16. Elektrický prúd v kovoch
16. Elektrický prúd v kovoch
- elektrický prúd ako fyzikálny jav – usporiadaný pohyb voľných častíc s elektrickým nábojom (voľných elektrónov)
- podmienky vzniku elektrického prúdu sú – prítomnosť voľných elektrónov
- trvale udržiavané elektrické pole
- smer elektrického prúdu bol stanovený dohodou ako smer pohybu kladných častíc ( od plus k mínus)
- jednosmerný elektrický prúd bol je taký, ktorého smer sa nemení
- striedavý elektrický prúd je taký, ktorého smer sa pravidelne mení
- pri prechode elektrického prúdu kovom sa tento zohrieva
- elektrický prúd ako fyzikálna veličina – elektrický prúd udáva náboj, ktorý prejde prierezom vodiča za jednotku času
I = ΔQ / Δt [I] = A
- konštantný prúd – prúd, ktorého hodnota sa s časom nemení (za rovnaké časové intervaly prejde prierezom vodiča vždy rovnaký náboj)
- prúd meriame ampérmetrom a sériovo
- zdroj elektrického napätia – zariadenie medzi pólmi, ktorého je trvale udržiavané elektrické napätie pôsobením neelektrostatických síl
- póly vyvedené na povrch zdroja a upravené na pripojenie vodiča sa volajú svorky zdroja
v obvode sa voľné elektróny pohybujú vplyvom elektrostatických síl zo zápornej na kladnú svorku zdroja- aby sa náboje na póloch zdroja neminuli vo vnútri zdroja musia pôsobiť neelektrostatické sily v dôsledku, ktorého sa náboj na póloch obnoví (prevládajú nad elektrostatickými)
- druhy neelektrostatických síl :
1) elektrochemický zdroj – chemická reakcia elektród a elektrolytu (akumulátor,galvanické články)
2) elektrodynamický zdroj – pohybom vodiča v magnetickom poli (dynamo, alternátor)
3) mechanický zdroj – trenie pásu a jeho pohyb
4) fotoelektrický zdroj – pôsobením svetla s elektrónmi v kovoch (fotočlánok)
5) termoelektrický zdroj – teplotný rozdiel medzi ohrievaným spojom a voľnými koncami
- jednou zo základných charakteristík každého zdroja je elektromotorické napätie zdroja – charakterizuje prácu vykonanú neelektrostatickými silami vo vnútri zdroja pri prenesení jednotkového náboja
U e = W z / Q
- napätie, ktoré nameriame v obvode sa nazýva svorkové napätie – charakterizuje prácu, ktorú vykonávajú elektrostatické sily v obvode pri prenesení jednotkového náboja
- svorkovéje vždy menšie ako elektromotorické, lebo elektrostatické sily vykonajú menšiu prácu ako neelektrostatické
- elektromotorické a svorkové sa rovnajú len v prípade, že zdroj nie je zaťažený
- Ohmov zákon pre časť obvodu – platí pre ktorúkoľvek časť obvodu okrem zdroja
- elektrický prúd v kovovom vodiči je priamo úmerný elektrickému napätiu medzi koncami vodiča
U / I = R => konšt. I = G . U [G] = S => Siemens
- G – vodivosťou
- Ohmov zákon pre uzavretý obvod – uzavretý obvod má dve časti a to :
1) vonkajšiu časť, ktorá je charakterizovaná odporom R (vodiče, spotrebiče, merače)
2) vnútorná časť, ktorá je charakterizovaná vnútorným odporom R i
- elektrický zdroj dodáva do uzavretého obvodu energiu
E z = E + E i
- elektromotorické napätie zdroja sa rovná súčtu napätí na vonkajšej a vnútornej časti obvodu
I = U e / ( R + R i )
- prúd v uzavretom obvode sa rovná podielu elektromotorického napätia zdroja a celkového odporu vonkajšej a vnútornej časti obvodu
- prúd v obvode závisí odvlastnosti zdroja (U e a R i ) a od vlastnosti obvodu ( R )
U = U e – R i . I
- elektrický odpor – charakteristika vodiča, nezávisí od prúdu prechádzajúceho vodičom a od napätia na koncoch vodiča
- závisí od : geometrických rozmerov vodiča, merného elektrického odporu vodiča a od teploty vodiča
R = ƍ . l / S R = R 0 . (1 + α . Δ t ) [R] = Ω => Ohm
- jednotkou merného elektrického odporu je Ohmmeter
- merná elektrická vodivosť – prevrátená hodnota merného elektrického odporu
γ = 1 / ƍ [γ] = S / m
- súčiastky, ktoré majú stály elektrický odpor sa volajú rezistory
- súčiastky s meniteľným odporom sú reostaty
- pri výbere vhodného rezistora používame voltampérovu charakteristiku vodiča
čím strmší je graf, tým má vodič väčšiu vodivosť a menší odpor
- rezistory môžeme spájať – 1) sériovo
2) paralelne
Kirchhoffove zákony – rozvetvené elektrické obvody sú tvorené viacerými zdrojmi, rezistormi a spotrebičmi => elektrické siete- sú zovšeobecnením Ohmových zákonov pre rozvetvené elektrické obvody
- vetva – časť elektrického obvodu medzi dvomi uzlami
- uzol – miesto v elektrickom obvode kde sa stretnú aspoň tri vodiče
- algebraický súčet prúdov v uzle sa rovná nule, prúdy ktoré do uzla vstupujú sú kladné a tie čo vystupujú sú záporné, vyjadrujú zákon zachovania náboja ( náboj sa nemôže nikde v obvode hromadiť)
- v jednoduchej časti elektrickej siete sa súčet elektromotorických napätí zdrojovrovná súčtu úbytkov napätí na rezistoroch
- majú praktické využitie – zväčšenie rozsahu ampérmetra alebo voltmetra
- rozsah ampérmetra zväčšíme tak, že k nemu paralelne pripojíme bočník s odporom
R b = R A / n – 1
- rozsah voltmetra zväčšíme tak, že k nemu sériovo pripojíme predradný rezistor s odporom
R p = (n – 1) . R V
- práca a výkon v obvode s konštantným prúdom – pri prenose častíc s nábojom vo vonkajšej časti obvodu sa koná práca
W = U . I . t
- výkon tejto vonkajšej časti je potom – P = R . I 2
- pri premiestnení častíc s nábojom vo vnútri zdroja sa koná práca – W z = U e . I . t
- vnútorná časť obvodu má potom výkon – P z = U e2 / R + R i
- účinnosť zdroja – veličina charakterizujúca akú časť práce zdroja spotrebič využije
η = R / R + R i - v percentách