Fizika 2 - Pojmovnik

Drugo Kirchhoffovo pravilo

Drugo Kirchhoffovo pravilo kaže da je ukupna razlika potencijala koju stvaraju svi naponski izvori u nekoj zatvorenoj petlji jednaka ukupnom padu napona na svim trošilima u istoj petlji.

Otpor metalnog vodiča $R$ ovisan je o njegovoj geometriji (njegovoj duljini i površini poprečnog presjeka) te o materijalu od kojeg je izrađen. Različiti materijali se različito ponašaju pri prolasku struje kroz njih. To svojstvo materijala nazivamo električna otpornost.

Električna struja

Električna struja u metalu jest usmjereno gibanje slobodnih elektrona.

Električni otpor

Električni otpor omskih vodiča definira se kao omjer primijenjenog napona $U$ na krajevima omskog vodiča i jakosti struje $I$ koja njime teče.

$R = \frac{U}{I}$

Elektromotorni napon izvora

Elektromotorni napon izvora definiramo kao energiju koja se iz neelektričnog oblika (npr. iz kemijske energije) pretvara u obavljeni rad po jediničnom naboju koji prolazi izvorom.

$Ɛ = \frac{W}{Q}$

Mjerna jedinica za elektromotorni napon izvora je volt, $V$ .

Izvori napona

Izvori napona mogu biti:

kemijski izvori ili baterije, u kojima se kemijskim procesima nastala energija pretvara u električnu energiju
generatori, koriste se elektromagnetskom indukcijom za pretvorbu mehaničke energije u električnu
fotoelementi ili fotoćelije, svjetlosnu energiju pretvaraju u električnu energiju
termoelementi, pretvaraju toplinsku energiju u električnu
piezoelektrični izvori, pretvaraju mehanički rad pri deformaciji kristala u električnu energiju.

Jakost električne struje

Jakost električne struje može se izraziti jednadžbom

$I = S \cdot \bar{v} \cdot e \cdot n$ .

Mjerna jedinica za električni otpor

Mjerna jedinica za električni otpor je ohm, $Ω$ Otpor metalnog vodiča .

$1 Ω = \frac{1 V}{1 A}$

U praksi se često koriste veće mjerne jedinice $1 kΩ = 10^{3} Ω$ i $1 MΩ = 10^{6} Ω$ .

Mjerna jedinica za jakost električne struje

Jakost električne struje je jedna od sedam osnovnih fizikalnih veličina. Mjerna jedinica kojom izražavamo jakost električne struje je amper, ${[I]}_{S I} = A$ .

Definicija jednog ampera određena je na osnovi magnetskog međudjelovanja dvaju paralelnih ravnih vodiča kojima teku struje stalne jakosti, a uvest ćemo je poslije.

Mjerna jedinica za količinu naboja

Iz definicije jakosti električne struje može se izraziti mjerna jedinica za količinu naboja.

$Q = I \cdot t$

${[Q]}_{SI} = [I] \cdot [t]$

$C = A \cdot s$

Kroz poprečni presjek vodiča prolazi količina naboja od jednog kulona kada njime teče struja jakosti jedan amper.

Mjerne jedinice za rad električne struje

Uz to što se za rad električne struje koristi mjerna jedinica džul $(J)$ , vrlo se često za rad ili utrošak električne energije koristi mjerna jedinica kilovatsat $(k W h)$ . To je mjerna jedinica kojom se iskazuju vrijednosti utrošene električne energije. Pretvorba je vrlo jednostavna:

$\begin{matrix} 1 kWh = 1 000 W \cdot 3 600 s = 3,6 \cdot 10^{6} Ws \end{matrix}$ .

Vatsekunda $(W s)$ je zapravo džul $(J)$ pa se može pisati:

$1 kWh = 3,6 \cdot 10^{6} J$ .

Multimetar

Mjerni instrumenti koji omogućuju mjerenje struje, napona i otpora nazivaju se multimetri ili unimetri. Na sebi imaju prekidač čijim okretanjem mijenjamo mjerna područja i mjerenu veličinu. Na taj način spajamo dodatne shuntove ili predotpore u strujni krug unutarnjeg otpora instrumenta.

Ohmov zakon

Ohmov zakon za strujni krug može se definirati kao

$I = \frac{Ɛ}{R + R_{u}}$ ,

gdje je $R$ otpor trošila, $R_{u}$ unutarnji otpor izvora, a $ε$ elektromotorni napon izvora .

Otpor vodiča

Otpor vodiča ovisi o električnoj otpornosti materijala od kojega je izrađen vodič, duljini vodiča i površini poprečnog presjeka vodiča.

$R = ρ \frac{l}{S}$

Paralelni spoj otpornika

U paralelnom spoju dvaju otpornika recipročna vrijednost ukupnog otpora jednaka je zbroju recipročnih vrijednosti pojedinih otpornika spojenih paralelno.

$\frac{1}{R} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}}$

Za n paralelno spojenih otpornika ukupni otpor $R$ nalazimo s pomoću formule:

$\frac{1}{R} = \frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}} + \frac{1}{R_{3}} + . . . + \frac{1}{R_{n}}$ .

Proširivanje mjernog područja ampermetra

Katkad je potrebno instrumentu proširiti mjerno područje. Za proširenje mjernog područja ampermetra koristi se metoda dodavanja paralelnog otpora, šanta ili shunta u krug s unutarnjim otporom instrumenta.

Prvo Kirchhoffovo pravilo

Dogovor je da strujama koje ulaze u čvor dodjeljujemo pozitivan predznak, a strujama koje iz čvora izlaze negativan predznak.

Rad električne struje

Rad električne struje definiran je formulom

$W = U I t,$

gdje je $Q$ količina naboja koja prođe strujnim krugom kojim teče struja jakosti $I$ tijekom određenog vremena $t$ .

Mjerna jedninica za rad električne struje je džul, $J$ .

Serijski spoj otpornika

Dva serijski spojena otpornika s otporima $R_{1}$ i $R_{2}$ djeluju u strujnom krugu na isti način kao da je umjesto njih u strujni krug uključen jedan otpornik s otporom $R = R_{1} + R_{2}$ koji nazivamo ukupni ili ekvivalentni otpor. $_{}$

Dakle, kada serijski spojimo n otpornika s otporima $R_{1}$ , $_{}$ $R_{2}$ , $R_{3}$ ... $R_{n}$ , njihov je ukupni otpor jednak zbroju pojedinačnih otpornika.

$R = R_{1} + R_{2} + R_{3} + . . . + R_{n}$

Poseban slučaj je kada je početna temperatura $0 ° C,$ tada je $R_{0}$ otpor vodiča mjeren pri temperaturi $0 ° C$ . Razlika temperatura tada je jednaka konačnoj temperatri $t$ .

Otpor vodiča $R_{t}$ pri nekoj temperaturi $t$ iskazanoj u stupnjevima $° C$ dan je formulom:

$R_{t} = R_{0} (1 + α \cdot t) .$

Pojmovnik