Elektrické zdroje dodávají do obvodu napětí, aby se vodičem a každou částí obvodu mohly pohybovat stejným směrem záporné elektrony.
Zdroj elektrického napětí je zařízení, které vytváří a trvale udržují elektrické napětí v obvodu.
Můžeme si ho představit jako čerpadlo, které na kladném pólu přijímá elektrony z obvodu a na záporném je vhání do obvodu. Připojíme-li ke zdroji vodič, udržuje zdroj ve vodiči stálý rozdíl potenciálů a tím stálý proud částic.
Elektrický zdroj do obvodu nedokáže trvale dodávat elektrickou energii. Chemickou reakcí se postupně spotřebovává, až dojde k jeho vybití.
Každý zdroj má jen určitou kapacitu, která udává množství náboje, které může do obvod dodat.
Vypočítáme ji jako součin vybíjecího proudu a celkové doby vybíjení. Uvádí se v Ah nebo u menších článků mAh. Když má například akumulátor kapacitu 40 Ah, znamená to, že se bude proudem 1 A vybíjet 40 hodin.
Elektrické napětí na svorkách nezatíženého zdroje (když je spínač vypnutý) nazýváme elektromotorické napětí.
Kromě kapacity má každý zdroj také svůj vnitřní odpor (odpor vnitřních vodivých částí, například elektrod a elektrolytu).
$ R_j $ → vnitřní odpor zdroje
Při vybíjení zdroje se jeho vnitřní odpor zvětšuje.
R → odpor rezistoru
Celkový odpor uzavřeného obvodu je:
$$ R_C = R_j + R $$
Uzavřeme-li spínačem obvod, bude rezistorem o odporu R procházet proud a napětí na svorkách zdroje klesne o hodnotu $ \Delta U $ na svorkové napětí – napětí zatíženého zdroje. Průchodu elektrického proudu klade odpor každá část obvodu – vodiče, spínač, spotřebič i zdroj.
$$ U = U_e – R_i I $$
Ohmův zákon pro uzavřený obvod
$$ I = \frac{U_e}{R + R_i} $$
Podle velikosti vnitřního odporu $ R_j $ se zdroje elektrického napětí dělí na:
Tvrdé zdroje mají malý vnitřní odpor, proto na nich při zatížení naměříme jen malý úbytek elektrického napětí. Svorkové napětí je téměř shodné s napětím elektromotorickým. Např. olověný akumulátor.
Měkké zdroje mají velký vnitřní odpor, proto na nich při zatížení naměříme velký úbytek elektrického napětí. Např. plochá baterie.
Zdroje elektrického napětí můžeme spolu různě spojovat, získáme tak potřebnou hodnotu napětí.
1. Když potřebujeme získat zdroj o větším napětí, než má jeden článek, můžeme několik takových článků zapojit za sebe do série.
Při spojování zdrojů za sebou je výsledné elektrické napětí rovno součtu napětí všech zapojených článků.
$ U_e = U_{e1} + U_{e2} $ , $ R_i = R_{il} + R_{i2} $
Kladný pól prvního článku vždy připojíme na záporný pól druhého, kladný pól druhého na záporný pól třetího, atd.
2. Když potřebujeme získat větší elektrický proud, než nám dává jeden článek, můžeme jednotlivé články zapojit vedle sebe (paralelně).
Při spojování zdrojů vedle sebe je výsledný elektrický proud roven součtu proudů ze všech zapojených článků.
$ I = I_1 + I_2 $
$ U_e = U_{e1} = U_{e2} $ , $ \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_{il}} + \frac{1}{R_{i2}} $
Můžeme tak spojit jen zdroje o stejné hodnotě napětí. Všechny kladné póly spojíme jedním vodičem a záporné póly druhým.
3. Když potřebujeme získat větší napětí i proud, zapojíme zdroje do elektrického obvodu kombinovaně.
Některé zdroje nám mohou dávat vysoké napětí, ale malý proud protékající obvodem, některé naopak malé napětí s protékajícím velkým proudem elektronů.
Rozlišujeme
– galvanické články, akumulátory
Přeměňuje se v nich chemická energie na elektrickou. Dělí se na primární (jsou jen na jedno použití) a sekundární (mohou se několikrát vybít a znovu nabít). První galvanický článek sestavil roku 1800 Alessandro Volta, první akumulátor s olověnými deskami francouzský chemik Planté.
– třecí elektrika, dynamo, alternátor
– termočlánek
Napětí, které se vytváří na spojích dvou různých kovových vodičů, závisí na teplotě spoje. Když zahříváme stykové místo dvou kovů plamenem a druhý spoj udržujeme na nízké teplotě, ukáže voltmetr výchylku. Mezi dvěma spoji termočlánku o různých teplotách, vzniklo termoelektrické napětí.
– fotočlánek
– svaly a nervy živočichů
název zdroje | elektromotorické napětí | typické použití |
1,5 V | obyčejné baterie | |
1,5 V | kvalitnější baterie | |
12,2 V +) | ||
3,7 V | ||
6,0 V | ||
20 000 V | ||
0,002 V ++) | doplňkový zdroj | |
0,5 V |