Elektrický proud v kovech

Elektrický odpor kovového vodiče. Ohmův zákon pro část obvodu

  • závislost proudu na napětí – voltampérová charakteristi­ka vodiče
  • pokud je teplota vodiče stálá, proud procházející obvodem je přímo úměrný napětí mezi konci vodiče … – Ohmův zákon, R – elektrický odpor (rezistence), jednotkou je ohm –
  • obrácený poměr určuje elektrickou vodivost (konduktivitu) G: , jednotkou je siemens – S
  • elektrický odpor je přímo úměrný jeho délce, nepřímo úměrný průřezu a závisí na materiálu , kde se nazývá měrný elektrický odpor (rezistivita)

Závislost odporu kovového vodiče na teplotě

  • s rostoucí teplotou odpor vodiče roste s ní
  • , kde je teplotní součinitel elektrického odporu
  • také měrný elektrická odpor závisí na teplotě –

Model vedení elektrického proudu v kovovém vodiči

  • valenční elektrony atomů kovů, jsou vázány jen malými silami k jádrům, volně se pohybují a tvoří elektronový plyn, jejich pohyb můžeme přirovnat tepelnému pohybu molekul tekutin
  • pohybují se neuspořádaně, když připojíme zdroj napětí ve vodiči vznikne elektrické pole a elektrony začínají konat uspořádaný unášivý pohyb proti směru intenzity
  • nepravidelnosti krystalové mřížky brzdí upořádaný pohyb a tvoří tak odpor vodiče
  • je náboj , který projde průřezem za dobu a je hustota vodivostních elektronů, proud je
  • supravodivost – vlastnost kovového vodiče, kdy jeho odpor za velmi nízké teploty klesne pod měřitelnou hodnotu (olovo 7,2 K)

Spojování rezistorů

  1. sériové spojení
  • rezistory prochází stejný proud, celkové napětí je rovno součtu napětí na rezistorech
  • celkový odpor je dán součtem jednotlivých odporů
  • ;
  1. paralelní spojení
  • na všech rezistorech stejné napětí U, celkový proud je roven součtu proudů na jednotlivých rezistorech
  • celkový odpor je dán ;

Zatěžovací charakteristika zdroje – Ohmův zákon pro uzavřený obvod

  • závislost napětí a proudu při zmenšování odporu je zatěžovací charakteristi­ka zdroje
  • s rostoucím proudem se svorkové napětí zmenšuje a rozdíl mezi svorkovým a napětím v obvodu se zvětšuje
  • baterie se chová jako by byla složená s ideálního zdroje a rezistoru , který nazýváme vnitřní odpor zdroje

Ohmův zákon pro uzavřený obvod

  • odběr velkých proudů ze zdrojů s malým vnitřním odporem může zdroje poškodit, proto se do obvodu zařazují pojistky a jističe, které při překročení proudu obvod přeruší

Příklady sériově a paralelně spojených obvodů

A. Regulace proudu a napětí reostatem

  • můžeme regulovat procházející proud změnou odporu reostatu
  • nejmenší proud bude procházet při největším odporu

B. Regulace proudu a napětí potenciometrem

  • umožňuje regulovat napětí od nulové hodnoty
  • obvod je kombinací paralelního a sériového spojení rezistorů
  • potenciometr – dělič odporu – napětí

C. Konstrukce voltmetru a ampérmetru

  • voltmetr zapojujeme paralelně se spotřebičem,aby jím procházel nejmenší proud
  • ampérmetr zapojujeme do série se spotřebičem, aby na něm bylo co nejmenší napětí
  • základem obou přístrojů je magnetoelektrický galvanometr, který využívá silového působení magnetického pole na vodič s proudem
  • voltmetr – sériové spojení galvanometru a předřazeného rezistoru – oběma prochází stejný proud, rozsah voltmetru zvyšujeme zvýšením předřazeného odporu , kde je odpor galvanometru, čím větší je odpor rezistoru než odpor galvanometru tím je větší rozsah voltmetru
  • ampérmetr – paralelní spojení galvanometru a rezistoru zvaného bočník, na obou je stejné napětí, rozsah ampérmetru zvyšuje snížením odporu bočníku , kde je odpor galvanometru
  • čím menší je odpor bočníku vůči odporu galvanometru, tím je rozsah větší

Kirhoffovy zákony

  • elektrické sítě – složitější elektrické obvody
  • uzel – místo, kde se stýkají nejméně tři vodiče
  • větev – vodivé spojení sousedních uzlů

1. Kirhoffův zákon (pro uzel elektrické sítě)

  • zákon zachování náboje, částice nemohou v uzlu vznikat ani zanikat

Algebraický součet proudů v uzlu je nulový.

2. Kirhoffův zákon (pro jednoduchou smyčku elektrické sítě)

Součet úbytků napětí na rezistorech je v uzavřené smyčce stejný jako součet elektromotorických napětí zdrojů.

  • celkový součet potenciálů je nulový
  • při aplikaci zákonu postupujeme – označíme uzly, směr proudů, určíme uzavřené smyčky a pak dosazujeme do rovnic Kirhoffových zákonů

Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosměrného proudu

Mějte přehled o vysokých školách:


Nevíte, co studovat? Za 5 minut to zjistíte!    Spustit test

  • při přenesení náboje Q elektrické síly vykonají práci

Joulovo teplo – teplo, které elektrický proud předá vodiči na dobu t:

  • výkon elektrického proudu ve spotřebiči: , jednotkou watt – W
  • účinnost elektrického obvodu je podíl práce vykonané uvnitř obvodu na přenesení náboje a práce, kterou vykonají neelektrostatické síly uvnitř obvodu (vnitřní energie)
  • účinnost je tím větší, čím je větší odpor spotřebiče v porovnání s vnitřním odporem zdroje.

Za správnost a původ studijních materiálů neručíme.