Ohmův zákon

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je PaedDr. Pavel KovářDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2

Autor PaedDr. Pavel Kovář

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-In-F/2-MA-3/12Název DŮM Ohmův zákon

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 36-52-H/01

Obor vzdělávání Instalatér

Vyučovací předmět Fyzika

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 16 – 17 let

Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: Ohmův zákon, základní principy vedení elektrického proudu

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slova Elektrický proud, elektrický odpor, elektrické napětí

Datum 10. 4. 2012

Ohmův zákon

Náplň výuky

Pojem elektrický potenciál a elektrické napětíPojem elektrický proud a elektrický odporZměny elektrického napětí a změny prouduZměny elektrického odporu a změny prouduSestavení Ohmova zákona na základě vlastních měření

Ohmův zákon,základní zákon pro obvody

napájené stejnosměrným zdrojem

Dr. Pavel Kovář

Budujeme pojem

elektrické napětí

2

1

2

U

Elektrostatické radiální pole vyžaduje ke svému překonánímechanickou práci. Čím větší práce byla v tomto poli vykonána, tím větší potenciál zkoumaný náboj získal.

Elektrický potenciál počítáme jako práci vynaloženou v poli daného náboje:

Q

W11

Q

W22

Elektrické napětí je rozdíl dvou potenciálů

12 UObr.1Obr.1

Místo většího potenciálu skrývávíce elektrických nábojů.Náboje jeví přirozenou tendenci postoupit z místa přebytku náboje do místa nedostatku náboje. To je mechanismus každého zdroje elektrického napětí

MODEL ZÁPORNÉHO PÓLU ZDROJE

Místo menšího potenciálu přijímá. Nedostatek záporného náboje představuje opačný – kladný pól zdroje elektrického napětí.K tomuto místu postupují elektrické náboje – jejich tok je elektrický proud – a tento pól označujeme jako kladný pól zdroje.

MODEL KLADNÉHO PÓLU ZDROJE

I = elekt. proud

Obr.2

Budujeme pojmy

elektrický prouda

elektrický odpor

Pozorujme elektrický vodič přes neuvěřitelně silnou „fyzikářovu lupu“ a spatříme krystalovou strukturu, v níž se statisticky předvídatelně vyskytují volné elektrony.

Obr.3

Fyzikářova lupa nám odhalila strukturu vodiče. Jsou jí krystaly, z nichž se mohou uvolňovat volné elektrony. Pole panující v krystalové mříži je natolik silné, že neumožní elektronům opustit materiál, avšak je na rozdíl od izolantů natolik slabé, že dovolí elektronům chaotický pohyb uvnitř mříže. Rybičky v akváriu

Obr.4

Doposud přerušený obvod byl sepnut. Kladný pól zdroje přitahuje záporné elektrony, které putují přes znázorněnou strukturu materiálu. Usměrněný pohyb elektronů nazýváme elektrický proud. Intuitivně přijmeme, že struktura materiálu klade elektronům překážku v jejich pohybu – touto překážkou modelujeme fyzikální veličinu – elektrický odpor.

Obr. 5

Elektrický proud je usměrněný tok elektronůjednotkou je 1 ampér 1 A

Elektrický potenciál představuje velikost práce vložené do el. nábojejednotkou je 1 volt 1 V

Elektrické napětí představuje rozdíl dvou potenciálůJednotkou je 1 volt 1 V

Elektrický odpor je vlastnost vodivé látky, která svou strukturou klade překážku toku elektronů. Proto různé materiály mají různý elektrický odpor.Jednotkou je 1 ohm 1

Souhrn doposud probraných důležitých pojmů

Elektrický odpor dlouhého vodiče

S

lR

Značka veličiny Název veličiny Jednotka veličiny Značka jednotky

R Elektrický odpor 1 ohm

ρ Rezistivita měrný odpor ohmmetr m

l Délka vodiče metr m

S Průřez vodiče metr čtvereční m

2

Měděný elektrický vodič o délce 6 km a průřezu 1 mm má elektrický odpor asi 100 Ω

Je dán měděný vodič o délce 6 km a průřezu 1mm. Rezistivita(měrný odpor) mědi je. Určete elektrický odpor drátu.

2

R = ?l = 6000 mS = 10

-6 2m

= 1,7 . 10 m-8

10210

6000107,1

68

R

S

lR

2

6 V

Zkoumáme souvislost elektrického napětí a elektrického proudu v el. obvodu

Malé elektrické napětí 6 V způsobí, že obvodem protéká relativně malý elektrický proud – viz malá výchylka ampérmetru.

12 V

Zvýšíme-li v pokusu napětí, např. na 12 V, zpozorujeme také nárůst protékajícího elektrického proudu – zvýšená hodnota na ampérmetru

18 V

Maximální zvýšení hodnoty napětí zdroje v tomto pokusu ukazuje, že ampérmetr zaznamenává nevyšší hodnotu elektrického proudu ze všech tří případů

Závěr z pokusu: elekt. proud a el. napětí jsou veličiny, mezi nimiž panuje přímá úměrnost

Obr.6-8

Zkoumáme vzájemnou souvislost veličin elektrický proud a elektrický odpor

Velký odpor R

Zařadíme-li do elektrického obvodu při daném napětí rezistor o velkém elektrickém odporu, zaznamenáme, že obvodem protéká malý elektrický proud – viz ručička na ukazateli.

Malý elektrický odpor rezistoru

Velká hodnota naměřeného proudu

Malý proud

Zařadíme-li do obvodu při konstantním napětírezistor o malém elektrickém odporu, protéká obvodem velký proud I.

Závěr pokusu: hodnota elektrického proudu a hodnota elektrického odporu jsou ve vztahu nepřímé úměrnosti.

Obr. 9-10

Syntéza:

Přesvědčivým pokusem jsme zjistili, že elektrický proud a napětí jsou ve vztahu přímé úměrnosti:

Současně jsme si dokázali, že veličiny elektrický proud a elektrický odpor jsou ve vztahu nepřímé úměrnosti:

Jak zúročíme obě experimentem podložené úvahy? Lze z obou úměr stanovit rovnici? ANO – syntézou obou úměr je základní zákon pro stejnosměrné elektrické obvody – Ohmův zákon – pokusme se stanovit jeho znění:

I ….. Elektrický proud …. ampérU …. Elektrické napětí …. voltR ….. Elektrický odpor …. ohm

Jaký proud protéká obvodem, který je připojen na zdroj o napětí 100 V, je-li odpor připojeného rezistoru 1 kΩ . Výsledek uveďte v miliampérech. Nakresli schéma obvodu.Vypiš známé i neznámé hodnoty. [100 mA]

Elektrickým obvodem protéká přes rezistor o odporu 60 Ω proud 150 mA. Určete napětí zdroje. Nakresli schéma obvodu. Vypiš známé i neznámé hodnoty.

[9 V]

Jaký odpor má rezistor, v jednoduchém elektrickém obvodu, kterým protéká proud 3,6 mA při napětí zdroje 4,5 V. Nakresli schéma obvodu. Vypiš známé i neznámé hodnoty.

[1250 Ω]

Navrhněte elektrický obvod, kde napětí zdroje nepřesáhne 13 V. Hodnota odporu rezistoru je dána R=5 kΩ a proud nesmí překročit 3 mA [např. U=12,5 V I=2,5 mA]

Procvičme si Ohmův zákon na několika snadných příkladech

Problémová úloha:Vedení vysokého napětí má 110 kV. Proč toto vysoce životu nebezpečné napětí na drátě usazeným ptákům nijak neublíží?Použijte poznatky o elektrickém potenciálu.

Obr.11

Obr.12

Obr.13 Obr.14

Seznam obrázků:

Obr. 1: vlastní Obr. 2: vlastní Obr. 3: vlastní Obr. 4: vlastní Obr. 5: vlastní Obr. 6: vlastní Obr. 7: vlastní Obr. 8: vlastní Obr. 9: vlastní Obr. 10: vlastní Obr. 11: vlastní Obr. 12: vlastní Obr. 13: vlastní Obr. 14: vlastní

Seznam použité literatury: