Elektrický proud
Již jsme zjistili, že na tělesech můžeme najít elektrický náboj a dokonce můžeme tento náboj nějakým způsobem vyrobit. Dokonce víme, že se náboj může přemístit z jednoho tělesa na druhé a že můžeme například vidět blesk, což je jiskrový výboj – tedy přemístění náboje vzduchem.
Můžeme tohle všechno nějakým způsobem ovlivnit a řídit?
Ano, v podstatě takto ovlivněná tělesa, která využívají el. náboj užíváme každý den. Jedná se o tělesa, která označujeme souhrně jako elektrická nebo elektronická.
Než si začneme vysvětlovat, jak lze taková tělesa jako je žárovka, telegraf, zvonek apod. vyrobit, musíme pochopit jak eletrický obvod může fungovat.
Mluvíme o tzv. elektrickém proudu a elektrickém napětí. Co je to elektrický proud? a má tento proud něco společného s proudem vody? Odpověď zní opět ano.
Tak jak vidíme proud řeky, kde se mi přemiťují jednotlivé kapky stejným směrem, nebo proud lidí, který proudí rušnou ulicí uprostřed města, tak se stejně mohou přemisťovat nabité částice (ionty). Tomuto uspořádanému pohybu nabitých částic říkáme elektrický proud.
Tento el. proud se může objevit pouze v těch látkách, které mají dostatek volných elektronů a kterým říkáme vodiče. Látky, které nevedou elektrický proud, můžeme vnímat jako bariéru z kamene v korytu řeky, takovým materiálům říkáme nevodiče neboli izolanty.
Měření elektrického proudu lze provést pomocí ampérmetru. Stejně jako bychom určili velikost proudu vody. Měřili bychom kolik vody proteče za jednotku času (sekundu). Tak můžeme měřit i el. proud, tedy jak velký náboj projde za sekundu el. obvodem.
Důvodem toku vody v řece je rozdíl výšky, tedy z vyššího místa mi teče voda do místa nižšího. Důvodem toku elektrického proudu je tzv. elektrické napětí. Elektrické napětí je v podstatě způsobeno rozdílem (přebytkem nebo nedostatkem) elektronů mezi dvěma úseky el. obovodu. V přírodě můžeme pozorovat blesk, již v předchozí kapitole jsme si o něm něco pověděli. Právě u blesku je napětí mezi mrakem a zemí velice vysoké
DEFINICE:
Elektrický proud je uspořádaný pohyb nabitých částic, označujeme jej písmenem I a jeho jednotkou je ampér [A].
Elektrické napětí se označuje písmenem U a jeho základní jednotkou je volt [V].
Zdroje elektrické energie (elektrického napětí)
Zdrojem elektrického napětí jsou ve většině případů elektrárny. Elektrické zásuvky, které máme doma NEJSOU ZDROJEM, jsou jen částÍ elektrické sítě, jejichž zdrojem je právě elektrárna.
Elektrárny bychom mohli rozdělit do několika skupin
- Elektrárny využívající obnovitelných zdrojů:
- větrné
- vodní
- solární
- přílivové
- geotermální
- Elektrárny tepelné (spalující fosilní a jiná paliva) :
- uhelné (na hnědé uhlí, černé uhlí, koks apod.)
- jaderné (spaluje jaderný materiál)
- plynové
- spalovny odpadu a biomasy
Další kategorií jsou galvanické články a akumulátory.
Různé články mají různá napětí a potkáváme jako tzv. „tužkové baterie“ nebo „baterie“ do hodinek ve skutečnosti se jedná o galvanický článek, někdy zkráceně označovaný jako článek nebo monočlánek.
Baterie je spojení několika článků dohromady.
Na obrázku v pravo můžeme vidět monočlánek s napětím 1,5 V, který je v přední části obrázku. Kdybychom rozbalii plochou baterii s napětím 4,5 V zjistli bychom, že se jedná o spojení tří „tužkových monočlánků“, které jsou spojené do série. Takové spojení monočlánků je správně nazýváno baterie.
Jednoduchý monočlánek si můžeme vytvořit například z ovoce. Například můžeme vzít několik citrónů, pomocí ocelových hřebíků a měděných tyček je propíchnem (vždy jeden ocelový a jeden měděný hřebýk), pomocí drátku spojím ocelový hřebík s měděným sousedního kousku citrónu.
Po propojení několika kusů citrónu zkusíme na drátky z krajních kousků připojit žárovku (10 V nebo méně). Měla by se v takovém obvodu rozsvítit.
Že můžeme naměřit nenulové napětí třeba i na hroznu vína dosvědčuje následující fotografie.
(nejedná se o podvrh, ale o pokus na mém obědě ze dne 6. 10. 2010, provedeno v 16:25 🙂 )
Špatně pojmenované nabíjecí baterie bychom měli správně nazvat jako akumulátory.
Akumulátor je tedy možné vybít a opětovně nabít. Jedná se o různé zdroje, které používáme v mobilních telefonech, v přenosných počítačích, fotoaparátech apod. (muže se jednat i o tužkové dobíjecí akumulátory). Jedny z nějvětších, které jsou pravidelně ve vaší blízkosti jsou autobaterie a baterie do notebooku jejichž je větší než 10 V, podle počtu článků a celkové kapacity se pak ovlivňuje i jejich výdrž.
Na obrázku je vidět sériové zapojení několika citrónů. Jako katoda a anoda, zde byl použit uhlík se zinkem. Napětí takového zapojení je dostačující na rozsvícení žárovky. Bohužel obvodem neteče dostatečný proud a žárovka se nerozsvítila. Kdybychom místo žárovky připojili LED diodu, tak ta by se již rozsvítila (pokus lze také provést s jakýmkoli ovocem, ocelovým hřebíkem a měděným drátkem – doporučuji vynalézavým žákům 🙂 )
DEFINICE:
Zdrojem elektrického napětí mohou být elektrárny, galvanické články a akumulátory.
Elektrárny nám pomocí elektrické sítě dodávají do zásuvek střídavé napětí.
Akumulátory a galvanické články mají napětí stejnosměrné (o střídavém napětí se dovíš více v dalších ročnících).
Elektrický proud má pohybové, tepelné, světelné a chemické účinky.
Elektrický proud má pohybové, tepelné, světelné a chemické účinky. To znamená, že pomocí elektromotoru můžeme využít elektrického proudu a proměnit jeho účinek na pohyb (tramvaj, metro, větrák, apod.) nebo můžeme pomocí tepelného účinku využívat teplo (sporák, přímotop, fén na vlasy apod.) pomocí světelného účinku si svítíme žárovkou a pomocí chemického účinku můžeme například pokovovat předměty apod. (chemickým účinkem se například dobíjejí akumulátory v mobilech, počítačích, …)