Elektro v1

Dobře, tady jsou tvé studijní poznámky:

Ideální zdroj elektrického napětí

• Elektrické napětí (V) udává práci potřebnou k vytvoření nábojového rozdílu.
• Zdroje (ZZE) musí k vytváření elektrické energie využívat jiné formy energie.
• Nejčastěji se využívá přeměna chemické a mechanické energie.
• Elektrochemické zdroje mají napětí nezávislé na čase (např. suchý článek).
• Elektromechanické zdroje využívají otáčení rotoru (alternátory, dynama) a vytvářejí střídavý proud.
• Ideální zdroj napětí má nulový vnitřní odpor (Ri = 0), takže napětí na svorkách není závislé na zátěži.

Měření napětí

• Voltmetry se připojují paralelně k bodům, mezi kterými chceme měřit napětí.
• Je možné měřit napětí na zdrojích i rezistorech.
• Při připojování voltmetru se uvažuje nulový odpor vodičů.
• Zdroje se spojují sériově, jejich napětí se sčítá (pokud jsou zapojeny stejným směrem) nebo odečítá (opačný směr).

Ideální zdroj elektrického proudu

• Proud (A) je pohyb elektrického náboje a sleduje směr toku kladných nábojů.
• Proudy vznikají ve vodičích nebo polovodičích díky volným nábojům.
• Zdroje se chovají jako zdroje elektrického napětí, hodnota proudu je konstantní.
• Napětí zdroje se mění v závislosti na zátěži.
• Ideální zdroj proudu má nekonečný vnitřní odpor (Ri = ∞), takže proud ze zdroje není závislý na zátěži.

Měření proudu

• Ampérmetr (miliampérmetr) je nutné rozpojit a vřadit do obvodu.
• Aby vodičem protékal proud, musí k němu být připojen zdroj napětí.

Odpory (Rezisory)

• Rezistor (odpor) [Ohm] klade odpor průchodu proudu (každž materiál má jiný odpor).
• Odpor závisí na délce vodiče (dvojnásobná délka = dvojnásobný odpor).
• Odpor je nepřímo úměrný průřezu vodiče.
• Vodivost je schopnost vést proud.
• Proměnný rezistor slouží k plynulé změně hodnoty odporu.

Ohmův zákon

• R= U/I (proud procházející obvodem je přímo úměrný napětí).
• Proměnný rezistor má tři vývody, kde pohyblivý kontakt rozděluje rezistor na dvě proměnné části..
• Praktická realizace proměnného rezistoru potenciometr, vypínač.
• Dělič napětí se využívá k získání nižších napětí, než je napětí napájecího zdroje.

Výkon a energie na rezistoru

• Po připojení rezistoru ke zdroji prochází obvodem elektrický proud.
• Při průchodu elektronů rezistorem se energie elektronů mění na teplo.
• P=W/t=u.i[W] (Výkon je práce za jednotku času)
• Příkon je záporný výkon dodávaný ze zdroje.
• Hodnota výkonu při konstantním odporu je závislá na mocnině napětí el. proudu.
• Energie je vykonaná práce (q = náboj)
• W=u.q=u.i.t=P.t[joule]=[Ws]

Vlastnosti nelineárních odporů

• Odpor nemá konstantní hodnotu.
• Hodnota odporu je závislá na napětí a proudu.
• Dynamický odpor vyjadřuje hodnotu odporu pro dané napětí a proud.
• Statický odpor vyjadřuje hodnotu lineárního odporu, kterým při stejném napětí teče stejný proud
• Charakterizujeme pomocí Ampér-Voltovou charakteristikou.

1. Kirchhoffův zákon (KZ)

• Uzel elektrického obvodu je místo spojení vodičů od jednotlivých prvků obvodu.
• Součet proudů v uzlu se musí rovnat nule (Σίκ=0).
• Sériově spojenými prvky protéká stejný proud.
• Napěťový uzel mezi dvěma napěťovými uzly je stejný proud.
• Uzavřená smyčka je uzavřená cesta bez opakovaného průchodu stejným místem.

2. Kirchhoffův zákon (KZ)

• Součet napětí ve smyčce musí být roven 0 (Σuᵢ=0).
• Na paralelně spojených prvcích musí být shodné napětí.

Analýza obvodů

• Analýza slouží k výpočtu všech napětí a proudů v obvodu nebo soustavě.
• Metoda analýzy je způsob matematického popisu vztahu mezi obvodovými veličinami.
• Cílem analýzy je zjišťování hodnot veličin a zjišťování vlastností obvodů.

Principy řešení

• metoda postupného zjednodušování obvodu (ekvivalence),
• přepočet hvězda-trojúhelník - (náhrada trojpólu) neděláme, pracné. řešení obvodu s dvěma či více zdroji (superpozice) je součet veličin v daném místě v obvodu, vzniklých při působení každého zdroje zvlášť
• náhradní zdroj: libovolně složitý obvod Ize vzhledem k libovolným dvěma svorkám nahradit obvodem skutečného zdroje napětí. Pro skutečný zdroj napětí platí, že napětí ideálního zdroje je Uo a jeho vnitřní odpor je Ri.

Nealgoritmické metody řešení

• zjednodušování, přímé použití KZ a OZ.
• Sériově: Rₜ = R₁ + R₂ + ... + Rₙ
• Paralelně: 1/Rt = 1/R₁ + 1/R₂ + ... + 1/Rₙ, Pro dva rezistory : R₁₂ = (R₁ * R₂)/( R₁ + R₂)
• Ekvivalence: náhrada složitjší části co nejjednodušším obvodem tak, aby se náhradní obvod v místě připojení choval naprosto stejně.
• Superpozice: účinek více zdrojů v obvodu rozdělíme na účinek každého zdroje zvlášt a dílčí výsledky od těchto zdrojů sečteme

Ohmův zákon

• vztah mezi napětím a proudem na rezistoru
• i = (1/R) * u = G * u;

Dělič napětí

• Jde o často využívaný obvod pro získání nižších napětí, než je napětí napájecího zdroje.
• Použití: Když potřebujeme např. v autě (12V) snížit napětí na nabití mobilního telefonu (5V) tak použijeme dělič napětí.
• Výpočet výstupního napětí u₂ je u₂ = iR2R2 (1)
• Hodnota iR2 = i je dána principem ekvivalence: i = U₀ / (R₁ + R₂ )
• U₂ = [R₂ / (R₁ + R₂)] * U₀
• U₂ závisí na R₁ a R₂, poměru rezistorů děliče, proto dělič.
• V praxi bývá děličem zatížený napětí, musíme uvažovat paralelní kombinaci rezistorů.

Dělič proudu

• Použití: Tento obvod se používá, potřebujeme-li vést prvkem jen část celého proudu dané větve.
• Příklad: Většina ampérmetrů má malý interní odpor, což znamená.
• Použití si ukážeme na příkladu, kdy máme vypočítat, jaký proud teče ampérmetrem, je-li jeho odpor RA = 9 Ω.
• Tento proud iA vypočítáme z Ohmouho zákona; iA = UA / RA
• Pro výpočet uA musíme zjistit odpor paralelního spojení RA a R₁: R = (RA * R₁) / (RA + R₁)

Reálný zdroj

• Snažíme se o to, aby se náhradní zdroj choval shodně pro libovolnou zátěž, stejně jako reálný zdroj
• Máme dva typy ideálního zdroje: Napětový ideální zdroj, Proudový ideální zdroj
• Pro tyto typy zdrojů máme dva stavy: A) Stav zdroje naprázdno (i=0), B) Stav zdroje nakrátko (u=0)
• Pro matematický výpočet náhradního zdroje se používá princip řešení za pomocí Ekvivalence