Elektrický náboj

Cvičení 1

Obtížnost 1

Určete, z jakých a kolika elementárních částic je složen atom sodíku \({}^{23}_{11}\mathrm{Na}\). Vypočítejte elektrický náboj jádra \(q_\mathrm{J}\), náboj elektronového obalu \(q_\mathrm{O}\) a celkový náboj atomu \(q_\mathrm{Na}\).

11 protonů, 12 neutronů a 11 elektronů; \(q_\mathrm{J}=+1{,}76\cdot10^{-18}\ \mathrm{C}\), \(q_\mathrm{O}=-1{,}76\cdot10^{-18}\ \mathrm{C}\), \(q_\mathrm{Na}=0\ \mathrm{C}\)

Cvičení 2

Obtížnost 1

V minerálce Magnesia se vyskytují hořečnaté ionty \({}^{24}_{12}\mathrm{Mg}^{2+}\). Určete, z jakých a kolika elementárních částic je tento iont složen. Vypočítejte elektrický náboj jádra \(q_\mathrm{J}\), náboj elektronového obalu \(q_\mathrm{O}\) a celkový náboj iontu \(q_\mathrm{Mg^{2+}}\).

12 protonů, 12 neutronů a 10 elektronů; \(q_\mathrm{J}=+1{,}92\cdot10^{-18}\ \mathrm{C}\), \(q_\mathrm{O}=-1{,}60\cdot10^{-18}\ \mathrm{C}\), \(q_\mathrm{Mg^{2+}}=+3{,}20\cdot10^{-19}\ \mathrm{C}\)

Cvičení 3

Obtížnost 1

V roztoku, do nějž jsme nasypali kuchyňskou sůl, se vyskytují ionty \({}^{35}_{17}\mathrm{Cl}^-\). Určete, z jakých a kolika elementárních částic je tento iont složen. Vypočítejte elektrický náboj jádra \(q_\mathrm{J}\), náboj elektronového obalu \(q_\mathrm{O}\) a celkový náboj iontu \(q_\mathrm{Cl^-}\).

17 protonů, 18 neutronů a 18 elektronů; \(q_\mathrm{J}=+2{,}72\cdot10^{-18}\ \mathrm{C}\), \(q_\mathrm{O}=-2{,}88\cdot10^{-18}\ \mathrm{C}\), \(q_\mathrm{Cl^-}=-1{,}60\cdot10^{-19}\ \mathrm{C}\)

Cvičení 4

Obtížnost 1

Zelektrovaná skleněná tyč nese náboj +1,5 µC. Vyjádřete tento náboj v C, mC a nC.

1,5 ⋅ 10−6 C = 1,5 ⋅ 10−3 mC = 1,5 ⋅ 10+3 nC

Cvičení 5

Obtížnost 1

Zelektrovaná plastová vodovodní trubka nese náboj −20 µC. Kolik elektronů třením získala?

1,25 ⋅ 10+14

Cvičení 6

Obtížnost 1

Vezmeme dvě stejné kovové kuličky na nevodivých závěsech. První nabijeme nábojem +90 nC, druhou nejdříve uzemníme, potom se jí dotkneme první kuličkou a nakonec obě kuličky oddálíme. Jaký náboj zůstane na první kuličce?

45 nC

Cvičení 7

Obtížnost 1

Vezmeme dvě stejné kovové kuličky na nevodivých závěsech. První nabijeme nábojem +90 nC, druhou nábojem −50 nC. Druhou kuličkou se dotkneme první, pak je oddálíme. Jaký náboj zůstane na první kuličce?

20 nC

Cvičení 8

Obtížnost 1

Navrhněte pokus, kterým by se dalo zjistit, je-li váš spolužák elektricky nabitý.

Cvičení 9

Obtížnost 3

Zajisté jste si všimli, že materiálem, který leží v triboelektrické řadě zcela nejníže, je teflon. Zjistěte jeho chemické složení a vysvětlete, proč se při tření o jakýkoli materiál teflon vždy nabíjí záporně.

Elektrický proud

Cvičení 1

Obtížnost 1

Jak dlouho musí jezdit lokomotiva elektrického vláčku, aby jejím motorem prošel náboj 48 C při odebíraném stejnosměrném proudu 400 mA? Kolik elektronů při tom projde motorem?

2 minuty, 3 ⋅ 1020

Cvičení 2

Obtížnost 1

Jaký proud ukazuje ampérmetr na obrázku? Kolik elektronů jím projde během měření, které trvá 20 sekund?

7.64 – Ampérmetr a).
Zdroj
7.65 – Ampérmetr b).
Zdroj
a) 8,66 mA; 1,08 ⋅ 10+18; b) 41,6 mA; 5,2 ⋅ 10+18

Cvičení 3

Obtížnost 2

Jaký stejnosměrný proud ukazuje ampérmetr na obrázku?

7.66 – Ampérmetr a).
Zdroj
7.67 – Ampérmetr b).
Zdroj
a) 4 mA; b) 177 mA

Cvičení 4

Obtížnost 2

Ručkový ampérmetr s třicetidílkovou stupnicí má rozsah 150 mA. U kterého dílku se bude nacházet ručka, když jím poteče proud 60 mA?

12

Cvičení 5

Obtížnost 2

Digitálním ampérmetrem s nastavitelným rozsahem 10 A nebo 200 mA chceme změřit proud 0,08 A. Za předpokladu, že nejistota měření představuje 0,5 % z rozsahu, určete relativní odchylku měření v obou případech a učiňte závěr.

62,5 %; 1,25 %; malé proudy musíme měřit na co nejmenším rozsahu

Cvičení 6

Obtížnost 1

Vyznačte směr proudu v jednotlivých větvích obvodu na obrázku. Do schématu 7.68 doplňte zapojení ampérmetrů, které tyto proudy změří. Přidejte tam také jeden ampérmetr, který je zapojen špatně, a ten výrazně přeškrtněte.

7.68 – Schéma pro měření proudu
Zdroj

Cvičení 7

Obtížnost 1

Vypočítejte proudy v jednotlivých větvích obvodu

7.69 – Schéma obvodu
Zdroj
I1 = 0,1 A; I2 = 0,2 A; I3 = 0,4 A; I4 = 0,6 A

Elektrické napětí

Cvičení 1

Obtížnost 1

Mezi dvěma místy A a B je napětí \(U_{AB}=+5\ \mathrm{V}\). Jakou práci vykoná elektrická síla, která z A do B přesune jeden proton?

8 ⋅ 10−19 J

Cvičení 2

Obtížnost 1

Mezi dvěma místy v obvodu protékal proud 0,5 A po dobu 1 minuty. Elektrická síla, která posouvá náboje mezi těmito místy, při tom vykonala práci 360 J. Jaké je mezi nimi napětí?

12 V

Cvičení 3

Obtížnost 1

Do následujícího obrázku

  • nakreslete voltmetr, který změří napětí mezi svorkami a) zdroje, b) žárovky, c) rezistoru,
  • u každého voltmetru označte červenou svorku tak, aby ukazoval kladnou hodnotu,
  • měřená napětí vyznačte v obvodu šipkou.
7.70 – Schéma obvodu pro měření napětí
Zdroj

Cvičení 4

Obtížnost 1

Jaké napětí ukazuje voltmetr na obrázku?

7.71a – Voltmetr a).
Zdroj
7.71b – Voltmetr b).
Zdroj
a) 1,34 V; b) 13,6 mV

Cvičení 5

Obtížnost 2

Každé měření, tedy i měření voltmetrem, je zatíženo nejistotou. V případě digitálních měřidel uvádí výrobce krajní chybu (maximální nejistotu) v technické dokumentaci k přístroji. Setkat se můžete například se zápisem 0,5 % rdg + 1 dgt, což znamená, že chyba měření představuje 0,5 % z přečtené hodnoty (rdg = reading) + 1 číslici na posledním desetinném místě (dgt = digit). Jaká je tedy absolutní nejistota měření při použití tohoto měřidla, když displej ukazuje napětí 4,58 V?

33 mV
Zdůvodnění: 0,5 % z 4,58 V je 0,023 V. Jedna číslice na posledním desetinném místě u hodnoty 4,58 V znamená 0,01 V. Dohromady 0,023 V + 0,01 V = 0,033 V = 33 mV.

Cvičení 6

Obtížnost 3

Digitálním voltmetrem měříme síťové napětí. Displej zobrazuje hodnotu 234,8 V a výrobce uvádí chybu 1 % rdg + 3 dgt. Určete interval spolehlivosti výsledku.

\(U=(235\pm3)\ \mathrm{V}\)
Zdůvodnění: 1 % z 234,8 V je 2,3 V. Tři číslice na posledním desetinném místě znamenají 0,3 V. Celková nejistota měření je 2,3 V + 0,3 V = 2,6 V, zaokrouhlíme na 3 V.

Cvičení 7

Obtížnost 1

V obvodu na obrázku 7.72 jsme změřili napětí \(U_{CB}=15\ \mathrm{V}\) a \(U_{DB}=6\ \mathrm{V}\).

7.72 – Schéma obvodu pro měření napětí
Zdroj

Určete napětí (včetně znaménka): \(U_{AB}\), \(U_{DA}\), \(U_{DC}\).

0 V; 6 V; −9 V

Cvičení 8

Obtížnost 1

V obvodu na obrázku 7.73 jsme změřili napětí \(U_{AF}=10\ \mathrm{V}\), \(U_{DF}=3\ \mathrm{V}\), \(U_{EF}=4\ \mathrm{V}\).

7.73 – Schéma obvodu pro měření napětí
Zdroj

Určete napětí (včetně znaménka): \(U_{BD}\), \(U_{CE}\), \(U_{DE}\).

7 V; 6 V; −1 V

Elektrický odpor

Cvičení 1

Obtížnost 1

Které tvrzení je správné?

Součástkou A protéká při stejném napětí dvakrát větší proud než součástkou B. Odpor součástky A je

  1. dvakrát větší
  2. dvakrát menší

než odpor součástky B.

b)

Cvičení 2

Obtížnost 1

Při napětí U protéká součástkou A proud I. Stejný proud protéká součástkou B, když na ni přiložíme dvojnásobné napětí.

Odpor součástky A je

  1. dvakrát větší
  2. dvakrát menší

než odpor součástky B.

b)

Cvičení 3

Obtížnost 1

Elektrický ohřívač vody je připojen k zásuvce 230 V a odebírá z ní proud 9,6 A. Určete odpor jeho topné spirály.

Odpor topné spirály je 24 Ω.

Topnou spirálou připojenou ke střídavému napětí v zásuvce teče střídavý proud. Pro výpočet jejího odporu lze Ohmův zákon použít.

Cvičení 4

Obtížnost 1

Odpor vlákna 40W žárovky připojené do elektrické sítě 230 V je 1,32 kΩ. Jaký proud jí prochází?

174 mA

Cvičení 5

Obtížnost 1

Na základě grafu 7.74 určete co nejpřesněji odpor obou rezistorů. Jaký proud by jimi procházel při napětí 12 V?

7.74 – Voltampérová charakteristika rezistorů
Zdroj
\(R_1=47\ \mathrm{\Omega}\); \(R_2=33\ \mathrm{\Omega}\); 0,26 A; 0,36 A

Cvičení 6

Obtížnost 1

Vypočítejte odpor měděného vodiče o průřezu 1,5 mm2, který je součástí prodlužovacího kabelu o délce 50 m. Měrný odpor mědi je 17 ⋅ 10−9 Ω ⋅ m.

0,57 Ω

Cvičení 7

Obtížnost 2

Vypočítejte odpor hliníkového vodiče kruhového průřezu o tloušťce 1 mm a délce 20 m.

0,71 Ω

Cvičení 8

Obtížnost 2

Jaký průřez a jakou tloušťku by musel mít měděný vodič, aby byl jeho odpor 1 Ω na metr délky?

0,017 mm2; 0,074 mm (přibližně tloušťka lidského vlasu)

Cvičení 9

Obtížnost 1

Při 20 °C má měděný vodič odpor přesně 5,00 Ω. Jaký bude jeho odpor, zahřeje-li se na teplotu 80 °C? O kolik procent se odpor změnil?

Propočítejte totéž i pro konstantan – slitinu používanou k výrobě rezistorů.

6,18 Ω; o 24 %; 5,02 Ω; o 0,3 %

Cvičení 10

Obtížnost 3

Měrná vodivost γ je definována jako převrácená hodnota měrného odporu ϱ. Používají ji zejména chemici při posuzování vodivosti roztoků. Vodivost roztoku je totiž přímo úměrná koncentraci rozpuštěných iontů, takže fyzikální měření vodivosti představuje elegantní nástroj k chemické analýze.

Vyjádřete obecně měrnou vodivost pomocí odporu, délky a průřezu vodiče.

Elektrody ve tvaru destičky o ploše 10 cm2 jsou umístěny naproti sobě ve vzdálenosti 5 cm. Při napětí 12 V elektrolytem prochází proud 0,6 A. Vypočítejte měrnou vodivost roztoku.

\(\displaystyle\gamma=\frac{l}{RS}=2{,}5\ \mathrm{S/m}\)
Tlačítko pro návrat zpět nahoru na stránce (back to top)