- popíšte prvky elektrických obvodov
- definujte základné veličiny jednosmerného elektrického obvodu
- definujte Ohmov zákon
- definujte I a II. Kirchhoffov zákon
- definujte pojem elektrický odpor a vodivosť
- vysvetlite závislosť elektrického odporu od teploty
- výkon a práca elektrického prúdu
- popíšte tepelné účinky elektrického prúdu
Prvky elektrických obvodov
Podľa počtu svoriek rozoznávame dvojpóly, trojpóly, štvorpóly – všeobecne N-póly. Z energetického hľadiska rozdeľujeme prvky na aktívne a pasívne.
Aktívnymi prvkami sú zdroje; sú schopné trvale dodávať elektrickú energiu, ktorá sa z nich získava premenou energie iného druhu.
Pasívne prvky menia elektrickú energiu dodávanú aktívnymi prvkami z vonkajšieho prostredia na energiu iného druhu, čo sú spotrebiče, alebo sa v nich elektrická energia akumuluje a opäť môže dodávať do vonkajšieho obvodu, čo sú zásobníky elektrickej energie alebo akumulačné prvky.
Časti elektrického obvodu
- zdroje elektrickej energie - napríklad batérie, elektrická sieť, alternátor
- vodiče - napríklad elektrické káble, kovová konštrukcia, plošný spoj, elektrolyt
- spotrebiče - napríklad žiarovka, motor, prístroj
Základné veličiny
Napätie [U] vzniká medzi telesami v rôznom elektrickom stave, napríklad medzi kladne a záporne nabitým telesom. Jednotkou napätia je Volt [V]
Prúd [I] je pohyb nabitých častíc. Jednotkou je Ampér [A]
Odpor [R] je schopnosť materiálu zabraňovať prechodu elektricky nabitých častíc. Jednotkou je Ohm [Ω]
Ohmov zákon - Závislosť prúdu od napätia na rezistore je lieárna. Môžeme ju vyjadriť vzťahom, ktorý sa nazýva Ohmov zákon:
I = U / R
Príklad: Žiarovka má odpor 2 300 Ω a je pripojená na napätie 230 V. Aký prúd ňou tečie?
I = U / R = 230 V / 2 300 Ω = 0,1 A
Odpor kovového vodiča
môžeme vypočítať:
R = ρ . l / S kde l - je dĺžka vodiča [m], S - je prierez vodiča [m2] a ρ - je merný odpor materiálu [Ω.m], pre meď ρ = 0,017 8 Ω.m, hliník: ρ = 0,028 5 Ω.m.
Príklad: Vypočítajte odpor medeného vodiča, ktorý má dĺžku 10 m a prierez 1 mm2.
R = ρ . l / S = 0,0178 Ω.m . 10 m / 0,000 001 m2 =
Tepelné účinky prúdu: Výkon P zariadenia je energia odoberaná za jednotku času. Jednotkou je Watt, W = Joule za sekundu, J/s. U elektrických zariadení je výkon P = U . I ... [W, V, A]
Elektrická práca W je energia odobraná zariadením zo zdroja energie. Jednotka je kilowatthodina, kWh.
W = P . t
Príklad 1: Akú prácu vykonal 2 kW ohrievač za 10 hodín?
W = P . t = 2 kW . 10 hod = 20 kWh
Kirchoffove zákony umožňujú počítať prúdy a napätia v obvode.
Uzol je miesto vodiveho spojenia viacerých vodičov.
Vetva je časť obvodu medzi dvoma uzlami. Slučka je uzatvorená časť obvodu bez ďalších vetiev.
1. Kirchoffov zákon:
Súčet prúdov ktoré vstupujú do uzla sa rovná súčtu prúdov, ktoré vystupujú z uzla.
Algebraický súčet prúdov v ktoromkoľvek uzle elektrického obvodu sa rovná nule.
2. Kirchoffov zákon:
V slučke sa súčet napätí zdrojov rovná súčtu úbytku napätí na rezistoroch.
Súčet svorkových napätí prvkov elektrického obvodu v ľubovoľnej slučke sa rovná nule.
Vodivosť je fyzikálna veličina, ktorá vyjadruje schopnosť vodiča viesť elektrický prúd. Je opakom odporu. Čím väčšia je vodivosť, tým väčší elektrický prúd prechádza vodičom pri rovnakom napätí. Dobrý vodič má vysokú hodnotu vodivosti, zlý vodič má nízku hodnotu vodivosti.
Symbol veličiny: [G]
Základná jednotka: siemens, značka jednotky: [S]
Elektrická vodivosť je definovaná vzťahom G = I / U
Najčastejšie používanými kovmi na výrobu elektrických vodičov sú meď, hliník, striebro, zlato, platina. Kovy sa obvykle používajú v zliatinách, ktoré vylepšujú ich mechanické vlastnosti.
Závislosť elektrického odporu od teploty
Vodivosť a odpor vodiča, je závislý na jeho teplote. So stúpajúcou teplotou klesá vodivosť a rastie odpor. Fyzikálne tento jav vysvetľujeme tepelným pohybom tých častíc vo vodiči, ktoré sa nezúčastňujú vedenia elektrického prúdu, ale bránia voľným nabitým časticiam v ich pohybe.
Zmenu odporu ΔR na teplote popisuje vzťah:
ΔR=R0 . α . Δt
R0 je počiatočný odpor vodiča
α je teplotný súčiniteľ odporu
Δt je rozdiel teplôt.
Extrémne – pri ochladení vodiča na teplotu blízku absolútnej nule dochádza k javu supravodivosti – vodič nekladie elektrickému prúdu žiaden odpor – vzniká supravodič.
Keďže každý vodič (okrem supravodičov) kladie elektrickému prúdu odpor, spotrebováva elektrickú energiu. Takto spotrebovaná elektrická energia sa mení na teplo, ktoré nazývame Joulovo teplo. Množstvo tepla Q sa vypočíta vzťahom Q = R . I^2 . t
R je odpor vodiča
t je čas, počas ktorého preteká elektrický prúd I vodičom
Elektrický výkon a práca
Keď prechádza cez rezistor elektrický prúd, rezistor sa ohrieva a tým sa vykonáva elektrická práca. Prenesením elektrického náboja v elektrickom poly sa vykonáva elektrická práca.
W= F*s= Q*E*s W=U*Q
Ak vyjadríme elektrický náboj súčinom I*t potom je W=U*I*t
Elektrická práca - je daná súčinom elektrického prúdu I, ktorý preteká spotrebičom, ak je na jeho svorkách napätie U a čas t, počas ktorého tečie prúd spotrebičom. Jednotka je 1J(Joul).
1J - je to práca, ktorú vykoná elektrický prúd 1A, ak prejde vodičom ,na ktorom je napätie 1V za čas 1s.
Elektrický výkon - definujeme ho ako prácu vykonanú za časovú jednotku.
P=W/t=U*I
Elektrický výkon je daný súčinom napätia a prúdu. Výkon elektrického prúdu môžeme vypočítať aj z iných údajov a to tak, že do rovnice pre výkon dosadíme vzťahy z ohmovho zákona.
P=I2 *R P=U2/R
Podobne môžeme vypočítať aj elektrickú prácu ak za výkon dosadíme uvedené vzťahy.
W=R*I2*t W=(U2/R)*t
Realizácia jednotky prúdu
Elektrický prúd má rôzne účinky, podľa toho, na aký druh energie sa mení elektrická energia. Môžu to byť účinky svetelné, tepelné, elektromagnetické, chemické. Jednotka prúdu sa môže realizovať hociktorým z týchto účinkov, napr. podľa množstva vyvinutého svetla v určitej žiarovke predpísanej konštrukcie. Podľa množstva tepla vo vodiči predpísaných rozmerov a materiálu a času, za ktorý prúd vodičom prechádza a pod.
Žiadne komentáre:
Zverejnenie komentára