Obvod na nasledujúcom výkrese je prerušený (pretože vzduch medzi nimi je

1. ELEKTRICKÝ PRÚD Používajú sa tiež násobky a časti ampéra jednotky: 1 ma = 1 1000 A = 10 3 A = 0,001 A 1 µa = 1 1000000 A = 10 6 A = 0,000001 A 1 ka = 1000 A = 10 3 A. žiarovka s quartzovými hodinami (100 W) chladnička hriankovač elektrický radiátor práčka auto štartér lokomotíva blesk 0, 001 ma 0, 43 A 0, 5 A 1, 8 A 9 A 16 A 100 A 200 A 300 000 A Tabuľka 1: Príklady Sila prúdu 1.3.3 Sila prúdu a prierez vodiča Čím väčší je prierez 1 cm vodiča (napr. Medeného drôtu), tým viac voľných elektrónov obsahuje. Ak má elektrický prúd v dvoch medených drôtoch s rôznymi prierezmi rovnakú hodnotu, elektróny v nich sa musia pohybovať rôznymi rýchlosťami: v tenkom drôte musia byť elektróny rýchlejšie ako v silnom drôte: prierez oboch vodičov sa zvyšuje za sekundu. rovnaký počet elektrónov prechádza pomalou rýchlosťou rýchlejšou rýchlosťou Obrázok 3: iný prierez, rovnaká sila prúdu 1.3.4 Meranie sily prúdu Na meranie sily prúdu sa používa ampérmeter, ktorý sa tiež nazýva ampérmeter. 4c Y. Reiser

pretože

1. ELEKTRICKÝ PRÚD DC 0,000 ma ma 150 50 500 1 A 5 A VYP AC DC ma A COM Obrázok 5: Digitálny ampérmeter 1.3.5 Porovnanie s vodným okruhom Pre lepšie pochopenie prúdenia je možné vidieť pohyb elektrónov v uzavretom režime Porovnajte elektrický obvod s pohybom molekúl vody vo vodnom cykle: Zdroj napájania Čerpadlo M Spínací uzatvárací ventil Elektromotor Hydraulická turbína Obrázok 6: Elektrický okruh/vodný cyklus Vo vodnom cykle čerpadlo uvádza molekuly vody do pohybu. Môžu sa pohybovať, keď je kohútik otvorený. Keď molekuly vody pretekajú turbínou, začne sa pohybovať. Prietok je možné merať v ktoromkoľvek bode okruhu (pretože má všade rovnakú hodnotu). Zodpovedá to počtu molekúl vody, ktoré prechádzajú prierezom cyklu za sekundu. V elektrickom obvode uvádza zdroj energie do pohybu elektróny. Oni by- 6 c Y. Reiser

1. ELEKTRICKÝ PRÚD bude prúdiť obvodom, keď je spínač zapnutý. Keď elektróny prechádzajú cez elektrický motor, začne sa otáčať. Intenzitu prúdu je možné merať v ktoromkoľvek bode obvodu (pretože má všade rovnakú hodnotu). Zodpovedá to náboju, ktorý pretína jeden prierez vodiča za sekundu. Vodný okruh elektrický obvod energetický zdroj čerpadlo napájací zdroj zapínanie/vypínanie vypínacieho kohútika spínač spotrebná turbína elektromotor prietok počet molekúl/sek. Poplatok za sekundu (prúd) Tabuľka 2: Porovnanie vodného okruhu a elektrického okruhu Rovnako ako v elektrickom okruhu môže voda tiecť vo vodnom okruhu iba vtedy, keď je okruh uzavretý. Ak máte rovnaký prietok v úzkom vodnom potrubí, musia sa molekuly pohybovať rýchlejšie ako v potrubí s väčším prierezom. 7c Y. Reiser

2. ELEKTRICKÉ NAPÄTIE DC 0,000 VV 100 10 VYP 500 1 kv 5 kv AC DC V COM Obrázok 9: Digitálny prístroj na meranie napätia Voľba rozsahu merania a typu prúdu sa musí vykonať rovnakým spôsobom ako pre prístroj na meranie prúdu (pozri 1.3.4 s. 4 ). 10c Y. Reiser

3. ELEKTRICKÁ ENERGIA 3 Elektrická energia Podľa definície je elektrické napätie energiou vymieňanou medzi nábojom 1 C a zdrojom energie alebo spotrebiteľom (pozri stranu 8): Platí teda toto: U = E el QE el = UQ (1) Elektrický prúd je definovaný (pozri s. 3): = Q t Takže: Q = t (2) Kombináciou rovníc (1) a (2) dostaneme: E el = U t Jednotkou S elektrického napätia sú volty (1 V = 1 J). Jednotka S elektrického prúdu je ampér (1 A = 1 C). S-jednotka času je druhá (é). s Z toho usudzujeme: [E el] = J C C s s = J Jednotka elektrickej energie je rovnaká ako jednotka všetkých ostatných foriem energie: Joule. Príklad výpočtu: Elektrické napätie privedené na žehličku je 230 V. Elektrický prúd, ktorý prechádza elektrickým obvodom žehličky, je 5 A. Ak je žehlička zapnutá na pol hodiny, spotrebovaná elektrická energia je: E el = U t = 230 V 5 A 1800s = 230 JC 5 C s 1800 s = 2 070 000 J = 2,07 MJ. 11c Y. Reiser

4. ELEKTRICKÝ VÝKON 4 Elektrická energia 4.1 Definícia elektrickej energie Elektrická energia zdroja energie/elektrického spotrebiča je elektrická energia, ktorá sa za sekundu vymieňa medzi elektrickými nábojmi a zdrojom energie/spotrebiteľom. Symbol elektrickej energie: P el Vzorec: P el = E el t S-jednotka elektrickej energie je watt (W) 4. Pretože S-jednotka elektrickej energie je joule (J), čo zodpovedá druhej (s) ), dostaneme: 1 W = 1 J s Ak elektróny získajú zo zdroja energie energiu 1 J za 1 s, výkon dodaný zdrojom energie je 1 W. Da (pozri s. 11): dostaneme: E el = U t P el = U tt = U Ak poznáte napätie U, ktoré je privedené na elektrický komponent, ako aj intenzitu prúdu v tomto komponente, môžete ľahko vypočítať výkon/spotrebu pomocou tohto vzorca: P el = U 4 na počesť škótskeho inžiniera Jamesa Watta (1736-1819) 12 c Y. Reiser

4. ELEKTRICKÝ VÝKON Príklad: Elektrické napätie aplikované na žiarovku je U = 5 V. Prúd vo vlákne je 1,3 A. Elektrický výkon, ktorý žiarovka spotrebuje, je preto: P el = U = 5 V 1,3 A = 6,5 W. Poznámka: Používajú sa tiež násobky a časti jednotky S výkonu: 1 kw = 10 3 W = 1 000 W 1 MW = 10 6 W = 1 000 000 W. Vrecková kalkulačka cyklistická lampa mraznička železná doska elektrická lokomotíva solárny článok; 1 cm 2 hnacie dynamo batérie centrum výkonu 0,4 mw 2,4 W 150 W 1 kw 6 kw 3 MW 5 mw 2 W 3 W 300 MW Tabuľka 3: Príklady elektrického výkonu 13 c Y. Reiser

5. ELEKTRICKÁ ODOLNOSŤ Príklad: Techn. Odpor na výkrese 11 je označený nasledujúcimi krúžkami: Symbol techn. Odpor: červená modrá oranžová strieborná Takže platí toto: R = 26 10 3 Ω ± 10% R = 26 kω = 26 000 Ω V schémach elektrických obvodov je technický odpor znázornený týmto symbolom: R Obrázok 12: techn. Odpor v schéme zapojenia 17 c Y. Reiser

5. ELEKTRICKÁ ODOLNOSŤ 5,5 Ohmov zákon 5.5.1 Experiment Na kúsok konštantanového drôtu nanášame rôzne napätia. Pre každé napätie U zmeriame silu prúdu, ktorý prechádza vodičom. Konštantný drôt AUV Obrázok 13: Ohmov zákon: Obvod U (V) (A) U (VA) O Poznamenávame (okrem chýb merania): Tabuľka 5: Tabuľka merania pri zdvojnásobení napätia U, zdvojnásobenie napätia U strojnásobí sa tiež prúdová sila. Ak sa napätie U vynásobí n, sila prúdu sa tiež znásobí n. Záver: 18 c Y. Reiser

5. ELEKTRICKÁ ODOLNOSŤ Sila prúdu pretekajúceho konštantanovým vodičom je úmerná napätiu U privedenému na vodič. Výpočet kvocientov nameraných hodnôt: Vypočítajme kvocient U pre každú nameranú hodnotu: Je zrejmé, že tento kvocient okrem chýb merania je konštanta. To potvrdzuje proporcionalitu medzi prúdom a napätím U. Grafické znázornenie: Ak namerané hodnoty zobrazíme v grafike (U na osi y, na osi x): Zistili sme, že všetky body (okrem chýb merania) sú na jednom Rovný nulový bod. Pridajme k priamke približnú priamku a vypočítajme jej sklon: Súradnice dvoch bodov na priamke: A (,) B (,) Sklon = U B U A B A = 19 c Y. Reiser

6. SÉRIA A PARALELNÉ ZAPOJENIE ODPOROV STOJANY U 1 U 2 R 1 R 1 R tot. U tot. U tot. Obrázok 15: Dva sériovo zapojené rezistory sú nahradené jedným Ohmovým zákonom, ktorý platí pre prvý rezistor: U 1 = R 1 (1) Ohmov zákon platí rovnako pre druhý rezistor: U 2 = R 2 (2 ) Na celkový odpor platí Ohmov zákon: U tot. = R tot. (3) Pretože sa napätia na obidvoch rezistoroch sčítajú, platí toto: U tot. = U 1 + U 2 () Ak nahradíte (1), (2) a (3) v (*): R tot. = R 1 + R 2 po zjednodušení o jedného získa: R tot. = R 1 + R 2 Celková hodnota dvoch sériovo zapojených rezistorov zodpovedá súčtu hodnôt jednotlivých rezistorov. 22c Y. Reiser

6. SÉRIA A PARALELNÉ ZAPOJENIE ODPOROV 6.2 Paralelné pripojenie Uvažujme o nasledujúcom obvode, v ktorom sú dva odpory paralelne zapojené k zdroju napájania: UA 1 U 1 R 1 1 BU 2 2 R 2 2 Obrázok 16: Paralelné pripojenie dvoch odporov 6.2.1 Prúd V uzle A sa intenzita prúdu rozdelí na intenzitu prúdu 1, ktorá pretína časť obvodu, ktorá obsahuje R 1, a intenzitu prúdu 2, ktorá preteká cez R 2. Platí nasledujúce: 6.2.2 Napätie = 1 + 2 Všetky náboje, ktoré sú na ľavej strane obvodu, majú rovnakú energiu. To isté platí pre poplatky vpravo. Ak sa náboj 1 C pohybuje zľava doprava, energetický rozdiel (a teda aj napätie) je rovnaký bez ohľadu na to, cez ktorú časť obvodu sa náboj preniesol: 6.2.3 Odpor U = U 1 = U 2 Teraz chceme dva paralelné odpory R 1 a R 2 opäť jedným odporom R tot. vymeniť bez zmeny prúdu v obvode: 23 c Y. Reiser

6. SÉRIA A paralelné zapojenie odporov U A 1 U R 1 1 B U U R tot. 2 R 2 2 Obrázok 17: dva paralelné odpory sú nahradené jediným Je napísaný Ohmov zákon: pre prvý odpor: pre druhý odpor: pre celkový odpor: Pretože súčty prúdov: U = R 1 1 1 = UR 1 (1) U = R 2 2 2 = UR 2 (2) U = R celkom. = U R tot. (3) = 1 + 2 () Ak nahradíme (1), (2) a (3) v (*), dostaneme: U R tot. = U R 1 + U R 2 Po zjednodušení pomocou U človek konečne získa: 1 R tot. = 1 R 1 + 1 R 2 Ak sú paralelne zapojené dva odpory, inverzná hodnota celkového odporu sa rovná súčtu inverzných hodnôt jednotlivých odporov. 24c Y. Reiser