Elektrický proud

Elektrický proud I

Základní pojmy

• El. proud je základní fyzikální veličina

• Elektrický proud je uspořádaný pohyb elektricky nabitých částic ve vodičích, případně ve vakuu

  • Nabité částice nosiče náboje = elektrony, ionty, díry

• Směr proudu je směr pohybu kladných nosičů náboje směr je stanoven dohodou

• Příčina el. proudu: Elektrické pole ve vodiči

  • Např. dočasný el. proud vznikne, spojíme-li vodivé desky nabitého kondenzátoru po vyrovnání nábojů na deskách zanikne ve vodiči el. pole a tím i el. proud

• Přenesou-li nosiče náboje průřezem vodiče za určitou dobu určitý náboj

• $\mathbf{I =}\frac{\mathbf{\mathrm{\Delta}Q}}{\mathbf{\mathrm{\Delta}t}}\mathbf{;jednotka:A}$

Konstantní stejnosměrný proud

• Proud, jehož směr sni velikost se s časem nemění

• $I = \frac{Q}{t};jednotka:A.s = C\ (ampérsekunda)$

• Podmínky:

  • Uzavřený elektrický obvod

  • Elektrický zdroj v obvodu zajištuje časově neměné el. pole ve vodiči (na jeho svorkách je neměnné napětí)

Elektrický zdroj

• V elektrickém zdroji se přeměnuje určitý druh energie na energii elektrickou

• Dělení:

  • Chemické zdroje

  • Elektrické zdroje galvanické články, fotočlánky, termočlánky

  • Alternátory zisk energie v elektrárnách

Elektromotorické napětí zdroje Ue

• Práce vykonaná uvnitř zdroje: W = Q.Ue

Elektrický proud v kovech

Vodivost kovů

• V kovech je el. proud tvořen usměrněným pohybem elektronů elektronová vodivost

Driftová rychlost

• Rychlost, s jakou se pohybují elektrony uspořádaným pohybem

• Ve srovnání s rychlostí neuspořádaného pohybu je velmi malá

• Rychlost ve vodičích domovní instalace = 10-5 m.s-1

Elektrický odpor

Voltampérová charakteristika

• Graf závislosti I na U

• V případě kovových vodičů = rezistorů při stálé teplotě jde o tvar přímek

• Z charakteristiky vyplývá:

  • Ohmův zákon při stálé teplotě je proud přímo úměrný napětí

  • Elektrický odpor (rezistence) $R = \frac{U}{I};jednotka:V.A^{- 1} = \mathrm{\Omega}\ (ohm)$

  • Elektrická vodivost $G = \frac{I}{U} = \frac{1}{R};jednotka:\mathrm{\Omega}^{- 1} = S\ (siemens)\ $

Závislost elektrického odporu kovového vodiče:

Odpor závisí na materiálu, délce a přůřezu vodiče

• $R = \rho\ .\ \frac{l}{S};jednotka:\mathrm{\Omega}\ .\ m^{- 1}$

• ρ…měrný odpor

• l … délka

• S … průřez

Odpor závisí na teplotě

• R = R1(1+αΔt); Δt= t2 − t1

• α…teplotní součinitel el.odporu; jednotka: K − 1

• Závislost odporu na teplotě je lineární

• Supravodivost – jev, kdy při malých teplotách klesá měrný odpor na neměřitelnou hodnotu

  • Supravodivé materiály – materiály, jimiž el. proud prochází bez jakýchkoliv ztrát

Práce a výkon v obvodu stejnosměrného proudu

• $W = U.I.t = R.I^{2}.t = \frac{U^{2}t}{R};jednotka:J = kWh \rightarrow 1kWh = 3,6\ .10^{6}J$

Joulovo teplo Qj

• Teplo vyjadřující přenos energie tepelná výměna mezi vodičem a okolím

• Qj = W (stejný vzorec)