Fyzika · 6. třída · elektřina
Elektřina
Proč se ti po česání ježí vlasy, co je uvnitř baterky a proč žárovka svítí jen někdy? Přečti si výklad, poskládej si obvod a nakonec si vyzkoušej test.
1. Elektrování třením
Už víš, že atom má v jádře +protony a v obalu −elektrony. Normálně je jich v tělese stejně, a tak se jejich náboje vyruší – těleso je bez náboje.
Když ale dvě tělesa o sebe třeš, část elektronů přeskočí z jednoho tělesa na druhé. Protony zůstávají v jádrech, stěhují se jen elektrony.
Těleso, které elektrony získalo (má jich navíc), je nabité záporně (−).
Těleso, které elektrony ztratilo (má jich málo), je nabité kladně (+).
Nesouhlasné náboje (+ a −) se přitahují.
Česání vlasů
Když se češeš plastovým hřebenem, elektrony přejdou z vlasů na hřeben.
Hřeben
získal elektrony → je nabitý záporně (−).
Vlasy
ztratily elektrony → jsou nabité kladně (+).
Hřeben (−) a vlasy (+) mají nesouhlasné náboje, a proto se přitahují – vlasy se lepí na hřeben. Vlasy mezi sebou jsou všechny kladné, takže se navzájem odpuzují a „ježí se“.
Stejně to funguje s balónkem, který otřeš o svetr: pak se přilepí na zeď nebo přitáhne papírky.
Jak zjistit, že je těleso nabité
Elektroskop
Ukáže, jestli je těleso nabité. Když se ho dotkneš nabitým tělesem, jeho lístky (nebo ručička) dostanou stejný náboj a odpudí se od sebe.
Elektrometr
Funguje podobně, ale má stupnici. Ukáže i to, jak velký náboj těleso má.
Hodně velký náboj vyrobí Van de Graaffův generátor – velká kovová koule, po jejímž dotyku ti vlasy vstanou do všech stran.
2. Iont
Normální atom má stejně protonů jako elektronů, takže je navenek bez náboje. Atom ale může elektrony ztratit nebo nějaké získat. Pak už bez náboje není.
Odevzdá elektrony → kladný iont (kation).
Přijme elektrony → záporný iont (anion).
| Částice | Protony (+) | Elektrony (−) | Náboj |
|---|---|---|---|
| atom beryllia Be | 4 | 4 | bez náboje (4 − 4 = 0) |
| iont beryllia | 4 | 2 | kladný – 2 elektrony chybí |
Značka Be patří prvku beryllium (píše se i berylium). Když má atom beryllia 4 protony, ale jen 2 elektrony, převažuje plus – je to kladný iont.
3. Elektrický proud a napětí
Elektrický proud
Představ si drát jako trubku plnou drobných nabitých částic. Normálně se pohybují sem a tam, každá jinam. Když drát připojíš k baterii, začnou se pohybovat všechny stejným směrem. To je elektrický proud.
- v kovech (dráty) proud vedou volné elektrony,
- v některých kapalinách (třeba roztok soli ve vodě) ho vedou ionty,
- za určitých podmínek vedou proud i plyny – například vzduch při blesku.
Stejnosměrný proud
teče pořád jedním směrem. Dává ho baterie.
Střídavý proud
pořád mění směr. Je v zásuvce. Značka ~.
Elektrické napětí
Aby proud tekl, musí ho něco „pohánět“. To dělá zdroj napětí – baterie nebo zásuvka. Čím větší napětí, tím víc zdroj částice „tlačí“, a tím větší proud projde stejnou žárovkou.
| Veličina | Značka | Jednotka | Čím se měří |
|---|---|---|---|
| elektrický proud | I | ampér – A | ampérmetr |
| elektrické napětí | U | volt – V | voltmetr |
4. Vodiče a izolanty
Proud neprojde každou látkou. Záleží na tom, jestli v ní jsou volné částice s nábojem, které se můžou pohybovat.
Vodiče – proud vedou
mají volné částice s nábojem
kovy: měď, hliník, stříbro, zlato, ocel, platina
tuha (grafit) z tužky
roztok kuchyňské soli
Izolanty – proud nevedou
volné částice s nábojem nemají (nebo jen málo)
dřevo, papír, sklo, porcelán, guma, plast, igelit, hedvábí, bavlna, kůže, destilovaná voda
Izolanty proud nevedou – dřevo, sklo, guma, plast, kůže…
Kabel má uvnitř vodič (měděné drátky) a kolem něj izolant (plastový obal), abys nedostal ránu. Stříbro vede proud nejlíp, ale je moc drahé. Proto se do kabelů dává hlavně měď a někdy hliník.
Destilovaná voda proud skoro nevede. Voda z kohoutku nebo slaná voda ale vede, protože jsou v ní rozpuštěné ionty. Proto je voda u elektřiny nebezpečná.
5. Zdroje napětí
| Zdroj | Napětí | Poznámka |
|---|---|---|
| zásuvka v domácnosti | 230 V | střídavé napětí (~) |
| zásuvka v dílně | 400 V | pro silné stroje |
| tužková baterie AA | 1,5 V | 1 článek |
| mikrotužková baterie AAA | 1,5 V | 1 článek, tenčí |
| plochá baterie | 4,5 V | 3 články: 3 · 1,5 V = 4,5 V |
| devítivoltová baterie | 9 V | hranatá, se dvěma cvočky |
| akumulátor | různé | v autě, v mobilu – dá se znovu nabít |
| fotovoltaický (solární) článek | různé | vyrábí napětí ze světla |
Galvanický článek
Obyčejná baterie je galvanický (suchý) článek. Energii získává chemickou reakcí uvnitř. Obal je ze zinku. Jeden článek má napětí 1,5 V.
Primární články
Po vybití jsou nepoužitelné. Běžné baterie.
Sekundární články
Dají se znovu nabít. Akumulátory (mobil, auto, notebook).
Co jde na baterku a co ze zásuvky
Stačí článek nebo akumulátor
hodinky, ovladač k televizi, rádio, fotoaparát, baterka, notebook (akumulátor)
Jen ze zásuvky (230 V)
pračka, mikrovlnka, kuchyňský robot, lednička – potřebují hodně energie
6. Elektrický obvod
Aby žárovka svítila, musí proud proběhnout dokola: ze zdroje, drátem přes žárovku a zase zpátky do zdroje. Stačí jedna mezera a proud se zastaví.
Obvod = zdroj + vodiče + spotřebič (žárovka) + sepnutý spínač.
Co vložíš do mezery dole?
Klikni na spínač (nebo na tlačítko) a zkoušej vkládat do obvodu různé věci. Žárovka se rozsvítí jen tehdy, když je obvod uzavřený a v mezeře je vodič.
Schématické značky
Obvody se nekreslí jako obrázky, ale jednoduchými značkami. Tak se jim rozumí na celém světě.
U článku je dlouhá tenká čárka + (kladný pól) a krátká tlustá čárka − (záporný pól). Baterie je několik článků za sebou.
Žárovky za sebou a vedle sebe
Za sebou (sériově)
Nerozvětvený obvod. Proud má jen jednu cestu. Když jedna žárovka praskne, zhasne i druhá.
Vedle sebe (paralelně)
Rozvětvený obvod. Každá žárovka má svou větev. Když jedna praskne, druhá svítí dál. Tak jsou zapojená světla a zásuvky doma.
7. Spotřebiče a zkrat
Spotřebič je věc, kterou pohání elektřina. Mění elektrickou energii na jiný druh energie.
| Spotřebič | Elektrická energie se mění na… |
|---|---|
| žárovka, lampa | světlo |
| vařič, rychlovarná konvice, žehlička | teplo |
| mixér, vrtačka, ventilátor | pohyb |
Spotřebiče připojujeme zástrčkou do zásuvky. Každý má štítek s informacemi: napětí (230 V), značku střídavého proudu (~ 50 Hz) a příkon ve wattech (W). Značka dvou čtverečků v sobě znamená dvojitou izolaci.
Zkrat
Zkrat (krátké spojení) vznikne, když se póly zdroje spojí vodičem napřímo, bez spotřebiče. Proud si najde tu nejkratší a nejsnazší cestu.
Obvod chrání pojistka nebo jistič – při zkratu obvod přeruší.
Jistič najdeš doma v rozvodné skříňce. Když „vyhodí“, přeruší obvod. Pojistka se při velkém proudu přepálí.
8. Bezpečně s elektřinou
Proud ze zásuvky (230 V) může člověka zabít. Tělo proud vede – hlavně když je mokré.
- Nesahej na zásuvku ani spotřebiče mokrýma rukama.
- Nestrkej do zásuvky kovové předměty (hřebík, sponku, klíč).
- Zástrčku vytahuj za zástrčku, ne za kabel.
- Poškozené kabely a spotřebiče nepoužívej.
- Když se byt vytopí, nejdřív vypni jistič.
- Nelez na stožáry elektrického vedení a nepouštěj draka u drátů.
Bouřka
Blesk udeří nejčastěji do toho, co je nejvyšší – třeba do osamělého stromu. Proud pak projde stromem do země a může projít i člověkem, který pod stromem stojí. To je hlavní nebezpečí, ne to, že by strom spadl.
Nejbezpečnější je v budově nebo v autě. Když tě bouřka zastihne venku, přikrč se v nějaké prohlubni, nohy u sebe.
9. Otázky a odpovědi
Zkus si nejdřív odpovědět sám. Pak klikni na otázku a podívej se na odpověď.
Je kůže vodič, nebo izolant?
Izolant.
Kůže proud nevede, stejně jako guma nebo dřevo. Proto se z ní dělají ochranné rukavice.
Jaké napětí má plochá, tužková a devítivoltová baterie?
plochá 4,5 V · tužková 1,5 V · devítivoltová 9 V
U napětí vždycky piš jednotku V.
Která zařízení nemůžou běžet na galvanický článek (baterii)?
Pračka, kuchyňský robot, mikrovlnka – ty jdou jen ze zásuvky (230 V).
Článek stačí pro hodinky, ovladač, rádio nebo fotoaparát; notebook má akumulátor.
Jak se jmenují články, které jsou po vybití nepoužitelné?
Primární.
Sekundární články (akumulátory) se dají znovu nabít.
Jak se označuje mikrotužková baterie?
AAA
Obyčejná tužková je AA.
Jaké napětí má jeden suchý (galvanický) článek?
1,5 V
Kolik článků má plochá baterie?
3 články (3 · 1,5 V = 4,5 V)
V obvodu je článek i žárovka, ale v drátu je mezera. Proč žárovka nesvítí?
Obvod je přerušený – není uzavřený.
Článek tam je. Chybí vodivé spojení nebo sepnutý spínač.
Proč se vlasy přichytávají k hřebenu?
Elektrony přejdou z vlasů na hřeben. Hřeben je nabitý záporně, vlasy kladně – a nesouhlasné náboje se přitahují.
Kde se při bouřce nemáš schovávat a proč?
Pod osamělým stromem – blesk udeří do stromu a proud projde i člověkem pod ním.
Hlavní nebezpečí není, že by strom spadl.
Jak se jmenuje přístroj, který ukáže, jestli je těleso nabité? A co vyrobí hodně velký náboj?
elektroskop · Van de Graaffův generátor
Co najdeš na štítku spotřebiče?
Informace o spotřebiči: napětí (230 V), střídavý proud (~50 Hz), příkon ve wattech (W).
10. Test
Klikni na odpověď. Hned uvidíš, jestli je správně, a proč. Na konci zkus test celý znovu – dokud nebudeš mít všechno.
11. Tahák na jednu stranu
Elektrování třením a iont
- Třením přejdou elektrony z jednoho tělesa na druhé. Víc elektronů = −, málo elektronů = +.
- Souhlasné náboje se odpuzují, nesouhlasné se přitahují.
- Česání: elektrony z vlasů na hřeben → hřeben −, vlasy + → přitahují se. Vlasy (všechny +) se odpuzují.
- Náboj zjistí elektroskop (lístky se odpudí), změří elektrometr. Velký náboj: Van de Graaffův generátor.
- Iont = atom, který přijal nebo odevzdal elektrony. Odevzdá → kladný (kation), přijme → záporný (anion).
Proud a napětí
- Proud = uspořádaný pohyb částic s nábojem. Kovy: volné elektrony; roztok soli: ionty; blesk: plyn.
- Proud I – ampér (A) – ampérmetr. Napětí U – volt (V) – voltmetr. Větší napětí → větší proud.
- Stejnosměrný (baterie) teče jedním směrem, střídavý (zásuvka, ~) mění směr.
Vodiče a izolanty
- Vodiče: kovy (měď, hliník, stříbro, zlato, ocel), tuha, roztok soli. Kabely: měď.
- Izolanty: dřevo, sklo, guma, plast, papír, porcelán, kůže, destilovaná voda.
Zdroje napětí
- Zásuvka 230 V (dílna 400 V). Tužková AA 1,5 V, mikrotužková AAA 1,5 V, plochá 4,5 V (3 články), 9 V.
- Galvanický (suchý) článek: chemická reakce, obal ze zinku. Primární = na jedno použití, sekundární = dobíjecí (akumulátor).
- Pračka, mikrovlnka, robot jen ze zásuvky. Vybité baterie do sběrného boxu.
Obvod
- Proud teče jen uzavřeným obvodem: zdroj + vodiče + spotřebič + sepnutý spínač. Mezera = obvod přerušený.
- Článek: dlouhá tenká čárka +, krátká tlustá −. Žárovka = kroužek s křížkem, ampérmetr = A v kroužku, voltmetr = V v kroužku.
- Za sebou = nerozvětvený (sériově), vedle sebe = rozvětvený (paralelně). Směr proudu od + k −.
Spotřebiče, zkrat, bezpečnost
- Žárovka → světlo, vařič → teplo, mixér → pohyb. Štítek: 230 V, ~50 Hz, příkon ve W. Dva čtverečky v sobě = dvojitá izolace.
- Zkrat = póly spojené bez spotřebiče → velký proud, horké dráty, požár. Chrání pojistka / jistič.
- Ne mokrýma rukama, nic kovového do zásuvky, tahat za zástrčku. Bouřka: ne pod osamělý strom (proud projde i tebou), ne na pláň, nekoupat se.