FYZIKÁLNÍ ZÁKONY
Rovnice, která je uvedena na konci předchozí kapitoly, je matematickým
vyjádřením Ohmova zákona. Tato rovnice
platí vždy pro určitou látku při stálé teplotě. Tato poznámka je důležitá,
protože zatímco u některých slitin se hodnota odporu
při změně teploty mění jen nepatrně, u kovů elektrický odpor s teplotou roste a u
jiných vodičů, například u uhlíkového vlákna, naopak s rostoucí teplotou
klesá.
Elektrický obvod
Předpokladem pro vznik elektrického proudu
je existence uzavřeného elektrického obvodu,
jehož základními prvky jsou zdroj elektrického
napětí, spotřebič a vodič. Měření proudu se provádí ampérmetrem,
který se může zapojit kdekoli v sérii (za sebou) s těmito základními prvky.
Napětí se měří voltmetrem, který se zapojuje paralelně (vedle
sebe) se spotřebičem či zdrojem elektrického proudu.
Elektřina nás zajímá nejen z hlediska
poznávání vlastností hmoty, ale také jako druh energie, který po přeměně v jinou energii můžeme různým způsobem využít. K
tomu je třeba umět kvantitativně, to jest číselně, energetické projevy vyjádřit.
Tak je možné vyjádřit elektrický příkon spotřebiče, což je součin
proudu procházejícího spotřebičem a napětí na spotřebiči. Používanou
jednotkou je jeden watt.
P (příkon) = U (napětí). I
(proud)
Všimněte si, že na každém elektrickém spotřebiči (dokonce i na žárovkách) je
příkon ve wattech uveden.
Elektrickou energii, tedy
fyzikálně práci, lze vypočítat jako součin příkonu a času, jednotkou je
jeden joule.
E (energie) = P (příkon). t
(čas)
 |
Elektrický obvod |
Ampérmetr |
Voltmetr |
Přeměna elektrické energie
Víme, že v uzavřeném elektrickém obvodu dochází k pohybům volných elektronů. Ty při srážkách s atomy či molekulami ve vodiči ztrácejí část
své pohybové energie v jejich prospěch, a tak zvyšují kmitavý pohyb těchto
částic. Protože teplota tělesa je dána právě pohyby atomů či molekul, vodič,
kterým prochází proud, se zahřívá. Celkové teplo, které takto vznikne, vyjadřuje
zákon Jouleův-Lenzův:
Q (teplo) = R (odpor) . I
(proud) . t (čas)
Zahřívání vodiče průchodem elektrického proudu se využívá v mnoha oblastech.
Na tomto principu fungují spirálové vařiče, žehličky, bojlery, páječky,
elektrické odporové pece, ohřívače pro akvária, pojistky atd. Ohřívání vodiče
průchodem elektrického proudu je typickým příkladem přeměny jednoho druhu energie (elektrické) v jiný (energii tepelnou). Přitom si ovšem musíme
uvědomit, že stále platí zákon
zachování energie. Ten říká, že energie se může přeměňovat z
jednoho druhu do jiného, ale její množství při těchto přeměnách zůstává
stejné, energie nevzniká ani nezaniká. Nás zajímá, co se stane s vodičem, který se
zahřál podle Jouleova-Lenzova zákona. Část tepelné energie se z vodiče odvádí do
okolního prostředí, třeba do vzduchu, část energie se ale může přeměnit v
energii světelnou. To je příklad žárovky, kde dokonce ta část energie, která se ve
světelnou nepřemění, je pro nás vlastně ztrátová. Tepelná energie vlákna
žárovky je z hlediska naší potřeby pouze vedlejší produkt. Opačný případ je u
spirálových topných těles. Tam je pro nás ztrátová naopak ta část energie, která
se přemění v energii světelnou v červeně rozpálené topné spirále.
Zatím jsme uváděli pouze příklad jednoduchého elektrického obvodu. V praxi se však
většinou vyskytují složitější rozvětvené obvody, jinými slovy elektrické sítě.
|