Elektrický Obvod - Fyzika

Elektrický obvod

Elektrickým obvodem se dá rozumět vodivé spojení několika elektrických prvků. Aby byl elektrický obvod opravdu funkční, musí postrádat minimálně zdroj elektrické energie, vodiče a nějaký spotřebič nebo funkční prvek.

Elektrický obvod znázorňujeme schématickými značkami. Uveďme si nejprve několik těchto značek:

Vodič

• Představuje například drát, který však musí být elektricky vodivý

Zdroj elektrické energie

• Jedná se například o akumulátor

Žárovka

• Představuje nejrozšířenější prvek a zároveň spotřebič, který využívá elektrické energie

Rezistor

• Jedná se opět o prvek, který využívá elektrické energie

V elektrickém obvodu musí být vždy nějaký spotřebič nebo funkční prvek (žárovka, rezistor), jinak by došlo ke zkratu.

Elektrický obvod tedy může vypadat třeba takto:

V elektrickém obvodu platí základní elektrické zákony, mnohé z nich jsou poměrně složité a k jejich řešení je vyžadována vysoká znalost matematiky. Poměrně jednoduchým zákonem je Ohmův zákon.

Ohmův zákon

Ohmův zákon představuje v podstatě vztah mezi třemi základními fyzikálními veličinami v jakémkoliv elektrickém obvodu. Jedná se sice o napětí, proud a odpor.

Elektrické napětí

• Je jednou ze základních fyzikálních veličin, značí se písmenem U a jednotkou je Volt.

Elektrický proud

• Jedná se opět o základní elektrickou veličinu, značí se písmenem I a jednotkou je Ampér

Elektrický odpor

• Základní elektrická veličina, která se značí písmenem R, jednotkou je Ohm.

Výše uvedené elektrické veličiny mají základní jednotky pojmenované po významných fyzicích.

Kromě uvedených základních elektrických jednotek existují pochopitelně i jednotky odvozené. Jedná se zejména o následující:

Kilovolt – 1 kV = 1000 V

Megavolt – 1 MV = 1000 kV, 1 MV = 1 000 000 V

Kiloampér – 1 kA = 1000 A

Megaampér – 1 MA = 1000 kA, 1 MA = 1 000 000 A

Kiloohm – 1 k Ω = 1000 Ω

Megaohm – 1 M Ω = 1000 k Ω, 1 M Ω = 1 000 000 Ω

Nyní, když jsou definované potřebné fyzikální veličiny, můžeme uvést znění Ohmova zákona:

I = U / R

Základní rozdělení elektrických obvodů

Elektrické obvody je možno rozdělit podle dvou kritérií:

1. Podle průchodu elektrické energie:

• Otevřený elektrický obvod – elektrická energie neprochází, obvod je rozpojen
• Uzavřený elektrický obvod – elektrická energie prochází, obvodem teče proud a je na něm měřitelné napětí

2. Podle složitosti:

• Jednoduchý elektrický obvod (zdroj, vodič, spotřebič)
• Rozvětvený, nebo-li složitý elektrický obvod (více prvků)

V elektrickém obvodu často potřebujeme určit velikost elektrického proudu, napětí nebo odporu na jednotlivých prvcích. Můžeme tak učinit dvěma způsoby. Jedná se o měření nebo výpočet. K měření se používá voltmetr – pro měření elektrického napětí, ampérmetr – pro měření elektrického proudu. Odpor potom určujeme početně z těchto dvou veličin. Rovněž i elektrické napětí nebo proud lze určit početně, ovšem pouze v případě, že známe zbylé dvě elektrické veličiny.

Př. 1: Určeme elektrický proud v obvodu, známe-li elektrické napětí a elektrický odpor

I = ?

U = 10 V

R = 1 Ω

I = U / R = 10 V / 1 Ω = 10 A

• Řešení příkladu je velmi jednoduché, stačí dosadit do Ohmova zákona

Př. 2: Určeme elektrické napětí v obvodu, známe-li elektrický proud a elektrický odpor

I = 1 A

U = ?

R = 1 Ω

I = U / R

U = I x R = 1 A x 1 Ω = 1 V

• Opět se jedná o jednoduchý příklad, jediné, co je mírně náročnější, je úprava Ohmova zákona tak, abychom osamostatnili neznámou U, potom již stačí pouhé dosazení

Př. 3: Určeme elektrický odpor v obvodu, známe-li elektrický proud a elektrické napětí

I = 1 A

U = 5 V

R = ?

I = U / R

R = U / I = 5 V / 1 A = 5 Ω

• Stejně jako v předchozím příkladě je třeba pouze upravit Ohmův zákon, tentokrát je nutno osamostatnit neznámou r, poté postačí dosazení