Na powerbanke je napísané 10 000 mAh, na nabíjačke 5 V a 2 A. Miliampérhodina pritom nie je energia ani prúd — je to náboj. Z deviateho ročníka poznáš ; teraz sa pozrieš, čo sa vo vodiči naozaj deje a od čoho presne závisí odpor.
Elektrický prúd = tok náboja
V kove sa voľne pohybujú voľné elektróny. Keď na vodič pripojíš napätie, začnú sa usmernene posúvať a vodičom prechádza náboj. Elektrický prúd je náboj, ktorý prejde prierezom vodiča za jednotku času:
Náboj jedného elektrónu je , takže pri prúde 1 A prejde prierezom za sekundu asi elektrónov.
Dohodnutý smer prúdu je od kladného pólu zdroja cez spotrebič k zápornému. Elektróny sa pohybujú opačne.
Koľko coulombov je 5000 mAh v batérii mobilu?
- , kde
Nabíjanie prúdom 2 A počas 1 hodiny dodá .
Elektróny sú pomalé, signál je rýchly. V medenom drôte s prierezom 1 mm² sa pri prúde 1 A elektróny posúvajú len asi o 0,07 mm za sekundu. Svetlo sa po stlačení vypínača rozsvieti hneď, lebo elektrické pole sa vo vodiči šíri obrovskou rýchlosťou, blízkou rýchlosti svetla, a elektróny sa dajú do pohybu naraz v celom obvode.
Ohmov zákon pre časť obvodu
Pre kovový vodič pri stálej teplote platí: prúd je priamo úmerný napätiu.
Odpor má jednotku ohm, . Graf závislosti prúdu od napätia sa volá voltampérová charakteristika.
Rezistor má priamku — odpor sa nemení. Vlákno žiarovky sa zohrieva, odpor rastie a krivka sa ohýba.
Súčiastka s priamkovou charakteristikou je lineárna (rezistor). Žiarovka, dióda či LED sú nelineárne — pre ne Ohmov zákon s jedným stálym neplatí.
Odpor nezávisí od napätia ani prúdu. Zo vzorca niektorí usúdia, že dvojnásobné napätie dá dvojnásobný odpor. Nie — pri dvojnásobnom napätí tečie dvojnásobný prúd a podiel ostane rovnaký. Odpor určuje materiál, rozmery a teplota vodiča.
Rezistivita v jednotkách SI
Odpor drôtu poznáš: . V deviatom ročníku si mal v Ω · mm²/m. V jednotkách SI dosadzuješ v metroch a v m², potom má rezistivita jednotku Ω · m.
| materiál | v Ω · m (pri 20 °C, približne) | v Ω · mm²/m |
|---|---|---|
| meď | 0,017 | |
| hliník | 0,027 | |
| nikelín | 0,40 | |
| chrómnikel | 1,1 |
Prevod: , preto .
Predlžovačka 10 m má dva medené vodiče s prierezom 1,5 mm². Aký odpor kladie prúdu?
- Prúd ide tam aj späť: ,
Malé číslo, ale pri veľkom prúde sa na ňom stráca energia — to si vypočítaš v lekcii o výkone.
Odpor a teplota
Pri vyššej teplote kmitajú ióny kovovej mriežky silnejšie, elektróny do nich častejšie narážajú a odpor kovov rastie. V bežnom rozsahu teplôt platí:
je odpor pri počiatočnej teplote (zvyčajne 20 °C), zmena teploty a teplotný súčiniteľ odporu. Pre meď je .
Medené vinutie motora má pri 20 °C odpor 2,0 Ω. Aký odpor má po zohriatí na 70 °C?
- (zmena o 50 °C je zmena o 50 K)
- — o 20 % viac.
Teplotnú závislosť odporu kovov využíva odporový teplomer, napríklad platinový Pt100 v priemysle a v laboratóriách. Opačne sa správajú polovodiče — ich odpor s teplotou klesá (lekcia 5).
🧪 Pokus: voltampérová charakteristika rezistora a žiarovky (školské laboratórium)
Pomôcky: plochá batéria 4,5 V (alebo školský zdroj nastavený najviac na 4,5 V), reostat zapojený ako delič napätia, rezistor 47 Ω (aspoň 0,5 W), malá žiarovka na 4,5 V, ampérmeter (multimeter) a voltmeter.
- Zapoj rezistor, ampérmeter do série, voltmeter paralelne k rezistoru.
- Reostatom nastav postupne 6 rôznych napätí od 0 V a zapíš a . Nakresli graf .
- To isté zopakuj so žiarovkou.
Bezpečnosť: len batéria alebo školský zdroj do 4,5 V, nikdy zásuvka. Ampérmeter nikdy nepripájaj priamo na zdroj.
Čo uvidíš
Body rezistora ležia na priamke a podiel vychádza stále okolo 47 Ω. Pri žiarovke podiel s napätím rastie — rozžeravené vlákno má väčší odpor ako studené, graf sa ohýba.
Hliníkové vedenie dlhé 100 m má prierez 10 mm². Aký má odpor?
Ukáž riešenie
.
Spoj veličinu s jej jednotkou (alebo s prevodom):
Teraz ty — 10 príkladov na Ohmov zákon:
Zapamätaj si
- Prúd je tok náboja: ; ; dohodnutý smer vo vonkajšom obvode od + k −, elektróny idú opačne.
- Ohmov zákon pre časť obvodu: ; platí pre kovy pri stálej teplote (lineárne súčiastky).
- Odpor vodiča: , v SI v Ω · m a v m² ().
- Odpor kovov s teplotou rastie: , pre meď .