Elektrické pole
Elektrický náboj
-
ozn. Q, jednotka C (Coulomb)
Elementární el. Náboj
-
každý el. Náboj zelektrovaného tělesa je celistvým násobkem elementárního el. Náboje
-
platí zákon zachování el. Náboje – el. Náboj nelze vytvořit ani zničit, celkový náboj v izolované soustavě se nemění
Coulombův zákon
-
2 bodové náboje Q1, Q2 na sebe navzájem působí stejně velkými silami opačného směru, jejichž velikost je přímo úměrná součinu nábojů Q1, Q2 a nepřímo úměrná 2. mocnině jejich vzdálenosti
-
Fe = k
k... konstanta úměrnosti závisí na prostředí ve kterém se náboje nachází a pro vakuum k=a*10 Nm C
Intenzita el. Pole
-
v okolí každého zelektrovaného tělesa existuje el. Pole, které působí na jiné těleso s nábojem přitažlivou nebo odpudivou silou (++ se odpuzují, + - se přitahují)
-
ozn. E (vektorová veličina)
-
definiční vztah E =
-
jednotka NC =Vm
-
E – charakterizuje el. Pole bodového náboje Q ve vzdálenosti r z hlediska silového působení
-
směr E je určen směrem el. Siločár
-
el. Siločáry – myšlené čáry kterými lze zobrazit el. Pole, z kladného náboje vystupují do záporného vstupují
-
radikální el. Pole – el. Pole osamoceného náboje
-
homogení el. Pole – mezi deskami kondenzátoru
El. potenciál
-
ozn.
-
Jednotka JC =V(Volt)
-
- charakterizuje el. Pole náboje Q z hlediska schopnosti konat práci (přemisťovat náboje)
-
ekvipotenciální plochy – množiny bodů se stejným potenciálem
-
pro osamocený bodový náboj jsou to kulové plochy se středem v bodě Q (siločáry jsou kolmé na ekvipotenciální plochy)
-
pro homogení el. Pole kondenzátoru jsou to roviny rovnoběžné s jeho deskami (siločáry jsou kolmé na ekvivalentní plochy)
-
je-li v bodě A el. Potenciál a v bodě B , pak rozdíl potenciálů nazýváme el. Napětí ozn.U
-
U =
-
v praxi se často jako využívá hladina nulového potenciálu (uzeměný bod)
Kapacita vodiče
-
přenášíme-li na kovový vodič el. Náboj získává potenciál a k vzhledem k Zemi napětí
-
experimentálně bylo zjištěno že Q je přímo úměrné resp. Q U a konstantou úměrnosti je kapacita vodiče C
-
kapacita vodiče – schopnost vodiče pojmout při dané hodnotě potenciál (resp. Napětí U) určitý náboj Q
-
pro osamocený vodič je kapacita velmi malá
-
mnohem větší kapacitu má zařízení – deskový kondenzátor = 2 rovnoběřné kovové desky mezi kterými je dielektrikum (nevodivý materiál)
-
mezi deskami kondenzátoru je homogení el. Pole
-
velké využití v technické praxi
El. proud
-
usměrněný pohyb částic s e. Nábojem (volných e, iontů,...)
-
podmínkou vzniku el. Proudu je přítomnost volných nosičáů náboje a také působení el. Pole na vodiči (el. Napětí na koncích vodiče)
-
elektronová teorie – volné elektrony ve vodiči konají neuspořádaný pohyb
působením el. Pole jsou elektrony přitahovány ke kladnému poli zdroje – jejich pohyb je usměrněný – prochází el. Proud
dohodnutý směr el. Proudu je od kladného pólu zdroje k zápornému
-
el. proud – fyzikální veličina ozn. I = ampér A je definována vztahem I =
Q...náboj který projde průřezem vodiče za dobu t
-
jestliže je proud stály co do velikosti i směru – stejnosměrný el. Proud
el. odpor
-
elektrony při pohybu ve vodiči narážejí na ionty a atomy kovu i sami na sebe- jejich pohyb se brzdí – říkáme že vodič klade odpor proudu
-
el. odpor – charakteristika vodiče ozn. R
-
el. odpor – závisí na geometrických vlastnostech a na materiálu vodiče a také na teplotě s rostoucí teplotou odpor vodičů roste
-
ohmův zákon
1)pro část obvodu :
-
měníme-li napětí U mění se i proud I
-
napětí a proud se mění přímo úměrně, konstantou úměrnosti je el. Odpor spotřebiče a platí
2)pro celý obvou :
-
při nesepnutém spínači měříme voltmetrem napětí nezatíženého zdroje tzv. Elektromatorické napětí Ue
-
po sepnutí spínače měříme napětí zatíženého zdroje tzv. Svorkové napětí U =
-
při sepnutém spínači prochází proud spotřebičem i samotným zdrojem, který taky klade proudu odpor tzv. Vnitřní odpor zdroje Ri
-
celkový odpor obvodu R+Ri a ohmův zákon můžeme psát ve tvaru
U..... svorkové napětí
Ui.... úbytek napětí na vnitřním odporu zdroje
-
spojení na krátko – skrat – zapojení bez spotřebiče – R klasá téměř na O -jediným odporem v obvodu je Ri a ten je velmi malý – obvodem prochází obrovský zkratový proud Iz =
El. proud v polovodičích
-
polovodič – el. Vlastnosti závisí na vnějších podmínkách
-
při nízkých teplotách je izolant
-
s roustoucí teplotou el. Odpor klesá (Si, Ge, C,Te, S,...)
-
Vlastní vodivost polovodiče
- zprostředkované elektrony, které se uvolní z atomu v důsledku tepelných kmitů a vzniklými dírami
v místě uvolněného elektronu vzniká přebitek chladného náboje díra, která má vlastnost kladné částice
vzniku páru e- díra – generace a jejich zániku rekonbinace
el. Proud je pak součtem elektronového a děrového proudu
s rostoucí teplotou roste rychlost tepelného pohybu – zvětšuje se počet volných e a děr – roste vodivost polovodiče
-
Příměsová vodivost polovodiče
zprostředkovaná příměsí, která má buď přebitek nebo nedostsatek valenčních e oproti vlastnímu polovodiči
jestliže má příměs více valenčních e nemohou se všechny uplatnit ve vazbě a rychle se stávájí volnými (na jejich místě nevzniká díra – převládá elektronová vodivost negativní), takovému polovidiči říkáme polovodič typu N, příměs se nazývá Donor
jestliže má příměs nedostatek valenčních e vzniká více děr – převládá děrová vodivost (pozitivní) - polovodič typu P, příměs – AKCEPTOR
Polovodičová dioda
-
dioda – součástka, kterou tvoří P-N přechod
-
P-N přechod – vznikne dáme-li do těsného kontaktu polovodič typu P a N
-
volné e polovodič typu N a díry plovodiče typu P se navzájem přitahují a v oblasti P-N přechodu dochází k jejich rekonbinaci – v těsné blízkosti přechodu se polovodič typu P nabije záporně a polovodič typu N kladně – plovodič typu P začne odpuzovat volné e a dalším rekonbinacím nedochází - říkáme že vznikla hradlová vrstva s el. Polem
-
zapojíme-li P-N přechod do el. Obvodu, tak že P připojíme kladný pól zdroje hradlová vrstva se začne zužovat a při překročení prahového napětí Ufo zcela vymizí a obvodem bude procházet el. Proud – zapojení v propustném směru
-
zapojíme-li N na kladný pól zdroje hradlová vrstva se rozšíří a brání vedení el. Proudu – zapojení v závěrném směru
Schématická značka pro diodu
-
využití diody – např. Uměrňovač
-
další součástka která využívá P-N přechod je tranzistor – dva P-N přechody