Vypracovala: B.Horváthová
 
 
V uzavretom obvode pohyb voľných častíc s nábojmi súvisí s prácou neelektrostatických síl vnútri zdroja a elektrostatických síl vo vonkajšej časti obvodu.
 
 
Keď sa z jednej svorky zdroja premiestnia častice s celkovým nábojom Q vo vonkajšej časti obvodu, vykonajú elektrické sily prácu , U je svorkové napätie.
Ak obvodom prechádza konštantný prúd I, potom pre náboj platí
Po dosadení pre prácu vo vonkajšej časti elektrického obvodu platí
Pokiaľ vonkajšia časť obvodu má celkový odpor R, pomocou Ohmovho zákona pre časť elektrického obvodu , po dosadení:
                                  
 
 
Práca vo vonkajšej časti obvodu sa prejavuje zahriatím vodiča alebo jeho pohybom. Ak vodič je v pokoji, pozorujeme teplotné zmeny. Vnútorná energia vodiča sa zväčšuje v dôsledku zrážok častíc s nábojom s časticami kryštálovej mriežky. Mierou zmeny vnútornej energie v tomto prípade je Joulovo teplo, ktoré vypočítame:
Využitie Joulovho tepla v praxi: tavné poistky, prerušovač svetiel, elektrické piecky, žehličky.
 
Na obrázkoch vidíme malé tepelné poistky a elektrické ohrievače.
 
 
Vo vnútri zdroja neelektrostatické sily vykonajú prácu pri premiestnení častíc s celkovým nábojom Q, pre ktorú platí:
 
Použitím vzťahu Ohmovho zákona pre uzavretý elektrický obvod: ,
môžeme vzťah pre prácu nasledovne upraviť:
 
 
Výkon zdroja môžeme vypočítať zo vzťahov:
 
Podobne môžeme vyjadriť výkon konštantného prúdu vo vodiči, v spotrebiči, medzi ktorého koncami je napätie U
 
 
Tento výkon sa nazýva aj príkon spotrebiča. Elektrickú energiu spotrebovanú spotrebičom za 1 sekundu. Jednotkou výkonu je jeden watt - W.
 
Ak vychádzame zo vzťahu , môžeme prácu vyjadriť v jednotkách wattsekunda.
 
 
V praxi používame väčšie jednotky:
1W.h = 1.3600W.s = 3600 J
1kW.h = 1000. 3600W.s = 3,6.106 J
 
Pomocou práce vo vonkajšej časti a práce zdroja môžeme vyjadriť ďalšiu veličinu, účinnosť zdroja: 
 
Ak výsledok vynásobíme 100, dostaneme hodnotu v percentách.
Z posledného vzťahu vidieť, ak R = Ri , je účinnosť 50%. Účinnosť zdroja bude tým väčšia, čím väčší bude odpor R vo vonkajšej časti obvodu v porovnaní s vnútorným odporom Ri .
 
Príklad: Žiarovka s údajmi 6V a 40W je pripojená ku zdroju elektromotorického napätia 7,5V, ktorý má vnútorný odpor 1Ω. Predpokladáme, že žiarovka má stály odpor a odpor prívodov je zanedbateľný.
 
Vypočítajte:
a) odpor žiarovky a prúd, pre ktorý je žiarovka zhotovená,
b) Prúd I, ktorý bude žiarovkou prechádzať po pripojení ku zdroju,
c) Výkon zdroja, príkon žiarovky a účinnosť zdroja.
 
Uz = 6V, Pz = 40W, Ue = 7,5V, Ri = 1Ω
Rz = ?, Iz = ?, I = ?, Pz = ?, P = ?, \eta_{z}= ?
 
a) odpor žiarovky a prúd vypočítame z Ohmovho zákona a vzťahu pre príkon žiarovky
 
R_{z}= \frac{U_{z}^{2}}{P_{z}} = \frac{6^{2}}{40}\Omega = 0,9\Omega
 
I_{z}=\frac{P_{z}}{U_{z}}=\frac{40}{6}A=6,67A
 
Odpor žiarovky je 0,9Ω, a prúd na ktorý je zhotovená, je 6,67A.
 
 
b) Po pripojení žiarovky na zdroj bude ňou prechádzať prúd I. Vypočítame ho pomocou Ohmovho zákona pre uzavretý elektrický obvod.
I=\frac{U_{e}}{R+R_{i}}=\frac{7,5}{0,9+1}=3,95A
 
Po pripojení žiarovky na zdroj bude ňou prechádzať prúd 3,95A.
 
c) P_{z}=U_{e}.I=7,5.3,95W=29,6W
 
P=R_{z}.I^{2}=0,9.3,95^{2}W=14,04W
 
\eta_{z}=\frac{P}{P_{z}}=\frac{14,04}{29,6}.100%=47,4%
 
Výkon zdroja je 29,6W, príkon žiarovky 14,04W a účinnosť zdroja 47,4%.
 
 
Úlohy:
 
1) v uzavretom obvode je zdroj elektrického napätia 12,0 V a vnútorným odporom Ri = 0,2Ω. Vonkajší odpor je 19,8Ω. Určte prúd, ktorý prechádza obvodom a výkon zdroja.
2) Odvoďte vzťah pre účinnosť zdroja pomocou celkového odporu.
 
 
Použitá literatúra:
 
Emanuel Svoboda a kol. – Fyzika pre 2.ročník gymnázia
František Hanzelík a kol. - Zbierka riešených úloh z fyziky