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
Elektrický proud v kovech II 3
RL– +
Nezatížený zdroj – obvodem neprotéká žádný proud - voltmetrem měříme napětí naprázdno U0
A
V
U0
Zatěžovací charakteristika zdroje
Elektrický proud v kovech II 4
RL– +
Zatěžujeme sepnutím spínače proměnlivou zátěží RL – obvodem protéká proud I - voltmetrem měříme svorkové napětí U
I
A
V
U
Zatěžovací charakteristika zdroje
Elektrický proud v kovech II 5
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
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
I [A]
U [V]
U0
0,31
3,42
Ik
= zkratový proud
Rovnoměrně měníme odpor RL, přitom měříme proud I a svorkové napětí U:
Zatěžovací charakteristika zdroje
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.
Elektrický proud v kovech II 6
Zatěžovací charakteristika zdroje
Elektrický proud v kovech II 7
RL– +
I
A
V
U
Ri
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
Elektrický proud v kovech II 8
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
Elektrický proud v kovech II 9
Proud v uzavřeném obvodu je roven podílu elektromotorického napětí zdroje a celkového odporu R + Ri.
i
e
RRU
I
Na základě OZUO urči vnitřní odpor zdroje, který jsme použili při předchozím pokusu.
Jaký proud poteče obvodem při spojení nakrátko ?
Opakování
Elektrický proud v kovech II 10
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
Elektrický proud v kovech II 11
Regulace proudu a napětí reostatem
Reostat spojujeme se spotřebičem sériově.R
+-
+ -
Příklady sériově a paralelně spojených obvodů
Elektrický proud v kovech II 12
Regulace proudu a napětí reostatem
R
…jiný způsob značení reostatu…
Příklady sériově a paralelně spojených obvodů
Elektrický proud v kovech II 13
R = ?
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
j
je
I
UUR
Příklady sériově a paralelně spojených obvodů
Elektrický proud v kovech II 14
Regulace proudu a napětí potenciometrem
Při zapojení potenciometru kombinujeme sériové a paralelní spojení rezistorů.
+-
+ -
Příklady sériově a paralelně spojených obvodů
Elektrický proud v kovech II 15
Regulace proudu a napětí potenciometrem
Ue R1
R2
Ij
Uj
I1
I2
Příklady sériově a paralelně spojených obvodů
Elektrický proud v kovech II 16
Ue R1
R2
Ij
Uj
I1
I2
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
Elektrický proud v kovech II 17
Algebraický součet proudů v uzlu je nulový.
1. Kirchhoffův zákon
n
kkI
10
Kirchhoffovy zákony
Elektrický proud v kovech II 18
2. Kirchhoffův zákon
Součet úbytků napětí na rezistorech je v uzavřené smyčce stejný jako součet elektromotorických napětí zdrojů.
n
k
m
jejkk UIR
1 1
Kirchhoffovy zákony
Elektrický proud v kovech II 19
Urči proudy procházející jednotlivými rezistorya) bez použití KZ - , b) s použitím KZ.
R
R1
R2
Ue
R = 6 ΩR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩUe = 12 V
Ue
Kirchhoffovy zákony
Elektrický proud v kovech II 20
R
R1
R2
Ue
Zvolíme kladnou orientaci proudu
Ue
I
I2
I1
Zvolíme uzel a sestavíme pro něj rovnici dle 1. KZ
B
I1 + I2 - I = 0
Zvolíme směry obíhání jednotlivých uzavřených obvodů.
A
Kirchhoffovy zákony
Elektrický proud v kovech II 21
R
R1
R2
Ue
Ue
I
I2
I1
B
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 =
20
9A I =
8
9A
A
Kirchhoffovy zákony
Elektrický proud v kovech II 22
Určete napětí na jednotlivých rezistorech a mezi uzly.
R
R1
R2
Ue
R = 6 ΩR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩUe = 12 V
BA
Jaký by musel být odpor rezistoru R, aby jím procházel proud 1A?
Ue
Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu
Elektrický proud v kovech II 23
– +
U
Fe+
Přenesením elektrického náboje Q v obvodu mezi svorkami zdroje o svorkovém napětí U vykonají elektrické síly uvnitř vodiče práci W = Q·U
Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu
Elektrický proud v kovech II 24
– +
U
Fe+
Prochází-li obvodem konstantní proud po dobu t , pak celkový přenesený náboj určíme jako Q = I · t
Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu
Elektrický proud v kovech II 25
Práce vykonaná elektrickými silami v elektrickém obvodu stejnosměrného proudu za jistou dobu t :
W = U·I·t = R·I2·t = · tU2
R
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.
Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu
Elektrický proud v kovech II 26
Vykoná-li konstantní elektrický proud za dobu t práci W , je jeho výkon
P =Wt
W = U·I·t = R·I2·t = · tU2
R
Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu
Elektrický proud v kovech II 27
Výkon stejnosměrného elektrického proudu v obvodu s rezistorem o odporu R
P = U · I = R · I2 =U2
R
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.
Elektrická práce a výkon v obvodu stejnosm. proudu
Elektrický proud v kovech II 28
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