Kontrolní otázky9 Flashcards
Čím je realizován elektrický proud v kovech?
Elektrický proud v kovech je realizován tokem volných elektronů proti směru intenzity elektrického pole.
Jaký je rozdíl mezi tepelným a driftovým pohybem elektronů?
Tepelný pohyb je chaotický pohyb, který je spojen s tepelnou energií objektů. Jeho rychlost roste s rostoucí teplotou a například u mědi je tepelná rychlost elektronů rovna 1 600 000 m/s. Průměrná velikost této rychlosti je ale v důsledku jeho chaotického charakteru rovna nule. Naproti tomu driftová rychlost je rychlost usměrněného pohybu volných elektronů. Je tedy podmíněná existencí elektrického pole ve vodiči. Velikost driftové rychlosti závisí na velikosti přiloženého el. napětí a na vlastnostech dané látky a běžně je rovna 0,00001 – 0,000001 m/s. Rozdíl mezi velikostí rychlosti tepelného a driftového pohybu je tedy okolo 10 řádů! I tak je pouze driftový pohyb zodpovědný za existenci elektrického proudu v látkách.
Jaký je rozdíl mezi integrálním a lokálním tvarem Ohmova zákona?
Jedná se o zákon/vztah, který popisuje, jak silný tok nabitých nosičů dovede v látce vyvolat přítomnost elektrického pole. Lokální (diferenciální) Ohmův zákon nám tuto situaci popisuje v jednom místě látky. Tok nosičů náboje je charakterizován pomocí hustoty elektrického proudu a elektrické pole pomocí intenzity elektrického pole. Integrální Ohmův zákon nám tuto situaci popisuje napříč nějakým makroskopickým objektem (mezi dvěma konci vodiče/na elektrické smyčce/přes soustavu rezistorů atd.). Tok nosičů náboje je popsán pomocí elektrického proudu a elektrické pole pomocí napětí mezi dvěma místy vodiče
Jaký je mikroskopický původ elektrického odporu?
Elektrický odpor je skalární fyzikální veličina, která popisuje „odpor“ látky k vedení elektrického proudu. Z mikroskopického hlediska je ovlivněn nejen množstvím volných nosičů náboje, ale také mj. volnou dráhou nosičů při jejich pohybu. Atomy v látce totiž nejsou v klidu. Neustále vykonávají kmitavý pohyb. Driftující elektrony se s nimi sráží a tím zpomalují, což je mikroskopický zdroj elektrického odporu
Proč se práci elektrického proudu říká Jouleovo teplo?
Při pohybu elektronů látkou dochází k jejich srážkám s atomy dané látky. V rámci těchto neelastických srážek dochází k přenosu kinetické energie elektronů na jádra atomů. Ty se tímto procesem zahřívají. Kinetická energie elektronů se tedy přeměňuje na teplo dodané dané látce.
Proč u kovů roste elektrický odpor s rostoucí teplotou?
To je spojeno s mikroskopickou podstatou elektrického odporu, který je dán mj. koncentrací volných nosičů a střední dobou mezi srážkami elektronů s jádry atomů látky, v rámci které proudí. Zahříváním u kovů počet volných elektronů neroste, ale zrychluje se tepelný pohyb atomů a tím i jejich výchylka kolem rovnovážné polohy. Tím atomy efektivněji rozptylují elektrony a lépe jim odebírají energii. Roste tedy el. odpor s růstem teploty vodiče. Například u polovodičů je tento trend opačný. I zde atomy s teplotou lépe rozptylují driftující elektrony, ale výrazněji u nich roste efekt tepelné generace volných elektronů, což vede k poklesu odporu s rostoucí teplotou.
- Kirchhoffův zákon je zákonem zachování jaké fyzikální veličiny?
Tento zákon nám říká, že množství elektrického náboje, které vteče za určitý čas do uzlu, se musí rovnat náboji, který z daného uzlu za stejný čas vyteče. Jedná se v podstatě o rovnici kontinuity pro elektrický proud a tedy o zákon zachování elektrického proudu/elektrického náboje. Srovnejte s rovnicí kontinuity při proudění kapaliny. Ta vyjadřuje zákon zachování hmotnostního toku (hmotnosti).
Proč je elektrický proud v nerozvětvené větvi obvodu konstantní?
Plyne to z 1. Kirchhoffova zákona. Elektrický proud nemůže vznikat ani zanikat. Hodnota elektrického proudu za použití stejnosměrného zdroje se tedy mezi uzly nemůže měnit.
Proč se do obvodu zapojuje ampérmetr sériově a voltmetr paralelně?
Zapojením měřicího přístroje chceme co možná nejméně ovlivnit podmínky v elektrickém obvodu. Ampérmetr měří elektrický proud, zapojuje se tedy do obvodu sériově. Pokud má velmi malý vnitřní elektrický odpor, výsledný proud v dané větvi se tím jen minimálně změní. Voltmetr měří napětí mezi dvěma body v obvodu, zapojuje se tedy paralelně. Pokud má naopak velmi velký vnitřní elektrický odpor, bude elektrický proud, který voltmetrem poteče, velmi malý.
Kolikrát se zvýší měřicí rozsah ampérmetru, když k němu paralelně připojíte bočník, který má 9x menší el. odpor než ampérmetr?
Měřicí rozsah se zvýší 10x. Každý ampérmetr má maximální hodnotu proudu (měřicí rozsah), kterou může měřit. Kdyby do ampérmetru tekl 10x větší proud, tak může dojít k jeho poškození. Elektrický proud se ovšem mezi paralelními větvemi dělí nepřímo úměrně k hodnotě odporů ve větvích. Pokud poteče do celého systémů 10x větší proud, než by ampérmetr zvládl, je potřeba mít bočník, který odebere 90% původního proudu a na ampérmetr zbyde zbylých 10%, což je schopen změřit. Přiřazením bočníku, který má n krát menší odpor než ampérmetr, je možno měřit proudy n+1 krát větší, než je měřicí rozsah ampérmetru bez bočníku
