Prochází-li elektrický proud I vodičem, projde průřezem vodiče za čas t elektrický náboj
$$ Q = It $$
Protože je vodič připojený ke zdroji proudu se stálým napětím, působí na částici s nábojem síla elektrického pole a uvádí ji do uspořádaného pohybu.
Elektrické síly konají práci, kterou nazýváme elektrická práce (energie).
$$ W = QU = UIt $$
Jednotkou elektrické práce a energie je joule.
Elektrický zdroj, který udržuje stálý potenciálový rozdíl U, odevzdá volným částicím s elektrickým nábojem elektrickou energii E = W.
Přístroj, kterým měříme dodanou elektrickou energii, se nazývá elektroměr. Je to malý elektromotor, jehož frekvence otáčení je úměrná procházejícímu proudu. Počet otáček udává velikost dodávané energie.
Energii, kterou dodáváme do spotřebiče po určitý čas, nazýváme příkon.
Spotřebič | Příkon [W] |
Barevná televize | 115 |
Elektrická vrtačka | 460 |
Opékač topinek | 690 |
Rychlovarná konvice | 2300 |
Energie, kterou nám spotřebič odevzdá za určitou dobu, nazýváme výkon. Udává práci, kterou zařízení vykoná za 1s.
Protože elektrická práce W = UIt, vypočítáme výkon elektrického proudu
$$ P = UIt : t = UI $$
Protože z Ohmova zákona vyplývá, že U=R . I, můžeme výkon počítat i ze vzorce
$$ P = RI^2 $$
Účinnost elektrického proudu určuje kolik procent z elektrické energie, kterou jsme přivedli do spotřebiče, se využilo na vykonání elektrické práce.
$$ η = \frac{P}{P_0} $$
Účinnost je bezrozměrná veličina, která se vyjadřuje v procentech. Její velikost je menší než 1 (než 100%).
Topná spirála o příkonu $550 \,W$ má odpor $100 \,Ω$. Jak velký proud spirálou prochází a na jaké napětí je připojena?
Připojíme-li spotřebič ke zdroji elektrického napětí, vytvoří se v něm elektrické pole, které uvede do pohybu volné částice s elektrickým nábojem (v kovech elektrony). Elektrony se pohybují kovem, narážejí do částic, které tvoří krystalickou mřížku a předávají jim část své pohybové energie. Částice mřížky proto kmitají rychleji. To se projeví vzrůstem vnitřní energie vodiče a zvýšením jeho teploty.
Teplo Q, které elektrický proud odevzdá vodiči, vypočítáme ze vztahu:
$$ Q = U \cdot I \cdot t = R \cdot I^2 \cdot t = U^2 \cdot \frac{t}{R} $$
Jouleův – Lenzův zákon
Teplo, které se získává průchodem elektrického proudu, se využívá v elektrických vařičích, kamnech, žehličkách, ohřívačích vody, páječkách a jinde.
Elektrický ohřívač vody má příkon 2000W. Kolik tepla vyvine za 3,5 minuty? Kolik litrů vody za tuto dobu ohřeje z teploty $ 20^{\circ} C $ na $ 80^{\circ} C $?
Tepelné účinky elektrického proudu jsou ale často také nežádoucí. Vodiče, kterými protékají tisíce ampér, se musí chladit, aby nedošlo k jejich zničení.
Elektrické spotřebiče jsou chráněny před poškozením velkým elektrickým proudem tavnou pojistkou.
Je to tenký drátek zatavený v malém pouzdře, který se při průchodu velkého proudu roztaví a přeruší obvod dřív, než se poškodí spotřebič. Protože rychlovarná konvice má větší příkon než vrtačka, potřebuje pojistku s vyšší hodnotou.
Při zkratu vzroste elektrický proud natolik, že se vzniklým teplem mohou poškodit vodiče a hrozí nebezpečí vzniku požáru. Jestliže by při zkratu vzrostl elektrický proud například stokrát, tak se zvýší uvolněné teplo deset tisíckrát.
Před zkratem nás chrání jističe.
Nebezpečí požáru