69
8. ročník Jméno a příjmení: Třída: Školní rok: FYZIKA
8. ročník
Jméno a příjmení:
Třída:
Školní rok:
FYZIKA
1
Organizační záležitosti ............................................................................................................................. 2
Řád učebny fyziky .................................................................................................................................... 2
Opakování 7. ročníku ............................................................................................................................... 3
Práce ........................................................................................................................................................ 4
Výkon ....................................................................................................................................................... 6
Energie ..................................................................................................................................................... 9
Jednoduché stroje ................................................................................................................................. 12
Páka ....................................................................................................................................................... 12
Kladka .................................................................................................................................................... 17
Nakloněná rovina .................................................................................................................................. 19
Šroub ..................................................................................................................................................... 20
Klín ......................................................................................................................................................... 20
Vnitřní energie tělesa ............................................................................................................................ 21
Teplo ...................................................................................................................................................... 23
Joulův pokus .......................................................................................................................................... 26
Kalorimetrická rovnice .......................................................................................................................... 27
Šíření tepla ............................................................................................................................................. 28
Vedení tepla .......................................................................................................................................... 28
Proudění tepla a tepelné záření ............................................................................................................ 29
Tepelné motory ..................................................................................................................................... 31
Skupenské přeměny .............................................................................................................................. 33
Tání a tuhnutí ........................................................................................................................................ 34
Vypařování, kapalnění, var .................................................................................................................... 36
Sublimace a desublimace ...................................................................................................................... 37
Vlastnosti pružných těles ...................................................................................................................... 37
Kmitavé pohyby ..................................................................................................................................... 38
Vlnění ..................................................................................................................................................... 40
Zvuk a zdroje zvuku ............................................................................................................................... 42
Šíření zvuku ........................................................................................................................................... 43
Ultrazvuk a infrazvuk ............................................................................................................................. 45
Vnímání zvuku, hlasitost ........................................................................................................................ 45
Záznam a reprodukce zvuku .................................................................................................................. 47
Elektrický náboj ..................................................................................................................................... 48
Elektrický proud a jeho příčiny .............................................................................................................. 49
Měření el. proudu a napětí ................................................................................................................... 50
Ohmův zákon ......................................................................................................................................... 54
2
Rezistory a elektrický odpor .................................................................................................................. 56
Závislost odporu na teplotě ................................................................................................................... 57
Zapojování rezistorů .............................................................................................................................. 58
Reostat a potenciometr ......................................................................................................................... 63
Zapojování zdrojů el. proudu ................................................................................................................ 64
Výkon elektrického proudu ................................................................................................................... 65
Elektrická energie .................................................................................................................................. 67
Organizační záležitosti
Kontakty
[email protected] (fyzika, informatika + hesla všeho druhu:-))
Zápisy do sešitu
1. Zadám do prohlížeče www.zsvm.cz 2. V levém menu vyhledám odkaz Výukové materiály učitelů 3. V spodní části stránky najdu Fyzika 8 - zápisy z hodin
Na menších monitorech je menu sbaleno do tzv. sandwichového menu. Proto je třeba pro zobrazení obsahu kliknout "ty tři čárky".
Řád učebny fyziky
1. Každou mimořádnou událost (poškození pomůcky, úraz apod.) nahlásím svému učiteli. 2. Jsem je povinen se při práci v učebně a při přípravě na vyučování řídit pokyny vyučujícího. 3. Je mi zakázáno
a. manipulovat se zatemněním b. dotýkat se pomůcek připravených na vyučování c. odnášet z učebny bez povolení vyučujícího jakékoliv učební pomůcky
4. S pomůckami pracuji dle pokynu učitele. 5. Po ukončení hodiny uklidím své pracovní místo, služba smaže tabuli, zavře okna a zhasne světla.
3
Opakování 7. ročníku
4
Práce Práce je konána, působí-li na těleso síla a těleso je přemísťováno (urazí dráhu). Práci můžeme konat i při deformaci tělesa. Závisí na: síle –čím větší síla, tím větší práce dráze – čím větší dráha, tím větší práce značka: W jednotka: J (Joule) 1 J - práce, kterou vykoná síla 1 N působením na dráze 1 m. výpočet: W=F∙s F - síla (N) s - dráha (m) (pokud zvedáme něco do výšky, je možno s nahradit h)
Převody jednotek
Práce může mít také jednotky Ws (wattsekunda), Wh (watthodina), kWh (kilowatthodina),
MWh (megawatthodina).
Převody jednotek 1 J = 1 Ws
3 600 J = 1 Wh
3 600 000 J = 1 kWh
3 600 000 000 J = 1 MWh
Vzorce – základní tvar
Další vzorce, které se využívají 𝑊 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ 𝑠
m =𝑊
𝑔 ∙ 𝑠
s =𝑊
𝑚 ∙ 𝑔
5
Slovní úlohy - práce
a) Jak velkou práci vykoná síla o velikosti 15 N po dráze 40 m?
s = 40 m
F = 15 N
W = ? J
----------- 𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒔 = 𝟏𝟓 ∙ 𝟒𝟎 = 𝟔𝟎𝟎 𝑱
Síla vykoná práci 600 J.
b) Břemeno o hmotnosti 15 kg zvedáme svisle vzhůru do výšky 5 m. Jakou práci při tom vykonáme?
s = 5 m
m = 15 kg
W = ? J
-----------
𝑾 = 𝒎 ∙ 𝒈 ∙ 𝒔 = 𝟏𝟓 ∙ 𝟏𝟎 ∙ 𝟓 = 𝟕𝟓𝟎 𝑱
Jeřáb vykoná práci 750 J.
c) Motor výtahu vykonal práci 75 000 J. Těleso zvedal do výše 15 m. Urči sílu potřebnou pro zvednutí
tělesa.
W = 75 000 J s = 15 m F = ? N ------------
𝑭 =𝑾
𝒔=
𝟕𝟓 𝟎𝟎𝟎
𝟏𝟓= 𝟓 𝟎𝟎𝟎 𝑵
Těleso bylo zvedáno silou 5 000 N.
d) Jakou hmotnost má těleso, k jehož zvednutí do výše 8 m bylo třeba vykonat práci 1,2 kJ?
W = 1,2 kJ = 1 200 J s = 8 m m = ? kg ------------
𝒎 = 𝑾
𝒈 ∙ 𝒔=
𝟏 𝟐𝟎𝟎
𝟏𝟎 ∙ 𝟖=
𝟏 𝟐𝟎𝟎
𝟖𝟎= 𝟏𝟓 𝒌𝒈
Těleso mělo hmotnost 15 kg.
Úkoly k procvičení
http://procvicuj.zsvm.cz/uploads/1372881556-prace1.jpeg http://procvicuj.zsvm.cz/uploads/1372881621-prace2.jpeg http://procvicuj.zsvm.cz/uploads/1372881731-prace3.jpeg http://procvicuj.zsvm.cz/uploads/1372882587-prace4.jpeg
6
Poznámky a výpočty:
Výkon Výkon je fyzikální veličina popisující velikost práce vykonané v určitém čase.
Značíme písmenem: P
Základní jednotka: 1 Watt (1 W), starší jednotkou je koňská síla (hp). Používá se dosud u popisu výkonu
automobilů. Přechází se ale na kilowatty. 1 hp = 735 W
Odvozené jednotky: 1 kW (1 kW = 1 000 W); 1 MW (1 MW = 1000 kW).
Převody jednotek
Vzorce – základní tvar
P - výkon [W]
W - práce [J]
t - čas [s]
7
Další vzorce, které se využívají
P - výkon [W]
F - síla [N]
v - rychlost [𝑚
𝑠]
Vzorce, které vzniknou náhradou veličiny jiným vzorcem Další vzorec pro výpočet výkonu - výpočet ze síly a dráhy (vyžito nahrazení práce).
𝐏 =𝑭 ∙ 𝒔
𝒕
P - výkon [W]
F - síla [N]
s - dráha [m]
t - čas [s]
Další vzorec pro výpočet výkonu - výpočet z hmotnosti při zvedání vzhůru.
𝐏 =𝒎 ∙ 𝒈 ∙ 𝒔
𝒕
P - výkon [W]
m - hmotnost [kg]
g - tíhové zrychlení [𝑚
𝑠2]
s - dráha [m]
t - čas [s]
Slovní úlohy – výkon (vybrané úlohy) a) Jaký výkon má stroj, který práci 80 J vykoná za 10 s?
W = 80 J
t = 10 s
P = ? W
-----------
𝑷 =𝑾
𝒕=
𝟖𝟎
𝟏𝟎= 𝟖 𝑾
Výkon stroje je 8 W.
b) Jaký je výkon motoru, který táhl těleso silou 5 000 N po dráze 30 m, pokud tuto činnost stihl za 20 s?
F = 5 000 N
8
s = 30 m
t = 20 s
P = ? W
-----------
𝐏 =𝑭 ∙ 𝒔
𝒕=
𝟓 𝟎𝟎𝟎 ∙ 𝟑𝟎
𝟐𝟎= 𝟕 𝟓𝟎𝟎 𝑾
Výkon stroje je 7 500 W.
c) Jaký musí mít motor výtahu výkon, aby mohl zvedat kabinu výtahu s max. zatížením 700 kg (hmotnost
je vč. hmotnosti kabiny a lan), pokud má kabinu zvednout do výšky 30 m za max. 25 s.
m = 700 N
g = 10 𝑚
𝑠2
s = 30 m
t = 25 s
P = ? W
-----------
𝐏 =𝒎 ∙ 𝐠 ∙ 𝒔
𝒕=
𝟕𝟎𝟎 ∙ 𝟏𝟎 ∙ 𝟑𝟎
𝟐𝟓= 𝟖 𝟒𝟎𝟎 𝑾
Výkon motoru musí být minimálně 8 400 W.
d) Jaký je okamžitý výkon motorky, pokud její motor při rychlosti 120 km/h působí silou 500 N?
v = 120 𝑘𝑚
ℎ = 33,3
𝑚
𝑠
F = 500 N
P = ? W
-----------
𝐏 = 𝐅 ∙ 𝒗 = 𝟓𝟎𝟎 ∙ 𝟑𝟑, 𝟑 = 𝟏𝟔 𝟔𝟔𝟔, 𝟕 𝐖
Okamžitý výkon motoru je 16 666,7 W.
e) Jak velkou práci vykoná stroj o výkonu 8 kW za 3 hodiny?
P = 8 kW = 8 000 W
t = 3 h = 10 800 s
W = ? J
-----------
𝑾 = 𝑷 ∙ 𝒕 = 𝟖 𝟎𝟎𝟎 ∙ 𝟏𝟎 𝟖𝟎𝟎 = 𝟖𝟔 𝟒𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎 𝐉
Stroj vykoná práci 86,4 MJ.
Úkoly k procvičení
1. Turista vystupuje ze Štrbského plesa (1 350 m nad mořem) na Gerlachovský štít (2663 m nad mořem).
Hmotnost turisty je 68 kg, batoh který nese má hmotnost 12 kg. Jaký byl jeho výkon, pokud výstup
trval 5 hodin (18 000 s)?
2. Který výkon je větší: benzínového motoru o výkonu 3 680 W nebo elektromotoru o výkonu 4 kW?
3. Výtah dopraví náklad o hmotnosti 250 kg do výšky 3 m za 10 sekund rovnoměrným pohybem.
Hmotnost klece výtahu je 100 kg. Jaký je průměrný výkon výtahu? Třecí síly zanedbáme.
9
Energie Energie je fyzikální veličina, která vyjadřuje schopnost tělesa konat práci.
Označení: E
Jednotky energie jsou stejné jako jednotky práce – joule, kilowatthodina.
Formy energie
1. mechanické formy energie
a. polohová
b. pohybová
2. vnitřní formy energie
a. tepelná
b. jaderná
c. chemická
3. elektromagnetické formy energie
a. elektrická
b. magnetická
Tyto energie se mezi sebou mohou během procesu přeměňovat. Platí ale zákon zachování energie.
Zákon zachování energie
Např. při spalování paliva se mění energie chemická v palivu na energii tepelnou. V žárovce se mění elektrická
forma energie na tepelnou a světelnou.
Poznámky:
Energii není možné vytvořit ani zničit.
Může se jen měnit z jedné formy na jinou.
10
Polohová a pohybová energie
Polohová energie (někdy se označuje potencionální energie) - energie tělesa, které je v určité výšce.
Označení: Ep
Jednotka: joule
Ep = m ∙ g ∙h
[Ep] - joule
[m] - hmotnost v kg
[g] – tíhové zrychlení
[h] - výška v metrech
Zvláštním druhem polohové energie je polohová energie deformovaných pružných těles (stlačená pružina).
Pohybová energie (někdy se označuje kinetická energie) energie tělesa, které se pohybuje nějakou rychlostí.
Označení: Ek
𝐄𝐤 =𝟏
𝟐∙ 𝐦 ∙ 𝐯𝟐 =
𝟏
𝟐∙ 𝐦 ∙ 𝐯 ∙ 𝐯
m - hmotnost [kg]
v - rychlost [km
h]
Při výpočtech se často setkáváš s potřebou vypočítat pohybovou energii při dopadu, pokud znáš výšku a hmotnost tělesa. Pro tyto příklady je možné využít polohovou energii. Musíme ale napsat podmínku, že neuvažujeme odpor prostředí.
Radek zvedl z podlahy knížku o hmotnosti 250 g na lavici vysokou 110 cm. O kolik se zvýšila polohová energie
knížky?
m = 250 g = 0,25 kg
h = 110 cm = 1,1 m
g = 10 𝑚
𝑠2
Ep = ? (J)
----------------------------------------------------
Ep = m ∙ h ∙ g = 0,25 ∙ 1,1 ∙ 10 = 2,75 J
Polohová energie knížky se zvýšila o 2,75 J.
Procvičuj
1. Střela o hmotnosti 20 g je vystřelena kolmo vzhůru do výšky 300 m. O kolik se zvětší její polohová
energie v nejvyšším bodě dráhy?
2. Jakou polohovou energii má letadlo o hmotnosti 560 tun ve výšce tři a čtvrt km nad zemí?
3. Nakresli kyvadlo a urči místo, kde je nejvyšší polohová energie.
4. Nakresli kyvadlo a urči místo, kde je nejvyšší pohybová energie.
5. Které těleso má větší polohovou energii?
a) Čtvrttunová traverza ve výšce 20 m nad zemí, nebo
b) 12,5 kilogramová taška s nákupem ve výšce 20 m nad zemí?
11
Přeměny energie a účinnost
Zákon zachování energie
Energii není možné vytvořit ani zničit. Může se jen měnit z jedné formy na jinou. Nyní jej ověříme výpočty:
Příklad: Ověř součet polohové a pohybové energie pro případ padající kuličky o hmotnosti 100 g. Měřením bylo provedeno ve třech výškách h0 = 5 m, h1 = 3,75 m, h2 = 0 m. Při měřeních byly naměřeny tyto rychlosti v0 = 0 m/s, v1 = 5 m/s, v2 = 10 m/s. Na závěr vyplň tuto tabulku:
Ep Ek Ecelková
h0
h1
h2
Výpočty:
12
Perpetuum mobile
- ustavičný pohyb. Bývá tak označován stroj, který pracuje i bez dodání vnější energie. Účinnost
Je fyzikální veličina, která popisuje podíl vložené práce (příkon) ku získané užitečné práci (výkon), popř. podíl vložené energie ku získané energii. Používá se u popisu strojů. Značíme: řeckým písmenem éta (η).
Pojmy
Příkon – vložená práce za 1 s ... značíme P0 Výkon – vykonaná práce za 1 s (užitečná práce za 1 s) … značíme P Ztráty – rozdíl mezi příkonem a výkonem (neužitečná práce za 1 s ) …. P0 – P (příkon – výkon)
Příkon je vždy větší než výkon, proto platí, že účinnost je vždy menší než jedna: η < 1. Účinnost se často vyjadřuje v procentech: pokud je účinnost η = 0,6, pak je rovna 60 %. Pro snadnou orientaci se využívají energetické štítky spotřebičů.
Jednoduché stroje Jsou zařízení, které usnadňují práci tím, že zmenšují potřebnou sílu k vykonání práce.
Mezi jednoduché stroje patří:
páka
kladka
kolo na hřídeli
nakloněná rovina, klín
šroub
Páka Páka je tyč, která je v jednom místě podepřena.
Páka má osu otáčení, ramena síly.
Na ramena síly působí síla.
13
Druhy páky:
Páka rovnoramenná – ramena síly jsou stejně dlouhá (laboratorní váhy).
Páka nerovnoramenná – ramena síly jsou různě dlouhá.
Páka dvojzvratná – síly působí na opačných stranách od osy otáčení (kleště, nůžky).
Páka jednozvratná – síly působí na stejné straně od osy otáčení (louskáček, kolečko).
Podmínka rovnováhy na páce
Páka je v rovnováze, když platí:
Součin ramene síly a1 a síly F1 se rovná součinu síly ramene síly a2 a síly F2 .
Vztah lze zapsat pomocí proměnných: 𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏 = 𝒂𝟐 ∙ 𝑭𝟐
Pokud máme páku jednozvratnou, platí stejný vztah pro rovnováhu, ale síly musí být opačného směru.
Základní úlohy
Příklad 1: Na obrázku je páka. Je páka v rovnováze? Pokud ne, jakým směrem se otočí?
14
Řešení: Levá: 1∙2 = 2 Pravá: 6∙2 = 12 Páka není v rovnováze a otočí se na pravé straně směrem dolů. Příklad 2:
Na obrázku je páka. Je páka v rovnováze? Pokud ne, jakým směrem se otočí?
Řešení: Levá: 1∙4 = 4 Pravá: 4∙1 = 4 Páka je v rovnováze.
Příklad 3: Na obrázku je páka. Je páka v rovnováze? Pokud ne, jakým směrem se otočí?
Řešení: Páka není v rovnováze a otočí se na pravé straně směrem dolů, protože obě síly působí stejným směrem. Příklad 4: Na obrázku je páka. Je páka v rovnováze? Pokud ne, jakým směrem se otočí?
Řešení: Pro sílu působící vzhůru: 4∙2 = 8 Pro sílu působící dolů: 3∙1 = 3
15
Páka není v rovnováze a otočí se na pravé straně směrem nahoru, neboť na delší rameno působí větší síla.
Další slovní úlohy :
Vzorce Základní vzorec podmínky rovnováhy na páce: 𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏 =𝒂𝟐 ∙ 𝑭𝟐
𝒂𝟐 =𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏
𝑭𝟐
𝑭𝟐 =𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏
𝒂𝟐
𝒂𝟏 =𝒂𝟐 ∙ 𝑭𝟐
𝑭𝟏
𝑭𝟏 =𝒂𝟐 ∙ 𝑭𝟐
𝒂𝟏
Příklad 5: Na stavebním kolečku je ve vzdálenosti 40 cm od osy otáčení náklad o hmotnosti 45 kg. Držadla jsou ve vzdálenosti 120 cm od osy otáčení. Jakou silou musíme zvednout kolečko? Hmotnost vlastního kolečka zanedbejte. a1 = 40 cm = 0,4 m a2 = 120 cm = 1,2 m m = 45 kg ... F1 = 450 N F2 = ? [N] -----------------------------
𝑭𝟐 =𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏
𝒂𝟐
=𝟎, 𝟒 ∙ 𝟒𝟓𝟎
𝟏, 𝟐= 𝟏𝟓𝟎 𝑵
Kolečko musíme zvednout silou 150 N.
Příklad 6: Jana a Lenka si vyrobily ze 4 metrů dlouhého
vzorec pro výpočet tíhové síly je F = m∙g
16
prkna houpačku tak, že prkno podepřely uprostřed. Jana s hmotností 36 kg si sedla na jeden konec. Kam si musí sednout Lenka o hmotností 45 kg, aby houpačka byla v rovnováze? a1 = 2 m m1 = 36 kg ... F1 = 360 N m2 = 45kg ... F2 = 450 N a2 = ? [m] -----------
𝒂𝟐 =𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏
𝑭𝟐
=𝟐 ∙ 𝟑𝟔𝟎
𝟒𝟓𝟎= 𝟏, 𝟔 𝒎
Lenka si musí sednout do vzdálenosti 1,6 m.
Procvičuj úlohy zde:
http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
17
Kladka Kladka je jednoduchý stroj, je to kolo s drážkou, kterou vede provaz.
Kladky dělíme na :
a. pevné b. volné c. kladkostroje
Pevná kladka umožňuje měnit směr (já táhnu dolů, ale kbelík se pohybuje nahoru). Použití: pro zvedání předmětů do výšky na stavbách, jeřáb. Volná kladka neumožňuje měnit směr. Snižuje ale potřebnou sílu o polovinu Použití: obvykle v kladkostrojích
Sdružením volných a pevných kladek vzniká kladkostroj. Ten umožní snížit sílu vícekrát.
Práce na jednoduchých strojích
Pevná kladka
Víme, že když použijeme pevnou kladku, neušetříme žádnou sílu. Jediná výhoda je, že můžeme působit silou směrem dolů. Jak je to s prací? Podle obrázku můžeme spočítat vykonanou práci. S = 1 m F = 100 N W = ? [J] -------------------------
𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒔 = 𝟏𝟎𝟎 ∙ 𝟏 = 𝟏𝟎𝟎 𝑱 Vykonáme práci 100 J.
18
Jednoduchý kladkostroj
Víme, že jednoduchý kladkostroj nám ušetří polovinu síly. Jak je to s prací? Víme, že na zvednutí 10 kg tělesa potřebuje sílu 50N. Podívejme se ale na dráhu: Abychom zvedli těleso do výšky jednoho metru, musíme popotáhnout lano o 2 metry (viz obrázek). Ušetříme polovinu síly, ale dráha bude dvakrát delší. Práci tedy počítáme z hodnot: S = 2 m F = 50 N W = ? [J] ----------------------------
𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒔 = 𝟓𝟎 ∙ 𝟐 = 𝟏𝟎𝟎 𝑱 Vykonáme opět práci 100 J.
Kolo na hřídeli Kolo na hřídeli snižuje potřebnou sílu tolikrát, kolikrát je větší poloměr
kola než poloměr hřídele.
Je to jednoduchý stroj, který v sobě ukrývá páku.
Kolo na hřídeli se skládá z tyče – hřídele, okolo ní se otáčí
kolo.
Příkladem kola na hřídeli je rumpál, pedál s ozubeným kolem.
Pedál s ozubeným kolem
Síla nohy se přenáší po zalomené páce a napíná řetěz. Záleží na poměru délky pedálu a poloměru ozubeného
kola. Čím je větší rozdíl mezi poloměrem kola a délkou pedálu, tím více zvětšuji svoji sílu, kterou šlapu na pedál.
Milan jel na svém kole. Na pedál o délce 25 cm působil silou 600 N. Kolo, na kterém byl napnut řetěz, mělo v tu
chvíli poloměr 10 cm. Jakou silou byl napínán řetěz?
a1 = 25 cm = 0,25 m
a2 = 10 cm = 0,1 m
F1 = 600 N
F2 = ? [N]
-----------
𝑭𝟐 =𝒂𝟏 ∙ 𝑭𝟏
𝒂𝟐
𝑭𝟐 =𝟎, 𝟐𝟓 ∙ 𝟔𝟎𝟎
𝟎, 𝟏
𝑭𝟐 = 𝟏 𝟓𝟎𝟎 𝑵 Řetěz je napínán silou 1 500 N.
Tip: lze to řešit úvahou. Jedno kolo je 2,5x větší, proto i síla bude 2,5x větší. 600 N · 2,5 = 1 500 N.
Procvičuj úlohy zde: http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
19
Nakloněná rovina Pro zvednutí tělesa do výšky je možné použít nakloněnou rovinu. Síla potřebná k pohybu vzhůru po nakloněné
rovině je tolikrát menší než tíhová síla, kolikrát je délka roviny větší než její výška.
Čím větší je sklon roviny, tím menší je síla, která tlačí auto k povrchu silnice.
Čím větší je sklon roviny, tím větší je síly, která tlačí auto směrem dolů (síla působící rovnoběžně se
silnicí směrem dolů.
Vzorec pro výpočet síly :
𝐅 = 𝑭𝑮 ∙𝐡
𝒔
𝐹𝐺 − 𝑡íℎ𝑜𝑣á 𝑠í𝑙𝑎 [𝑁]
h - výška [m] s - dráha [m] Pokud těleso zvedám svisle do výšky 1 m, potřebuji sílu 100 N a vykonám tudíž práci 100 W.
20
Výpočty slovních úloh Použijeme nakloněnou rovinu o délce 4 m a pro tažení tělesa budeme v tomto případě potřebovat sílu 25 N (viz obrázek).
Práci tedy počítáme z hodnot:
S = 4 m
F = 25 N
W = ? [J]
----------------------------
W = F. s
W = 25 . 4
W = 100 J
Vykonáme práci 100 J.
Šroub Šroub je v podstatě nakloněná rovina navinutá na válci. Síla potřebná k otáčení šroubem je mnohokrát menší
než síla, kterou šroub působí na ose. Vrut se od šroubu liší jiným tvarem (obvykle má ostrou špičku). Používá se
ke spojování dřeva nebo plastů.
Klín Klín je také využití nakloněné roviny.
Síla, kterou působíme, se rozkládá na dvě síly (viz obrázek)
http://moodle.zsvm.cz/mod/quiz/view.php?id=191 Čím užší klín, tím víc zvětšíme svoji sílu.
Druhem klínu je také špička hřebíku:
21
Procvičuj:
1. Proč neušetříme práci při použití nakloněné roviny?
2. Co je na obrázku?
3. Pro zvednutí tělesa do výšky je možné použít ______________________. Síla potřebná k pohybu
_______________________ po nakloněné rovině je tolikrát __________________ než tíhová síla,
kolikrát je délka roviny ___________________ než její výška.
MENŠÍ, VZHŮRU, VĚTŠÍ, NAKLONĚNOU ROVINNOU
4. Jaké síly působí na těleso, které je na rovině?
5. Jak se rozkládá gravitační síla na nakloněné rovině?
Procvičuj úlohy zde:
http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
Vnitřní energie tělesa Částice s v tělese pohybují neuspořádaným pohybem, proto mají pohybovou energii. Tento pohyb není
viditelný, ale jeho energie je mnohem větší než pohybu celého tělesa, který je viditelný.
Vnitřní energie závisí na:
Vzájemné poloze molekul v tělese.
Počtu molekul v tělese.
Teplotě tělesa.
Jak lze zvýšit vnitřní energii?
Dotykem s jiným tělesem, které má vyšší teplotu.
o Například postavím hrnec s vodou na horký vařič – atomy vařiče kmitají mnohem rychleji
a narážejí na atomy hrnce, postupně jim předávají energii.
Působením síly, která koná práci.
o Nalijeme kapalinu do hrnce, pak ji nějakou dobu šleháme šlehačem, zvýšíme tak pohybovou
energii molekul, to se projeví zvýšením teploty. Zvýší se tedy vnitřní energie.
o Když zatloukáme hřebík, část energie se přemění na pohyb hřebíku směrem do zatloukaného
materiálu, část energie deformuje jeho hlavičku a tím se mění polohovou energii částic. To se
projeví tím, že se hlavička hřebíku zahřeje.
22
Padající kámen
Padající kámen má svou rychlost, tedy pohybovou energii. Po dopadu se kámen zastaví – tzn. má nulovou
pohybovou energii. Vnitřní energie se ale zvýší, protože původní viditelná pohybová energie se přemění na
vnitřní energii tělesa. Toto zvýšení vnitřní energie způsobí, že kámen se nepatrně zahřeje.
Kámen o hmotnosti 4 kg spadl na zem z výšky 180 cm. O kolik se zvýšila jeho vnitřní energie a energie země
okolo něj?
m = 4 kg -> F = 40 N
h = 1,8 m
𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒉 = 𝟒𝟎 ∙ 𝟏, 𝟖 = 𝟕𝟐 𝑱
Vnitřní energie se zvýšila o 72 J.
Procvičuj 1) Co je vnitřní energie tělesa?
2) Na čem závisí velikost vnitřní energie tělesa?
3) Jak lze změnit vnitřní energii tělesa?
4) Vysvětli, proč se při zatloukání hřebíku zahřívá kladivo i hřebík.
5) Kámen o hmotností 3 kg spadl na zem z výšky 2 m. O kolik se zvýšila jeho vnitřní energie a země okolo
něj?
!!! Od příští hodiny je třeba nosit tabulky a vlastní kalkulačku.
Procvičuj úlohy zde:
http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
23
Teplo Teplo je fyzikální veličina udávající energii, kterou si vyměňují tělesa různé teploty. Teplo označujeme
písmenem Q. Stejně jako energii, měříme i teplo v joulech. Samovolně se teplo přenáší vždy z teplejšího tělesa
na chladnější.
Označení: Q
Jednotka: Joule (J)
Množství tepla potřebného pro ohřátí látky spočítáme ze vztahu :
𝑸 = 𝒄 ∙ 𝒎 ∙ (𝒕𝟐 − 𝒕𝟏) 𝑸 = 𝒄 ∙ 𝒎 ∙ ∆𝒕
c: měrná tepelná kapacita. Najdu jí v tabulkách. Jednotka 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
m: hmotnost. Dosazuji v kg. t2-t1: rozdíl teplot. Např. voda se ohřála ze 30 °𝐶 𝑛𝑎 60 °𝐶 Δt: změna teploty. Rovnou dosazuji číslo. Např. voda se ohřála o 30 °𝐶. Často používané hodnoty c (hledej v tabulkách)
Voda ________________ 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Vzduch ________________ 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Olej ________________ 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Hliník ________________ 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Železo ________________ 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Kolik tepla je potřeba k ohřátí 3 kg vody o 20 ⁰C? m = 3 kg Δt= 20 ⁰C
c = 4,18 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Q = ? kJ -------------- 𝑸 = 𝒄 ∙ 𝒎 ∙ ∆𝒕 = 𝟒, 𝟏𝟖 ∙ 𝟑 ∙ 𝟐𝟎 = 𝟐𝟓𝟎, 𝟖 𝒌𝑱 K ohřátí bylo potřeba 250,8 kJ tepla. Kolik tepla se spotřebuje na ohřátí 20 kg železa z 20 °C na 1 020 °C? m = 20 kg t2 = 1 020 °C t1 = 20 °C
c= 0,45 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Qželezo = ? kJ --------------------- 𝑸ž𝒆𝒍𝒆𝒛𝒐 = 𝒄 ∙ 𝒎 ∙ (𝒕𝟐 − 𝒕𝟏) = 𝟎, 𝟒𝟓 ∙ 𝟐𝟎 ∙ (𝟏 𝟎𝟐𝟎 − 𝟐𝟎) = 𝟎, 𝟒𝟓 ∙ 𝟐𝟎 ∙ 𝟏 𝟎𝟎𝟎 = 𝟗 𝟎𝟎𝟎 𝒌𝑱 Na ohřátí 20 kg železa o 1000 °C potřebujeme 9 000 kJ tepla.
24
Kolik tepla příjme 5 kg vody, ohřeje-li se o 60 ⁰C? V nádobě je 12 dm3 vody. Voda se ohřeje o 70 ⁰C. Kolik tepla přijme? Jaké teplo odevzdal měděný odlitek o hmotnosti 250 kg, pokud se ochladil o 600 ⁰C? Voda přitékající do radiátoru ústředního topení má teplotu 90°C. Kolik tepla odevzdá na vyhřátí pokoje 10 kg vody, když se přitom ochladí na 60 °C? Porovnejte, kolik tepla odevzdalo 10 kg oleje při stejné změně teploty. m = 10 kg t2 = 90 °C t1 = 60 °C
cvoda = 4,18 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
colej = 1,89 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Qvoda = ? kJ Qolej = ? kJ -------------------- Qvoda = Qolej =
25
Kolik tepla je třeba na ohřátí vody ve 120 litrovém bojleru z 20 °C na 80 °C? V = 120 l m = 120 kg t1 = 20 °C t2 = 80 °C
c = 4,18𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
--------- Kolik tepla je třeba na ohřátí ethanolu o hmotnosti 50 kg z 20 °C na 40 °C?
Procvičuj úlohy zde:
http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
26
Joulův pokus
Anglický fyzik James Prescott Joule vykonal pokus, ve kterém měřil množství práce, které je potřeba k ohřátí
vody o 1 °C, tento pokus se nazývá Joulův pokus.
o Vyrobil hrnec na 5 l vody, ve kterém se otáčely lopatky. o Kolo s lopatkami bylo poháněno závažími, která klesala dolů (každé závaží mělo 15 kg a klesalo o
1,5 m. o Každé závaží sestoupilo dolů 50 krát. o Tímto procesem se zvýšila teplota o 1 °C.
Procvičuj úlohy zde:
http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
27
Kalorimetrická rovnice Kalorimetr je zařízení umožňující pokusně provádět tepelnou výměnu mezi tělesy a měřit potřebné tepelné
veličiny (teplo a teplota).
Pozn. Výpočet z kalorimetrické rovnice využívá učivo úpravy rovnic z matematiky 9. ročníku. Ve fyzice nebude
třeba příklady v 8. ročníku počítat.
Kalorimetrická rovnice :
teplo odevzdané = teplo přijaté
𝑸𝟏 = 𝑸𝟐
𝒄𝟏. 𝒎𝟏(𝒕𝟏 − 𝒕) = 𝒄𝟐. 𝒎𝟐(𝒕 − 𝒕𝟐)
Hmotnosti těles jsou označeny m, měrné tepelné kapacity c, počáteční teploty t (s indexem).
Index 1 je přiřazen teplejšímu a index 2 chladnějšímu tělesu, t (bez indexu) je výsledná teplota.
Příklad využití kalorimetrické rovnice
Do kalorimetru nalejeme 0,4 kg vody o teplotě 80 °C. Poté do vody vložíme železný váleček o hmotnosti
0,5 kg a teplotě 20 °C.
Voda bude teplo odevzdávat
m1 = 0,4 kg
t1 = 80 °C
c1 = 4200
𝑱
𝒌𝒈.°C
Váleček bude teplo přijímat
m2 = 0,5 kg
t2 = 20 °C
c2 = 450
𝑱
𝒌𝒈.°C
28
výsledná teplota t = ? °C
Procvičuj úlohy zde:
http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
Šíření tepla
Teplo se může šířit
a. Vedením - převážně pevné látky b. Prouděním - kapaliny a plyny c. Zářením - kapaliny a plyny + vakuum
Vedení tepla Teplo se šíří vedením v pevných látkách. Přivedené teplo postupuje z míst z vyšší teplotou do míst chladnějších. Tepelné vodiče jsou látky, které dobře vedou teplo. Tepelné izolanty (nevodiče) jsou látky, které špatně vedou teplo. Mezi tepelné vodiče řadíme kovy - zlato, železo, měď. Tepelné izolanty jsou pak dřevo, polystyren atp.
Jak vedení tepla v tělese probíhá?
Každé těleso je složeno z atomů. Zahříváme-li jednu část tělesa, atomy v ní začnou kmitat rychleji. Atomy se chovají, jakoby byly spojeny malými pružinkami. Rychlejší pohyb se proto přenáší na další a další atomy. Tím se zvyšuje i teplota dalších částí tělesa.
𝒄𝟏. 𝒎𝟏(𝒕𝟏 − 𝒕) = 𝒄𝟐. 𝒎𝟐(𝒕 − 𝒕𝟐)
𝟒𝟐𝟎𝟎. 𝟎, 𝟒(𝟖𝟎 − 𝒕) = 𝟒𝟓𝟎. 𝟎, 𝟓(𝒕 − 𝟐𝟎)
𝟏𝟔𝟖𝟎(𝟖𝟎 − 𝒕) = 𝟐𝟐𝟓 (𝒕 − 𝟐𝟎)
𝟏𝟑𝟒𝟒𝟎𝟎 − 𝟏𝟔𝟖𝟎𝒕 = 𝟐𝟐𝟓𝒕 − 𝟒𝟓𝟎𝟎)
1𝟗𝟎𝟓𝒕 = 𝟏𝟑𝟖𝟗𝟎𝟎
𝒕 = 𝟕𝟐, 𝟗𝟏°C
29
Součinitel tepelné vodivosti
Součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) je veličina sloužící ke stanovení tepelného odporu. Čím menší číslo je, tím hůře látka "propouští" teplo.
Procvičuj
1. Proč se nám zdá dlažba studená a koberec teplý? (mají stejnou teplotu)
2. Procvičuj úlohy zde http://moodle.zsvm.cz/course/view.php?id=11
Proudění tepla a tepelné záření Prouděním se teplo šíří jen v kapalinách a plynech. Při samovolném proudění stoupá teplá tekutina nahoru,
studená klesá dolů (teplá látka má menší hustotu než studená).
Aby došlo k proudění musíme kapalinu (plyn) zahřívat vždy zdola, naopak ochlazovat musíme shora.
Kde se setkáváme s prouděním?
• Když vaříme polévku, zahříváme hrnec zdola a prouděním se ohřeje celý hrnec kapaliny, neboť teplá
voda stoupá nahoru a studená klesá dolů.
• Pohyb vrstev atmosféry je prouděním vzduchu. Teplý vzduch stoupá nahoru a na jeho místo se tlačí
studený vzduch. Projeví se jako vítr.
Pokus
30
Radiátor v místnosti
Zářením se teplo šíří i ve vakuu. Tepelné záření je pro člověka neviditelné.
Infračervené záření
Infračervené záření vyzařují všechna tělesa. Množství infračerveného záření závisí na velikosti a teplotě tělesa.
Tepelné záření je podobně jako viditelné světlo odráženo lesklým světlým povrchem a naopak více pohlcováno
matným tmavým povrchem.
Skleníkový efekt
Je to důležitý jev. Vzniká díky atmosféře, která brání teplu ze země, aby unikalo rychle zpět do vesmíru. Díky
tomu nedochází k tak velkému kolísání teplot v noci a ve dne. Mají na něj vliv tzv. skleníkové plyny.
31
Tepelné motory
Co je to motor?
Motor je stroj, který přeměňuje určitou formu (chemickou, elektrickou) energie na pohybovou.
Jak dělíme teplené stroje?
a. parní stroje b. parní turbíny c. spalovací motory (motory s vnitřním spalováním)
Parní stroj
Podílelo se na něm řada lidí, nejvíce se o něj zasloužil skotský fyzik a mechanik James Watt (okolo roku 1770).
Funkce: V kotli se vyrábí pára, která se přivádí do válce s pístem. Pára tlačí na píst střídavě na jednu a na
druhou stranu. Pohyb řídí šoupátko. Pohyb se převádí na kolo. Parní stroj má malou účinnost, proto se dnes
používají jiné motory.
Parní turbína
Páry se jako pohonu používá v elektrárnách.
Výhoda – má největší účinnost (asi 40 %).
Nevýhoda – špatně se roztáčí a zastavuje.
Spalovací motor
Dělení:
Podle způsobu zapálení paliva
a. Zážehové (na benzín/plyn). Palivo je zapáleno elektrickou jiskrou.
32
b. Vznětové (na naftu) někdy označované po svém objeviteli jako dieslové. Palivo se zapálí prudkým stlačením.
Podle počtu pracovních dob :
a) Dvoudobé (dnes nevyužívané – Trabant, Wartburg)
b) Čtyřdobé (spalují benzín, plyn nebo naftu)
Popis:
Pracovní doby 4-dobého motoru:
Sání: sací ventil je otevřen, píst jde dolů - nasávání paliva Stlačení: oba ventily uzavřeny, píst jde nahoru - stlačení paliva Zážeh (výbuch):
a) benzínový (zážehový) motor - jiskra zapálí palivo b) naftový (vznětový) motor - stlačením nafty dojde k zapálení paliva. Píst jde dolů - motor
"pracuje". Výfuk: výfukový ventil se otevře, píst jde nahoru - vytlačení zplodin z motoru.
33
Skupenské přeměny
Skupenství látek
Existují tři základní skupenství látek. Jedná se v podstatě o jakési stavy, ve kterých se všechno kolem nás vyskytuje. Každé skupenství je charakterizováno určitými vlastnostmi. Jedná se o skupenství pevné, skupenství kapalné a skupenství plynné. Některé látky se postupně mohou nacházet i ve více skupenstvích, dochází u nich ke změně skupenství. Jedná se například o vodu (pevné skupenství – led, kapalné skupenství – voda, plynné skupenství - pára). Skupenství vody určuje zejména její teplota, vliv na to má i tlak.
Pevné látky
Pevné látky se skládají z částic, které jsou lokalizovány velmi blízko sebe navzájem. Vyznačují se vysokou hustotou. Pohyb těchto částic je velmi omezený, jedná se spíše o vibrace. Pevné látky mají svůj trvalý tvar i objem.
Kapalné látky - kapaliny
Kapalné látky se skládají z jednotlivých částic, které jsou od sebe více vzdáleny než stavební částice pevných látek. Rovněž mají poměrně vysokou hustotu. Částice v kapalinách se pohybují o něco rychleji a s větší trajektorií, než je tomu u částic pevných látek. Kapaliny mají stálý objem, ale svůj tvar mění podle nádoby, ve které jsou umístěny.
Plynné látky – plyny
Plynné látky mají částice daleko od sebe, mají menší hustotu. Mezi částicemi nepůsobí prakticky žádné síly. Částice plynu se volně a chaoticky pohybují celým prostorem, ve kterém se nachází. Plynné látky nemají stálý tvar ani svůj stálý objem.
Co je to krystalická látka
Je to látka v pevném skupenství. Její částice jsou pravidelně rozmístěny v prostoru (např. sůl, diamant tzv. monokrystaly nebo všechny kovy - tzv. polykrystaly).
Co je to amorfní látka
Je to látka v pevném skupenství. Její částice jsou nepravidelně rozmístěny v prostoru (asfalt, parafín, některé plasty).
Skupenské přeměny
34
Tání a tuhnutí Teplota tuhnutí krystalických látek je stejná jako teplota tání. Doplň tuto tabulku:
Látka Teplota tání (⁰C)
Měrné skupenské teplo tání (kJ/kg)
Voda
Železo
Olovo
Cukr
Výpočty: Pro výpočet energie je potřebné, která je nutná pro změnu skupenství, použiji vzorec:
Lt = m∙ lt Lt - skupenské teplo tání [kJ] m - hmotnost [kg] lt - měrné skupenstké teplo tání [kJ/kg] - najdu v tabulkách F11
35
Co se děje při tání
Procvičuj
Kolik energie potřebuji pro rozpuštění 8 kg ledu? lt = 334 kJ/kg m = 8 kg Lt= ? kJ
Lt = m · lt = 8 · 334 = 2 672 kJ Potřebuji 2 672 kJ energie.
Kolik energie potřebuji pro rozpuštění 844 g železa?
lt=289 kJ/kg m=0,844 kg Lt=?kJ
Lt = m · lt = 0,844 · 289 = 243,916 kJ Potřebuji 243,916 kJ energie.
Složitější úlohy
Kolik energie potřebuji k ohřátí 2 kg ledu o teplotě 0 ⁰C a dalšímu ohřevu vzniklé vody na 40 ⁰C?
a. Kolik energie potřebuji k rozpuštění 2 kg ledu? b. Kolik energie potřebuji k ohřátí vody o hmotnosti 2 kg o 40 ⁰C?
a. Výpočet skupenského tepla tání (Led->voda)
lt=334 kJ/kg m=2 kg Lt=?kJ
Lt = m · lt = 2 · 334 = 668 kJ
B. Ohřev vody m=2 kg
c=4,18 𝑘𝐽
𝑘𝑔∙°𝐶
Δt = 40°𝐶
Q = m ∙ c ∙ Δt = 2 ∙ 4,18 ∙ 40 = 334,4 kJ
Celkem potřebuji 668 kJ + 334,4 kJ = 1 002,4 kJ.
36
Vypařování, kapalnění, var
Vypařování
Přechod kapalina – plyn. Probíhá z volného povrchu kapaliny za každé teploty, při níž kapalina existuje.
Nejrychlejší molekuly překonávají vazebné síly ostatních molekul i vnější tlak. Různé kapaliny se vypařují různě
rychle (líh - voda - rtuť).
Rychlost vypařování určitého objemu dané kapaliny závisí na:
- teplotě
- velikosti volné hladiny
- odsávání páry
Var
Přechod kapalina – plyn. Probíhá v celém objemu kapaliny za teploty varu. Teplota varu je závislá na tlaku. Se
zvyšujícím se tlakem teplota varu roste. Tlakové hrnce zkracují dobu přípravy pokrmů, protože voda vře při
vyšší teplotě.
Skupenské teplo varu
Chceme-li kapalinu s danou hmotností m přeměnit na páru téže teploty, musí kapalina přijmout skupenské
teplo varu LV.
𝑳𝒗 = 𝒎 ∙ 𝒍𝒗
Vypočítej teplo, potřebné k vyvaření 804 g vody na vodní páru:
m = 804 g = 0,804 kg
lv= 2 260 𝑘𝐽
𝑘𝑔 (najdu v tabulkách)
Lv = ? kJ
𝑳𝒗 = 𝒎 ∙ 𝒍𝒗 = 𝟎, 𝟖𝟎𝟒 ∙ 𝟐 𝟐𝟔𝟎 = 𝟏 𝟖𝟏𝟕, 𝟎𝟒 𝒌𝑱
Potřebuji 1 817,04 kJ tepla.
Kapalnění
Přechod plyn – kapalina. Kapalnění (kondenzace). Pára odevzdává do okolí skupenské teplo kondenzační.
Měrná tepla vypařování a kondenzace jsou si pro stejnou teplotu a tlak rovna. Kondenzace nastává na povrchu
kapaliny, pevné látky nebo ve volném prostoru. Dochází ke spojování molekul v kapičky, které se zvětšují.
Proces usnadňuje přítomnost kondenzačních jader - částice prachu nebo nabité částice.
Příklady: rosa, kondenzace na brýlích, sklenici se studeným nápojem.
Počítej
1. Jakou energii musím dodat 3 litrům vody o teplotě varu, aby změnila své skupenství na vodní páru?
2. Kolik energie musím dodat 2 litrům vody o teplotě 60 stupňů Celsia, aby se změnila na vodní páru?
37
Sublimace a desublimace
Co je to sublimace?
Děj, při kterém se pevná látka mění na plyn. Probíhá za každé teploty. Znatelně sublimují led, jód.
Co je to desublimace?
Děj, při kterém se plynná látka mění na pevnou. Probíhá za každé teploty. Znatelně desublimuje vodní pára a
páry jódu.
Jinovatka
Vzduch obsahuje vodní páru, za mrazivého počasí se vodní pára na chladných částech rostlin, střechách domů,
plotech přímo mění na krystalky ledu.
Kde se bere led v mrazáku?
Vzniká podobně jako jinovatka, vodní pára pochází z potravin a ze vzduchu, který vnikne dovnitř při otevření
mrazáku, vodní pára na chladícím roštu desublimuje. Přes led se pak teplo špatně odvádí, již při tloušťce 3 mm
roste spotřeba mrazáku až o 70 %!
Vlastnosti pružných těles Deformace je změna tvaru tělesa. Dělíme ji na trvalou a dočasnou.
Dočasná - pokud přestane působit deformační síla, těleso se vrátí do původního tvaru.
Trvalá - pokud přestane působit deformační síla, těleso se nevrátí do původního tvaru.
Pružné těleso
Těleso, které se po ukončení působení deformační síly vrátí do původního tvaru. Sílu, kterou pružné těleso
působí proti deformační síle, nazýváme síla pružnosti. Mezi pružná tělesa patří pružné lano, pružina,
molitanová houba.
Rovnovážná poloha
Je to poloha, při které není těleso deformováno.
!!! Na příští hodinu si přines rýsovací pomůcky a kalkulačku.
38
Kmitavé pohyby
Opakování:
1. Narýsuj graf závislosti rychlosti na čase pro hodnoty
t (min) 1 2 3 4 5 6 7
v (km/h) 39 20 12 40 0 0 0
Kmitavý pohyb je takový pohyb, u kterého výchylka opakovaně roste a klesá. Pro kmitavé pohyby je typické to,
že často mění svůj směr. Kmitavý pohyb je dán periodou a amplitudou, popř. frekvencí
Amplituda: max. výchylka. Určuje se na svislé ose grafu. Jednotky jsou jednotky délky (cm, dm, m).
Perioda: Je to čas, který uběhne mezi dvěma opakovánými děje. Označujeme ho písmenem T.
Jednotka je sekunda.
Zopakuj si předpony kilo-, mega-, giga-
Vztah pro výpočet frekvence z periody
f = 𝟏
𝑻
39
Vztah pro výpočet periody z frekvence
T = 𝟏
𝒇
Urči frekvenci děje s periodou 3 s.
T = 3 s
f = ? Hz -------------
f = 𝟏
𝑻=
𝟏
𝟑 = 0,3333 Hz
Frekvence je 0,3 Hz.
Rezonance: Je to frekvence, při které amplituda je největší.
Harmonické kmitání: Zvláštní příklad periodického pohybu.
Úkoly
1. Urči periodu, amplitudu a frekvenci z tohoto grafu.
2. Urči periodu, amplitudu a frekvenci z tohoto grafu.
3. Urči frekvenci děje s periodou 500 ms.
40
4. Urči kolikrát za sekundu se zopakuje děj s frekvencí 800 MHz.
Vlnění Vlnění je způsob, kterým se šíří kmitavý pohyb prostředím. Vlněním se šíří zvuk, světlo, rozhlasový a televizní
signál, pomocí vlnění spolu komunikují mobilní telefony atp.
Vlnění popisujeme vlnovou délkou, rychlostí šíření vlnění a frekvencí
Vlnová délka je vzdálenost dvou sousedních hřebenů vln. Přesněji – je to nejmenší vzdálenost bodů, které
kmitají stejně. Označujeme ji řeckým písmenem lambda λ a jednotkou je metr. Při vlnění se nepřenáší žádná
látka.
Rychlost šíření vlnění: - udává vzdálenost, do které postoupí vlnění za 1 s. Rychlost vlnění spočítáme ze vztahu:
λ je vlnová délka (m)
f je frekvence (Hz) v je rychlost (m/s)
𝝀 =𝒗
𝒇
v = λ . f
𝒇 =𝒗
𝝀
Jakou rychlostí se šíří vlnění, jestliže při frekvenci 170 Hz je vlnová délka 2 m?
41
Dělení vlnění
1. vlnění příčné - částice kmitají ve směru kolmém na směr šíření vlnění, je typické v pevných látkách a na
hladině kapalin. Příklady: vlnění na hladině rybníka, chvění tyče, do níž udeříme kladivem, …
2. vlnění podélné - částice kmitají ve směru šíření vlnění, je typické pro tělesa (všech skupenství), která jsou pružná při změně objemu (tj. při stlačování a rozpínání). Příklady: šíření zvuku ve vzduchu.
42
Zvuk a zdroje zvuku Zvuk je mechanické kmitání o frekvencí 16 - 20 000 Hz. Zvuk vzniká kmitáním těles. Pokud má toto kmitání
správnou frekvenci, můžeme ho slyšet. Hluk je zvuk, který způsobuje nepříjemné pocity. Neperiodické kmitání
tělesa, např. šum (nepravidelné kmitání), třesk (krátkodobý úder), praskot, rány, řinčení, vrzání, skřípění, křik.
Před hlukem je třeba se chránit – protihluková okna, chrániče sluchu, protihlukové stěny, vhodně plánovaná
výsadba rostlin, různé valy atp.
Tón periodické kmitání tělesa.
Výška tónu - je určena jeho frekvencí. Čím vyšší je frekvence, tím vyšší je tón.
Barva tónu - tón stejné frekvence může mít jiný průběh. Každý pozná kytaru od klavíru, nebo muže od ženy,
a to i když hrají/zpívají stejný tón. Každý má jinou barvu tónu.
Způsoby vzniku zvuku
• Údery – rozkmitáme blánu (buben), strunu (klavír), destičky (xylofon). Údery vzniká zvuk při kování (údery do
kovadliny), chůzí, běhu, zobání, hraní na triangl, hraní na činely, při hře kulečníku.
• Drnkání – kytara, harfa, mandolína, luční kobylka drnká ostny na zadních nohou o křídla.
• Smýkání – smyčec a housle, viola; vlhký prst o okraj sklenice, křída o tabuli, brzdy auta, kola.
• Trvalá deformace, drcení – většinou nepříjemné zvuky – mačkání papíru, trhání látky, rozbíjení kamenů,
křupání sněhu, rozbití sklenice.
• Rychlý pohyb těles – při rychlém pohybu se vzduch za tělesem zředí – švihnutí proutkem, letící střela, letadlo,
prásknutí bičem, točící se větrák.
• Proudění vzduchu kolem ostré hrany tělesa – nárazem na ostrou hranu vznikají vzdušné víry - píšťalky, flétny.
• Prudká změna tlaku – při blesku se vzduch ohřeje a vznikne přetlak, vzduch se roztáhne, vytvoří se podtlak,
šíří se vrstvy zředěného a zhuštěného vzduchu; výstřel z pušky, otvírání láhve se syceným nápojem, mlaskání.
• Proudění vzduchu mezi blízkými pružnými tělesy – stlačený vzduch z úst rozkmitá rty v nátrubku a v trubce
zesílí, proudění kolem hlasivek.
Rychlost pohybu zvuku ve vzduchu je asi:
340 m/s = 1 224 km/h
43
Šíření zvuku Kmitání zdroje zvuku způsobuje zřeďování a zhušťování vzduchu. To se šíří prostorem formou podélného vlnění
do ucha. Zde rozkmitá bubínek. Kmitání bubínku je přeneseno ušními kůstkami do vnitřního ucha a převedeno
v hlemýždi na nervové signály. Zvuk se nešíří ve vakuu.
Rychlost šíření zvuku závisí na teplotě a na druhu látky.
Rychlost zvuku ve vzduchu
- při 0 °C asi 332 m/s
- při 20 °C asi 340 m/s 340 ∙ 3,6 = 1 224 km/h
Rychleji se zvuk pohybuje vodou nebo kovy.
Nadzvuková rychlost: setkáváme se s ní obvykle u letadel. Je to situace, kdy se těleso pohybuje ve
vzduchu rychleji než 340 m/s. Zatímco letadlo nás už mine, zvuk je několik sekund zpožděn. Při překonání
rychlosti zvuku vzniká zajímavý efekt - sonický třesk.
Úkol: Co znamená tzv. Machovo číslo?
Při překonání rychlosti zvuku vzniká zajímavý efekt - sonický třesk.
Jak zjistit, jak daleko je bouřka?
44
Vycházíme z faktu, že bouřka bude tam, kde je blesk. Dále vycházíme z toho, že blesk vidíme prakticky
okamžitě. Pak zbývá vynásobit čas, mezi úderem blesku a okamžikem zaslechnutí hromu, krát rychlost šíření
zvuku ve vzduchu. Každou sekundu zvuk urazí asi 340 m.
Odrazy zvuku
Zvuk je vlnění, proto se odráží podobně jako světlo. Pokud se odražený zvuk vrátí do našeho ucha dříve než za
0,1 s, náš mozek to vyhodnotí jako tzv. dozvuk. Pokud později, tak jako samostatný nový zvuk = vznik ozvěny.
Ozvěna vznikne v místnosti o délce minimálně 17 m. V menších místnostech ale můžeme vnímat dozvuk.
V kinosálech se snažíme zabránit odrazům od stěn vhodným tvarováním i povrchovou úpravou.
Dopplerův jev popisuje změnu frekvence, kterou vnímá posluchač pohybu tělesa vydávajícího zvuk kolem něj.
Pokud se zdroj zvuku vůči posluchači pohybuje, posluchač vnímá změnu tónu (projíždějící motorka, sanitka
atp.)
45
Ultrazvuk a infrazvuk Ultrazvuk: podélné vlnění s frekvencí vyšší než 20 kHz.
Využití: vyšetření plodu, čištění, orientace v prostoru.
Orientace zvukem
Echolot: vlnová délka ultrazvukových vln je menší než 1,7 cm. Díky tomu, se ultrazvukové vlny odrážejí od
malých překážek. Toho se využívá např. při lovu ryb.
Sonar: je používaný na válečných lodích. Za války se sonarem hledaly a zaměřovaly nepřátelské ponorky.
Netopýr se dokáže v prostoru orientovat pomocí ultrazvuku. Vyšle ultrazvukový „hvizd“ a poslouchá odkud se
zvuk vrátí.
I delfíni používají ultrazvuk k lovení, orientaci i dorozumívání mezi sebou.
Infrazvuk: podélné vlnění s frekvencí menší než 16 Hz. Infrazvukem se dorozumívají velryby. Ve vodě se
infrazvukové vlny mohou šířit do vzdálenosti stovek km.
Vnímání zvuku, hlasitost
Ucho
46
Hladina
intenzity
zvuku: je to
fyzikální veličina, která udává kolikrát je daný zvuk silnější než práh slyšitelnosti. Jednotka je decibel (dB). Zvuky
nad 90 dB mohou trvale poškodit náš sluch. Je třeba se před nimi chránit např. tzv. chrániči sluchu.
Vytvoř hlukovou mapu našeho regionu. Odhadni místa, kde bude vyšší hlukové zatížení a místa, kde bude nižší:
Úkol
Stáhni si do svého mobilního telefonu aplikaci pro měření zvuku (např. Zvukoměr: Sound Meter), vyber si
nejméně 5 míst označených na mapě a změř hodnotu a vybarvi tuto mapu dle přiložené legendy. K šipkám
dopiš hodnotu, kterou jsi naměřil. Při měření dbej bezpečnosti!
47
Záznam a reprodukce zvuku První přístroj s názvem FONOGRAF na záznam a reprodukci zvuku navrhl roku 1877 americký vynálezce Thomas
Alva Edison.
Na podobném principu jako fonograf funguje GRAMOFON, kde je zvuk zaznamenaný na gramofonové desce.
V přístrojích pro záznam, reprodukci a přenášení zvuku se užívá přeměny zvuku na elektrické napětí. Zvuk se na
elektrické napětí převádí mikrofonem.
Zesílený elektrický proud se mění na zvuk reproduktorem.
V magnetofonech se zvuk zaznamenává na magnetický pásek.
V CD-přehrávacích, v přehrávacích MP3 i v počítačích se užívá digitálního záznamu a reprodukce zvuku. V
digitálním záznamu je zvuk uložen ve formě 1 a 0.
48
Elektrický náboj
Opakování ze 6. ročníku :
1. Co je to atom? 2. Co je to elektron? 3. Co je to proton? 4. Co je to neutron? 5. Co je to iont?
Elektrický náboj: fyzikální veličina, která popisuje stav zelektrování tělesa.
Označujeme ho písmenem Q a jeho jednotka je Coulomb (C) – čteme kulomb.
Elementární elektrický náboj
Je to náboj 1 protonu nebo 1 elektronu. Značí se písmenem e (záporný pak -e)
Jaký náboj má jeden elektron?
e = 0,000 000 000 000 000 000 16 C = 0,16 aC (attocoulomb) Přítomnost elektrického náboje lze zjistit pomocí elektroskopu nebo elektrometru.
Předpony jednotek
49
Elektrický proud a jeho příčiny Elektrický proud je uspořádaný pohyb nabitých částic. Nabité částice jsou v každé látce (protony, elektrony). Ne
vždy se ale mohou pohybovat. Protony jsou pevně uzavřeny v atomovém jádře. Elektrony jsou součástí obalu
atomu, ze kterého je není snadné vytrhnout. Jen v některých látkách, hlavně v kovech, jsou některé elektrony
volné – nejsou poutány k atomu a mohou se pohybovat po celém kovovém tělese. U roztoků, které obsahují
ionty, se mohou pohybovat i kladné a záporné ionty, kterými pak může být tvořen elektrický proud.
Elektrický proud je fyzikální veličinou. Označujeme jej I a jeho jednotkou je ampér (A).
Další jednotky :
Mikroampér = µA Miliampér = mA Kiloampér = kA Můžeme jej vyjádřit pomocí náboje Q, který projde vodičem za čas t:
t
QΙ
Za směr elektrického proudu považujeme směr od kladného pólu k zápornému pólu zdroje.
Nejčastější příčinou elektrického proudu je elektrické napětí.
Elektrické napětí označujeme U, jeho jednotkou je volt (V).
Další jednotky :
Mikrovolt = µV Milivolt = mV Kilovolt = kV
!!! Na další hodiny je nutná kalkulačka!!!
50
Měření el. proudu a napětí
Opakování:
1. Nakresli schematické značky pro tyto součástky:
vodič
baterie
článek
vypínač
tlačítko
uzel
pojistka
Elektrické napětí měříme voltmetrem příp. multimetrem (umí změřit více veličin). Elektrický proud
ampérmetrem.
Schématické značky :
Ampérmetr Voltmetr
Ampérmetr zapojujeme sériově, voltmetr paralelně k měřené části obvodu.
51
Postup při měření el. napětí/proudu
1. Uvědomíme si, co chceme měřit - napětí/proud.
2. Nastavíme správně rozsah přístroje (vždy raději na vyšší hodnotu).
3. Přístroj zapojíme do obvodu podle schématu.
4. Z displeje odečteme naměřenou hodnotu.
Vzorová úloha:
1. Určení rozsahu měřícího přístroje:
Zjistíme z otočného přepínače. V tomto případě 6V.
2. Určení jednoho dílku stupnice:
Zjistíme tak, že rozsah vydělíme počtem dílků.
6 : 30 = 0,2 V
3. Výchylka:
Zjistíme na kolikátý dílek ukazuje ručička. V našem případě na 10.
52
53
54
Ohmův zákon Elektrický proud procházející vodičem je přímo úměrný napětí na koncích vodiče. Podíl napětí a proudu se
označuje jako elektrický odpor.
Označení: R
Jednotka: ohm Ω
Další jednotky :
mΩ miliohm
kΩ kiloohm
MΩ megaohm
Vzorce:
Pomůcka – převody jednotek :
mΩ Ω kΩ MΩ
Příklad 1: Žárovka s odporem 12 Ω je připojena k napětí 6 V. Jaký proud žárovkou prochází?
R = 12 Ω
U = 6 V
I = ? A
Žárovkou prochází proud 0,5 A.
AAR
UI 5,0
12
6
55
Příklad 2: Topnou spirálou rychlovarné konvice protéká proud 5 A při napětí 230 V. Vypočítej odpor topné
spirály.
I = 5 A
U = 230 V
R = ? Ω
Odpor topné spirály je 46 Ω.
Příklad 3: Vodičem s odporem 25 kΩ protéká proud 2 mA. Jaké napětí je na vodiči?
R = 25 kΩ = 25 000 Ω
I = 2 mA = 0,002 A
U = ? V
VIRU 50002,025000
Na vodiči je napětí 50 V.
Procvičuj:
1. Urči elektrický proud, pokud je odpor spotřebiče 85 Ω a napětí na spotřebiči je 5 V.
2. Urči elektrické napětí spotřebiče, kterým prochází proud 0,3 A. Odpor spotřebiče je 80 Ω.
3. Urči elektrický odpor spotřebiče, kterým prochází proud 0,4 A při napětí 5 V.
4. Urči odpor rezistoru v obvodu, kdy rezistorem prochází proud 0,5 A. Napětí na rezistoru je 6 V.
5. Urči napětí na rezistoru, pokud odpor rezistoru 50 Ω, proud na rezistoru je 0,2 A.
6. Vláknem žárovky o odporu 120 Ω pochází proud 0,05 A. Můžeme ke změření napětí mezi svorkami žárovky
užít voltmetr s měřícím rozsahem 3 V?
7. Vypočítej, jak velký proud bude naměřen ampérmetrem (viz obrázek) v případě, že elektrický obvod je
uzavřen. Napětí na zdroji je 9 V a elektrický odpor rezistoru je 100 Ω.
!!! Na příští hodinu si z matematiky zopakuj vzorce pro výpočet obsahu čtverce, obdélníka,
kruhu + přines si tabulky.
465
230
I
UR
56
Rezistory a elektrický odpor Je to součástka elektrického obvodu, kterou lze ovlivnit velikost elektrického napětí a proudu. Rezistor má
nastavenu hodnotu z výroby. Tvůrce obvodu pak na základě znalosti Ohmova zákona určí potřebnou hodnotu
rezistoru a pak rezistor zapojí.
Schematická značka :
Rezistivita
Vlastnost látky, která udává hodnotu odporu dané látky na metr. Označení ρ (ró). Hodnoty hledám
v tabulkách.
Vzorec:
R = ρ.𝑙
𝑆
l - délka vodiče
S - průřez vodiče
ρ – rezistivita
poznámka: v tabulkách nacházíme hodnoty např.
0,02 ∙ 10−3
Tento zápis znamená, že v čísle 0,02 posuneme desetinnou čárku o 3 desetinná místa vlevo. Výsledek je tedy
0,000 02.
Urči odpor měděného vodiče o délce 5 m a obsahem příčného řezu 3 mm2. Potřebné hodnoty najdi v
tabulkách.
l= 5
S =3 mm2 = 3:1 000 000=0,000 003 m2
ρ = 0,017 ∙ 10−6 Ω ∙ 𝑚 = 0,000 000 017 Ω ∙ 𝑚
R = ? Ω
-----------------------------
𝐑 = 𝝆 .𝒍
𝑺= 𝟎, 𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟏𝟕 .
𝟓
𝟎, 𝟎𝟎𝟎 𝟎𝟎𝟑= 𝟎, 𝟎𝟐𝟖 𝛀
Odpor vodiče je 0,028 Ω.
57
Závislost odporu na teplotě
Pokus:
Závislost prozkoumáme na odporu wolframového vlákna žárovky.
Napětí v obvodu se žárovkou nastavíme tak, aby žárovkou procházel velmi malý
proud – žárovka nesvítí – teplota vlákna je nízká.
Z naměřeného napětí na žárovce a proudu jí procházející vypočítáme její odpor:
1
11
I
UR
Nyní napětí v obvodu se žárovkou zvýšíme tak, aby jasně svítila – teplota vlákna
bude vysoká.
Opět z naměřeného napětí na žárovce a proudu jí procházející vypočítáme její odpor:
2
22
I
UR
Zjišťujeme, že se odpor zvýšil. Podobně se chovají všechny kovové vodiče.
Odpor vodičů se s rostoucí teplotou zvyšuje. Ohmův zákon proto platí jen při stálé teplotě vodiče.
Zvýšení odporu kovových vodičů při vyšší teplotě je způsobeno častějšími srážkami elektronů s kmitajícími ionty
kovu.
Existují však látky, které se chovají přesně naopak. S rostoucí teplotou jejich odpor klesá. Patří mezi ně grafit a
pak velká skupina látek, které nazýváme polovodiče. Při zvýšení teploty polovodiče velmi rychle narůstá počet
volných nabitých částic. Odpor polovodiče s rostoucí teplotou klesá.
58
Zapojování rezistorů
Opakování:
Urči hodnotu odporu R1 v tomto obvodu, pokud je napětí 1,5V.
Jak protéká proud jednoduchým obvodem?
Jednoduchý obvod je obvod, který nemá žádné „odbočky“.
Proud v jednoduchém obvodu si lze představit jako proud vody v korytě, které nemá žádná ramena
(ani přítoky ani odtoky) - vody je na všech místech stejně.
V jednoduchém obvodu protéká všemi místy stejný proud.
Proud, napětí i odpor počítáme běžně dle Ohmova zákona.
U =
I =
R = ?
Nové učivo:
zapojení více rezistorů (spotřebičů)
a) sériové zapojení (za sebou)
59
Poučky – sériové zapojení :
• Proud: všemi spotřebiči prochází stejný proud.
Platí: I = I1 = I2
• Napětí: na každém spotřebiči může být jiné napětí, součet těchto napětí je napětí zdroje.
Platí: U = U1 + U2
• Odpor: pokud počítám tento obvod, snažím se rezistory nahradit jedním myšleným, který má stejnou
hodnotu.
Pro tento typ obvodu platí pro tento myšlený rezistor vzorec: R = R1 + R2
Příklad 1: Dva rezistory o odporech 3 Ω a 6 Ω jsou zapojeny do série. Prochází jimi proud 1 A. Jaký odpor by
musel mít jeden rezistor, který by nahradil tyto rezistory, aby v obvodu protékal stejný proud.
R1 = 3 Ω
R2 = 6 Ω
R = ? Ω
R = R1 + R2 = 3 + 6 = 9 Ω
Rezistor, kterým lze nahradit oba výše jmenované rezistory, by musel mít hodnotu 9 Ω.
Příklad 2: V následujících obvodech dopočítej chybějící hodnoty:
Výpočet U:
U = U1 + U2 = 4 + 3 = 7 V
Výpočet I1 a I2 nemusíme provádět, protože platí: I = I1 = I2
I1 = 2 A
I2 = 2 A
60
Příklad 3: Urči chybějící hodnoty proud a napětí v následujícím obvodu, kde jsou všechny zapojené
žárovky stejné.
I = I1 = I2 = I3 = I4 = I5 = I6 = 3 A
Při výpočtu napětí na žárovkách vycházíme z poučky:
Na každém spotřebiči může být jiné napětí, součet těchto napětí je napětí zdroje.
Platí: U = U1 + U2
Všechny žárovky mají stejný odpor a proud, proto bude ale na všech stejné napětí. Toto napětí bude rovno:
𝑼𝟏−𝟔 =𝑼
𝟔
𝑼𝟏 =𝑼
𝟔=
𝟐𝟒
𝟔= 𝟒 𝑽
𝑼𝟐 =𝑼
𝟔=
𝟐𝟒
𝟔= 𝟒 𝑽
𝑼𝟑 =𝑼
𝟔=
𝟐𝟒
𝟔= 𝟒 𝑽
𝑼𝟒 =𝑼
𝟔=
𝟐𝟒
𝟔= 𝟒 𝑽
𝑼𝟓 =𝑼
𝟔=
𝟐𝟒
𝟔= 𝟒 𝑽
𝑼𝟔 =𝑼
𝟔=
𝟐𝟒
𝟔= 𝟒 𝑽
Zkouška:
U = U1 + U2 + U3 + U4 + U5 + U6 = 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 = 24 V
61
b) paralelní zapojení (vedle sebe) Jak protéká proud v rozvětveném obvodu?
Rozvětvený obvod má různé větve, dvě nebo více.
Proud v rozvětveném obvodu si lze představit jako proud vody v korytě, který se na určitém místě
rozvětví a postupně se zase spojuje. V místě větvení se voda rozdělí do ramen a postupně se zase
spojuje. Na začátku a na konci je stejné množství vody.
V rozvětveném obvodu se v místě rozvětvení elektrický proud rozdělí do větví (podle zapojených
spotřebičů), v místě, kde se opět všechny větve spojí je počáteční proud.
Poučky – paralelní zapojení :
Proud: všemi spotřebiči protéká proud, pro který platí: I = I1 + I2
Napětí: na vývodech všech spotřebičů (rezistorů R1 a R2) je stejné napětí. Součet všech těchto napětí je
napětí na zdroji. Platí: U = U1 = U2
Odpor: pokud počítám tento obvod, snažím se rezistory nahradit jedním myšleným, který má stejnou
hodnotu. Pro tento typ obvodu platí pro tento myšlený rezistor vzorec:
𝑹 =𝟏
𝑹𝟏
+𝟏
𝑹𝟐
Příklad 4: Urči chybějící hodnoty proud a napětí v následujícím obvodu, kde jsou všechny zapojené žárovky
stejné.
U = U1 = U2 = U3 = U4 = U5 = U6 = 24 V
Při výpočtu proudu vycházím z poučky:
všemi spotřebiči protéká proud, pro který platí: I = I1 + I2
62
Všechny žárovky mají stejný odpor a napětí, proto bude na všech stejný proud. Toto napětí bude rovno
𝑰𝟏−𝟔 =𝑰
𝟔
𝑰𝟏 =𝑰
𝟔=
𝟑
𝟔= 𝟎, 𝟓 𝑨
𝑰𝟐 =𝑰
𝟔=
𝟑
𝟔= 𝟎, 𝟓 𝑨
𝑰𝟑 =𝑰
𝟔=
𝟑
𝟔= 𝟎, 𝟓 𝑨
𝑰𝟒 =𝑰
𝟔=
𝟑
𝟔= 𝟎, 𝟓 𝑨
𝑰𝟓 =𝑰
𝟔=
𝟑
𝟔= 𝟎, 𝟓 𝑨
𝑰𝟔 =𝑰
𝟔=
𝟑
𝟔= 𝟎, 𝟓 𝑨
Zkouška:
I = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 0,5 + 0,5 + 0,5 + 0,5 + 0,5 + 0,5 = 3 A
Příklad k zamyšlení
Které zapojení zvolíme?
V domě zapojíme 100 žárovek, každá potřebuje napětí 230 V a proud 0,18 A. Kdybychom zapojili žárovky
sériově, na zdroji by muselo být napětí 100 · 230 V = 23 000 V.
To je smrtelně nebezpečné. Druhá věc: Kdyby jedna praskla, nic by nesvítilo.
Kdybychom zapojili paralelně, na zdroji by bylo napětí 230 V. Proud, který budou žárovky odebírat bude 100 ·
0,18 A = 18 A.
Závěr:
63
Reostat a potenciometr Obě jsou to součástky s plynulou regulací odporu. Obecně jim říkáme potenciometry. Jsou to rezistory
upravené tak, aby se po odporové vrstvě mohl pohybovat pružný kontakt. Pojmem reostat se pak označuje
potenciometr pro řízení větších proudů.
Podle pohybu při ovládání rozeznáváme tahové a otočné potenciometry.
Potenciometr může být zapojen dvěma vývody jako proměnný odpor. Můžeme jím takto regulovat velikost
proudu v obvodu. Využití: změna jasu žárovky, změna hlasitosti…
64
Pomocí třech vývodů zapojíme potenciometr jako dělič napětí. Dělič napětí umožňuje snížit proud spotřebičem
až na nulu.
Schématické značky :
Zapojování zdrojů el. proudu Zdroje elektrického proudu zapojujeme obvykle sériově: k + druhého zdroje musí být připojen k - prvního
zdroje. Tímto spojením dosáhneme "nového zdroje", který bude dávat napětí rovno součtu napětí spojovaných
zdrojů.
Příklad zapojení článku v dálkovém ovládání
Paralelně se zapojují zdroje jen výjimečně. Je třeba, aby všechna napětí paralelně zapojených zdrojů byla
stejná. Při paralelním zapojení dosahujeme nárůstu dodávaného proudu
Jaké celkové napětí bude dávat tento zdroj?
65
Jak mám zapojit články v dálkovém ovladači?
Výkon elektrického proudu Výkon je fyzikální veličina, která se vypočítá jako součin napětí na spotřebiči a proudu, který spotřebičem
protéká. Ve fyzice ho zastupuje písmeno P. Jednotka výkonu je watt (W).
Příkon je veličina, která udává množství energie, kterou spotřebič potřebuje ke svému provozu. Ve fyzice ho
zastupuje písmeno P. Jednotka výkonu je watt (W).
Vzorce:
P = U . I
I = P : U
U = P : I
a) Vzorová slovní úloha – proud z příkonu a napětí:
Jaký proud prochází spotřebičem o příkonu 300 W, pokud je připojen do zásuvky v místnosti v ČR.
U = 230 V (musím si pamatovat)
P = 300 W
I = ? A
--------------
I = P : U = 300 : 230=1,3 A
Proud je 1,3 A.
b) Vzorová slovní úloha – příkon z proudu a napětí:
Urči příkon spotřebiče, který je připojen k napětí 8 V, pokud jím prochází proud 0,5 A.
U = 8 V
I = 0,5 A
66
P = ? W
---------
P = U . I = 8 . 0,5 = 4 W
Příkon je 4 W.
c) Vzorová slovní úloha – napětí z proudu a příkonu:
Jaké je napětí na spotřebiči, pokud jím prochází proud 0,5 A. Příkon spotřebiče je 200 W.
I = 0,5 A
P = 200 W
U = ? V
-------
U = P : I = 200 : 0,5 = 400 V
Napětí je 400 V.
Příkony spotřebičů :
Příklad 1: Jaký proud bude protékat vláknem žárovky. Potřebné údaje vyčti z obrázku.
67
Příklad 2: Jaký proud bude protékat počítačem při maximálním příkonu? Mohu 5 počítačů připojit
k prodlužovacímu přívodu o max. přípustném proudu 3 A?
Elektrická energie Víme již, že se energie nedá vytvořit ani zničit. Můžeme ji ale přeměňovat z jedné formy na jinou.
Elektrická forma energie má tyto výhody :
Lze ji snadno přenášet na velké vzdálenosti.
Dá se snadno měnit na další energie, které využíváme (teplo, světlo, mechanická energie, chemická…)
Na čem závisí množství elektrické energie přeměněné elektrickým spotřebičem?
1. Na velikosti elektrického proudu
Energie přeměněná el. spotřebičem je tím větší, čím větší proud spotřebičem protéká.
2. Na velikosti elektrického napětí
Energie přeměněná el. spotřebičem je tím větší, čím větší je napětí na spotřebiči.
68
3. Na čase
Energie přeměněná el. spotřebičem je tím větší, čím déle je spotřebič připojen.
tIUE
E - Elektrická energie - joule (J)
U - Elektrické napětí - volt (V)
I - Elektrický proud - ampér (A)
t - Čas - sekunda (s)
Častěji používanou jednotkou elektrické energie je kWh.
Platí převodní vztahy: 1 Ws = 1 J
1 Wh = 3600 J
1 kWh = 3600 000 J = 3600 kJ
Energii odebranou z elektrické sítě měříme elektroměry.
Příklad:
Příkon rychlovarné konvice je 1,2 kW. Konvice je zapnutá po dobu 3 min. Jaké množství elektrické energie
konvice spotřebuje?
P = 1,2 kW = 1200 W
t = 3 min = 180 s
W = ? J
E = P . t = 1200 W . 180 s = 216 000 Ws = 60 Wh = 0,06 kWh
Rychlovarná konvice spotřebuje 0,06 KWh energie.
