Transcript Elektrika - WordPress.com

1.0
Atóm
Všetky látky sa skladajú z atómov. Každý atóm sa skladá z jadra a obalu.
V jadre sú protóny a neutróny, v obale elektróny. Protóny aj elektróny majú určitý
elektrický náboj:
- protón je mikročastica s najmenším kladným elektrickým nábojom ( p+)
- elektrón je mikročastica s najmenším záporným elektrickým nábojom ( e-)
- neutróny sú elektricky neutrálne – nemajú elektrický náboj.
Názov
Náboj
Nachádza sa v:
Protón
Kladný
Jadre
Neutrón
Bez el. náboja
Jadre
Elektrón
Záporný
Obale
Protón
Neutrón
Elektrón
1.1
Elektromer
Elektromer je elektrický merací prístroj, ktorý meria množstvo odoberanej elektrickej
energie. Obyčajne je nainštalovaný distribútorom elektrickej energie u odberateľa a na jeho
základe prebieha stanovenie a vyúčtovanie spotrebovanej elektrickej energie. Niekedy sa
nesprávne označuje ako elektrické hodiny. Tento názov pochádza z doby, kedy boli
elektromery svojou konštrukciou podobné hodinám.
Elektromerom zisťujeme, či je teleso elektricky
nabité. Podľa výchylky ručičky elektromera
usudzujeme na veľkosť náboja na platni, tyčinke a
ručičke elektromera. Keď spojíme nabité teleso so
zemou, stane sa teleso elektricky neutrálne.
Hovoríme, že sme teleso uzemnili.
Obslužná jama
Otočná plošina
Kruhový žľab s fixačným zariadením
Vstupný priestor Výstupný priestor
Otázky a úlohy:
1.
Na paličke z izolantu je zavesený prúžok z alobalu. Dokresli do obrázku
náboj na alobale, po dotyku s elektricky nabitou tyčou.
2. Načo používame elektromer?
3. A) Opíš hlavné časti ručičkového elektromera?
B) Ktoré časti elektromera sú z kovu a ktoré sú z izolantu?
4. Prečo sa elektricky nabité teleso stáva po ,, uzemnení“ elektricky neutrálne?
5. Doplň
Fyzikálna veličina
Značka
veličiny
Jednotka
m
Coulomb
Značka
jednotky
1.2
Elementárny elektrický náboj
Elektrický náboj je fyzikálna veličina.
Elektrický náboj zelektrizovaného telesa označujeme Q, jednotkou tejto fyzikálnej veličiny
je coulomb, označenie C.
Najmenší elektrický náboj nazývame elementárny elektrický náboj, označujeme ho e.
Elementárny náboj protónu označujeme +e, elektrónu –e.
Elektrický náboj s veľkosťou jeden coulomb predstavuje 6.1018 násobok elektrického náboja
elementárnej častice.
1 C = 6.1018 e
Jednotka coulomb bola nazvaná podľa francúzskeho fyzika a chemika Charlesa Coulomba
ktorý prvý raz pokusne odmeral silu vzájomného pôsobenia dvoch zelektrizovaných telies.
Otázky a úlohy:
1. Ako nazývame najmenší elektrický náboj? Ako ho označujeme?
2. Aký náboj má elektrón a aký má protón?
3. V akých jednotkách meriame elektrický náboj?
4. Koľko elementárnych elektrických nábojov je
a) v obale atómu fluóru,
b) v jadre atómu fluóru?
5. Kladne nabitá izolovaná kovová guľa má elektrických náboj 1 µC.
a) O koľko je na guli viac protónov ako elektrónov ?
b) Ako sa zmení náboj gule, keď ju uzemníme?
1.3
Vodič a izolant v elektrickom poli
Elektrické pole spôsobuje v izolovanom kovovom telese
elektrostatickú indukciu. Elektrostatická indukcia je pohyb voľných
elektrónov v kovovom telese nachádzajúcom sa v elektrickom poli.
Elektrické pole spôsobuje v telese z izolantu polarizáciu.
Polarizácia je jav, kedy sa atómy v telese (na koncoch telesa)
zdeformujú vplyvom vonkajšieho elektrického poľa.
V oboch prípadoch sa na tej strane, ktorá je bližšie k elektricky nabitému
telesu prejaví nesúhlasný elektrický náboj.
elektrostatická indukcia.
polarizácia izolantu v elektrickom poli.
Otázky a úlohy:
1. Vysvetli rozdiel medzi pôsobením elektrického poľa na izolované kovové teleso a na
teleso z izolantu.
2. Môže elektricky nabité teleso priťahovať i nenabité teleso? Predveď pokusom.
Rozdeľ látky na elektrické vodiče a izolanty:
voda, alobal, hrebeň s umelej hmoty, plastová fľaša, meď, striebro, porcelán, ortuť, guma,
tuha, gramofónová platňa.
Vodič
Izolant
1.4
Siločiary elektrického pola
Siločiary elektrického poľa sú myslené čiary, pomocou ktorých
znázorňujeme silové pôsobenie (účinky) elektrického poľa.
Siločiary smerujú od kladne zelektrizovaného telesa k záporne
zelektrizovanému telesu.
Rovnorodé elektrické pole je pole, ktoré vznikne medzi dvomi
nesúhlasne zelektrizovanými plochými platňami.
Znázorňujeme ho pomocou rovnobežných, rovnako od seba
vzdialených siločiar.
Elektrické pole dvoch nesúhlasných nábojov
Elektrické pole dvoch súhlasných nábojov
Otázky a úlohy
1. Nakresli siločiary poľa kladne nabitého kruhového kotúča ( v rovine kotúča). Vyznač
podľa dohody smer siločiar.
2. Úlohu z otázky 1 urob pre záporné nabitý kruhový kotúč.
3. Uveď príklad rovnorodého elektrického poľa. Znázorni jeho siločiary.
4. Nakresli siločiary elektrického poľa, ktoré je medzi dvoma nesúhlasne
zelektrizovanými guľami.
5. Doplň :
A) Rovnorodé elektrické pole vzniká poľa............................................................................
........................................................................................................................................................
B) Siločiary rovnorodého elektrického poľa zobrazujeme ako ...........................................
............................................. , ktoré sú od seba ........................................................................ .
1. Zakrúžkuj telesá s elementárnym elektrickým nábojom:
A) nabitá guľa s nábojom Q =1 µC
B) elektrón
C) neutrón
D) nabité teleso s Q = 10⁻¹⁷ C
E) protón
F) nabité teleso s Q = +e
2. Premeň na jednotku coulomb:
A) Q = 18 . 10¹⁸ e =
B) Q = 9 . 10¹⁸ e =
C) Q = 6 . 10¹⁹ e =
3. Dokresli siločiary elektrického poľa dvoch nesúhlasne nabitých telies:
-
+
1.1
Smer elektrického prúdu v obvode
Smer elektrického prúdu bol dohodnutý takto:
Smer elektrického prúdu v obvode sa nazýva smer od kladného pólu zdroja napätia
k zápornému pólu zdroja napätia.
Napríklad: Vo vodnom roztoku kuchynskej soli (NaCl) sa pohybujú voľné záporné ióny
Cl‾ od záporného pólu zdroja napätia ku kladnému, ale voľné kladné ióny Na+ sa
pohybujú od kladného pólu zdroja napätia k zápornému pólu zdroja napätia.
V kovových vodičoch sa voľné elektróny pohybujú v opačnom smere ako je dohodnutý
smer prúdu.
Smer elektrického prúdu v obvode
Otázky a úlohy.
1. Opíš dohodnutý smer elektrického prúdu v obvode.
2. Uveď príklady účinkov elektrického prúdu:.........................................................................
......................................................................................................................................................
...............................................................................
1.2
Meranie elektrického prúdu. Ampérmeter
Elektrický prúd meriame ampérmetrom zapojením sériovo s časťou obvodu, v ktorej
chceme zmerať elektrický prúd. Keďže vnútorný odpor ampérmetra je veľmi malý,
nesmieme ho nikdy pripojiť bez spotrebiča priamo na zdroj. Pri meraní jednosmerného
prúdu musíme dbať, aby sme dodržali správnu polaritu prístroja vzhľadom na zdroj
napätia. Rozsah ampérmetra možno zväčšiť sústavou paralelne spojených bočníkov
priamo v prístroji.
Úloha: odmerajte napätie a prúd v elektrických obvodoch.
Postup :
•Zostavte elektrický obvod podľa schémy zapojenia číslo 1.
•Odmerajte elektrický prúd prechádzajúci rezistorom. Ten istý prúd merajte pri voľbe rozličných rozsahov
meracieho prístroja.
•Pri každom meraní vypočítajte zo známej triedy presnosti prístroja odchýlku a relatívnu odchýlku odmeraného
prúdu. Udajte výsledok merania vo forme intervalu. Výsledky merania vysvetlite.
•Zostavte elektrický obvod podľa schémy zapojenia číslo 2.
•Odmerajte napätie na rezistore v elektrickom obvode. To isté napätie merajte pri voľbe rozličných rozsahov
meracieho prístroja.
•Pri každom meraní vypočítajte zo známej triedy presnosti prístroja odchýlku a relatívnu odchýlku odmeraného
napätia. Udajte výsledok merania vo forme intervalu. Výsledky merania vysvetlite.
•Zostavte elektrický obvod podľa schémy zapojenia číslo 3.
•Odmerajte napätie na rezistore s odporom R1, na rezistore s odporom R2 a potom na oboch rezistoroch
súčasne. Merajte na najmenšom možnom rozsahu meracieho prístroja.
•Udajte výsledok merania vo forme intervalu s relatívnou odchýlkou. Vyslovte záver.
•Zostavte elektrický obvod podľa schémy zapojenia číslo 4.
•Odmerajte elektrický prúd v každej vetve elektrického obvodu (zapájajte postupne ampérmeter do vyznačených
miest obvodu). Merajte na najmenšom možnom rozsahu meracieho prístroja.
•Udajte výsledok merania vo forme intervalu s relatívnou odchýlkou. Vyslovte záver.
Záver
1.2
Elektrické napätie
Elektrické napätie medzi pólmi zdroja je určené prácou, ktorú vykoná zdroj pri
prenose častíc s celkovým nábojom 1 coulomb z jedného pólu zdroja na druhý.
Keď sily elektrického poľa vykonajú pri premiestňovaní častíc s celkovým nábojom
Q z bodu A do bodu B prácu W, je medzi bodmi A, B elektrického obvodu napätie
W
U = -----Q
Jednotkou napätia je volt. Značka V.
Elektrické napätie je dané prácou, ktorú vykoná zdroj napätia pri prenose voľných častíc
s elektrickým nábojom od jedného póla zdroja ku druhému
Alessandro Volta,
plným menom Gróf Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (* 18. február 1745, Como – † 5. marec 1827, Comnago pri Come) bol
taliansky fyzik známy svojimi objavmi v odbore elektriny. Vynašiel napríklad treciu elektriku, elektrický článok alebo kondenzátor.
Narodil sa ako siedme a posledné dieťa v šľachtickej rodine. Do siedmich rokov nerozprával, jeho okolie preto malo obavy, že je
slabomyseľný. Napriek tomu zvládol vyštudovať jezuitskú školu a svoje oneskorenie dohnať. Potom ale miesto dráhy duchovného
prestúpil na kráľovský seminár. V tej dobe sa začal zaujímať o výskum elektriny. Roku 1769 publikoval knihu O príťažlivej sile
elektrického ohňa a javoch s tým súvisiacich, v nej zverejnil hypotézu o súvislosti elektriny a magnetizmu. Prišiel na ňu ale už o šesť rokov
skôr, v 18-tich rokoch. V ďalších rokoch zostavil a zdokonalil mnoho prístrojov pre svoje pokusy. Medzitým sa stihol stať riaditeľom lýcea
a profesorom fyziky na gymnáziu v Come.
V rokoch 1775 - 1780 skúmal zloženie vzduchu a na základe pokusov sformuloval hypotézu o jeho zložení z dvoch rôznych plynov. V roku
1779 nastúpil na univerzitu v Pavii. Vrátil sa tam opäť k pokusom s elektrinou. Vynašiel kondenzátor a elektrometer, uvažoval o
princípoch vzniku búrok.
V roku 1791 sa dozvedel o pokusoch Luige Galvaniho so žabími stehienkami. Odhalil, že nejde o živočíšnu elektrinu, ale o reakciu kovov. V
roku 1799 zostrojil prvý elektrochemický článok - Voltov stĺp. Zostavil takisto poradie kovov podľa ich elektrochemických potenciálov.
V roku 1794 sa oženil a mal troch synov.
O svojich výskumoch prednášal 20. marec 1800 pred Kráľovskou spoločnosťou v Londýne a 28.október 1801 v parížskom Inštitúte. Tam
zaujal Napoleona Bonaparta, ktorý ho podporoval, vymenoval grófom a roku 1809 talianským senátorom.
Ani potom, čo bol Napoleon porazený, neupadol Volta do nemilosti, a až do roku 1819 bol riaditeľom fakulty matematiky a fyziky
univerzity v Pávii.
Od roku 1823 bol po srdečnej mŕtvici prakticky hluchý a slepý.
Je po ňom pomenovaná jednotka elektrického napätia Volt.
Otázky a úlohy:
1. Čím je určené elektrické napätie zdroja?
2 Zapíš vzťah pre elektrické napätie U medzi svorkami žiarovky, ak pri premiestnení
častíc s celkovým náboj Q od jednej svorky k druhej vykoná elektrické pole v obvode
prácu W .
3. Ako spolu súvisia jednotky volt, coulomb a joule?
1.3
Meranie elektrického napätia. Voltmeter.
Pri meraní elektrického napätia medzi svorkami zdroja pripojíme voltmeter
k svorkám zdroja. Pritom dbáme, aby svorky meradla mali súhlasné označenie +, - ako
póly zdroja elektrického napätia.
Pred meraním elektrického napätia medzi svorkami elektrického spotrebiča
zapojeného do obvodu zistíme, ktorá svorka je pripojená na kladný pól zdroja a ktorá na
záporný pól zdroja.
Otázky a úlohy
1.
Čím meriame elektrické napätie?
2. Opíš, ako pomocou voltmetra určíš elektrické napätie medzi pólmi elektrického článku.
3. Čo zistíš pri ručičkovom voltmetri, kým ním začneš merať?
4. Ako zapojíme voltmeter do obvodu?
Zakrúžkuj správnu odpoveď: zdroj elektrického napätia jednoznačne opisuje veličina:
a/ elektrické napätie
b/ elektrický prúd
c/ elektrický monočlánok
Doplň výrazy – väčší, menší, rovnaký:
A) Merací rozsah voltmetra musí vyť ....................................ako merané napätie.
B) Správne zapojený voltmeter ukazuje ....................................... Elektrické napätie, ako
je medzi svorkami spotrebiča, na ktorom voltmeter meria napätie.
1.4
Ohmov zákon. Elektrický odpor.
Pri zvýšení elektrického napätia v obvode sa zvýši aj elektrický prúd v obvode-elektrický
prúd je priamo úmerný elektrickému napätiu v obvode.
R- elektrický odpor vodiča
U=R.I
Meranie napätia a prúdu na časti elektrického obvodu
Obvod striedavého prúdu s rezistorom
Otázky a úlohy:
1 Koľko veličín sa vyskytuje v Ohmovom zákone?
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
2. Ktoré sú to?
a) odpor, el.prúd, el.náboj
b) el. prúd, el. napätie, odpor
c) el. prúd, dĺžka vodiča, odpor
d) el.prúd, el. napätie, dĺžka vodiča
3. Ako označujeme el.odpor?
a) R
b) U
c) I
d) Q
4. Ako označujeme el.náboj?
a) R
b) U
c) I
d) Q
5. Ako označujeme el.napätie?
a) Q
b) I
c) U
d) R
6. Aký je vzorec pre Ohmov zákon?
a) I = U . R
b) R = U . I
c) U = I . R
d) I = U . Q
7. R = 20 Ω, I = 0,1 A, U = ? V
a) 2
b) 20
c) 0,2
d) 200
8.
a)
b)
c)
d)
U = 9 V, I = 0,3 A, R = ? Ω
30
300
3
2,7
9. R = 20 Ω, U = 24 V, I = ? A
a) 12
b) 1,2
c) 480
d) 48
1.5
Výsledný odpor rezistorov spojených v elektrickom obvode
za sebou
Výsledný odpor rezistorov spojených v elektrickom obvode za sebou.
Napätie U medzi vonkajšími svorkami dvoch rezistorov spojených za sebou sa rovná
súčtu napätí U1,U2 medzi svorkami jednotlivých rezistorov:
U=U1+U2
Výsledný odpor R dvoch rezistorov spojených za sebou sa rovná súčtu odporov R1,R2
oboch rezistorov:
R=R1+R2
Pomer napätí medzi svorkami dvoch rezistorov spojených za sebou sa rovná pomeru
ich odporov:
U1:U2=R1:R2
1.6
Reostat. Delič napätia
Reostat je rezistor, ktorého odpor sa dá meniť. Na valci z izolantu je navinutý odporový
drôt, ktorého konce sú spojené so svorkami A, B. Okrem týchto svoriek ma reostat ešte
tretiu svorku C, spojenú s vodivým kontaktom (jazdcom), ktorý sa posúva po drôte alebo
vodivej vrstve rezistora. Posúvaním jazdca reostatu sa mení odpor medzi krajnou svorkou
reostatu a jazdcom.
Použitie reostatu na zmenu prúdu v obvode.
V schéme znázorňujú body A, B svorky rezistora bod C posuvný jazdec. Posúvaním jazdca
doprava sa zväčšuje elektrický odpor drôtu zaradeného do obvodu a zmenšuje sa elektrický
prúd prechádzajúci obvodom. Posúvaním jazdca doľava sa odpor drôtu zaradeného do
obvodu zmenšuje. Elektrický prúd prechádzajúci obvodom sa zväčšuje. Obvodom
prechádza najväčší prúd, keď je jazdec tesne pri svorke A.
Použitie reostatu ako deliča napätia
Keď chceme meniť napätie, napríklad medzi svorkami žiarovky, zapojíme reostat tak aby
bod C bol bližšie k bodu B. Závity reostatu môžeme považovať za vodiče spojené za sebou.
Keď sa posunie jazdec C doprava, zväčšuje sa počet závitov rezistora pripojených k
voltmetru, a tým aj napätie medzi bodmi A a C.
Najväčšie napätie medzi bodmi A a C je vtedy, keď je jazdec tesne pri svorke B. Pri posunutí
jazdca doľava nastáva opačný jav. Napätie medzi bodmi A a C sa zmenšuje. V každej polohe
jazdca C sa oddelí z cekového napätia medzi bodmi A a B určitá časť. Preto sa toto použitie
reostatu nazýva delič napätia alebo potenciometer