Stejnosměrný proud a Ohmův zákon

Téma zavádí stejnosměrný proud a Ohmův zákon, závislost odporu na materiálu a teplotě a výpočet práce a výkonu. Žáci řeší úlohy o spotřebě energie a dimenzování vodičů.

Průvodce tématem Stejnosměrný proud a Ohmův zákon v předmětu Fyzika pro III. ročník: co mají žáci zvládnout, na co navázat a kde nejčastěji chybují. K tomu příprava na hodinu, pracovní list nebo písemka, které ScioBot připraví na jedno kliknutí přesně pro tento ročník.

Připravit hodinu Všechny formáty

Klikněte a tvořte

Získejte přípravu zdarma

Vyberte formát. Jedním kliknutím otevřete tvorbu na téma Stejnosměrný proud a Ohmův zákon (III. ročník) — ScioBot ho připraví za vás.

Připravit hodinu

Další formáty na jedno kliknutí

Téma i ročník jsou už vyplněné. Nic nepíšete — rovnou tvoříte.

Stejnosměrný proud je uspořádaný pohyb volných nosičů náboje v jednom směru. Proud I je podíl náboje ΔQ, který projde průřezem vodiče za dobu Δt: I = ΔQ/Δt; jednotka ampér (A). Napětí U na části obvodu je práce potřebná k přenesení jednotkového náboje mezi dvěma body. Ohmův zákon pro část obvodu říká, že u kovového vodiče za stálé teploty je proud přímo úměrný napětí: U = RI, kde R je elektrický odpor. Pro uzavřený obvod platí U_e = I(R + R_i), kde U_e je elektromotorické napětí zdroje a R_i jeho vnitřní odpor.

Odpor vodiče závisí na materiálu (měrný odpor ρ), délce l a průřezu S: R = ρl/S. Měrný odpor kovů s teplotou roste přibližně lineárně: ρ = ρ_0(1 + αΔt). Práce stejnosměrného proudu je W = UIt (Jouleovo teplo Q = RI²t), výkon P = UI = RI² = U²/R. Žáci tím počítají spotřebu energie (kWh) a dimenzují průřez vodiče podle dovoleného proudu a úbytku napětí.

Výstupy G-FYZ-04-002, G-FYZ-04-008 a G-FYZ-04-009 vyžadují použít Ohmův zákon v praktických úlohách, rozlišit proud jako veličinu od „toho, co teče v drátu“, a spočítat energii a výkon. Polovodičová dioda a proud v různých látkách patří k navazujícím tématům plánu, zde se držíme lineárního rezistoru a stejnosměrného zdroje.

Předpoklady

Klíčové pojmy

Elektrický proud
I = ΔQ/Δt; směr konvenčního proudu je od kladnějšího pólu ke zápornějšímu, i když elektrony v kovu jdou opačně.
Ohmův zákon pro část obvodu
U = RI platí pro ohmický vodič při stálé teplotě; graf U–I je přímka procházející počátkem, směrnice je R.
Ohmův zákon pro uzavřený obvod
U_e = I(R + R_i); svorkové napětí U = U_e − IR_i klesá se zatížením. Zkrat: I_k = U_e/R_i.
Odpor a měrný odpor
R = ρl/S. ρ je materiálová konstanta (Ω·m); delší a tenčí vodič má větší R. Rezistivita kovů s teplotou roste (součinitel α).
Jouleovo teplo a elektrická práce
W = UIt = RI²t = U²t/R. Zahřívání vodiče je přeměna elektrické energie na vnitřní energii, ne „ztráta proudu“.
Elektrický výkon
P = UI. U spotřebiče s daným R platí P = U²/R; při pevném proudu P = RI². Spotřeba ve faktuře je energie ve watt hodinách.
Dimenzování vodiče
Průřez se volí tak, aby proud nepřekročil jmenovitou zatížitelnost a úbytek ΔU = RI na vedení zůstal v dovolené mezi.

Časté miskoncepce

  • Častá chyba

    „Proud se ve spotřebiči spotřebuje, za žárovkou ho teče méně.“

    Jak na to

    Zapojit ampérmetr před a za žárovku v sérii: oba údaje jsou stejné. Do schématu dopsat, že se spotřebovává energie (UI t), ne náboj za sekundu.

  • Častá chyba

    „Větší odpor znamená větší výkon, protože P = RI².“

    Jak na to

    Nechat spočítat tutéž žárovku jednou při pevném U sítě (P = U²/R — větší R, menší P) a jednou při pevném I zdroje. U tabule vypsat, která veličina je v úloze konstantní.

  • Častá chyba

    „Svorkové napětí baterie je vždy 1,5 V / 9 V, vnitřní odpor se nepočítá.“

    Jak na to

    Změřit napětí naprázdno a pod žárovkou; spočítat R_i z U_e − U = IR_i. Ukázat, proč při startéru auta „sedá“ napětí.

  • Častá chyba

    „Ohmův zákon platí vždy, i pro žárovku, diodu a elektrolyt.“

    Jak na to

    Natočit U–I charakteristiku žárovky (vlákno se zahřívá, R roste) a porovnat s lineárním rezistorem. Říct, že U = RI je definice R v daném bodě, ne zákon pro každou součástku.

Jak učit

2–3 hodiny

  1. Evokace: žáci odhadnou, proč se tenký prodlužovací kabel zahřívá a tlustý ne — zavedení I, R a Jouleova tepla.
  2. Jádro: odvození U = RI z měření, R = ρl/S, uzavřený obvod s R_i, výpočet W a P a úloha na průřez vodiče.
  3. Reflexe: žáci na jedné úloze o spotřebě (kWh) a jedné o dimenzování vodiče zapíší, které veličiny drželi konstantní.

Nápady na aktivity

  • Laboratorní ověření Ohmova zákona: série U–I u rezistoru a u žárovky, grafy a výpočet R v několika bodech.
  • Úloha z praxe: příkon vařiče, doba, cena kWh a návrh průřezu přívodu z dovoleného proudu a úbytku napětí.

Hodnocení

Žák z naměřených U, I určí R, zapíše U = RI a U_e = I(R + R_i) a spočítá práci a výkon stejnosměrného proudu (G-FYZ-04-002, G-FYZ-04-008, G-FYZ-04-009).

Krátká úloha: z příkonu a doby spotřebiče spočítat energii v kWh a navrhnout minimální průřez vodiče při daném dovoleném proudu.

Související témata

Zdroje

Co pro vás ScioBot připraví k tématu Stejnosměrný proud a Ohmův zákon

Interaktivní aktivity, které žáci spustí na tabletu či tabuli, tisknutelné kartičky a hry pro celou třídu – každý formát na téma Stejnosměrný proud a Ohmův zákon jedním klikem.

Základní materiály

Interaktivní aktivity 14

K tisku a rozstříhání 8

Hry pro celou třídu 4

Očekávané výstupy

  • G-FYZ-04-002 žák využívá Ohmův zákon při řešení praktických problémů
  • G-FYZ-04-008 elektrický proud v látkách – proud jako veličina; Ohmův zákon pro část obvodu i uzavřený obvod
  • G-FYZ-04-009 elektrický odpor; elektrická energie a výkon stejnosměrného proudu; polovodičová dioda

Učíte Stejnosměrný proud a Ohmův zákon trochu jinak?

Popište ScioBotu vlastními slovy, co s žáky chcete zvládnout a kolik máte času. Materiál přizpůsobí vašemu ŠVP, třídě i žákům se speciálními vzdělávacími potřebami.

Napsat ScioBotu

Související témata