Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
1.BTL Andrej Seiler, Elektrina, Elektrické napätie, Fyzikálne veličiny a…
1.BTL Andrej Seiler
Elektrina
Ohmov zákon
Elektrický prúd
I
v kovovom vodiči je priamo úmerný elektrickému napätiu
U
medzi koncami vodičov.
I ~ U
I = GU
G
- elektrická vodivosť
1S (siemens)
Elektrický
prúd
I v kovovom vodiči je
priamo
úmerný elektrickému
napätiu
U medzi koncami vodičov.
>G = > I
U/I = 1/G
Podiel U/I je pre daný vodič konštantný, nezávisí od napätia alebo prúdu vo vodiči.
Elektrický odpor je rovný prevrátenej hodnote elektrickej vodivosti.
R = U/I
REZISTOR
Kovová súčiastka, ktorá má stály elektrický odpor sa nazýva
rezistor
Reostat, potenciometer:
rezistor s posuvným kontaktom, používa sa na nastavenie vhodného napätia alebo prúdu v obvode.
Elektrický odpor ako vlastnosť vodičov
Príčina odporu:
zražky voľných elektrónov s iónmi za dôseldku ich tepelného pohybu
<zrážok = <odpor
Závislosť elektrického odporu od teploty vodiča
R = R0(1+aΔT)
a - teplotný súčiniteľ elektrického odporu, [a]=K-1
Každý vodič má iné
R0 - odpor pri teplote T1
R - odpor pri teplote T2
T2>T1
ΔT = T2 - T1
Kirchhoffove zákony
máme rozvetvený elektrický obvod
máme v ňom uzly, vetvy a obvody
Uzly
Stýkaju sa tu najmenej 3 vodiče
Vetva
časť obvodu medzi dvoma uzlami
zákony
2.) zákon pre jednoduché uzavreté obvody
V jednoduchom uzavretom obvode sa súčet elektromoto-rických napätí Ue zaradených zdrojov rovná súčtu úbyt-kov napätí RkIk.
Pre zvolený obvod:
Ue = R3I3
0 = R2I2 - R3I3
1.) zákon pre uzol jednosmerného obvodu
Prúdy vstupujúce do uzla majú
kladné
znamienko.
Algebrický súčet prúdov v uzle sa
rovná nule
aký prúd vstupuje do uzla taký z neho vystupuje
Prúdy vystupujúce z uzla majú
záporné
znamienko.
Uzly A, B
B
-I + I1 + I2 + I3 = 0
A
+I - I1 - I2 - I2 = 0
Značky
I - elektrický prúd
U - elektrické napätie
R - elektrický odpor
P - elektrický výkon
Q - elektrický náboj
Elecktrický obvod
Elektrický obvod
je súhrn prvkov, ktoré spoločne vytvárajú
cestu pre voľný prechod elektrického prúdu.
prvky sú usporiadané v určitom poradí a sú pripojené na zdroj elektrickej energie
cesta je uzavretá
Elektricky obvod može byť:
Rozvetvený
Jednoduchý
spojenie prvkov musí byť vodivé
Značky
Zdroj
jednosmerny
striedavy
Vodič
s uzlom
Spotrebice
ziarovka
LED dioda
Kondenzátor
Rezistor / potenciomenter
cievka / transformator
Ďaľšie prvky
spínač
motor
zvonček
Polovodičové súčiastky
(usmerňovacia) dioda
tranzistor
Ampér meter
Zapajáme seriovo
A
Volt meter
Zapájame paralelne
V
Vzorce
Ohmov Zákon
R = U / I
R = R0(1+aΔT)
R = p(l / S)
S - obsah plochy vodica
p (ró) - merny odpor latky
l - dlžka vodica
I = U / R
U = IR
Vodivosť
I = GU
U = I / G
G = I / U
paralelne / sériovo
Sériovo
Viac napätí
R=R1+R2+R3
Jeden prúd
Za sebou
Paralelne
Jedno napätie
1/R=1/R1+1/R2+1/R3=G1+G2+G3
Vedľa seba
Viac prúdov
Elektrické napätie
Kapacita kondenzátora
ε0 (permitíva vákua) = 8,854
10^-12 C^2
N^-1*m^-2
U
= (1 / 4pí. ε0) . (Q / R)
k/C
= Q / φ(e) = Q / U
[C] = F (farad)
Q
= k
U = C
U
kapacita platňového kondenzátora
C
= ( ε(r) . ε(0) ) . (S / d)
kapacita
= schopnosť uchovávať
elektrickú energiu môžme tiež uchovať v
KONDENZÁTORE
, ktorý vieme nabiť
Kondenzátor má schopnosť akumulovať elektrický náboj a tým aj energiu v elektrickom poli medzi doskami kondenzátora - má
kapacitu
kapacita
kondenzátora
zisťujeme že
rôzne telesá nabité rovnakým nábojom majú rôzny potenciál
veľkosť náboja a veľkosť el. potenciálu navzájom súvisia
kapacita vodiča
definovaná podielom
Q
a jeho potenciálu
"Fí"
, označujeme "
C
"
závisí od tvaru vodiča a prostredia v ktorom je vodič
kapacita
guľového
vodiča
závisí od veľkosti vodivej plochy
Platňový kondenzátor
tvoria ho dve rovnobežné, navzájom izolované platne
kapacita priamo úmerná obsahu účinnej plochy platní
S
a nepriamo úmerná vzdialenosti platní od seba
d
kapacitu môžme zmeniť aj
zmenou plochy
zmenou vzdialenosti
Dielektrikum
pri vložení sa zmení
prostredie
(kapacita)C sa zvýši
ε
krát
(phi / Fí)potencál sa zmenší
ε
krát
izolant
molekuly s + a - nábojom
nazývajú sa
dipóly
nepohybujú sa voľne
usporiadané dipóly znižujú intenzitu
E
medzi platňami a aj teda potenciál sa zníži
elektrické pole, elektrická sila
najmenší elektrický náboj je
elementárny
elektrický náboj (náboj 1 eletronu)
pri vzájomnom styku niektorých telies vzniká na povrchu elektrický náboj
teleso ktoré má elektrický náboj je
zelektrizované
alebo elektricky nabité*
elektrický náboj
pojem ktorý vyjadruje
stav elektricky nabitých telies
v okolí bodového náboja je
Radiálne
pole
fyzikálnu veličinu ktorá je mierou tohoto stavu
značka veličiny [Q] = 1C (coulomb)
viazaný na častice látky
základná vlastnosť častíc
elektrické náboje na seba pôsobia: príťažlivo, odpudivo
príťažlivo
Dve telesá s nesúhlasnými elektrickými nábojmi sa navzájom priťahujú.
odpudivo
Dve telesá so súhlasnými elektrickými nábojmi sa navzájom odpudzujú.
elektrická sila
je priamo úmerná súčinu nábojov
nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti "r"
ak sa 2 krát zmenší vzdialenosť nábojov potom sa 4 krát zväčší veľkosť elektrickej sily
Vznik jednosmerného elektrického prúdu
Elektrický prúd
definovaný podielom celkového náboja častíc ▲Q, ktoré prejdú prierezom vodiča
S
za čas ▲t a času ▲t
I = ▲Q/▲t
značka
I
jednotka
A (ampér)
A = C/s
usporiadaný pohyb voľných častíc s elektrickým nábojom
podmienky vzniku
prítomnosť voľných častíc s elektrickkým nábojom
utvorenie elektrického poľa v tejto látke
smer je podľa dohody: smer usporiadaných častíc kladného náboja
toto platí aj pri
elektrolyte / vodivej kvapaline
rôzne účinky
v pevných látkach spôsobuje zvýšenie teploty
v kvapalných vodičoch mení ich zloženie
v plynoch vyvoláva svetelné a zvukové efekty
látky sa skladajú z častíc, ktoré majú náboj
podľa
vodivosti
delíme látky
vodiče
nastáva jav
elektrostatická indukcia
nastane na krátky čas usporiadanie pohybu elektricky nabitých častíc
izolanty
izolant/dielektrikum
sú takmer všetky nabité častice viazané na seba a nemôžu sa v látke voľne pohybovať
atómy alebo molekuly v izolantoch sa stávajú
elektrickýmy dipólmi
(elektróny sa neuvolnia ale dostanú sa na jednu stranu)
polarizácia dielektrika
dôsledok silového pôsobenia elektrického poľa na kladné a záporné častice ktoré sú viazané v atómoch/ molekulách dielektrika
Elektrický potenciál a Elektrické napätie
φ(e)
= E.d
φ(e)
= E(p) / Q
[φ(e)] = 1J.C^-1 = 1V(volt)
vlatsne potenciálna energia elektrického náboja v elektrickom poli
každý bod elektrického poľa má elektrický potenciál
Elektrické napätie
absolútna hodnota rozdielu potenciálov medzi dvoma bodmi
medzi dvoma bodmi hladiny potenciálu je 0
kladná a záporná platňa sú hladiny potenciálu poľa
meriame
voltmetrom
Jednotka = volt = V
V = J/C
Vzájomné magnetické silové pôsobenie
Permanentný magnet
Póly magnetu: Severný (N) a južný (S)
Silové pôsobenie pólov:
Nesúhlasné póly (N–S): príťažlivé
Súhlasné póly (N–N, S–S): odpudivé
Magnetka v magnetickom poli
Účinok magnetického poľa: Magnetka sa otočí, kým nevznikne rovnovážna poloha (nulový moment síl).
Magnetické pole okolo vodiča s prúdom
Magnetické pole existuje v okolí vodičov s prúdom.
Feromagnetické látky
Definícia: Materiály, ktoré sa dajú ľahko zmagnetizovať (železo, kobalt, nikel).
Magnetické domény: Oblasti, kde sú molekuly natočené rovnakým smerom.
Pri zmagnetizovaní sa domény usporiadajú jedným smerom.
Neodýmový magnet
Zliatina: Neodým, železo a bór
Použitie: Pevné disky, MRI, reproduktory, elektromotory
Vlastnosti: Veľmi silné, ale krehké
Typy magnetického pôsobenia
Medzi permanentnými magnetmi
Medzi permanentným magnetom a vodičom s prúdom
Medzi vodičmi s prúdmi
Lenzov zákon
Základný princíp: Indukovaný prúd v závite vytvára magnetické pole, ktoré sa snaží zabrániť zmene magnetického indukčného toku, ktorý ho vyvolal.
Autor zákona: Emilij Christianovič Lenz, ruský fyzik.
Indukcia prúdu v závite
Pohyb magnetu: Pri priblížení magnetu sa závit odpudzuje; pri vzdialení sa závit priťahuje.
Ampérovo pravidlo pravej ruky: Pomocou prstov a palca určuje smer indukovaného prúdu a magnetickej indukcie.
Vírivé (Foucaultove) prúdy
Nestacionárne magnetické pole: Vo vodiči vznikajú uzavreté prúdy (Foucaultove prúdy) s veľkými hodnotami.
Odpor k zmene: Vírivé prúdy svojím magnetickým poľom odpudzujú pôvodný magnet.
Nežiadúce účinky: Zohrievanie vodiča, energetické straty.
Využitie vírivých prúdov:
Elektrická indukčná brzda
Pohon kotúča v elektromeroch
Vlak na magnetickom vankúši (Maglev):
Sústava magnetov v podvozku vlaku indukuje vírivé prúdy v kovových pásoch trate, čo spôsobuje nadnášanie vlaku nad traťou.
Vlastná indukcia
Princíp: Pri zapnutí alebo vypnutí prúdu v cievke vzniká v cievke vlastné magnetické pole, ktoré indukuje prúd opačný k zmene prúdu, ktorá ho vyvolala.
Elektromagnetická indukcia: Pri zmene prúdu sa mení aj magnetický indukčný tok v cievke, čo spôsobuje indukované napätie.
Vzťahy a parametre
Indukčnosť cievky (L): Miera schopnosti cievky brániť zmene prúdu, závisí od:
Počtu závitov cievky,
Dĺžky cievky,
Plošného obsahu závitov,
Permeability jadra.
Jednotka indukčnosti: Henry (H).
Priebeh prúdu v obvode s cievkou
Pri zapnutí prúdu: Indukovaný prúd má opačný smer než prúd zo zdroja, prúd v cievke narastá postupne.
Pri vypnutí prúdu: Indukovaný prúd má rovnaký smer ako prúd zo zdroja, prúd v cievke klesá postupne.
Praktické dôsledky a aplikácie
Indukované napätie: Pri zapnutí a vypnutí môže byť veľké a spôsobuje napr. „kopnutie“ aj pri nízkom napätí batérie (1,5 V).
Experimenty:
Žiarovka v sérii s cievkou sa pri zapnutí rozsvieti oneskorene, pri vypnutí zhasne neskôr.
Použitie: Transformátory, elektromotory, ochranné obvody proti prepätiu.
Elektrárne
Tepelné elektrárne: Primárny zdroj energie – spaľovanie paliva (napr. uhlie).
Jadrové elektrárne: Primárny zdroj energie – štiepenie jadier uránu.
Vodné elektrárne: Primárny zdroj energie – kinetická energia vody.
Schéma tepelnej elektrárne
Kotol: Spaľovanie paliva a produkcia pary.
Separátor: Oddelenie pary od parovodnej zmesi.
Turbína: Para poháňa turbínu.
Generátor: Premieňa mechanickú energiu na elektrickú.
Kondenzátor: Skvapalnenie pary po pohone turbíny.
Chladiaca veža: Ochladzuje vodu.
Čerpadlá: Zabezpečujú prúdenie kvapalín.
Schéma jadrovej elektrárne
Jadrový reaktor: Štiepenie jadier uvoľňuje energiu.
Primárny okruh: Prenos tepla do sekundárneho okruhu.
Parný generátor: Vytvára paru pre turbínu.
Sekundárny okruh: Premieňa tepelnú energiu na pohyb turbíny.
Účinnosť elektrární
Tepelná elektráreň: Celková účinnosť ~30% (kotol 87%, turbína 35%, generátor 98%).
Procesy v elektrárňach
Premena energie:
Vnútorná energia pary → mechanická energia v turbíne.
Mechanická energia → elektrická energia v generátore.
Typy elektrární
prvky
zdroj
jednosmerný
striedavý
spojovacie vodiče
vodič
vodič s uzlom
spotrebiče
žiarovka, LED dióda,...
kondenzátor
tranzistor
rezistor
cievka
usmerňovacia dióda
motor
spínač
zvonček
Ohmov Zákon
odpor
R=U/I=1/G=p(L/S)
konštantná hodnota, nezávisí od napätia alebo prúdu vo vodiči
[R]=1Ω
G=vodivosť
[G]=1S [Siemens]
I=GU
I=U/R
Elektrický prúd v kovovom vodiči je priamo úmerný elektrickému napätiu U medzi koncami vodičov
konštantou úmernosti je elektrická vodivosť
súčiastka označujúca odpor sa nazýva rezistor
rezistor - má stály odpor
ciarka-obdlznik-ciarka
reostat - meniteľný odpor
(ciarka-obdlznik so sipkou smerujucov z lava dola do prava hora-ciarka
odpor ako vlastnosť vodičov
príčinou sú zrážky elektrónov s iónmi za dôsledku ich tepelného pohybu
menej zrážok=menší odpor
odpor v závislosti od parametrov vodiča
R=p(l/S)
l - dĺžka kovového vodiča
S - obsah plochy vodiča(kolmého prierezu)
p - merný el. odpor látky [p] = [ró].m
závislosť teploty vodiča
s rastúcou teplotou sa odpor zvyšuje
R=R0(1+a[alfa]T)
R - odpor pri teplote T
R0 - odpor pri teplote T1
teplotný súčiniteľ el. odporu [a] = K^-1
Transformátory
Pri prenose el. energie je nevyhnutné zariadenie ktoré vie zvyšovať/znižovať el. napätie
sú zariadenia ktoré premieňajú striedavé prúdy a napätia na iné hodnoty napätia a prúdy s rovnakou frekvenciou.
premieňať = transformovať
Typy transformátorov
Trojfázový
Každá fáza má osobitné jadro a primárne a sekundárnevinutie. Cievky primárneho resp. sekundárneho vinutiasú spojené do hviezdy alebo do trojuholníka.
Jednofázový
Skladá sa z:
2 cievky
primárna
po pripojení na striedavý prúd vytvára
periodicky premenné magnetické pole
2 more items...
sekundárna
...sekundárnou cievkou prechádza premenlivý indukčný
2 more items...
Spoločné jadro z mäkkej ocele
ľahko premagnovateľná
Jadro sa
premagnetizováva
a sekundárnou cievkou prechádza rovnako premenlivý indukčný tok...
Využitie:
v rozhlasových prijímačoch a televízoroch
meracích prístrojoch a pod.
PRENOSOVÁ SÚSTAVA ENERGETIKY
Základom prenosovej sústavy sú siete elektrických
vedení vysokého napätia...
Pri prenose elektrickej energie nastávajú
straty vo vedení
. Kinetická energia usmerneného pohybu častíc s nábojom sa pri zrážkach odovzdáva kmitajúcim časticiam kryštálovej mriežky -
zväčšuje sa vnútorná energia
vodiča. Mierou zmeny vnútornej energie je
Joulovo teplo Q.
Energetické straty je možné ovplyvniť:
odporom vedenia,
veľkosťou elektrického prúdu.
Magnetické materiály v technickej praxi
Magneticky mäkké
zosilnenie magnetických polí cievok / pólové nástavce permanentných magnetov
Magneticky tvrdé
výroba permanentných magnetov
tiež delené na
Paramagnetické látky -> zosilňujú magnetické pole | premeabilita trocha > 1 | horčík, hliník, kyslík
Feromagnetické látky -> paramagnetické atómy | premeabilita oveľa > 1 | iba gadolinium, železo, nikel, kobalt
Diamagnetické látky -> zosľabujú magnetické pole | zlato, meď, ortuť
Ferimagnetické látky -> majú > odpor ako feromagnetické materiály
Relé
Magnetický záznam dát
Elektrický zvonček
Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie
Indukované elektromagnetické napätie = zápornej časovej zmene magnetického indukčného toku
Magnetický indukčný tok
ak je to cievka s N závitmi násobíme N krát
ak sa mení magnetický tok potom -> △Φ = NBS△cos(α)
Φ (fí) = B(magnetická indukcia) x S(obsah závitu) x cos(α) -------- platí ak obsah závitu nieje kolmý na indukčné čiary
jednotka je Wb (weber)
Φ (fí) = B(magnetická indukcia) x S(obsah závitu) ------ platí ak je obsah závitu kolmý na indukčné čiary
magnetické pole prechádzajúce obsahom závitu
čím je závit bližšie k magnetu tým rastie magnetická indukcia v strede závitu
Vlastná indukcia
Pri zapnutí a vypnutí elektrického obvodu
sa cievka nachádza v nestacionárnom magnetickom poli
cievka je vo svojom vlastnom nestacionárnom magnetickom poli
zmena magnetického indukčného toku je priamo úmerná zmene elektrického prúdu cievky
L = indukčnosť cievky
L = 1H (henry)
permeabilita prostredia jadra cievky
(počet závitov cievky
počet závitov cievky * plošný obsah prierezu cievky) / dĺžka cievky
Ui = indukované napätie pri vlastnej indukcií
pri vypnutí elektrického obvodu má indukovaný prúd ako prúd obvodu (opak lenzovho zákona)
Lorentzova sila
Flemingovo pravidlo ľavej ruky
prsty ukazujú smer prúdu, indukčné čiary vstupujú do dlane, palec ukazuje smer sily ktorou pôsobí magnetické polena vodič s prúdom
veľkosť magnetickej sily
Fm = magnetická indukcia
prúd
dĺžka vodiča * sin(uhol vodiča a indukčných čiar)
Orientácia pred nákresňu
Orientácia za nákresňu
magnetická sila pôsobiaca na vodič sa prejaví ak vodičom tečie elektrícký prúd (častice s nábojom sú usmernené)
je výslednica magnetických síl pôsobiacich na voľné elektróny vo vodiči
sila pôsobiaca na elektrón
B = magnetická indukcia
v = rýchlosť pohybu elektrónu
alfa = uhol vektorov B a v
e = Q - elektrický náboj častice
sila pôsobiaca na pohybujúcu sa časticu s nábojom v magnetickom poli
Elektrické napätie
Vznik jednosmerného elektrického prúdu
Elektrický prúd
značka I
usporiadaný pohyb voľných častíc s elektrickým nábojom
podmienky vzniku
prítomnosť voľných častíc s elektrickým nábojom
utvorenie elektrického poľa v tejto látke
smer je podľa dohody
toto platí aj pri elektronike / vodivej kvapaline
rôzne účinky
v pevných látkach spôsobuje zvýšenie teploty
v kvapalných vodičoch mení ich zloženie
v plynoch vyvoláva svetelné a zvukové efekty
látky sa skladajú z častíc, ktoré majú náboj
podľa vodivosti delíme látky
izolanty
izolant/dielektrikum
sú takmer všetky nabité častice viazané na seba a nemôžu sa v látke voľne pohybovať
atómy alebo molekuly v izolantoch sa stávajú elektrickými dipólmi
polarizácia dielektrika
vodiče
nastáva jav elektrostatická indukcia
nastane na krátky čas usporiadanie pohybu elektricky nabitých častíc
Elektrický obvod
jednoduchý a rozvetvený
súhrn prvkoch, vytvárajú cestu pre voľný prechod elektrického prúdu
prvky sú usporiadané v určitom poradí a pripojené na zdroj el. energie
spojenie prvkov musí byť vodivé
prvky
Zdroj
spojovacie vodiče
Spotrebiče
Kondenzátor
Tranzistor
Rezistor
Cievka
Usmerňovacia dióda
Motor
Spínač
Zvonček
Ampérmeter
Voltmeter
Generátor prúdu
Kirchhoffove zákony alebo o eletrických veličinách v sieťach
máme rozvetvený elektrický obvod
sú v ňom nejaké uzly, vetvy a body
uzly
miesto kde sa stýkajú najmenej 3 vodiče
vetva
časť obvodu medzi dvoma uzlami
zákony
1.Zákon pre uzol jednosmerného obvodu
Algebrický súčet prúdov sa rovná nule
2.Zákon pre jednoduché uzavreté obvody
V jednoduchom uzavretom obvode sa súčet elektromotorických napätí U zaradených zdrojov sa rovná súčtu úbytkov napäti R
Elektrický potenciál a elektrické napätie
vlastne potencionálna energia elektronického náboja v elektrickom poli
každý bod elektrického poľa má elektrický potenciál
Elektrické napätie
absolútna hodnota rozdielu potenciálov medzi dvoma bodmi
medzi dvoma bodmi hladiny potenciálu je 0
kladná a záporná platňa sú hladiny potenciálu poľa
meriame voltmetrom
Ionizácia plynov
vďaka týmto energetickým zdrojom sa v plynoch utvoria voľné častice s nábojom
plyny sa stanú elektricky vodivými
ožiarením röntgenovými lúčmi
zohriatím na vysokú teplotu
ožiarením rádioaktívnymi lúčmi
ožiarením UV lúčmi
Elektrický prúd je v plynoch je vyvolaný usporiadaným pohybom iónov a elektrónov.
Ionizácia - je dej, pri ktorom sa vonkajším zásahom odtrhávajú z atómov neutrálnych molekúl elektróny.
Ionizátory - sú prostriedky, ktorými sa vyvoláva ionizácia. Je to každý zdroj energie, ktorý poskytuje elektrónom v atómoch energiu potrebnú na ich uvoľenie.
Najmenšia energia potrebná na uvoľnenie elektrónu sa volá ionizačná energia
Elektrickým obvodom prúd neprechádza.
Za normálnych podmienok je vzduch elektricky nevodivý.
Ak priestor medzi elektródami zohrievame plameňom obvodom elektrický prúd prechádza.
Vysokou teplotou sa elektroneutrálne molekuly vzduchu
štiepia na kladné a záporné ióny a elektróny, ktoré sa účinkom elektrického poľa medzi elektródami začnú pohybovať k opačne nabitým elektródam.
Voltampérová charakteristika výboja
Elektrické napätie v plynoch
elektrické napätie v plynoch je sprevádzanie svetelnými a zvukovými efektami coz sú tie blesky
Voltampérová charakteristika výboja je graf závislosti elektrického prúdu I elektrického výboja od napätia U medzi elektródami.
Pri malých napätiach prevláda rekombinácia a iba malé percento elektrónov a iónov sa dostane na plátne.
So zväčšovaním napätia sú elektróny a ióny sú viac urýchlené a nestihnú rekombinovať, prúd sa zväčšuje.
Keď sú všetky ióny utvorené ionizátorom zachytené platňami, prúd v obvode dosiahne hodnotu In.
Pri zápalnom napätí Uz nastáva elektrický prieraz plynu, dochádza k ionizácii nárazom - výboj je samostatný.
In - nasýtený prúd
nemá sa tam čo presúvať
Ionizačná komora - zariadenie na skúmanie výboja
je platňový kondenzátor, ktorý je izolovane umiestnený v kovovej škatuli s okienkom pre pôsobiaci ionizátor
Fyzikálne veličiny a ich jednotky
Násobky a diely
Mili m 10^-3
Kilo k 10^3
Mikro 10^-6
Mega M 10^6
Giga G 10^9
Nano n 10^-9
Piko p 10^-12
Femto f 10^-15
Atto a 10^-18
Tera T 10^12
Peta P 10^15
Exa E 10^18
Základná hodnota
Fyz. veličiny vyjadrujú fyz. vlastnosti, stavy a zmeny objektov
Hmotnosť, dĺžka, čas, elektrický prúd, termodynamická teplota, svietivosť, látkové množstvo
Meraním zisťujeme koľko krát je meraná veličina väčšia ako meracia jednotka
Fyzikálne veličiny
Skalárne
Určujú sa číselnou hodnotou a jednotkou
(Čas, hmotnosť, dráha, tlak, energia)
Vektorové
Určujú sa veľkosťou, smerom,
polohou vektorovej priamky
Smer vektora určuje šípka
na konci priamky
Násobenie kladným číslom
F2 = 2F1
F2 = 2.5N = 10N
Vektor F2 má rovnaký
smer ako F1
Sčítanie
Fv = F1 + F2
Pôsobia v jednom bode
(Majú rovnaký smer)
Násobenie záporným číslom
F2 = -2F1
F2 = 2.5N = 10N
Vektor F2 má opačný
smer ako F1
Rovnomerný pohyb
Vektor rýchlosti sa s
časom nemení
Smer sa nemení
Rovnomerný zrýchlený pohyb
Vektor rýchlosti sa s
časom mení
Smer sa nemení
Mechanický pohyb
Hmotný bod
Model telesa pri ktorom sa hmotnosť telesa
zachováva ale jeho rozmery sa menia
Telesá vykonávajú mechanický pohyb
keď menia svoju polohu vzhľadom na ostatné
telesá
Rovnomerný pohyb sa deje vtedy, keď
teleso prejde rovnaké časové intervaly a
rovnako veľké úseky dráhy
R.P.P.
Kinematika
Rovnomerný pohyb
značky, jednotky, vzorce
priemerná rýchlosť
vp
s/t
m/s /// m*s-2
čas
t
t = s/v
sekunda
rýchlosť
v
v = s/t
m*s-2 /// m/s
dráha
d/s
s = v*t
meter(m)
Vektor rovnomerného pohybu
Rovnomerne zrýchlený pohyb
značky, jednotky, vzorce
rýchlosť
v
a.t
dráha
s/d
1/2.a.t.t
1/2.v.t
grafom je parabola
akcelerácia / zrýchlenie
a
v/t
Zrýchlenie
Voľný pád
značky, jednotky, vzorce
výška
h
dráha
d/s
1/2.g.t.t
rýchlosť
v
g.t
gravitačné zrýchlenie
g
vždy 10 m.s-2
Pohyb po kružnici
značky, jednotky, vzorce
dráha
s/d
2n.r
čas
t
perióda pohybu
T
n/t
sekunda
dostredivé zrýchlenie
ad
obvodová rýchlosť
v
s/t = 2n.r/t = w.r
Trajektória
Nie je to dráha
dráha je diaľka trajektórie
je to súradnicová sústava po ktorej sa pohybuje hmotný bod
Dynamika
Newtonové zákony
1.NPZ zákon zotrvačnosti
Zotrvačnosť
schopnosť telies v i.v.s. byť v pokoji alebo rovnomernom priamočiarom pohybe
Každý hmotný bod v inerciálnej vzťažnej sústave zostáva v
pokoji
rovnomernom priamočiarom pohybe
kým nie je nútené tento pohybový stav zmeniť
na základe vzťažnej sústavy
Inerciálne vzťažné sústavy
vzťažné sústavy v ktorých izolované hmotné body zostávajú v pokoji alebo rovnomernom priamočiarom pohybe
2.NPZ zákon o pohyboch, silách a zrýchlení
Vzorce
F = p/t
Fv = p/t = m.a = m.vt
a = v/t
p = m.v = Fv.t
Pomer zmeny hybnosti hmotného bodu a doby za ktorú táto zmena nastala, je priamo úmerný výslednej sile
zmenu pohybového stavu telesa spôsobuje silové pôsobenie na teleso
zmena vektora hybnosti s časom
nastáva pri
Pri rovnomernom priamočiarom pohybe
Pri rovnomernom zrýchlenom priamočiarom pohybe
Pri rovnomerne spomalenom priamočiarom pohybe
Pri rovnomernom pohybe po kružnici
Hybnosť
Súčin hmotností a veľkosti okamžitej rýchlosti telesa
p = m(v2-v1) = p2 - p1 = mv2 - mv1
p = m.v
vektorová veličina
p = m.v
Zákon zachovania hybnosti
Súčet hybností všetkých telies izolovanej sústavy je stály
p1+p2 = konštantný
Trenie a trecia sila
šmykové trenie
jav ktorý nastáva pri plôch medzi dvoma dotýkajúcimi sa telesami
Príčinou je realita že plochy obydvoch telies nie sú nikdy dokonale hladké, nerovnosti na povrchu zapadajú do seba a spôsobujú trenie, spomalenie
Trecia sila
pôsobí vždy rovnobežne s dotykovou plochou a smeruje proti pohybu telesa (spomaluje ho)
veľkosť závisí od veľkosti sily, ktorou je teleso pritláčané na plochu a od druhu a kvality dotykových plôch
F(N) - normálová sila
f(frekvencia) - koeficient šmykového trenia
F(G) - gravitačná sila
F(t) - trecia sila
Práca a energia
Výkon
výkon
P = W/t = F.s/t = F.(s/t) = Fv
J.s (-1) = W (watt)
čas
t
sekunda
práca
W = P.t = F.s
J (Joule)
definovaná prácou za čas
Kinetická energia
F = m.a
s = 1/2.a.t.t
v = a.t
W = 1/2 m.v.v = F.s = 1/2 m.a.a.t.t
E(k) = 1/2.m.v.v
x kg.m.s -2 = x N.m = x J
zmena rýchlosti
Potencionálna energia
s = h1-h2 (h = s)
W = F.s = m.g.s = m.g (h1-h2)
F(g)= m.g
E(p) = m.g.h
x kg.m.s-2 = x N.m = x J
zmena rýchlosti
Mechanická energia
E(c) = E(k) + E(p)
Súčet kinetickej a potencionálnej energie telesa nazývame celková mechanická energia sústavy teleso-Zem
Kinetická teória stavby látok
Poznatky
1.) Látka akéhokoľvek skupenstva sa skladá z častíc: molekúl, atómov, iónov
3.) Častice na seba navzájom pôsobia príťažlivými a súčasne odpudivými silami
Dôkaz je kmitavý pohyb atómov v molekule
Graf: Závislosť síl(F) medzi časticami od ich vzdialenosti (r)
???
2.) Častice v látke sa pohybujú, pohyb je stály a neusporiadaný
Pohyb častíc rýchlostami róznych smerov a veľkostí
Difúzia - prenikanie častíc jednej látky do druhej
Model
plynnej
látky
pohyb viacatómových molekúl
posúvneho, rotačného, kmitavého
kinetická vačšia
energia sústavy
zahŕňa energiu kinetickú
Model
pevnej
látky
príťažlivé sily medzi časticami spôsobujú stály tvar a objem telies z pevnej látky
častice kmitajú okolo rovnovážnych polôh
častice pravidelne usporiadané
potenciálna vačšia
Model
kvapalnej
látky
model sa časom mení -> teplota + -> tým častejšie
nestály tvar
potenciálna je porovnateľná z kinetickou energiou
elektrické pole, elektrická sila
elektrický náboj
pojem ktorý vyjadruje
stav elektricky nabitých telies
v okolí bodového náboja je Radiálne pole
fyzikálnu veličinu ktorá je mierov tohto stavu
značka veličiny [Q] = 1C
viazaný na častice látky
základná vlastnosť častíc
elektrické náboje na seba pôsobia: príťažlivo, odpudivo
najmenší elektricky n. je elementárny
elektrická sila
je priamo úmerná súčinu nábojov
nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti r
Iskrový elektrický výboj
Je to krátky výboj
Tvoria ho elektrónové a iónové lavíny v iskrových kanálikoch, v ktorých sa tlak zvyšuje na desiatky MPa a teplota na 105K.
Tlejivý elektrický výboj
Pri malej hodnote prúdu pozorujeme slabé svetielkovanie plynu.
Kmitanie
sin(fí) = y/r
y = rsin(fí)
y=ymsinwt
Zložené kmitania
Kmitania majú:
odlišnú amplitúdu
odlišnú začiatočnú fázu kmitania
rovnakú periódu a frekvenciu
Izochrónne kmitanie - majú rovnakú periódu a frekvenciu, prebiehajú v jednej priamke ["isos" - rovnaký, "chronos" - čas]
skladanie izochrónnych kmitov s rovnakou fázou 0rad
Výsledné kmitanie je zosilnené, amplitúda je YmV = YmV1 + YmV2
skladanie kmitov s opačnou fázou pí rad
výsledné kmitanie je zoslabené, amplitúda je YmV = YmV1 - YmV2
Teleso zavesené na dvoch nerovnakých pružinách
kmitá, akoby konalo súčasne viac pohybov
kmitá, akoby konalo súčasne viac pohybov
Princíp superpozície
ak etleso súčasne koná niekoľko harmonických pohybov rovnakého smeru s okamžitými výchylkami y1, y2, y3,..., yn je okamžitá výchylka výsledného kmitania yv...
skladanie izochrónnych kmitov (princíp superpozície)
pre výchylky rovnakého smeru platí yv = y1 + y2
pre výchylky opačného smeru platí yv = y1 - y2
časový diagram výsledného kmitania pospájaním bodov výsledných okamžitých výchyliek
fázový diagram výsledného kmitania vektorovým súčtom fázorov jednotlivých kmitaní
Vlnenie
Stojaté vlnenie
Stojaté mechanické vlnenie
je vlnenie, ktoré vznikne interferenciou dvoch proti sebe postupujúcich vlnení
Vlnenie sa na konci bodového radu odráža a šíri sa opačným smerom...
Proti sebe postupujú vlnenia
pôvodné a odrazené
Vlnenie postupujúce v bodovom rade proti sebe
za čas t = 1/4T
vlnenia postúpia o 1/4 periódy vlnovej dĺžky
1 more item...
Vlnenia majú rovnaké - amplitúdy a vlnové dĺžky.
za čas t = 1/2T
vlnenia postúpia o 1/2 periódy vlnovej dĺžky
1 more item...
za čas t = 3/4T
vlnenia postúpia o 3/4 periódy vlnovej dĺžky
1 more item...
za čas t = T
vlnenia postúpia o celú vlnovú dĺžku
1 more item...
Oblasť interferencie
miesto kde sa prekrývajú 2 vlny => sčítanie týchto vĺn
Ak sa priame a odrazené vlnenie stretáva s rovnakou fázou
vlnenie sa interferenciou zosilňuje
Ak sa priame a odrazené vlnenie stretáva s opačnou fázou
vlnenie sa interferenciou zoslabuje - ruší
Uzly a kmitne
Kmitňa
body, ktoré kmitajú s maximálnou amplitúdou.
Uzol
body, ktoré pri stojatom vlnení nekmitajú.
Stojaté
body kmitajú s rozličnou amplitúdou výchylky
Body kmitajú s rovnakou fázou (medzi dvoma uzlami)
Energia sa neprenáša, periodicky sa mení potencionálna energia na kinetickú a naopak
Postupné Mechanické vlnenie
príklady: vlnenie obilia, zástava sa vlní, vlnenie vodnej hladiny, zvlnený piesok, vlasy sa vlnia, zvukové a ultrazvukové vlny, seizmické vlny, vlny pružiny
Vlnenie je fyzikálny dej pri ktorom sa kmitavý rozruch šíri prostredím. Príčinou mechanického vlnenia v prostredí je existencia väzbových síl medzi časticami prostredia.
Pružné prostredie je prostredie, v ktorom sa kmitanie jednej častice väzbovými silami prenáša na ďalšie častice
Priečne mechanické vlnenie
je dej, pri ktorom častice kmitajú v smere kolmom na smer, v ktorom sa vlnenie šíri
Pozdĺžne mechanické vlnenie
je dej, pri ktorom častice kmitajú v smere, v ktorom sa vlnenie šíri
Vlnová dĺžka
je vzdialenosť, do ktorej vlnenie dospeje za periódu T kmitania zdroja vlnenia
λ [lambda] - vlnová dĺžka
je to vzdialenosť dvoch najbližších bodov, ktoré kmitajú s rovnakou fázou
v - fázová rýchlosť vlnenia
T - perióda kmitania zdroja
f - frekvencia zdroja
(fí) - fáza vlnenia
x - vzdialenosť
Guľôčka na vlniacej sa vodnej hladine
kmitá na hladine, nepostupuje s vlnením
Pri postupnom mechanickom vlnení sa neprenáša hmotnosť ale energia
Druh vlnenia pri ktorom nedochádza k transportu látky
y=ymsinωt
y=ymsinω(t-t')
ω=2(pi)/T
(t/T-x/vT
λ = vT
(t/T-x/λ)
t'=x/v
(t-x/v)
Postupné
body kmitajú s rovnakou amplitúdou výchylky
body kmitajú s rozličnou fázou
Prenáša sa mechanická energia
Vlnenie v izotropnom prostredí
Izotropné prostredie
má vo všetkých smeroch rovnaké fyzikálne vlastnosti
rýchlosť vlnenia je vo všetkých smeroch rovnaká
Vlnoplocha
množina bodov, do ktorej sa vlnenie dostane z bodového zdroja za rovnaký čas.
množina bodov, v ktorých má vlnenie v istom časovom okamihu rovnakú fázu.
Lúč
kolmica na vlnoplochu v danom bode, určuje smer vlnenia
tvoria rozbiehavý zväzok, vychádzajúci zo zdroja vlnenia.
Rovinná vlnoplocha
Vo veľkej vzdialenosti od zdroja vlnenia má vlnoplocha tvar roviny -
rovinná vlnoplocha
Vlnenie vodnej hladiny
Prekážka na vodnej hladine s otvorom
Otvor sa javí ako zdroj nového vlnenia
Šírenie vlnenia
Každý bod je zdrojom elementárneho vlnenia.
Obalová plocha elementárnych vlnoplôch je vlnoplocha v ďalšom časovom okamihu (delta)t
Huygensov princíp
Každý bod vlnoplochy, do ktorého sa dostalo vlnenie v istom okamihu môžeme pokladať za zdroj elementárneho vlnenia, ktoré sa z neho šíri v elementárnych vlnoplochách.
Vlnoplocha v ďalšom časovom okamihu je vonkajšia obalová plocha všetkých elementárnych vlnoplôch.
Odraz a lom vlnenia
Vlnenie ktoré dopadá na rozhranie dvoch prostredí
sa môže
odraziť od rozhrania
prejsť do druhého prostredia
Odraz vlnenia na rozhraní prostredí
Kolmice na vlnoplochu po odraze vlnenia na rozhra-
ní prostredí sú odrazené lúče
Prechod vlnenia rozhraním prostredí
Kolmice na vlnoplochu sú lomené lúče.
Prechodom vlnenia cez rozhranie prostredí, v ktorých sa
vlnenie šíri rôznymi rýchlosťami nastáva lom vlnenia
menšou rýchlosťou
väčšou rýchlosťou
Zákon lomu:
Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je pre dve dané prostredia veličina stála a rovná sa pomeru rýchlostí v obidvoch prostrediach
sin a/sin b = v1/v2
Šírenie tepla
Prenos tepla z oblasti s vyššou do oblasti s nižšou teplotou.
Rýchlosť prenosu tepla => tepelný tok
J/s = W
Značka Q
Energia sa presúva pomocou zrážok atómov a molekúl látky alebo jej elektrónov a iónov
prenos energie vo vnútri telesa
bez premiestňovania atómov
Teplo sa môže šíriť 3 spôsobmi
Vedením
nutnosť média ktoré susedí s oboma teplotami aby sa mohlo prenášať teplo
Plocha a hrúbka
Rýchlosť akou teplo prechádza cez stenu je priamo úmerná ploche povrchu steny a nepriamo úmerná jej hrúbke
ak sa hrúbka 10 krát zmenší vedenie tepla sa 10 krát zväčší
ak sa plocha 10 krát zmenší vedenie tepla sa 10 krát zmenší
Teplotný rozdiel
Rýchlosť prenosu tepla je priamo úmerná s rozdielmi teplôt na oboch stranách
ak sa teploty rovnajú tepelný tok sa zastaví
kondukcia
Teplo sa šíri pri priamom kontakte teplej kvapaliny a predmetu do nej vloženého.
Príkladom je lyžička ponořená do horúceho čaju
Prúdením
konvekcia
Teplo sa šíri v tekutinách (kvapalinách a plynoch).
Nad ohrievacím telesom ohrieva vodu mechanizmus vedenia a prúdenia tepla.
Ohriatej tekutine sa zmenšuje hustota čiže stúpa nahor a na dol ide tekutina studenšia.
Pod ohrevným telesom sa voda neohrieva prúdením ale len vedením čiže sa ohrieva pomalšie
Volná konvencia
nastáva účinkom gravitácie a smer prenosu tepla má zvislý smer.
Teplo stúpa nahor, pretože teplejšie časti kvapalín a plynov majú menšiu hustotu.
Nútená konvencia
nastáva, ak je prúdenie vnútené (napríklad ventilátorom v miestnosti).
Vtedy smer prenosu tepla závisí od smeru prúdenia tekutiny.
V porovnaní s vedením tepla môže byť prúdenie tepla rýchlejšie
Žiarením
sálanie
radiácia
Prenos tepla z jedného miesta na druhé, ku ktorému dochádza bez účasti molekúl prostredia.
Je to jediný spôsob prenosu tepla, pri ktorom nie je potrebné sprostredkujúce látkové prostredie.
Pri tepelnom žiarení sa energia prenáša elektro-magnetickými vlnami
Tepelné žiarenie sa šíri rýchlosťou svetla a nevyžaduje na jeho prepravu zasahujúce médium
Teplo termosky sala von aj ked nemoze vedenim
každé teleso s teplotou nad 0K žiary
telesá môžu:
vysielať - zdroje
príjmať - pohlcovať
Množstvo tepla, ktoré teleso zachytí pri tepelnom žiarení závisí od:
teploty zdroja žiarenia,
vzdialenosti od zdroja,
od farby a úpravy povrchu telesa.
Hladký a biely povrch tepelné lúče odráža a ohrieva sa pomaly
Čierny a drsný povrch pohlcuje tepelné lúče veľmi dobre a teleso sa rýchlo ohrieva.
delenie žiarenia:
podľa ionizácie:
neionizované
viditeľné svetlo, mikrovlnné žiarenie a infračervené žiarenie.
nemá energiu aby odstránilo elektróny z atómov a molekúl
ionizované
má energiu aby odstránilo elektróny z atómov a molekúl
vytvára tak ióny
röntgenové žiarenie, gama žiarenie, beta častice
je schopné prenikať hlboko do materiálov
podľa vlnovej dĺžky:
Viditelné svetlo
vidíme ho ľudským okom
farby sa delia podľa vlnovej dĺžky
Ultrafialové (UV)
Má kratšiu vlnovú dĺžku
môže spôsobiť popálenie
Infračervené (IR)
Má dlhšiu vlnovú dĺžku
cítime ho ako teplo
Tepelný tok a typ látky
Pri vonkajších rovnakých podmienkach tepelný tok výrazne závisí od typu látky.
tepelné izolanty
vedú teplo slabo
napr. polystyren
2,4J/s
tepelné vodiče
vedú teplo dobre
napr. hlinik
14220J/s
pohyby v tiažovom poli Zeme
vzorce
v = g.t
s = v.t = 1/2g.t.t
v = v0+g.t
s = v0.t+1/2g.t.t
vrh nadol
v = v0 - g.t
vrh nahor
s = v0.t-1/2g.t.t
Aby sme tieto pohyby opísali, budeme zisťovať ich polohu, pričom budeme používať údaje o rýchlosti a čase
Jednoduchý pohyb - Voľný pád
alebo vrh nadol
Vrh nahor je rovnomerne spomalený pohyb pričom g je opačné zrýchlenie
Vodorovný vrh
Pri vodorovnom vrhu skladáme 2 pohyby: 1 vo vodorovnom smere a v 1 v smere voľného pádu
pri predstave na osi x a y je vlastne v a h
doba vrhu alebo (t)
dĺžka vrhu alebo (d)
okamžitá rýchlosť v čase (t)
trajektória
Oblúkový elektrický výboj
Pri väčších hodnotách prúdu ióny dopadajúce na elektródy ich rozžeravia (tepelná ionizácia).
Teplota plynu sa zväčšuje až na hodnotu 6000K.
Koróna
Vzniká v blízkosti vodičov vo vzduchu, ktoré sú pod vysokým napätím a dostatočne od seba vzdialené.
Elektrický výboj
Samostatný
Nesamostatný
Porovnanie postupného a stojatého mechanického vlnenia
Kalorimeter
tepelne izolovaná kovová nádoba s teplomerom a miešačkou
izolátor je vzduch polystyrén a pdo.
tepelná výmena bude prebiehať dovtedy pokial nenastane
rovnovážny stav
t(v)
Kalorimetrická rovnica - vyjadruje zákon zachovania energie pre tepelnú výmenu v kalomrimetri
podľa nej možno určit "c" (mernú tepelnú kapacitu) látky pokial poznáme "c" druhej látky
tepelná výmena bude prebiehať až pokial nastane
rovnovážny stav
pohyby v radiálnom poli zeme
s rastúcou vdialenosťou sa zmenšuje gravitačné zrýchlenie
v radiálom gravitačnom poli nie je teda konštantné
v kozmnonautike je to významné
pri pomere malej rýchlosti
Apogeum - najvzdialenejší bod od Zeme
Perigeum - najbližší bod od stredu Zeme
je aj taká začiatočná rýchlosť v0 pri ktorej sa teleso pohybuje po kružnici
kruhová rýchlosť v(k)
hmotnosť Zeme
polomer Zeme
výška telesa od povrchu Zeme
perióda
závisí od
