PRIPO Principy pota cvien 2 cvien 3 Zklady

PRIPO Principy počítačů cvičení č. 2 cvičení č. 3 Základy elektrotechniky (resp. velmi zběžná exkurze do nich) Martin Adámek PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT)

Organizační drobnosti docházka – prezence +i toto téma na dvě cvičení – příklady až příště (nebo na vyžádání i dnes) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 2

Základní terminologie – veličiny elektrický odpor – značka R – jednotka Ohm (značka W) – „měří“ ohmmetr ve skutečnosti vypočítává pomocí vzorce R=U/I narozdíl od ampérmetru a voltmetru potřebuje vlastní zdroj i v analogovém provedení není to jen „měřák“, je to „měřák“ a zdroj – vlastnost obvodu nebo jeho části, vlastnost součástky – vlastnost konkrétního vodiče s určitým průřezem (plochou v řezu) – odpor snižuje (jako víceproudá silnice) s určitou délkou – odpor zvyšuje PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 3

Základní terminologie – veličiny měrný elektrický odpor (rezistivita) – – vlastnost materiálu značka r jednotka W*m (po vykrácení plochy a délky) ideální materiály pro použití jako vodič nejmenší: stříbro na kontakty se používá zlato – je odolnější než stříbro a měrný odpor má také dobrý velmi dobrý: např. měď – mj. na něm pak záleží odpor vodiče – vždy větší než nula (pokud nedosáhneme teploty absolutní nula) vodivost – – opak odporu značka G jednotka Siemens (značka S) G=1/R analogicky měrná vodivost (konduktivita, g) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 4

Základní terminologie - veličiny elektrický proud – značka I – jednotka Ampér (značka A) správně ten Ampér (francouzský fyzik André-Marie Ampère) slangově ta Ampéra – měří ampérmetr – protéká spojeným (uzavřeným) obvodem elektrické napětí – – značka U jednotka Volt (značka V) měří voltmetr neprotéká, prostě je PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 5

Základní terminologie - veličiny výkon/příkon – značka P (power) – jednotka Watt (značka W) s předponou m, k, M, G, apod. často přechází i tento fyzik do ženského rodu – P=U*I v autě s rozvodem 12 nebo 13, 8 V se běžně pracuje s proudy cca. 10 A, zásuvka má pojistku 16 A (16 A*13, 8 V=221 W) v domovních rozvodech mívají zásuvky pojistku 10 A (10 A*230 V=2300 W=2, 3 k. W) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 6

Základní terminologie - veličiny energie – značka E – jednotka obecnou jednotkou energie (např. tepelné) jouly (dříve kalorie) u elektrické energie se používají watthodiny (Wh), kilowatthodiny (k. Wh), apod. – E=P*t (t. . . čas) – dvě hodiny se odebírá 500 W => odebrána 1 k. Wh proud*čas – jednotkou Ah nebo m. Ah – udává se v něm kapacita akumulátoru – např. v autě 55 Ah (55 Ah * napětí 13, 8 V = energie 759 Wh) v mobilu 1100 m. Ah (1, 1 Ah * napětí 3, 6 V = energie 3, 96 Wh) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 7

Základní terminologie - veličiny nezaměňujte k. W a k. Wh !!!! – neodborně se řekne např. že se spotřebovalo 50 kilowatt nesmysl – kilowatty protékají okamžitě, v nulovém čase, právě teď ve skutečnosti za určitý čas (období) proteklo např. 50 kilowatthodin to, co za určité účetní období účtuje ČEZ, je kilowatthodina, ne kilowatta ! spotřebu zařízení lze uvádět oběma způsoby: – kolik bere (nedokonavé sloveso, průběh, děj) wattů, resp. kilowatt – kolik vezme, spotřebuje (dokonavé sloveso, ukončená činnost, hotová věc) kilowatthodin za den, za měsíc, za rok pokud má zařízení příkon 0, 5 k. W, tak za hodinu sebere 0, 5 k. Wh a za 2 hodiny 1 k. Wh jednotky odpovídají vzorci výpočtu – vše jasné, snadné, systematické – energie [Wh] = výkon [W] * čas [h] 5 hodin odebírám 3 watty = > odeberu 15 watthodin – „kapacita“ akumulátoru [Ah] = proud [A] * čas [h] 2 ampéry z akumulátoru 50 Ah můžu teoreticky odebírat 25 h, než se akumulátor vybije (a 25 A 2 h, pokud je aku na takový odběr proudu stavěn) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 8

Základní terminologie - veličiny předpony – vracíme se z informatiky do fyziky! – kilo se píše malým „k“, a je to jen 1000 – mega se sice píše velkým „M“, ale je to jen 106 – mili=10 -3 (50 m. A=0, 05 A) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 9

Základní terminologie – AC/DC stejnosměrný proud – – – DC – direct current vyrábí ho dynamo značí se = zdroj má trvale danou polaritu (+, -) při dlouhodobém zapojení člověka do obvodu rozkládá krev střídavý proud – – AC – alternating current vyrábí ho alternátor značí se ~ (sinusový průběh) při zapojení člověka do obvodu znemožňuje ovládání svalů => AC nebezpečnější než DC – u nás f=50 Hz => televize mají 50 a 100 Hz obrazovky => TV signál má 25 fps (ne 24) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 10

Základní terminologie – AC/DC mnemotechnická pomůcka: PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj obrázku: internet/přebal CD 11

Časté chyby při užívání pojmů 1 zařízení/vodič/uživatel nemůže být „pod proudem“ !!! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 12

Časté chyby při užívání pojmů 1 může být pod napětím – zahradní hadice při natlakování vodou se napne – je pod napětím (a to i pokud je na druhém konci uzavřena) – podobně prodlužka zapojená do zásuvky je pod napětím, zapojený spotřebič je pod napětím může jím protékat proud – při otevření hadice na druhém konci jí začne protékat proud vody – při zapnutí spotřebiče začne přívodními vodiči (prodlužkou) protékat proud PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 13

Časté chyby při užívání pojmů 1 po vypnutí spotřebiče – – – se přestane odebírat elektrická energie přestane protékat elektrický proud ale přívodní šňůra nebo kabel je stále pod napětím šňůra: min. 2 vodiče, ohebná, má konektor, odpojuje se (spotřebič) kabel: min. 2 vodiče, neohebný, trvale zapojený (domovní rozvod) vodič: „drát“ (obvykle je izolovaný) pokud něco/někoho zapojíme do elektrického obvodu – proud tím/jím protéká – pod napětím (to) je – nekombinovat! – nemůže být pod proudem! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 14

Časté chyby při užívání pojmů 2 napětí od ČEZ – – – u nás už dávno není 220 V v jedné fázi a 380 V při třech fázích už dlouho je to 230 V a 400 V jde o normu, v praxi záleží na vzdálenosti od transformátoru a stavu rozvodu v automobilech od zavedení alternátorů místo dynam není palubní rozvod 12 V, ale 13, 8 V – – alternátor efektivnější (účinnější) proud z alternátoru se musí usměrňovat v ČS v průběhu výroby vozu Škoda 100, 70. léta 20. stol. dle stavu akumulátoru při vypnutém motoru někdy reálně i 10 V a méně. . . tzv. „dynamo“ na jízdním kole je obvykle ve skutečnosti alternátor, vyrábí střídavý proud, žárovkám to nevadí PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 15

„Baterie“ „baterie“ obecně znamená sestavu něčeho – teplá a studená voda; mnoho vojáků; mnoho zásob; apod. „tužková baterie“ ve skutečnosti baterie není, je to jen jediný článek o napětí 1, 5 V (resp. 1, 2 V – Ni. Cd, Ni. Mh) – ale běžně se užívá, zažitý pojem autobaterie je sestava šesti článků po 2 V – nebo 3 článků pro 6 V (některé Trabanty) – nebo 12 článků pro 24 V (kamiony, autobusy, kombajny, . . . ) „akumulátor“ – nabíjecí článek, nabíjecí baterie PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 16

Základní součástky Rezistor – slangově: „odpor“ je to jeho fce. – nejjednodušší pro demonstraci výpočtů – schematická značka: PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj obrázků: Wikipedia 17

Základní součástky Spínač, přepínač – trvale zapíná a rozepíná obvod, příp. přepíná větve Tlačítko – změna platí jen po dobu stisku – spínací vs. rozpínací – užití mj. jako dveřní kontakty (např. u automobilu) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 18

Základní součástky Dioda – – – běžná – pouští proud pouze jedním směrem LED – vydává světlo (light emitting diode) fotodioda – reaguje na světlo, resp. vyrábí ze světla elektřinu – další (zenerova) – polovodiče v posledních pár letech prošly obrovským pokrokem výkonné LED flash paměti, procesory a mnoho dalších PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) zdroj 2. obrázku: internet 19

Elektrický obvod proud nemůže mizet – jde vždy od jednoho pólu zdroje k druhému pólu téhož zdroje – min. dva vodiče (nebo vodič a kostra) – při přerušení obvodu v jednom místě přerušen tok proudu v celém obvodu (pokud není paralelní větev) – proud je sériově vždy stejný v celém obvodu je dán napětím napěťového zdroje a celkovým odporem obvodu – do větví se proud dělí podle jejich odporu/vodivosti proud jde vždy především cestou nejmenšího odporu proud v paralelních větvích se sčítá PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 20

Základní vztahy U=I*R – Ohmův zákon – základ celé el. techniky ! – I=U/R, R=U/I – mnemotech. pomůcka proti záměnám písmen: Evropan na dvě je „IR“ => U=IR P=U*I – P=U 2/R PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 21

Příklad – Ohmův zákon U Ucc=24 V R=6 W I=? vliv měřáků (úbytky U, I) je zanedbatelný I=Ucc/R=4 A V + R Ucc - A I U=12 V; I=250 m. A; R=? R=U/I R=12/0, 25=12*4=48 W PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 22

První Kirchhoffův zákon součet proudů v uzlu je roven nule – součet všech vstupujících proudu se rovná součtu všech vystupujících proudů – žádný proud se sám neobjevuje ani nemizí – pro absolventy OA: má dáti = dal na konci vyúčtování všech proudů v uzlu je nula, jako v každém účetnictví přesně to, co přišlo, zase odešlo nic nezbyde na příště, ani nelze vytvořit deficit (co není, to se nebere) pozn. : uzel = vodivé spojení vodičů (dělení obvodu do větví) PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 23 zdroj obrázku: přednáška PRIPO

Druhý Kirchhoffův zákon úbytek napětí na všech spotřebičích v uzavřeném obvodu se rovná celkovému napětí zdrojů (součet napětí ve smyčce=0) – napětí zdroje se celé rozloží mezi spotřebiče, které jsou sériově pospojovány v obvodu to, kolik kde bude, záleží na odporu jednotlivých prvků (přímá úměra, protože I je sériově konst. ) – napětí=proud*odpor – největší úbytek napětí je na prvcích (součástkách) s největším odporem – jako rozpočet a jeho útrata/vyúčtování – co je k dispozici (zdroj), to se utratí (ubyde na spotřebičích) na halíř přesně – nic nemůže zbýt, nic nemůže chybět PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 24 zdroj obrázku: přednáška PRIPO

Sériové a paralelní zapojení – R, G sériové zapojení rezistorů paralelní zapojení rezistorů R 1 – R 2 R 1 || R 2 – odpor – vodivost R=R 1+R 2 G=G 1+G 2 – vodivost – odpor G=1/R G=1/(1/G 1 + 1/G 2) R=1/G R=1/(1/R 1 + 1/R 2) stejný princip, jako u potrubí nebo zahradní hadice – větší průřez ~ menší odpor PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 25

Sériové a paralelní zapojení – U, I sériové zapojení rezistorů paralelní zapojení rezistorů R 1 – R 2 R 1 || R 2 – napětí – proud U = U 1+U 2 I=I 1+I 2 – proud – napětí I=U/R I = I 1 = I 2 U=I*R U = U 1 = U 2 –v paralelních větvích je vždy stejné napětí PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 26

Sériové a paralelní zapojení – „logika“ sériové zapojení spínačů paralelní zapojení spínačů R=R 1+R 2; R 1, R 2 {0; ∞} výsledek: „AND“ výsledek: „OR“ PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 27

Příklad – paralelní zapojení (První Kirchhoffův zákon) U 1 Ucc=6 V R 1=2 W R 2=4 W I, I 1, I 2, U 1, U 2=? vliv měřáků (úbytky U, I) je zanedbatelný Ucc=U 1=U 2=6 V I=I 1+I 2=Ucc/R 1/R= 1/R 1 + 1/R 2 I 1=U(1)/R 1=6/2=3 A I 2=U(2)/R 2=6/4=1, 5 A I=I 1+I 2=4, 5 A lze vypočítat i přes celkový R (při tomto zadání neúčelné) V 1 R 1 I 1 A 1 U 2 + Ucc V 2 R 2 I 2 A 2 I A Proud jde cestou nejmenšího odporu – vše je krásně a jasně v poměrech: R 1/R 2=I 2/I 1 (2/4 = 1, 5/3), nepřímá úměra R a I =>kde není odpor, tam teče proud PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 28

Příklad – sériové zapojení (Druhý Kirchhoffův zákon) U 1 Ucc=12 V R 1=6 W R 2=18 W I 1, I 2, U 1, U 2=? vliv měřáků (úbytky U, I) je zanedbatelný R=R 1+R 2 I=I 1=I 2=Ucc/R U=I*R U 1=U*R 1/(R 1+R 2) U 2 V 1 A 1 + R 1 R 2 Ucc - A 2 I 2 R=6+18=24 W; I=12/24=0, 5 A; U 1=12*6/(6+18)=3 V; U 2=U-U 1=12 -3=9 V Vše je krásně a jasně v poměrech: R 1/R 2=U 1/U 2 (6/18 = 3/9). . . přímá úměra R a U R 1/R = U 1/U (6/24 = 3/12) kde je. Martin odpor, tam je úbytek napětí PRIPO, => cvičení – Ing. Adámek 29 (u(UHK-FIM-KIT) vodičů R→ 0, ideálně nesnižují napětí)

Příklad – sérioparalelní zapojení ! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 30 zdroj obrázku: cvičení PRIPO, Z. Hodek

Úraz el. proudem: princip střídavý (AC, ~) proud v ČR: f=50 Hz => svalová křeč 50 * s-1 => sevření svalu 50 x za sekundu => nemožnost se sám pustit dlouhodobě působící stejnosměrný (DC, =) proud rozkládá krev napětí (U, [Volt]) nezabíjí, jen kope – zabíjí proud (I, [Ampér]) od 10 m. A ~, resp. 25 m. A = – – – elektrické ohradníky mají U a I ale I=U/R => při konst. odporu kůže vysoké U umožní vysoký I vizte www. adamek. cz/texty/obehova-soustava-cloveka. pdf pracovní nula (modrý vodič, v zásuvce vpravo) je uzemněná => k úrazu stačí dotyk jen s fází (hnědý nebo černý vodič, v zásuvce vlevo) na nebezpečné zapojení člověka do obvodu vůbec nemusí reagovat jistič !!! – – reaguje na proud vyšší než např. 10 nebo 15 A, nebezpečných je ale už 0, 01 A měl by reagovat proudový chránič sleduje rozdíl mezi proudem ve fázi a v nule – pozná únik do země, např. skrz člověka ale je drahý, je pouze u koupelen nových domů, jinak v podstatě nikde pozor na elektrický oblouk – vysoké napětí přeskočí i vzduchem => nechoďte po vagonech, ani když jste malí a šikovní PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 31

Úraz el. proudem: Technická první pomoc způsoby přerušení obvodu (od nejlepšího) 1. vypínač 2. vytažení napájecí šňůry ze zásuvky pozor na její stav, jestli má v pořádku izolaci, jestli neprobíjí 3. 4. 5. hlavní vypínač: „stiskem vypni“ jistič: přepnutí dolů úder do kontaktní končetiny nevodivým předmětem dřevěná nebo plastová suchá násada 6. opravdu dlouhá prodlužka či prodlužka vytažená z okna při nemožnosti vytáhnout zástrčku: přeseknutí šňůry sekerou s dřevěným nebo plastovým suchým topůrkem PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 32

Úraz el. proudem: Technická první pomoc snaha nedopadnout jako v pohádce o tahání Řepy! – při zapojení do obvodu se postiženého nedotýkat – při úrazu el. proudem v bazénu neskákat dovnitř ! přerušit dodávku proudu po technické pomoci (odpojení osoby od zdroje) – v případě zástavy dechu a krevního oběhu volat 155 kardiopulmonální resuscitace 30: 2 – i pokud je postižená osoba zdánlivě v pořádku je vhodné lékařské vyšetření v nemocnici (možná změna psychiky) u svěřené osoby nutné! PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 33

Úraz el. proudem: Krokové napětí krokové napětí – spadlé el. vedení – spadlé elektrické vedení se uzemňuje zachranny-kruh. com – s rostoucí vzdáleností klesá napěťový potenciál – 2 nohy stojící různě daleko od místa kontaktu vodiče se zemí jsou připojeny k různému napěťovému potenciálu => projde jimi rozdíl napětí v obou bodech, člověk je využit jako paralelní vodič (další větev) => ke spadlým vodičům se nepřibližovat čistě teoreticky: pohyb sounož nebo chůze krátkými kroky po spirále nelehat si na zem (platí i při bouřce!), mít nohy u sebe PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 34

Úraz el. proudem: Krokové napětí a bouřka obrázky z www. stormencounter. com PRIPO, cvičení – Ing. Martin Adámek (UHK-FIM-KIT) 35