Elektřina + obrázky: proud obvod

Elektrický proud - jev
Elektrický proud - veličina
Elektrické napětí      
Elektrický obvod
Běžné elektrické obvody
Zkrat
Pojistka, jistič
Spotřebič
Elektrotechnické značky >
Elektrický obvod v domácnosti 
Závady obvodu
Měřící přístroje
Elektrický odpor
Reostat, potenciometr 
Zapojení spotřebičů
Práce a výkon el. proudu
Spotřeba elektrické energie
Bezpečnost práce s elektrospotřebiči
Vodivost pevných látek     
Vodivost kapalin
Vodivost plynů
Úkoly - zapoj

Elektrický proud - jev (úkaz, že procházejí e-) obrázky

Elektrický proud (název jevu) = usměrněný tok částic (nejčastěji e-). Částice jsou "tlačeny" silou elektrického pole.
Tyto částice postupují vodičem (podobně jako voda potrubím).
Vodič = látka, která vede elektrický proud (kovy, kyselina, ionizovaný vzduch …).
Vodič musí obsahovat volné částice s nábojem (kov - e-, kapalina a plyn - ionty).

Směr el. proudu
Elektrony vycházejí z pólu  –  zdroje, putují do pólu  +  (tzv.skutečný směr proudu).
Dohodnutý směr proudu:  +  ––>  –  (byl kdysi dohodnut pro technickou praxi).

1881 - osvětlení Janáčkova divadla v Brně (František Křižík)
1919 - počátek zavádění el. proudu ze vznikajících elektráren u nás (el.valčík)

Elektrický proud - veličina (měřitelná hodnota)

Elektrický proud je fyzikální veličina.
Značka: I
Základní jednotka:
Vedlejší jednotky:
1 A (Ampér) André Marie Ampère
1 mA, µA, kA

Udává nám, kolik Coulombů (nábojů) projde daným místem vodiče za 1 s.
POZN: Proud 1 A ≈ daným místem vodiče za 1 s projde 6.1018 e (= náboj 1 C).

proud [A] spotřebič
< 0,01 rádio, elektronika ve STANDBY módu
0,2 žárovka 40 W
0,5 počítač
2 ruční mixér
kolem 4 žehlička, vysavač
12 el. trouba, var. konvice
200 startér Felicie (12 V)
> 400 el. lokomotiva

Elektrické napětí

Aby proud obvodem procházel, musí částice k pohybu nutit elektrické pole.
Sílu tohoto pole vyjadřujeme jako elektrické napětí.

Elektrické napětí je fyzikální veličina.
Značka: U
Základní jednotka:
Vedlejší jednotky:
1 V (Volt) (Alessandro Volta)
1 mV, 1 µV, 1 kV

Představujeme si jej jako sílu, ženoucí e- obvodem.

Pomůcka: Analogie

  Vodič s proudem Vodní potrubí
velký proud:   protéká hodně e- protéká hodně vody (tlusté potrubí)
malý proud: protéká málo e- protéká málo vody(tenké potrubí)
velké napětí: e- tlačeny velkou silou    velký tlak vody v potrubí (silné čerpadlo)
malé napětí: e- tlačeny malou silou malý tlak vody v potrubí (slabé čerpadlo)

 

napětí [V] zdroj
1,2 dobíjecí monočlánky (AAA - mikrotužky, AA - tužkový) RECHARGABLE=dobíjecí
1,5 obyčejné monočlánky (AAA - mikrotužky, AA - tužkový, … "buřty"), knoflíkové baterie
4,5 plochá baterie
9 9V baterie
19 baterie notebooku
6 baterie motocyklu, Trabant
12 baterie automobilu
24 baterie nákladního automobilu, pracovního stroje
230 zásuvka
400 3 fázová zásuvka (míchačka, stroje v dílně)
10000 trolejbus, lokomotiva
miliony blesk
.....  baterie mého mobilu

POZN: baterie=soustava.
Elektrická baterie = soustava monočlánků.

Kapacita baterie - udává výdrž baterie v jednotkách Ah [ampérhodin].

Například:

      proud    po dobu
Baterie kapacity 40 Ah vydrží dodávat: 1A 40 h
  2 A 20 h
Baterie kapacity 2000 mAh vydrží dodávat: 20 mA 100 h
  200 mA 10 h

Čím větší kapacita, tím delší dobu baterie pracuje (déle vydrží mobil…)

Elektrický obvod obrázky

je řada vzájemně vodivě spojených elektrických prvků (zdroj, žárovka, motor,…)

Nutné části elektrického obvodu:

Chybí-li zdroj, neprochází elektrický proud (e- nejsou poháněny).
Vypínač přeruší cestu proudu (e- mají "přerušenou cestu").

Pomůcka: Analogie

  Elektrický obvod   Vodní potrubí
zdroj el. proudu (žene e-) čerpadlo (žene částice vody)
spotřebič (žárovka, motor)   např. vodou poháněná  turbína
vodič (např. drát) potrubí
vypínač ventil (uzavře průtok)

Běžné elektrické obvody

ZNÁT (viz obrázky):
- světla (lampa, kapesní svítilna…)
- motory (vysavač, mixér…)

Zkrat

 je průchod e- bez zábran z  –  –>  +  na zdroji (když chybí spotřebič).
Způsobení zkratu:
- spojením pólů zdroje
- spojením přívodů u spotřebiče (ohyb šňůry žehličky, přeštípnutí přívodu, kabel v ohni, kapka vody na přívodu…)
Zkrat skončí:
* po přechodu všech e- do  +  pólu zdroje (= zničení baterie)
* přerušením obvodu (pojistkami, přepálením vodiče)

Při zkratu se velkým proudem více zahřeje vodič -> příčina požáru.

Nakresli schéma: stolní lampa, kapesní svítilna, vysavač, autíčko na baterky, varná konvice.

Pojistka, jistič

chrání člověka i spotřebič - při průchodu příliš velkého proudu PŘERUŠÍ OBVOD.

Pojistka
- se velkým proudem přepálí, musí se vyměnit.
- vozidla, elektronika
Jistič
- velký proud -> CVAK -> přeruší obvod
- NAHORU = zapnuto, DOLŮ = vypnuto
- domácnost, budovy, lodě, vlak…

Jističe v domácnosti, škole:
- světla: 6 A
- zásuvkový okruh 10 nebo 16 A
- pračková, myčková zásuvka 16 A

Po "vyhození" jističe vždy nejdříve odstraň příčinu (spálený spotřebič, mnoho spotřebičů zapnutých najednou…).
Při požáru vypni elektrický proud (shoď jističe).

DÚ: Jističe u nás v domácnosti:

Elektrický spotřebič

je zařízení, které umí měnit elektrický proud na jinou formu energie:

Člověk zatím vytvořil jen takové spotřebiče, které alespoň část elektrické energie ztratí - neužitečnou přeměnou (většinou na teplo). Proto se musí např. každý motor, počítač chladit.

spotřebič mění energii e- na
užitek forma odpadní
teplo
žárovka 5 % světlo 95 %
zářivka 30 % světlo 70 %
LED dioda 40 % světlo 60 %
elektromotor 90 % pohyb (otáčivý) 10 %
reproduktor 99 % pohyb->zvuk 1 %
varná konvice 100 % teplo -
odpor (součástka) 100 % teplo -
       

Odkazy: účinnosti žárovek - 1

Elektrotechnické značky - znát!!  (další značky 1 2)

Vypínač, jistič - VŽDY: Větší zapnuto, Větší vypnuto

Nakresli schéma zapojení více spotřebičů - elektroinstalace doma, v autě.

Elektrický obvod v domácnosti, autě obrázky

Závady elektrického obvodu

Nefunguje spotřebič zapnutý do zásuvky:
- je v zásuvce napětí? (zapoj jiný spotřebič)
- zapoj spotřebič do jiné zásuvky
- např. u lampy vyměň žárovku (předtím vypoj ze zásuvky!)
Nefunguje spotřebič na baterii (svítilna, mobil, ovladač…):
- vyměň baterii
- vyzkoušej baterii v jiném spotřebiči
- např. ve svítilně vyměň žárovku
- zjisti, zda není zaoxidovaný kontakt přitisknutý k baterii

POZOR: záměna  –  a  +  neovlivní funkci: žárovky, vypínače, tepelných spotřebičů.
Motor se bude otáčet opačně.
Některé spotřebiče může záměna poškodit.


Měřící přístroje obrázky

Ampérmetr obr Ampérmetr - elektrotechnická značka měří proud - měří mohutnost toku e- (~ jejich počet/sekundu).
Propustí téměř všechen proud.
Připojíme jej vždy tak, aby jím musel procházet všechen proud (tj. přeruším obvod, připojím ampérmetr).
POZOR na zkrat!

Voltmetr obr Voltmetr - elektrotechnická značka měří napětí mezi 2 různými místy obvodu.
Nepropustí téměř žádný proud.
Připojíme jej vždy na svorky zdroje či spotřebiče.

POZN: Měřit lze jen v obvodu, který funguje i bez měřícího přístroje!

Využití měření napětí - zjištění závady:
- stav autobaterie
- stav baterie v hračce
- funkčnost zásuvky - NEZKOUŠEJ!
Měření velikosti elektrického proudu využívají:
- ukazatele stavu paliva
- teploty motoru
- hlasitosti vstupu elektroniky …

NEZÁLEŽÍ na pořadí zapojení spotřebičů, ampérmetru.

POZOR na zapojení pólů  +  a  –  do měřícího přístroje!


Před měřením nastav na měřáku NEJVĚTŠÍ rozsah

Zjištění velikosti 1 dílku stupnice:
ampérmetr voltmetr
30 dílků  ~  ... A
  1 dílek  ~  ... A
30 dílků  ~  ... V
  1 dílek  ~  ... V

Elektrický odpor

je:

  1. schopnost vodiče bránit průchodu elektrického proudu (Větší odpor - Větší brání průchodu)
  2. součástka (Rezistor = odpor rezistor ), která brání průchodu elektrického proudu (mění jej na teplo)

Každý vodič brání průchodu proudu. Některý méně (drát, karosérie auta…), jiný více (hlína, žárovka…).

Rezistence = odolnost (vůči něčemu).

Elektrický odpor je fyzikální veličina.
Značka: R (Rezistence)
Základní jednotka:
Vedlejší jednotky:
1 Ω (Ohm) [óm]
1 kΩ, 1 MΩ


1 Ohm = odpor součástky, která např. při 1 V propustí proud 1 A

Ohmův zákon: po připojení např. 2×většího napětí ke spotřebiči propustí spotřebič také 2× větší proud (apod.).

Např. při 10 V propustí proud 2 A -> při 30 V propustí 6 A (pokud se nezničí).

Měření odporu

Zapojení obvodu:

Výpočet:

R = U
–––
I

R = odpor spotřebiče, který je ochoten při napětí U propustit proud I.
PŘ: Zjisti odpor lampy, kterou při 230 V prochází proud 0,4 A.
 U = 230 V; I = 0,4 A; R = ? Ω
R = U/I
R = 230/0,4
R = 575 Ω
Odpor lampy je 575 Ω.

Měření elektrického odporu:

změřeno  vypočteno podle R = U/I  
č. měření   U [V]       I [A]    R [Ω]
1
2
3
4
5
průměr:  –  –
       Zapojení:    

Odpor vodiče závisí na:

POZN: Lépe tedy vede kratší, silnější vodič.

Využití odporu: - součástka: elektronika (počítač, mobil)
- drát s velkým odporem: topné spotřebiče (topení, žehlička, topné těleso v pračce, myčce, fénu…)

Reostat, potenciometr

je elektrický odpor (rezistor) s jezdcem (posuvným 3. kontaktem).
Posouváním jezdce měním velikost odporu.
Využití:

Zapojení elektrických spotřebičů obrázky

1. Zapojení za sebou (sériové)

(proud "vidí" spotřebiče za sebou)

Sériové zapojení         
U = U1 + U2
I = I1 = I2
R = R1 + R2
 

Nefunkčnost 1 spotřebiče přeruší obvod!

Napětí se rozdělí mezi jednotlivé spotřebiče.

Využití zapojení: žárovky na vánočním stromku, zapojení bezpečnostních čidel, vánoční svícen…obr
R1, R2 = spotřebiče (žárovky…)
Nezáleží na pořadí spotřebičů !!!

Zásady řešení:
 

 - známé hodnoty škrtej v tabulce: U  U1 U2
  I  I1 I2
  R  R1 R2

- užívej vzorce (uvedené vedle obvodu)
- jsou-li ve sloupci 2 hodnoty známé, 3. hodnotu spočti vzorcem R=U/I

PŘ: U = 40 V; R1 = 15 Ω; R2 = 5 Ω; urči ostatní hodnoty
R =
R1 + R2  ;  R = 15 + 5   ;  R = 20 Ω
I = U/R ;  I = 40/20 = 2 A = I1 = I2
U1 = R1.I1;  U1 = 15.2 = 30 V
U2 = R2.I2;  U2 = 5.2 = 10 V
zkouška: U1 + U2 = 30 + 10 = 40 V = U

2. Zapojení vedle sebe (paralelní)

(proud "vidí" spotřebiče vedle sebe)

Paralelní zapojení         
U = U1 = U2
I = I1 + I2

  R1.R2
 =  ––––––––
  R1 + R2

Nefunkčnost 1 spotřebiče neovlivní ostatní spotřebiče (jen Větší celkový proud v obvodu).

Napětí je stejné na všech spotřebičích.

Využití zapojení: spotřebiče doma, v dopravním prostředku (auto, vlak, letadlo,…), v továrně, obecní osvětlení, připojení měst k elektrárně, napájení částí počítače…obr

PŘ: U = 12 V; R1 = 4 Ω; R2 = 6 Ω; urči ostatní hodnoty
U1 = U2 = U = 12 V
R = R1.R2/(R1 + R2)
R = 4.6/(4 + 6) = 24/10 = 2,4 Ω
I = U/R
I = 12/2,4 = 5 A
I1 = U1/R1
I1 = 12/4 = 3 A
I2 = U2/R2
I2 = 12/6 = 2 A
zkouška: I1 + I2 = 3 + 2 = 5 A = I

Další obvody se spotřebiči - obrázky.


Práce a výkon elektrického proudu

Jak rychle se elektrický proud mění ve spotřebiči na práci, nám udává výkon el. proudu (= příkon spotřebiče):

Pelektrický= U.I

Pelektrický = výkon el. proudu (příkon spotřebiče), když při napětí U prochází proud I.
Vyjde v jednotkách [W] jako mechanický výkon.
Čím větší příkon má spotřebič, tím silnější přívodní šňůru potřebuje (tenká by se zahřívala).
POZN: Proud 1 A ~ 230 W příkon.
Čím větší příkon, tím větším "žroutem elektřiny" je spotřebič.

PŘ: Kávomlýnek má při 230 V příkon 115 W. Urči proud kávomlýnkem.
U = 230 V; P = 115 W; I = ? A
I = P/U
I = 115/230
I = 0,5 A
Spotřebičem (o příkonu 115 W) teče proud 0,5 A.

POZN: Příkon někdy udáváme v jednotkách VA (VoltAmpér).

230 V × 0,5 A = 115 VA = 115 W

DÚ: Zjisti příkon:

spotřebič  příkon [W]   proud spotřebičem [A] 
vysavač    
mixér    
žehlička    
varná  konvice    
mikrovlnka    
adaptér
(notebooku, herní konzole, mobilu…)
   

Případně další spotřebiče (vrtačka, el. mlýnek, kulma, fén, topinkovač, pračka, reflektor, žárovka…).

POZOR: Např. varná konvice P = 2300 W (= 230 V.10 A) odebírá ze zásuvky téměř 10 A. Vyhazuje-li jistič při 16 A, dvě takové konvice "vyhodí pojistky".

Práce vykonaná elektrickým proudem


(mění se ve spotřebiči na mechanickou práci, teplo…):

Welektrická= U.I.t

Welektrická = práce, kterou vykonal el. proud, když při napětí U proudem I napájel spotřebič po dobu t.

Práce vykonaná proudem = "spotřeba" el. proudu (jednotka kWh).
Např. vysavač 1 kW, pracuje 1 h - spotřebuje 1 kWh.
Spotřebič s příkonem 2 kW (varná konvice) za 3 h provozu spotřebuje 2 kW.3 h = 6 kWh
POZN: čas dosadíme v h->výsledek vyjde v kWh (dosazením v s-> výsledek vyjde v J).

PŘ: Míchačka pracuje na stavbě 2,5 h:
 U = 400 V; I = 8 A; t = 2,5 h; W = ? J
W = U.I.t
W = 400.8.2,5
W = 8000 Wh = 8 kWh
Elektrický proud dodávaný míchačce (příkon) vykoná práci 8 kWh.
O tuto hodnotu se zvýší údaj na elektroměru.

POZN: 1 kWh = 1 kW.1 h = 1000 W.3600 s = 3600000 H = 3,6 MJ
Za1 kWh platíme zhruba 5 Kč.

Hospodárnost a příkony některých elektrospotřebičů.

PŘ: Za jak dlouho spotřebuje spotřebič (příkonu 200 W) 1 kWh?
W = U.I.t              P=200 W = 0,2 kW = U.I
1 kWh = 0,2.t
1/0,2 = t
5 h = t
200 W spotřebič spotřebuje 1 kWh za 5 hodin.

 

Úkol: Zjisti průměrnou denní spotřebu vaší domácnosti:

den   stav elektroměru     nárůst      nárůst/den   
st  
     
     

Spotřeba elektrické energie

Elektrická energie je v elektrické síti okamžitě přeměňována na jiný druh energie.
Větší spotřeba elektřiny je při odběru:
- Větší napětí (kapesní svítilna × lampa)
- Větší proudu (rádio × pračka)
- Větší dobu (konvice × el. topení)

Elektroměr - měří spotřebovanou elektrickou energii (el. práci) v kWh.
Vysokou spotřebu mají:
- kvůli velkému příkonu: elektrické topení, pračka, el. trouba, bojler, myčka, sušička, varná konvice, žehlička…
- kvůli dlouhodobé funkci: lednička.

DÚ:

  stav VT stav NT
Čt např. 88821 např. 999999910
Ne např. 88851 např. 999999985
spotřeba za 3 dny 30 75

Denně spotřebujeme průměrně: .......... kWh
Za 1 kWh platíme: ........... Kč

Úkol: Zjisti průměrnou týdenní spotřeb domácích spotřebičů:

spotřebič   příkon spotřebiče [W]   doba provozu za týden [h]  týdenní spotřeba [kWh]   týdenní náklady [Kč] 
osvětlení
(kuchyň + pokoje + můj pokoj + chodba …)
       
televizor        
počítač        
el. trouba        
pračka        
myčka        
lednička        
el. topení        

Některé spotřebiče záměrně přeměňují el. proud na více forem - např. na pohyb + teplo: fén, pračka, myčka, sušička…

Bezpečnost práce s elektrospotřebiči

El. proud mě může ohrozit, prochází-li mým tělem např. od fáze do "nuláku" či země (zemský povrch).
Elektrický proud způsobí stažení (křeč) svalu, může tak i zastavit srdce.
Odpor lidského těla je několik kΩ. Při 230 V tak může tělem projít proud ~0,2 A - způsobí tím popálení i smrt.

SMRTELNÉ NEBEZPEČÍ pro mne:

POZN: při příchodu ke "spadlým drátům" - kročejové napětí !
POZN: do vedení za 1 min. po závadě zkusí znovu pustit proud !

Video: pracovník na drátech VVN,_, úmrtí pod trolejí 

První pomoc:

  1. vypni proud (přeruš přívod)
  2. dýchá? (pravidelně) -> pokud ne, masáž srdce (zdvih 5-7 cm, 100×/min) NEDĚLEJ umělé dýchání
  3. volej 155, 112 (v zahraničí), dospělého
  4. krvácí? ->zastav krvácení

DÚ:

Kde máme jističe? (k přerušení dodávky el. proudu) předsíň, chodba, sklep…
Jak je vypnu? stisk nahoru, dolů…
Kde vypnu plyn? předsíň, chodba, sklep…
Jak? klíčem, otočení kohoutu…
Kde zastavím vodu? předsíň, chodba, sklep…
Jak? klíčem, otočení kohoutu…

Bezpečné a nebezpečné hodnoty napětí.

Vodivost pevných látek

Elektrický proud vedou pevné látky, které obsahují volné elektrony (tj. e- mohou volně přeskakovat k sousedním atomům).

Vodiče - kovy (Ag, Au, Cu, Al …), grafit (tuha)
Nevodiče (izolanty) - keramické mat., sklo, plasty, suché dřevo, guma, slída, jantar…
Využití vodičů: elektroinstalace staveb (Cu, Al), vedení trolejbusů, železnice (Cu, Fe), elektrické vedení (Fe), elektronika (Fe, Cu, Au, Ag…)…
Využití izolantů: ochrana před el. proudem - izolátory el. vedení (keramika), těla elektrospotřebičů (plast, dřevo), izolace nářadí a přívodních drátů k elektrospotřebičům (plast, guma)…

Vodivost kapalin

Elektrický proud v kapalině = usměrněný tok atomů s nábojem (iontů).
Roztok kuchyňské soli: NaCl --> Na+ + Cl-
Kyselina v autobaterii: H2SO4 --> 2H+ + SO42-

POZOR: obyčejná voda prakticky vždy obsahuje ionty (chlór, minerály…) a je proto vodivá a nebezpečná při práci s el. proudem!
Využití: akumulátor auta, "hrající" nočník, hlásiče vody…
Ve vlhkém prostředí je větší nebezpečí úrazu el. proudem (koupelna, jeskyně, bazén…)

Ukázka: voda

Vodivost plynů

Elektrický proud v plynu = usměrněný tok atomů s nábojem (iontů).
Vzduch za normálních podmínek obsahuje volné ionty - je vodivý (málo, ale je).
Ionizace = zvětšení počtu iontů v plynu.
- ohřátím, hořením
- ionizujícím zářením (UV paprsky, rentgenové…)
K průchodu proudu plynem je třeba také vyšší napětí.
Výboje v praxi: blesk, svíčka v motoru, jiskry při oblékání svetru, výbojky ve světlech (zářivky doma, pouliční), el. zapalovače plynu…

Ukázka: el. oblouk ve vzduchu, různé plyny, neony Las Vegas, náklon plamene svíčky, plamen vede

 


Elektřina na webu ČEZ

Úkoly - zapoj (program Edison stáhni4 stáhni5 web):

  1. jednoduché (+řeš)
  2. vypínače (+řeš)
  3. měřáky (+řeš)
  4. spotřebiče (+řeš)
  5. odpory (+řeš)

Zajímavosti: supravodivost tuhy