Elektrina

Elektrina

Coulombov zákon
– veľkosť sily Fe, je priamo úmerná súčinu náboja Q1 a Q2 a nepriamo úmerná druhej mocnine ich vzdialenosti r.
k – konštanta úmernosti vyjadruje vlas. prostredia v kt. sa náboj nachádza
= 9.109 Nm2C-2 (k = 1/4πε)   Fe = 1/4πε. Q1. Q2 / r2
e – elementárny áaboj = 1,602.10-19C

Intenzita el. poľa
– silové pôsobenie el. poľa náboja Q na vložený náboj Q‘
E = Fe / Q‘
(je vek. veličina a má smer súhlasný ako elek. sila)

1. homogénne
- má vo všetkých miestach rovnako veľký vektor E a rovnaký smer
- nachádza sa medzi dvomi rovnobežnými nabitými doskami
el. siločiary – sú rozložené s rovnakou hustotou, sú rovnobežné.

2. radiálne
- vyskytuje sa v okolí bodového náboja alebo nabitej rovnorodej gule
- v rovnakej vzdialenosti od bodového náboja je vektor rovnako veľký a smeruje od kladného náboja
siločiary síl – myslená čiara kt. dotyčnica v ľubo. bode určuje smer vektora intenzity

Vlastnosti silociar
- sú to spojité krivky, vychádzajú s klad. náb., končia na zápornom, nepretínajú sa, sú kolmé na povrch telesa, v prípade samost. náboja alebo v prípade súhlas. náb. sa rozbiehajú do nekonečna.

Silové pôsobenie
Fe = k. Q2 / r2 => E = k. Q2 / r2 |Q => E = k . Q/r2  – (intenzita el. poľa)

Práca v hom. el. poli
- Prácu v el. poli vykonávajú sily el. poľa. Potenciálna E Ep náboja v istom mieste el. poľa je určená prácou kt. el. pole vykoná pri priemiestnení náboja v tomto poli.
Fe = Q. E , W = Fe (d1-d2) => W = Q. E (d1-d2)

Elektrický potenciál
- fyz. veličina charakterizuje el. pole, nemá smer 
φe = Ep / Q = W / Q = Q. E. d / Q = E.d
El. pot - podiel potenciálnej energie kladného el. náboja a veľkosti tohto náboja
Ekvipotenciálne plochy, potenciálne hladiny - množina bodov v ktorých je el. potenciál rovnako veľký

Napätie v el. poli
- absolútna hodnota rozdielu potenciálov medzi 2 bodmi v el. poli vyjadruje el. napätie; fyz. veličina U [V]  
U = |φ2–φ1| ; φ = E.d ; U = φ; U = E.d => E = U/d[Vm-1]
W = |E|.Q.d => W = Q.U / d . d => W = Q.U – veľkosť práce vykonanej pri premiesnení náboja Q medzi 2 bodmi medzi kt. je näpatie U

Millikanov pokus – 1x sa zmeral elementárny náboj
- pozoroval pohyb malých olejových kvapôčiek jemne rozprášených v homgénnom el. poli medzi 2 vodorovnými vodivými platňami, z kt. horná je nabitá záporne.
Fe = m.g; Fe = Q.Ee; Fg = Fe; m.g = Q.|E|; m.g = Q.U/d => Q = m.g.d |U

Rozmiestnenie el náboja vo vodiči
- voľný el. náboj je rozmiestnený len na vonkajšom povrchu vodiča
- vzhľadom na rozmiestnenie el. náboja na vodiči zavádzame veličinu poslna hustota el. náboja σ ako podiel veľkosti náboja W a obsahu z tej časti plochy na kt. je náboj
rovnomerne rozmiestnený (R-polomer gule)
σ = Q / S [c.m-2], σ = Q / 4.π.R2; |E| = k.Q / R2;
|E| = 1/4.π.ε0 . Q / R; σ = Q / 4.π.R2; |E| = 1/ε0.σ => σ =  ε0.|E|
Kapacita vodiča a kondenzátor
kapacita - vyjadruje mieru schopnosti vodiča prijať určité množstvo el. náboja
- fyz. veličina, značka C = Q / U [C.N-1] = 1F (Farrad)
- rôzne vodiče majú rôznu kapacitu, závisí od tvaru vodiča, prostredia v ktorom sa vodič nachádza (gula C = 4. π.ε0.R = 10-11F)

Kondenzátor má väčšiu kapacitu, prvok elek. obvodu, skladá sa z 2 el. nabitých platní, záporne je uzemnený medzi platňami dielektrikum (vakuum)
Q = ε0.φe.S|d – množstvo náboja kt. môžme na kond. uskladniť
C = ε0.S/d , pri nabíjaní kond. sa koná práca W = 1/2.C.U2

Elektrický prúd
- usporiadaný pohyb elektricky nabitých častíc, k pohybu dochádza ak je určitý impulz
- el. obvod dostáva impulz zo zdroja napätia

1. vodiče I.triedy - kovy - voľné elektróny, zabezpečujú vedenie prúdu (Al,Cu)
2. II.triedy - elektrolyty - roztoky kyselín, zásad, solí (HCl,NaOH,CuSO4)
- vzniknuté ióny sú nosičmi el. prúdu (anióny, katióny)
3. III.triedy - ionizované plyny - nosičmi el. prúdu - ióny (neónka)
4. polovodiče - sú látky schopné viesť el. prúd za určitých podmienok (teplota, prímesy)
5. nevodiče - izolanty - nevedú el. prúd, lebo nemajú voľné častice

Vodiče a nevodiče v el. poli
- ak vložíme vodič do el. poľa -> 1. jav elektrostatická indukcia
- ak vložíme izolant do el. poľa -> 2. jav polarizácie dieletrika

1. Charakterizovaný elektrizovaním vodiča el. polom druhého vodiča tak, že bližšia časť sa nabije opačným nábojom. Keď vložíme vodič do el. poľa môžme vplývať na tvar siločiar - končia na vonkajsom povrchu zap. indukovaným el. nábojom a na druhej strane začínajú kladnými ind. el. nábojmi - takýto jav elektrické trenie

2. pri priložení vodiča k izolantu sa atómy pod vplyvom el. poľa vodiča deformujú (tvar “piškótiek“), vznikajú v atóme 2 póly (+ -) - vytvoria dipól – dielektrikum (priťahovanie papierikov hrebeňom)
- to znamená, že po deformácii sa atómy natočia opačným pólom k nabitému vodiču

Vznik jednosmerného el. prúdu
zdroj el. náboja - (baterky, batérie, akumulátory), jednos. obvod - vodič, spínač, zdroj, spotr.
- usporiadaný pohyb voľných častíc (e-) s el. nábojom sa nazýva el. prúd
- pohyb jedným smerom - jednosmerný, dohodnutý smer od + k –
- značka I, jednotka A (ampér) 
I = Q / t – množstvo el. náboja, kt. prejde prierezom vodiča za určitý čas

Elektrický zdroj
- je každé zariadenie medzi ktorého dvoma pólmi je udržiavaný trvalý rozdiel potenciálov (vývody pólov na povrch zdroja – svorky, póly (vo vnútri)), medzi svorkami zdroja je udržiavané el. napätie - vzniká keď jedna svorka má menej voľných e-

- napätie udržiava neelek. sily vo vnútri zdroja zo svoriek odoberáme napätie do obvodu elektromotorické napätie zdroja U – U = W / Q [V]
- pri presune nabitých častíc s cel. nábojom Q konajú prácu Wz a podiel Wz / Q = Ue

Zdroje:
1. Elektrochemický - neelektrické statické sily vznikajú reakciou elektród s elektrolytom (galvanický článok, akumulátor)
2. Fotoelektrický - vzniká vzájomným pôsobením svetla s elektrónmi v kovoch alebo polovodičoch (fotočlánky)
3. Termoelektrický - napätie, vzniká na spoji 2 rôznych kovov, vzniká napätie závislé od teploty spoja (termočlánok)
4. Elektrodynamický - neel.sily vznikajú pohybom vodiča v mag.poli (dynamo, alternátor)
5. Mechanické zdroje - Wirshurstova elektrina, Van der Graaffov generátor
Elektrický prúd v kovoch
- v kovoch nositeľmi el. prúdu sú voľné elektróny – viazané vo valenčnej sfére so slabšími silami -> pohybujú sa po mriežke kovu chaoticky
- po pripojení zdroja -> usporiadaný pohyb e-

Elektrická vodivosť kovov
- vlastnosť kovov viesť el. prúd, elektróny kt. majú schopnosť viesť el. prud - vodivostné elektróny
- pri zapojení kovového vodiča na zdroj pôsobia na elektróny el. sily zdroja , elektróny nadobúdajú rýchlosť –unášaná rýchlosť

Elektrický odpor
- fyz. jav, kt. je spôsobený chaotickým pohybom iónov kryštálovej mriežky kovu, prekážajúce elektróny
- fyz. veličina, značka R [Ω] – závisí od rôznych faktorov bez ohľadu na Ohmov zákon

Závislosť: od geometrických rozmerov vodiča
- závisí od dĺžky vodiča a obsahu vodiča
- od druhu vodiča (materiálu) - vyjadrený merný odpor, závisí od ς
- od teploty - R = l1 . (1+α.∆t),  α - tepelný koeficient el. odporu

Ohmov Zákon (pre časť el. obvodu)
- pri konštatnej teplote vodiča prúd I je priamo úmerný napätiu U,
- platí vzťah I = G. U (G - konštanta úmernosti)
- pri zapojení vodiča do obvodu a zmenami napätia sa zistilo, že U / I – konštant. pre daný vodič R = U / I => I = U / R - Ohmov zákon - vodiče pre ktoré platí ohmov zákon sú lineárne