Stejnosměrný proud

je elektrický proud, který se nemění směrem a velikostí v čase. Nabité částice se pohybují jedním směrem, čímž vytvářejí stabilní tok elektřiny.

1. Základní pojmy a Ohmův zákon

Intenzita proudu:

I = \frac{Δ q}{Δ t}

Vysvětlení

I — intenzita proudu; Δq — množství náboje, které prošlo vodičem; Δt — čas. Charakterizuje intenzitu pohybu náboje v obvodu.

Napětí:

U = φ_{1} - φ_{2}

Komentář

Rozdíl potenciálů mezi dvěma body obvodu. Určuje práci při přemístění náboje mezi nimi.

Odpor vodiče:

R = ρ \cdot l / S

Vysvětlení

R — odpor; ρ — měrný odpor materiálu; l — délka vodiče; S — plocha průřezu. Ovlivňuje proud: čím vyšší R, tím slabší proud při pevném napětí.

Ohmův zákon pro část obvodu:

I = \frac{U}{R}

Komentář

Základní závislost mezi proudem, napětím a odporem. Používá se při výpočtech v lineárním obvodu.

Celý obvod s EMN:

I = \frac{ε}{R + r}

Vysvětlení

ε — elektromotorické napětí zdroje (EMN); R — odpor vnějšího obvodu; r — vnitřní odpor zdroje. Vzorec zohledňuje ztráty ve zdroji, důležité při výpočtech účinnosti.

2. Zdroj proudu a napětí

Napětí na vnější části obvodu:

U = ε - I \cdot r

Vysvětlení

ε — EMN zdroje; I — proud v obvodu; r — vnitřní odpor. Při připojení zátěže proud způsobuje úbytek napětí uvnitř zdroje. Čím větší r, tím silněji se napětí U liší od EMN ε.

Komentář:

Zdroj proudu je zařízení, které přeměňuje energii (chemickou, mechanickou atd.) na elektrickou. EMN ε charakterizuje maximální napětí, dostupné bez zátěže. Při připojení zátěže vzniká proud I a část energie se ztrácí na vnitřním odporu r. Reálné napětí U na svorkách je vždy menší než ε.

3. Práce, výkon a tepelný efekt

Práce proudu:

A = I \cdot U \cdot Δ t = Δ q \cdot U

Vysvětlení

A — práce vykonaná elektrickým proudem při průchodu náboje vodičem. Lze ji vyjádřit jako součin intenzity proudu, napětí a času, nebo jako náboj krát napětí.

Ekvivalentní vzorce pro práci:

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

Komentář

Používají se při řešení úloh, kde nejsou známy všechny parametry. Při konstantním odporu a napětí umožňují rychle nalézt uvolněnou energii.

Výkon elektrického proudu:

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

Komentář

P — výkon, charakterizuje rychlost přeměny energie. V úlohách je důležité zvolit správný tvar: podle napětí, podle proudu nebo podle odporu.

Množství tepla:

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

Komentář

Teplo uvolňované ve vodiči při průchodu proudu — ve formě tepelného efektu. Jouleův-Lenzův zákon vysvětluje, jak se elektrická energie přeměňuje na teplo.

4. Účinnost zdroje proudu

Účinnost zdroje:

η = \frac{U}{ε} = \frac{R}{R + r}

Vysvětlení

η — účinnost (koeficient užitečnosti); ε — EMN zdroje; U — napětí na vnější části obvodu; R — vnější odpor; r — vnitřní odpor. Ukazuje, jaká část energie zdroje se dostane do zátěže a jaká se ztratí uvnitř.

Stručný průvodce fyzikou

Vzorce základních témat