Jak krotíme elektřinu? Co ovlivňuje její proudění?
Zkus to takhle:
- 1
Najdi na Koumadle 3 elektrické obvody a prozkoumej jejich spotřebiče, vodiče, baterie a proudící elektrony.
- 2
Zapoj ke všem obvodům stejný počet baterií (stejné napětí) a odhadni, jak budou elektrony proudit.
- 3
Otestuj svůj odhad a vysvětli, co elektrony pohání a co jejich pohyb brzdí.
- 4
Změň napětí a pozoruj, jak se mění proudění elektronů.
- 5
INŽENÝRSKÁ VÝZVA: Odpor každého obvodu je jiný, dokážeš nastavit napětí tak, aby obvody protékal téměř stejný proud?
Dokážeš spočítat, kolik proudu mě právě teď rozsvítilo?
Ptá se baterka připojená k prostřednímu obvodu.
- známe hodnoty napětí (U), buďto 1 baterku = 1,5V nebo 2baterky = 3V, nebo 3 baterky = 4,5V
- známe hodnoty odporu (R), každý obvod se spotřebičem má jiný. Obvod s autíčkem má 8Ω, s baterkou 12Ω, s rádiem má 18Ω
- vzorec na výpočet je I=U/R
- už víme, že proud (I) vypočítáme tak, že vydělíme napětí (U) odporem (R).
už víme, že proud (I) vypočítáme tak, že vydělíme napětí (U) odporem (R). Pokud zapojíme jen jednu baterku (1,5V) bude výpočet následující: I=1,5/12= 0,125 A
OHMŮV ZÁKON
Ohmův zákon je jednoduché pravidlo, které ukazuje, jak se vzájemně ovlivňují proud, napětí a odpor. Říká následující dvě věci:
- Když zvýším napětí, úměrně tomu se zvýší proud
- Když zvýším odpor, úměrně tomu se sníží proud
To lze matematicky zapsat jako vzorec: I = U / R (Proud = Napětí / Odpor)
Jak to ale funguje?
Představ si elektřinu jako vodu v potrubí:
- Napětí (U): Jako tlak v potrubí. Baterie je jako čerpadlo, které tlačí vodu do trubek. Čím více baterií, tím silnější napětí.
- Proud (I): Množství vody, které hadicí (obvodem) proteče za nějaký čas.
- Odpor (R): Jako přivřený kohoutek. Určuje, kolik vody (elektřiny) spotřebič pustí dál.
Každý spotřebič, každý obvod, ale potřebuje jinak velký proud, a proto měníme odpor. Chceš, aby obvodem teklo víc elektřiny? Buď musíš přidat napětí (baterii), nebo zmenšit odpor.
Malé badatelské koumio
Když do zásuvky zapojíš noční lampičku, pračku a nabíječku s mobilem, poteče všemi stejný proud?
Ne, každý spotřebič si vezme tolik proudu, kolik potřebuje. Pračka potřebuje hodně proudu, aby roztočila buben s těžkým prádlem, mobil a lampička tolik proudu nepotřebují.
Co by se stalo, kdybych propojil plus a mínus přímo drátem? (Zkrat!)
Samotný drát má velmi malý odpor. Kdybychom jím propojili plus a mínus baterky, nebude nijak omezovat velikost proudu a ten tak bude růst nade všechny meze. Při pohybu vodičem narážejí elektrony do materiálu vodiče a zahřívají jej. Proto se při velkém proudem drát rychle zahřívá, až se úplně rozžhaví a shoří. Tomuto jevu říkáme zkrat a je nebezpečný. Proto se do elektrických obvodů zapojují pojistky a jističe, které nás před vznikem zkratu chrání.
Proč svítilna svítí slaběji, když jsou baterky „staré“?
Když se baterka vybíjí/stárne, klesá její napětí. A podle Ohmova zákona tím klesá i proud, který protéká obvodem. S menším proudem se vlákno žárovky méně rozžhaví a méně svíti.
Proč mají sluchátka tenoučké drátky, ale nabíjecí kabely k elektroautu jsou tlusté jako prst?
ak už jsme si řekli, při velikém proudu se drát hodně zahřívá. Tenký drátek je pro elektrony asi jako úzká ulička, kudy projde jen málo lidi současně. Když je lidí moc, naráží do sebe. Tlustý kabel je jako prostorná ulice, kudy může najednou projít mnoho lidí a ani do sebe nevrazí. Proto sluchátkům, kterým stačí malý proud stačí tenký drátky a auto, které odebírá veliký proud, potřebuje tlusté kabely. Sluchátka bychom mohli připojit i tlustým kabelem, ale neděláme to, protože by byl hodně drahý a hlavně nepohodlný. Na druhou stranu, kdybychom připojili auto tenkými drátky, ty by veliký proud nevydržely a roztavily by se.
Velké badatelské koumio
Proč vlákno v žárovce svítí, ale přívodní dráty ne?
Protože do drátů nepouštíme tak veliký proud. Dráty vždycky používáme k připojení nějakého spotřebiče. A spotřebič funguje jako kohoutek, díky kterému proud procházející dráty není příliš veliký. Kdychom dráty připojili k napětí bez spotřebiče (bez kohoutku), dojde ke zkratu (popsaný v bodě výše), proud poteče drátem tak veliký, že se drát rozžhaví podobně jako vlákno žárovky. A tím se dostáváme ke druhému rozdílu. Rozžhavený drát by se v běžném prostředí téměř ihned sám přepálil a k tomu ještě podpálil věci okolo. Zatímco vlákno žárovky je umístěné ve skleněné baňce žárovky, ve které není ani vzduch. Je tam nic. A tomu nicu říkáme odborně vakuum. Díky vakuu se vlákno žárovky nepřepálí a ani nepodpálí nic okolo. A jak je vlákno rozžhavené doběla, svítí.
Proč mají některé spotřebiče „krabičku“ na kabelu? (Adaptér)
Jde o adaptér- transformátor správného napětí. Například notebook je stavěný na napětí 20 V, mobil na 5V. Vysavač zase na napětí 230 V, které je v naší elektrické síti a proto žádnou "krabičku" nepotřebuje.
Proč je důležité používat správnou nabíječku?
Aby zařízení dostalo napětí, na které je stavěno. Při vyšším napětí prochází vyšší proud a nabíjený mobil nebo jiná věc se může spálit. Dnešní nabíječky, které mají USBC už jsou chytré a nabíjená věc si řekne, na jakém napětí ji mají nabíjet.
Jak se dá pomocí „otočného knoflíku“ ztišit rádio?
Otočný knoflík je napojený na součástku, která otáčením knoflíku zvyšuje nebo snižuje svůj odpor. Říká se jí reostat anebo potenciometr. O odporu už víš, že funuguje podobně jako kouhoutek, jen pro proud. Když knoflíkem odpor zvýšíš, reproduktorem rádia prochází nižší proud a jeho zvuk je tak potišejší.
SOUVISEJÍCÍ TERMÍNY
Rezistor
Rezistory jsou „brzdy“ v elektrickém obvodu. Hlídají, aby do spotřebiče neteklo příliš mnoho proudu, který by ho mohl zničit. Jsou tak malé, že se na ně žádný text nevejde, a proto mají https://www.official.cz/static/_dokumenty/6/1/5/3/znaceni_rezistoru.pdf. Je to tajný kód – barvy nám prozradí, jak velký odpor rezistor má.
Reostat
Je to rezistor, kterým můžeš otáčet. Když s ním točíš, měníš jeho odpor. Tím ovládáš, kolik elektřiny pustíš dál. Takto funguje třeba kolečko na přidávání hlasitosti u rádia nebo stmívač světel.
Supravodič
Je to materiál, který neklade elektřině vůbec žádný odpor. Představ si to jako dokonalou dálnici bez jediného auta a bez jediného hrbolu, po které elektřina fičí bez jakéhokoliv tření a ztráty energie. Funguje to ale jen při extrémně nízkých teplotách (okolo –200 °C a méně). Supravodicost se využívá například v Maglevu. Maglev je nejrychlejší druh vlaku, který nejezdí koly po kolejnici, ale místo toho se nad kolejnicí vznáší několik centimetrů vysoko. Vznášení je způsobeno pomocí odpozujících se magnetů v kolejnici a ve vlaku (už sis jistě někdy hrál/a s magnety a zjistil/a, že se dva magnety mohou přitahovat anebo odpuzovat). A právě velmi silné magnety lze vytvořit díky supervodivosti. Takový vlak už nejede, ale vlastně letí a tím může dosáhnout mnohem vyšší rychlostiu (rekord je 603 kilometrů za hodinu)
Weitere Neugierfragen
- Proč a jak vlastně regulujeme proud
- Proč se elektron na koumadle točí různě rychle kolem své osy?
