13-3 Elektrické obvody

13-3 Elektrické obvody

Na obrázku 13.1 sme ukázali jednoduchý elektrický obvod, dokonca sme vyšetrili – kvalitatívne – prúdenie nábojov v obvode. V elektrickom obvode v každom prípade musí byť zdroj napätia alebo zdroj energie (aby dal do pohybu náboje), a nejaká trasa, po ktorej sa náboje môžu pohybovať. Na obrázku 13.2 je vidieť ďalší jednoduchý elektrický obvod: galvanický článok, ktorý dodáva energiu, nejaký odpor (na obrázku sme označili obdĺžnikom a písmenom R – napríklad topné teleso, alebo žiarovka) a spínač (S). Na obrázku 13.2a je tento spínač „otvorený“, elektrický obvod nie je úplný, je „prerušený“, elektróny teda nemôžu prejsť pozdĺž vodiča. Galvanický článok odčerpáva z hornej časti elektrického obvodu elektróny a presúva ich do dolnej časti.

Obr. 13.2: (a), (b), (c) jednoduché elektrické obvody.

Prečerpávanie trvá do okamihu, kým medzi otvorenými koncami spínača nebude rovnaký rozdiel potenciálu, ako medzi elektródami galvanického článku. To sa odohrá za zlomok sekundy a ďalší pohyb v obvode už nie je. Ak spínač uzavrieme, ako to ukazuje obrázok 13.2b, elektróny môžu prejsť celým uzavretým elektrickým obvodom. Smer prúdenia ukazuje od záporného pólu galvanického článku ku kladnému pólu, takže na obrázku v smere proti chodu hodinových ručičiek, lebo na zápornom póle je prebytok elektrónov a na kladnom nedostatok. Na veľké nešťastie študentov aj učiteľov fyziky však dodnes je v platnosti „dohoda“, podľa ktorej smer elektrického prúdu je opačný. Táto dohoda – podľa ktorej elektrický prúd vychádza z kladného pólu a smeruje k zápornému – sa zrodila pred viac, než storočím, skôr než objavili elektróny, a drží sa neochvejne v odbornej literatúre o elektrine dodnes (obrázok 13.2c). V skutočnosti nespôsobuje žiadny problém, že namiesto prúdu záporných nábojov predpokladáme hypotetický prúd kladných nábojov v opačnom smere. Dohoda má aj určitú výhodu, konkrétne, že prúd tečie z miesta s vyšším potenciálom (+, tj. „viac“) na miesto s nižším potenciálom (−, tj. „menej“), čo sa zdá byť prirodzenou myšlienkou.

Vedľa galvanického článku je písmeno E, ktoré označuje elektromotorickú silu nazývanú tiež elektromotorické napätie. Tá vôbec nie je silou, ale je elektrický potenciál vytváraný článkom. Elektromotorická sila je energia, ktorú získa jednotkový elektrický náboj pri prechode galvanickým článkom, ako dôsledok premeny chemickej energie na elektrickú. Mohli by sme ho označovať tiež ako „V“, ale napätie merateľné na svorkách baterky, tzv. svorkové napätie je iné, ako elektromotorická sila, a kvôli zamedzeniu omylov⁷ bude lepšie posledné označovať ako E. Ak R označuje odpor celkového elektrického obvodu, potom je elektrický prúd v elektrickom obvode, podľa Ohmovho zákona

I = E R .