Elektrický proud v kovech a polovodičích


Elektrický proud

Směr elektrického proudu

Za směr elektrického proudu se podle dohody pokládá směr uspořádaného pohybu kladně nabitých částic. Proud tedy v jednoduchém obvodu vychází z kladného pólu zdroje a směřuje k zápornému pólu.

Charakteristiky

Prochází-li náboj QQ průřezem vodiče rovnoměrně platí

I=Qt I = \frac{Q}{t} 

Při nerovnoměrném průchodu náboje:

I=ΔQΔt I = \frac{\Delta Q}{\Delta t} 

Napětí

Svorkové napětí

W=UQ W = UQ 

Elektromotorické napětí

Napětí na svorkách zdroje, kterým neprochází elektrický proud práci uvnitř zdroje vykonávají neelektrostatické síly

Ue=WzQU_e = \frac{W_z}{Q}

směr je od záporného ke kladnému pólu zdroje (ve směru neelektrostatických sil) pokud není připojen spotřebič, jsou elektrostatické a neelektrostatické síly v rovnováze.

Pokud není připojen spotřebič

Ue=U0U_e = U_0

Pokud je připojen ke spotřebič

Ue>U0U_e > U_0

Zdroje elektrického proudu

Zatěžovací charakteristika zdroje

Graf závislosti svorkového napětí na odebíraném proudu - lineární průběh

Zatěžovací charakteristika zdroje

baterie se chová, jako by byla složena z ideálního zdroje s konstantním napětím UeU_e = U0U_0 a rezistoru o odporu R1R_1 (vnitřní odpor)

Ue=U+UiU_e = U + U_i Ue=I(R+Ri)U_e = I(R + R_i)

Vodiče

Voltampérová charakteristika vodiče

Voltampérová charakteristika vodiče

Ohmův zákon

pokud má kovový vodič stálou teplotu, je proud procházející vodičem přímo úměrný napětí mezi konci vodiče,

IUI \sim U UI=R=konst\frac{U}{I} = R = konst G=IU=1RG = \frac{I}{U} = \frac{1}{R}

Elektrický odpor v závyslosti na tvaru vodiče:

R=ρlsR = \rho \frac{l}{s}

Elektrický odpor v závislosti na teplotě vodiče:

R=R1(1+αΔt)R = R_1(1 + \alpha\Delta t)

Resistor

Elektrotechnická součástka, která má za účel klást odpor elektrickému proudu.

Sériové zapojení

Sériové zapojení resistoru

U=i=1nUiU = \sum_{i = 1}^n U_i R=i=1nRiR = \sum_{i = 1}^n R_i U=RIU = RI U:U1:U2:U3=R:R1:R2:R3 U:U_1:U_2:U_3 = R:R_1:R_2:R_3 

Paralelní zapojení

Paralelni zapojení resistoru

I=i=1nIiI = \sum_{i = 1}^n I_i R1=i=1nRi1R^{-1} = \sum_{i = 1}^n R_i^{-1} I:I1:I2:I3=R1:R11:R21:R31I:I_1:I_2:I_3 = R^{-1}:R_1^{-1}:R_2^{-1}:R_3^{-1}

Elektrický obvod

Obvod


Kirchhoffovy zákony

1. Kirchhoffůvzákon

Směr do uzlu je kladný a směr z uzlu je záporný. Algebraický součet proudů je v uzlu nulový.

2. Kirchhoffůvzákon

Součet úbytků napětí na rezistorech je v uzavřené smyčce stejný jako součet elektromotorických napětí zdrojů.


Elektrický proud v polovodičích

Vlastní vodivost

V polovodiči při stálé teplotě se udržuje dynamická rovnováha mezi tvorbou párů elektron-díra a jejich zánikem (rekombinací).

Příměsové polovodiče

Polovodič typu N Polovodič typu P
Polovodič typu N Polovodič typu P
příměs donor (fosfor, arsen, antimon)
5 valenčních elektronů (4 se navážou, 1 zůstane volný)
příměs akceptor (bor, hliník, gallium, indium)
3 valenční elektrony (vznikne 1 díra)

Polovodičová dioda - PN přechod

Dioda

Princip elektrické diody  
Nepruchozí dioda Průchozí dioda
V tomto zapojení elektrony ze zdroje vyplní díry v P části diody a kladná část vodiče odebere přebytečné elektrony z N části diody. tím se z diody stává izolant. V tomto zapojení elektrony z N části diody přetékají přes díry v P části diody. Dioda se tedy chová jako vodič


Graf závislosti proudu na napětí na diodě

Graf závislosti proudu na napětí na diodě

Usměrnění střídavého proudu

Usměrnění střídavého proudu