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

U 0

R L A

U 0

V + – Elektrický proud v kovech II 3

Zatěžovací charakteristika zdroje  Zatěžujeme sepnutím spínače proměnlivou zátěží

R L

– obvodem protéká proud

I

voltmetrem měříme svorkové napětí

U

R L A

I

U

V + – Elektrický proud v kovech II 4

Zatěžovací charakteristika zdroje 

I

Rovnoměrně měníme odpor

R L

, přitom měříme proud a svorkové napětí

U

: U [V] 14,0 U 0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,31 0,0 0 0,5 1 1,5 R L [ W ] I [A] U [V] ∞ 0 20,1 13,0 11,0 6,1 8,1 3,1 5,9 1,1 0,55 1,33 1,91 2,71 3,42 3,0 0,1 0,31 2 2,5 3 3,42 3,5 I k = zkratový proud 4 I [A] Elektrický proud v kovech II 5

Zatěžovací charakteristika zdroje   

Zatěžovací charakteristika zdroje má lineární průběh.

S rostoucím proudem se svorkové napětí zmenšuje a rozdíl

U 0 – U

je přímoúměrný proudu.

Zdroj napětí se chová, jako by byl sériově složen z ideálního zdroje s konstantním napětím U

0

= U

e

a z rezistoru o odporu

R i

.

Elektrický proud v kovech II 6

Zatěžovací charakteristika zdroje  Schematicky znázorníme reálný zdroj jako ideální zdroj zapojený v sérii s rezistorem o odporu

R i

.

R L

I

A

U

V + R i – Vnitřní odpor zdroje U 0 - U U 0 = U e Náhradní zdroj napětí Ideální zdroj Elektrický proud v kovech II 7

Ohmův zákon pro uzavřený obvod  Úbytek napětí na vnitřním odporu je:

U 0 – U = R i I U = U 0 – R i I

 Z Ohmova zákona pro část obvodu

U = R I

 Odvoď do pracovního listu vztah pro elektromotorické napětí

U e

.

 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 + R i

.

I



R U



e R i

 Na jsme základě OZUO urči vnitřní odpor zdroje, který použili při předchozím pokusu.

 Jaký proud poteče obvodem při spojení nakrátko ?

Elektrický proud v kovech II 9

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 dodrženy jmenovité hodnoty proudu a napětí žárovky za předpokladu zanedbatelného vnitřního odporu baterie?

nastavíme odpor reostatu, aby byly R = ?

I j =

0,30 A

R



U e



I j U j U e

-

U j U j

= 6,3 V

U e

= 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

I 1 I j U e

R 1 R 2

I 2 U j

Elektrický proud v kovech II 15

Příklady sériově a paralelně spojených obvodů Na úseky jakých odporů R 1 abychom a R 2 musíme rozdělit potenciometr, dosáhli na žárovce jmenovitých hodnot proudu a napětí? Celkový odpor potenciometru je 100 Ω.

I 1 I j U e

= 12,0 V

I j =

0,30 A

U j

= 6,3 V

U e

R 1

U j

R 2

I 2

Pomůcka: do pracovního listu si překresli zjednodušený obvod a aplikuj OZUO.

Elektrický proud v kovech II 16

Kirchhoffovy zákony 1. Kirchhoffův zákon 

Algebraický součet proudů v uzlu je nulový.

k n

 1

I k

0 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.

k n

  1

R k I k



j m

  1

U ej

Elektrický proud v kovech II 18

Kirchhoffovy zákony Urči proudy procházející jednotlivými rezistory a) bez použití KZ , b) s použitím KZ.

R U e U e R 1 R 2

Elektrický proud v kovech II R = 6 Ω R R U e 1 2 = 4 Ω = 3 Ω = 12 V 19

Kirchhoffovy zákony Zvolíme kladnou orientaci proudu obvodů.

I U e R 1 R I 1 A U e I 2 B R 2 I 1 + I 2 - I = 0

Elektrický proud v kovech II 20

Kirchhoffovy zákony  Dle 2. KZ sestavíme rovnice pro jednotlivé smyčky.

I

R = 6 Ω R R U 1 2 e = 4 Ω = 3 Ω = 12 V

R

Elektrický proud v kovech II

U e R 1 I 1 U e A I 2 I 1 = R 2 -4 3 A B I 2 = 20 9 A I 1 + I 2 - I = 0 R 1 I 1 - R 2 I 2 = -U e -RI - R 1 I 1 = 0 I 1 + I 2 - I = 0 4 I 1 - 3 I 2 = -12 -6 I - 4 I 1 = 0 I = 8 9 A

21

Kirchhoffovy zákony Určete napětí na jednotlivých rezistorech a mezi uzly. Jaký by musel být odpor rezistoru

R,

procházel proud 1A? aby jím

U e R 1

R = 6 Ω R 1 = 4 Ω R 2 = 3 Ω U e = 12 V

R U e A B R 2

Elektrický proud v kovech II 22

Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu  Přenesením elektrického náboje svorkami zdroje o

Q

v obvodu mezi svorkovém napětí

U

vykonají elektrické síly uvnitř vodiče práci

W = Q·U

+

F e

+ – 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

+ +

F e

– 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

·

I

2 ·

U

2

t =

·

R t

 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 práci

W

, je jeho výkon

t P = W t

W = U

·

I

·

t = R

·

I

2 · 2

t =

·

R t

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

·

I

2

= U

2

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 1

kWh

 3 , 6  10 6

J

 3 , 6

MJ

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 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:

modified on

13. 8. 2005

[cit. 2012-03-26] Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Electroscope.jpg

Creative Commons ,

last

[3] -

Wikipedia: the free encyclopedia [online].

Autor: JMerz, licence: Creative Commons ,

modified on

3. 11. 2007

[cit. 2012-03-26] Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:EfieldTwoOppositePointCharges.png

last

[4] -

Wikipedia: the free encyclopedia [online].

Autor: Swe, licence:

modified on

8. 2. 2005

[cit. 2012-03-26] Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:OswEb.png

Creative Commons ,

last

Elektrický proud v kovech II