FYZIKÁLNÍ ZÁKONY

Rovnice, která je uvedena na konci předchozí kapitoly, je matematickým vyjádřením Ohmova zákona. Tato rovnice platí vždy pro určitou látku při stálé teplotě. Tato poznámka je důležitá, protože zatímco u některých slitin se hodnota odporu při změně teploty mění jen nepatrně, u kovů elektrický odpor s teplotou roste a u jiných vodičů, například u uhlíkového vlákna, naopak s rostoucí teplotou klesá.

Elektrický obvod

Předpokladem pro vznik elektrického proudu je existence uzavřeného elektrického obvodu, jehož základními prvky jsou zdroj elektrického napětí, spotřebič a vodič. Měření proudu se provádí ampérmetrem, který se může zapojit kdekoli v sérii (za sebou) s těmito základními prvky. Napětí se měří voltmetrem, který se zapojuje paralelně (vedle sebe) se spotřebičem či zdrojem elektrického proudu.
Elektřina nás zajímá nejen z hlediska poznávání vlastností hmoty, ale také jako druh energie, který po přeměně v jinou energii můžeme různým způsobem využít. K tomu je třeba umět kvantitativně, to jest číselně, energetické projevy vyjádřit.
Tak je možné vyjádřit elektrický příkon spotřebiče, což je součin proudu procházejícího spotřebičem a napětí na spotřebiči. Používanou jednotkou je jeden watt.

P (příkon) = U (napětí). I (proud)

Všimněte si, že na každém elektrickém spotřebiči (dokonce i na žárovkách) je příkon ve wattech uveden.
Elektrickou energii, tedy fyzikálně práci, lze vypočítat jako součin příkonu a času, jednotkou je jeden joule.

E (energie) = P (příkon). t (čas)

Elektrický obvod Ampérmetr Voltmetr

Přeměna elektrické energie

Víme, že v uzavřeném elektrickém obvodu dochází k pohybům volných elektronů. Ty při srážkách s atomy či molekulami ve vodiči ztrácejí část své pohybové energie v jejich prospěch, a tak zvyšují kmitavý pohyb těchto částic. Protože teplota tělesa je dána právě pohyby atomů či molekul, vodič, kterým prochází proud, se zahřívá. Celkové teplo, které takto vznikne, vyjadřuje zákon Jouleův-Lenzův:

Q (teplo) = R (odpor) . I (proud) . t (čas)

Zahřívání vodiče průchodem elektrického proudu se využívá v mnoha oblastech. Na tomto principu fungují spirálové vařiče, žehličky, bojlery, páječky, elektrické odporové pece, ohřívače pro akvária, pojistky atd. Ohřívání vodiče průchodem elektrického proudu je typickým příkladem přeměny jednoho druhu energie (elektrické) v jiný (energii tepelnou). Přitom si ovšem musíme uvědomit, že stále platí zákon zachování energie. Ten říká, že energie se může přeměňovat z jednoho druhu do jiného, ale její množství při těchto přeměnách zůstává stejné, energie nevzniká ani nezaniká. Nás zajímá, co se stane s vodičem, který se zahřál podle Jouleova-Lenzova zákona. Část tepelné energie se z vodiče odvádí do okolního prostředí, třeba do vzduchu, část energie se ale může přeměnit v energii světelnou. To je příklad žárovky, kde dokonce ta část energie, která se ve světelnou nepřemění, je pro nás vlastně ztrátová. Tepelná energie vlákna žárovky je z hlediska naší potřeby pouze vedlejší produkt. Opačný případ je u spirálových topných těles. Tam je pro nás ztrátová naopak ta část energie, která se přemění v energii světelnou v červeně rozpálené topné spirále.
Zatím jsme uváděli pouze příklad jednoduchého elektrického obvodu. V praxi se však většinou vyskytují složitější rozvětvené obvody, jinými slovy elektrické sítě.