Gymnázium, Havířov -Město, Komenského 2, p.o

transcript

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

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“

F15 - ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH II

SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

Mgr. Alexandra Bouchalová

ELEKTRICKÝ PROUD V KOVECH II

Zatěžovací charakteristika zdrojeOhmův zákon pro uzavřený obvodPříklady sériově a paralelně spojených

obvodůKirchhoffovy zákonyElektrická práce a výkon v obvodu

stejnosměrného proudu

Elektrický proud v kovech II 2

Zatěžovací charakteristika zdroje

RL– +

Nezatížený zdroj – obvodem neprotéká žádný proud - voltmetrem měříme napětí naprázdno U0

RL– +

Zatěžujeme sepnutím spínače proměnlivou zátěží RL – obvodem protéká proud I - voltmetrem měříme svorkové napětí U

RL [W] ∞ 20,1 6,1 3,1 1,1 0,1I [A] 0 0,55 1,33 1,91 2,71 3,42U [V] 13,0 11,0 8,1 5,9 3,0 0,31

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.0

= zkratový proud

Rovnoměrně měníme odpor RL, přitom měříme proud I a svorkové napětí U:

Zatěžovací charakteristika zdroje má lineární průběh.

S rostoucím proudem se svorkové napětí zmenšuje a rozdíl U0 – U je přímoúměrný proudu.

Zdroj napětí se chová, jako by byl sériově složen z ideálního zdroje s konstantním napětím U0 = Ue

a z rezistoru o odporu Ri.

RL– +

Schematicky znázorníme reálný zdroj jako ideální zdroj zapojený v sérii s rezistorem o odporu Ri.

U0 = Ue U0 - U

Vnitřní odpor zdroje Ideální zdroj

Náhradní zdroj napětí

Ohmův zákon pro uzavřený obvod

U0 – U = Ri I

Úbytek napětí na vnitřním odporu je:

U = U0 – Ri I U = R I

Z Ohmova zákona pro část obvodu

Odvoď do pracovního listu vztah pro elektromotorické napětí Ue .

Z odvozeného vztahu vyjádři proud I.

Ohmův zákon pro uzavřený obvod

Proud v uzavřeném obvodu je roven podílu elektromotorického napětí zdroje a celkového odporu R + Ri.

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

Jaký proud poteče obvodem při spojení nakrátko ?

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.

Příklady sériově a paralelně spojených obvodů

Regulace proudu a napětí reostatem

Reostat spojujeme se spotřebičem sériově.R

Regulace proudu a napětí reostatem

…jiný způsob značení reostatu…

Na jakou hodnotu nastavíme odpor reostatu, aby byly dodrženy jmenovité hodnoty proudu a napětí žárovky za předpokladu zanedbatelného vnitřního odporu baterie?

Ue = 12,0 V

Ij = 0,30 A

Uj = 6,3 V

Ue - Uj

Regulace proudu a napětí potenciometrem

Při zapojení potenciometru kombinujeme sériové a paralelní spojení rezistorů.

Regulace proudu a napětí potenciometrem

Na úseky jakých odporů R1 a R2 musíme rozdělit potenciometr, abychom dosáhli na žárovce jmenovitých hodnot proudu a napětí? Celkový odpor potenciometru je 100 Ω.

Ij = 0,30 A

Ue = 12,0 V

Uj = 6,3 V

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

Kirchhoffovy zákony

Algebraický součet proudů v uzlu je nulový.

1. Kirchhoffův zákon

2. Kirchhoffův zákon

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

jejkk UIR

Urči proudy procházející jednotlivými rezistorya) bez použití KZ - , b) s použitím KZ.

R = 6 ΩR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩUe = 12 V

Zvolíme kladnou orientaci proudu

Zvolíme uzel a sestavíme pro něj rovnici dle 1. KZ

I1 + I2 - I = 0

Zvolíme směry obíhání jednotlivých uzavřených obvodů.

I1 + I2 - I = 0

Dle 2. KZ sestavíme rovnice pro jednotlivé smyčky.

R1I1 - R2I2 = -Ue

-RI - R1I1 = 0

R = 6 ΩR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩUe = 12 V

I1 + I2 - I = 0

4 I1 - 3 I2 = -12

-6 I - 4 I1 = 0

I1 =-4

3A I2 =

9A I =

Určete napětí na jednotlivých rezistorech a mezi uzly.

R = 6 ΩR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩUe = 12 V

Jaký by musel být odpor rezistoru R, aby jím procházel proud 1A?

Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu

Přenesením elektrického náboje Q v obvodu mezi svorkami zdroje o svorkovém napětí U vykonají elektrické síly uvnitř vodiče práci W = Q·U

Prochází-li obvodem konstantní proud po dobu t , pak celkový přenesený náboj určíme jako Q = I · t

Práce vykonaná elektrickými silami v elektrickém obvodu stejnosměrného proudu za jistou dobu t :

W = U·I·t = R·I2·t = · tU2

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.

Vykoná-li konstantní elektrický proud za dobu t práci W , je jeho výkon

W = U·I·t = R·I2·t = · tU2

Výkon stejnosměrného elektrického proudu v obvodu s rezistorem o odporu R

P = U · I = R · I2 =U2

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.

MJJkWh 6310631 6 ,,

Vztah lze použít pro přenos elektrické energie obecně…

…tyto pouze v případě přenosu energie rezistorem.

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.

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: Creative Commons, last modified on 13. 8. 2005 [cit. 2012-03-26]Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Electroscope.jpg

[3] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: JMerz, licence: Creative Commons, last modified on 3. 11. 2007 [cit. 2012-03-26] Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:EfieldTwoOppositePointCharges.png

[4] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Swe, licence: Creative Commons, last modified on 8. 2. 2005 [cit. 2012-03-26]Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:OswEb.png

Elektrický proud v kovech II

Gymnázium, Havířov -Město, Komenského 2, p.o

Documents