa se přitahují - - + + - +

2.1.5. Elektrické pole - + + - - + Kolem každého zelektrovaného tělesa je elektrické pole, které se projevuje elektrickou silou přitažlivá , odpudivá nebo video - + + - - +

Zdroje elektrického napětí 2. Elektrické napětí vzniká mezi nesouhlasně nabitými tělesy značka: U jednotka: V (volt) měří se voltmetrem (paralelně) Zdroje elektrického napětí elektrické (galvanické) články baterie elektrických článků zásuvka U = 220V V V

2.2.1.Elektrický (galvanický) článek využívá se chemická energie uvolněná při chemické reakci kovových elektrod (dvě kovové destičky z různých materiálů) s vodivou kapalinou (elektrolyt). video schematická značka velikost napětí v el. článku = 1,5V

2.2.2. Baterie elektrických článků sériově spojené el. (galvanické články) celkové napětí U = 1,5 . počet článků (V) schematická značka video

2.3. Elektrický proud je uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem značka: I jednotka: A (ampér) el. proud prochází jen uzavřeným obvodem video měří se ampérmetrem (sériově) AA A

3.1. Elektrický proud v kovech je usměrněný pohyb volných elektronů video - vodiče el. proudu mají volné elektrony - nevodiče (izolanty) nevedou el. proud, protože nemají volné elektrony

2.3.2. Elektrický proud v kapalinách Pevná krystalická sůl NaCl je nevodič, destilovaná voda H2O je nevodič video – při rozpouštění dochází k uvolňování iontů (elektrolytická disociace) video – el. proud v kapalinách je usměrněný pohyb volných iontů Roztok NaCl a H2O je vodič

2.3.3. Elektrický proud v plynech je usměrněný pohyb volných elektronů a iontů za normálních okolností je vzduch nevodič plyn je možné ionizovat = rozštěpit na elektron a kladný ion (» vodič)

2.4. Elektrický odpor značka: R jednotka: Ω (ohm) Ohmův zákon Napětí mezi konci vodiče je přímo úměrné proudu procházejícímu vodičem R = U : I U = I . R I = U : R U I . R video

2.5. Sériové zapojení za sebou Napětí U Proud I Odpor R U = napětí na zdroji U1 U2 napětí na spotřebičích (žárovkách) U3 R1 R2 odpor na spotřebičích R3 I = konstantní (ve všech částech obvodu stejný) U U1 U2 U3 R1 R2 R3 Napětí U Proud I Odpor R U = U1 + U2 + U3 konstantní R = R1 + R2 + R3

2.6. Paralelní zapojení vedle sebe Napětí U Proud I Odpor R konstantní Nerozvětvená část (zdroj) I = proud R = odpor v nerozvětvené části Rozvětvené části (nemají zdroj) I1 I2 R1 R2 U = konstantní (stejné na zdroji i spotřebičích) I R proud v rozvětvené části R1 I1 odpor v rozvětvené části R2 I2 Napětí U Proud I Odpor R konstantní I = I1 + I2 1/R = 1/R1 + 1/R2

2.7. Magnetismus je fyzikální jev projevující se působením síly na tělesa Zmagnetováním některých feromagnetických látek (většina druhů ocele, železo, kobalt, nikl a jejich slitiny) lze vytvořit permanentní magnet, který poté přitahuje ostatní (nezmagnetizované) předměty z feromagnetických látek

2.7.1. Magnety video Kolem každého magnetu je magnetické pole projevující se magnetickou silou N S N S N N S S

7.2. Magnetické póly Země video severní zeměpisný pól jižní magnetický pól severní magnetický pól jižní zeměpisný pól

2.8. Elektromagnetismus soubor jevů, ve kterém se projevuje vzájemná souvislost elektřiny a magnetismu (sloučení magnetismu a elektrické síly) Kolem každého vodiče, kterým prochází elektrický proud vzniká magnetické pole video Cívka – elektrotechnická součástka, která, když jí prochází proud, se chová jako magnet

2.8.1 Elektromagnet je cívka s jádrem z oceli, používaná k vytváření dočasného magnetického pole magnetické pole elektromagnetu je tím silnější, čím větší el. proud prochází cívkou a dále také čím více má cívka závitů použití – el. zvonek, jističe, stykače, sběrny kovového šrotu, transformátor … video

2.8.2. Elektromagnetická indukce video Při změně magnetického pole v okolí cívky vzniká (indukuje se) v cívce el. napětí a v uzavřeném obvodu prochází indukovaný proud Michael Faraday

2.8.2. Elektromagnetická indukce video Velikost indukovaného napětí (proudu) závisí na rychlosti změny magnetického pole Směr proudu závisí na směru změny mag. pole a na orientaci pólů magnetů vůči cívce

2.9. Střídavé napětí video Při otáčení cívky v magnetickém poli se na cívce indukuje elektrické napětí U úhel otočení cívky 0° 90° 180° 270° 360°

2.9. Střídavé napětí Střídavé napětí je periodický děj »grafem časového průběhu je sinusoida » frekvence f/Hz – počet otočení cívky za 1s » perioda T/s – čas, za který proběhne jedno otočení cívky 1 f . T

2.9.1 Alternátor zařízení ,které přeměňuje mechanickou energii v elektrickou a vyrábí střídavý proud má dvě části Stator – nepohyblivá část, vytvářející magnetické pole Rotor – pohyblivá soustava cívek otáčející se v dutině statoru

2.9.2. Transformátor video N1 N2 U1 U2 zařízení, které mění velikost elektrického napětí (princip je založen na elektromagnetické indukci) video primární obvod (zdroj) sekundární obvod (spotřebič) U1 = napětí na zdroji U2 = napětí na spotřebiči N1 = počet závitů na primární cívce N2= počet závitů na sekundární cívce N1 N2 U1 U2

2.9.3. Transformace napětí poměr napětí na sekundární a primární cívce je roven počtu závitů sekundární a primární cívky U1 . N2 = U2 . N1 nebo poměr proudů v primárním a sekundárním obvodu transformátoru je opačný než napětí nebo U1 . I1 = U2 . I2

Použití: vedení vysokého napětí, adaptéry, nabíječky… 9.3. Transformace napětí video U1 . N2 = U2 . N1 U1=220V N1=1100 N2=380 U2=? (V) 220 . 380 = U2 . 1100 83 600 = U2 . 1100 83 600 : 1100 = U2 76V = U2 Použití: vedení vysokého napětí, adaptéry, nabíječky…

2.10. Shrnutí a procvičení učiva

Seznam použitých zdrojů a literatury INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Seznam použitých zdrojů a literatury František Jáchim, Jiří Tesař, Fyzika pro 8. ročník ZŠ, SPN Praha 2000, str. 44-140, ISBN 80-7235-125-7 Ivan Štoll, Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU, 1.vydání, Prometheus Praha, str. 25-35, ISBN 80-7196-223-6 LANGMaster, Jak věci fungují 2, Fyzika, CD B, www.langmaster.cz Wikipedia - Encyklopedie na internetu Encyklopedie fyziky MEF, www. jreichl.com Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky