Jednosmerný prúd

je elektrický prúd, ktorý sa nemení smerom a veľkosťou v čase. Nabité častice sa pohybujú jedným smerom, čím vytvárajú stabilný tok elektriny.

1. Základné pojmy a Ohmov zákon

Intenzita prúdu:

I = \frac{Δ q}{Δ t}

Vysvetlenie

I — intenzita prúdu; Δq — množstvo náboja, ktoré prešlo vodičom; Δt — čas. Charakterizuje intenzitu pohybu náboja v obvode.

Napätie:

U = φ_{1} - φ_{2}

Komentár

Rozdiel potenciálov medzi dvoma bodmi obvodu. Určuje prácu pri premiestnení náboja medzi nimi.

Odpor vodiča:

R = ρ \cdot l / S

Vysvetlenie

R — odpor; ρ — merný odpor materiálu; l — dĺžka vodiča; S — plocha prierezu. Ovplyvňuje prúd: čím vyšší R, tým slabší prúd pri pevnom napätí.

Ohmov zákon pre časť obvodu:

I = \frac{U}{R}

Komentár

Základná závislosť medzi prúdom, napätím a odporom. Používa sa pri výpočtoch v lineárnom obvode.

Celý obvod s EMN:

I = \frac{ε}{R + r}

Vysvetlenie

ε — elektromotorické napätie zdroja (EMN); R — odpor vonkajšieho obvodu; r — vnútorný odpor zdroja. Vzorec zohľadňuje straty v zdroji, dôležité pri výpočtoch účinnosti.

2. Zdroj prúdu a napätie

Napätie na vonkajšej časti obvodu:

U = ε - I \cdot r

Vysvetlenie

ε — EMN zdroja; I — prúd v obvode; r — vnútorný odpor. Pri pripojení záťaže prúd spôsobuje úbytok napätia vo vnútri zdroja. Čím väčšie r, tým silnejšie sa napätie U líši od EMN ε.

Komentár:

Zdroj prúdu je zariadenie, ktoré premieňa energiu (chemickú, mechanickú atď.) na elektrickú. EMN ε charakterizuje maximálne napätie, dostupné bez záťaže. Pri pripojení záťaže vzniká prúd I a časť energie sa stráca na vnútornom odpore r. Reálne napätie U na svorkách je vždy menšie ako ε.

3. Práca, výkon a tepelný efekt

Práca prúdu:

A = I \cdot U \cdot Δ t = Δ q \cdot U

Vysvetlenie

A — práca vykonaná elektrickým prúdom pri prechode náboja vodičom. Možno ju vyjadriť ako súčin intenzity prúdu, napätia a času, alebo ako náboj krát napätie.

Ekvivalentné vzorce pre prácu:

A = \frac{U^{2} \cdot Δ t}{R} = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Komentár

Používajú sa pri riešení úloh, kde nie sú známe všetky parametre. Pri konštantnom odpore a napätí umožňujú rýchlo nájsť uvoľnenú energiu.

Výkon elektrického prúdu:

P = \frac{A}{Δ t} = I \cdot U = \frac{U^{2}}{R} = I^{2} \cdot R

Komentár

P — výkon, charakterizuje rýchlosť premeny energie. V úlohách je dôležité zvoliť správny tvar: podľa napätia, podľa prúdu alebo podľa odporu.

Množstvo tepla:

Q = I \cdot U \cdot Δ t = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Komentár

Teplo uvoľňované vo vodiči pri prechode prúdu — vo forme tepelného efektu. Jouleov-Lenzov zákon vysvetľuje, ako sa elektrická energia premieňa na teplo.

4. Účinnosť zdroja prúdu

Účinnosť zdroja:

η = \frac{U}{ε} = \frac{R}{R + r}

Vysvetlenie

η — účinnosť (koeficient užitočnosti); ε — EMN zdroja; U — napätie na vonkajšej časti obvodu; R — vonkajší odpor; r — vnútorný odpor. Ukazuje, aká časť energie zdroja sa dostane do záťaže a aká sa stratí vo vnútri.

Stručná príručka fyziky

Vzorce základných oddielov