Elektrický prúd a obvod Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Elektrický prúd — Elektrický prúd je usporiadaný pohyb voľných častíc s elektrickým nábojom (v kovových vodičoch sú to záporne nabité elektróny). Aby prúd vznikol, musí existovať zdroj napätia a uzavretý vodivý obvod. Bez pohybu nábojov by elektrické spotrebiče nemohli fungovať.

2. Podmienky vzniku prúdu — Aby v obvode tiekol elektrický prúd, musia byť splnené tri podmienky: zdroj napätia (napr. batéria), uzavretý obvod (neprerušená dráha) a vodivé spojenie (vodiče z materiálu, ktorý vedie prúd). Ak je obvod prerušený čo i len na jednom mieste, prúd prestane tiecť. Práve preto vypínač dokáže rozsvietiť aj zhasnúť žiarovku.

3. Elektrický obvod — Elektrický obvod je uzavretá dráha, po ktorej môže prechádzať elektrický prúd zo zdroja cez spotrebič a späť. Skladá sa zo zdroja, spojovacích vodičov, spotrebiča a zvyčajne aj spínača. Predstavuje základ každého elektrického zariadenia od baterky až po počítač.

4. Prvky obvodu (schematické značky) — Každý prvok obvodu má svoju dohodnutú schematickú značku, aby sa obvody dali jednoducho a jednotne kresliť. Zdroj má dlhšiu (+) a kratšiu (−) čiarku, žiarovka krúžok s krížikom, spínač prerušenú čiaru a vodič rovnú čiaru. Vďaka týmto značkám rozumie schéme každý na celom svete rovnako.

5. Zdroj napätia — Zdroj (batéria, akumulátor, sieťová zásuvka) dodáva energiu, ktorá uvádza náboje do pohybu, a má dva póly: kladný (+) a záporný (−). Medzi pólmi vzniká elektrické napätie, ktoré je príčinou prúdu. Bez zdroja by sa náboje v obvode nepohybovali.

6. Elektrické napätie (U) — Napätie je veličina, ktorá vyjadruje, ako veľmi zdroj „tlačí" náboje obvodom; značí sa U a jeho jednotkou je volt (V). Meriame ho voltmetrom, ktorý sa zapája paralelne (vedľa) ku spotrebiču. Bežná tužková batéria má napätie 1,5 V, sieť v zásuvke 230 V.

7. Elektrický prúd ako veličina (I) — Veľkosť elektrického prúdu sa značí písmenom I a meria sa v ampéroch (A); vyjadruje, koľko náboja prejde vodičom za jednu sekundu. Meriame ho ampérmetrom, ktorý sa musí zapojiť sériovo (do obvodu, nie vedľa). Čím väčší prúd, tým viac nábojov prechádza za rovnaký čas.

8. Vodiče a izolanty — Vodiče sú látky, ktoré dobre vedú elektrický prúd, lebo majú voľné náboje — patria sem kovy (meď, hliník) a tiež grafit či slaná voda. Izolanty (plast, guma, sklo, suché drevo) prúd nevedú, a preto sa nimi obaľujú vodiče kvôli bezpečnosti. Rozdiel medzi nimi je kľúčový pre to, aby nás elektrina neohrozovala.

9. Sériové zapojenie — Pri sériovom zapojení sú spotrebiče zapojené za sebou v jedinej dráhe, takže rovnaký prúd preteká cez všetky. Ak sa jeden spotrebič preruší (napr. praskne žiarovka), prestane fungovať celý obvod. Príkladom sú niektoré staré vianočné svetielka, kde po prasknutí jednej žiarovky zhasnú všetky.

10. Paralelné zapojenie — Pri paralelnom zapojení sú spotrebiče zapojené vedľa seba do samostatných vetiev, takže každý má vlastnú dráhu prúdu. Ak sa jeden spotrebič pokazí, ostatné fungujú ďalej. Takto sú zapojené spotrebiče v domácnosti, aby ste mohli zhasnúť jedno svetlo a druhé nechať svietiť.

11. Spínač (vypínač) — Spínač je prvok, ktorým úmyselne uzatvárame alebo prerušujeme obvod, a tým ovládame tok prúdu. Keď je zopnutý, obvod je uzavretý a prúd tečie; keď je rozopnutý, dráha sa preruší a prúd prestane. Je to najjednoduchší spôsob, ako ovládať každý spotrebič.

12. Účinky elektrického prúdu — Elektrický prúd sa prejavuje viacerými účinkami: tepelným (žiarovka, varná kanvica), svetelným, magnetickým (elektromagnet, motor) a chemickým (nabíjanie batérie, pokovovanie). Práve tieto účinky robia elektrinu užitočnou v každodennom živote. Zároveň upozorňujú, že prúd treba používať opatrne, lebo dokáže spôsobiť popálenie či úraz.

13. Bezpečnosť pri práci s elektrinou — Elektrický prúd zo siete (230 V) je životu nebezpečný a môže spôsobiť úraz elektrickým prúdom alebo požiar. Preto nikdy nezapájame domáce experimenty do zásuvky, ale používame batérie s nízkym napätím. Vodiče musia byť izolované a poškodené spotrebiče sa nesmú používať.

1. Poučka

Elektrický prúd je usmernený pohyb voľných častíc s nábojom (v kovových vodičoch sú to elektróny). Aby prúd vznikol, musí byť obvod uzavretý a musí v ňom byť zdroj napätia.

Elektrický obvod je súvislá vodivá cesta zo zdroja cez spotrebič a späť. Jeho základné prvky sú: zdroj (batéria, plochá batéria), spotrebič (žiarovka, motorček), vodiče a spínač.

Veličiny a jednotky: - prúd I — jednotka ampér (A), meria sa ampérmetrom (zapája sa do obvodu sériovo) - napätie U — jednotka volt (V), meria sa voltmetrom (zapája sa paralelne k spotrebiču) - odpor R — jednotka ohm (Ω)

2. Vysvetlenie

Predstav si vodu v potrubí: čerpadlo ju tlačí, voda tečie a poháňa koleso. V elektrike je to podobne, len namiesto vody tečú elektróny.

1. Zdroj (batéria) má dva póly — + a −. Vytvára medzi nimi napätie, čo je akýsi „tlak", ktorý núti náboje pohybovať sa.
2. Keď zapojíme vodiče, spotrebič a spínač do kruhu a obvod uzavrieme, elektróny sa dajú do usmerneného pohybu — vzniká prúd.
3. Prúd tečie len v uzavretom obvode. Ak obvod prerušíme (vypneme spínač, odpojíme drôt), pohyb sa zastaví a spotrebič prestane fungovať.
4. Spotrebič premieňa elektrickú energiu na inú — žiarovka na svetlo a teplo, motorček na pohyb.
5. Spínač slúži na uzavretie alebo prerušenie obvodu — teda na zapnutie a vypnutie.

Podmienky vzniku prúdu sú teda dve: zdroj napätia + uzavretý vodivý obvod.

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — prvky obvodu (baterka): Vo vreckovej baterke je plochá batéria, žiarovka, kovové pásiky a posuvný spínač. Ktorý prvok je ktorý?
Zdroj dodáva energiu: batéria.
Spotrebič energiu premieňa na svetlo: žiarovka.
Vodiče spájajú prvky: kovové pásiky.
Spínač obvod uzatvára a prerušuje: posuvný spínač.
→ zdroj: batéria, spotrebič: žiarovka, vodiče: pásiky, spínač: posuvný spínač

Príklad 2 — otvorený a uzavretý obvod: Prečo svetlo v izbe svieti len vtedy, keď je vypínač zapnutý?
Zapnutý vypínač spojí vodiče, obvod je uzavretý a prúd má súvislú dráhu.
Vypnutý vypínač vytvorí medzeru so vzduchom, ktorý je izolant, a obvod je otvorený.
→ prúd tečie len v uzavretom obvode

Príklad 3 — sériové zapojenie (vianočná reťaz): Žiarovky starej vianočnej reťaze sú zapojené za sebou. Jedna sa prepáli. Čo sa stane?
Pri sériovom zapojení má prúd jedinú dráhu cez všetky žiarovky.
Prepálená žiarovka túto dráhu preruší.
→ zhasne celá reťaz

Príklad 4 — meranie prúdu a napätia: Ako zapojíš ampérmeter a voltmeter, keď chceš zmerať prúd žiarovkou a napätie na nej?
Prúd musí prechádzať cez ampérmeter, preto ho zaradíš do obvodu za sebou so žiarovkou (sériovo).
Voltmeter porovnáva dva body, preto ho pripojíš k vývodom žiarovky (paralelne).
→ ampérmeter sériovo, voltmeter paralelne k žiarovke

Príklad 5 — prevod jednotiek prúdu: Ampérmeter ukazuje 300 mA. Koľko je to ampérov?
Platí 1 A = 1000 mA, preto mA delíme 1000.
I = 300 mA = 300 : 1000 A = 0,3 A

Príklad 6 — hľadanie poruchy (prax): Baterka po zapnutí nesvieti. Ako postupuješ?
Najprv skúsiš novú batériu, lebo vybitá batéria nedodá napätie.
Potom pozrieš žiarovku: ak je vlákno pretrhnuté, vymeníš ju.
Nakoniec skontroluješ kontakty a spínač, či obvod niekde nie je prerušený.
→ overíš zdroj, spotrebič a celistvosť obvodu

Prečo je to dôležité: elektrické obvody sú základom všetkého, čo používa elektrinu — od baterky po telefón. Keď rozumieš, ako obvod funguje a prečo prúd tečie len keď je uzavretý, vieš zapojiť jednoduchý obvod, nájsť poruchu (prerušený drôt, vybitá batéria) a hlavne s elektrinou pracovať bezpečne.

Precvič si

1. Ktorý prvok obvodu dodáva energiu, ktorá uvádza náboje do pohybu?
2. Prečo zvonček pri dverách nezvoní, kým nestlačíš tlačidlo?
3. Preveď prúd 0,25 A na miliampéry.
4. Akým meradlom zmeriaš napätie batérie, v akej jednotke a ako ho pripojíš?
5. Dve žiarovky sú zapojené sériovo. Jedna sa prepáli. Čo sa stane s druhou?
6. Svetlá v byte sú zapojené paralelne. Jedna žiarovka sa prepáli. Čo sa stane s ostatnými a prečo?