Domácí odpor
27. 1. 2010
Elektrický proud procházející klávesami může vést k něčemu opravdu překrásnému – mění se na harmonické zvuky a melodie. Pokud však příliš přepálíme zesilovač, krásný zvuk se změní v nepříjemný a zkreslený. To vše záleží na tom, jak ladíme tok elektronů. A k řízení toku elektronů jsme, my lidé, vynalezli odpor. Přidejte se k Michaelovi, abyste se poučili o ovládání průchodu elektronů a vytvořili si vlastní rezistor.
Filip: Abychom dokázali, že chemiku Michaelovi není cizí ani umění, začínáme ve světě tónů.
Michael: Tok elektrické energie může být opravdu krásný – od zásuvky přes dráty, přes přístroje… Průchod elektronů se mění na harmonické zvuky a melodie.
Tereza: To docela ladí. Ovšem když na zesilovači přidáme, může se tento krásný zvuk změnit v silný a zkreslený hluk.
Michael: A to všechno záleží na tom, jak používáme elektrický proud.
Tereza: A abychom to mohli dělat účinně, potřebujeme výhodný způsob, jak omezit a řídit tok elektronů.
Michael: Základem je tohle.
Tereza: Odpor. Odpory jste už určitě někdy viděli, ať vypadají tak, či onak.
Michael: V současném věku počítačů a elektroniky jsou opravdu všudypřítomné.
Tereza: Poznáte je podle oválného tvaru a takových pěkných barevných proužků.
Michael: In modern, compact circuit boards they are a little harder to spot. But they’re still there: they´re small, square and marked with a number.
Na moderních, kompaktních deskách s obvody je najdete o něco hůře, ale určitě tam jsou – malé čtverečky označené číslem.
Tereza: Vskutku téměř každý elektronický přístroj používá nějaký druh odporu.
Michael: Jejich funkce je dost jednoduchá. Odpor do určité míry zadržuje tok elektronů. Klade mu odpor.
Imagine that the water from this tap is a flow of electrons. Here we have a full current. Now let’s apply some resistance. As we apply the resistance, the flow of water or electrons is reduced.
Představte si, že voda z tohoto kohoutku je proud elektronů. Tohle je plný proud. Teď vyvineme odpor. Když působíme odporem, proud vody – nebo elektronů – se omezí.
Tereza: Otázkou je, jak to dělá.
Michael: Odpor tvoří kombinace vodivého a nevodivého materiálu. Poměr těchto materiálů určuje hodnotu odporu.
Tereza: Odpor měříme v Ohmech, což je jednotka, která dostala pojmenování po svém objeviteli.
Filip: Ve dvacátých letech 19. století začal německý fyzik Georg Simon Ohm zkoumat elektrochemický článek, který o něco dřív vynalezl italský hrabě Alexandro Volta. Ohm studoval chování elektřiny procházející různými materiály.
Michael: In 1827 I published my findings, in which I defined an important relationship between resistance, current and voltage.
V roce 1827 jsem zveřejnil své objevy, ve kterých jsem definoval důležitý vztah mezi odporem, proudem a napětím.
Michael: Bellissimo, signore Ohm, bellissimo!
Tereza: Od konstrukce obvodů spoustu lidí odradí skutečnost, že je zapotřebí použít trošku matematiky. Pojďme si ale Ohmův zákon pěkně rozložit a podívat se na jeho jednotlivé složky.
Michael: Let’s start with the voltage. Voltage is defined as the difference in an electrical potential. We can think about it in a different way though. Water, please. OK. If I hold the bottles in the same height, there no water passes between the two of them.
Začneme napětím. Napětí je definováno jako rozdíl v elektrickém potenciálu. Pojďme o něm uvažovat trochu jinak. Vodu, prosím, Když tyto láhve držím ve stejné výšce, žádná voda mezi nimi neproudí.
If, however, I introduce some gravitational potential energy, then the water travels from the higher bottle to the lower bottle. Higher gravitational potential to lower.
Když však použiji trochu gravitační potenciální energie, pak voda putuje z vyšší láhve do nižší. Z vyššího gravitačního potenciálu do nižšího.
If we would exchange the water for electrons and gravitational potential for electrical potential, then the voltage would be the difference in heights between the two bottles.
Kdybychom vodu zaměnili za elektrony a gravitační potendiál za potenciál elektrický, pak rozdíl výšek mezi těmito dvěma láhvemi by byl napětím.
And the larger the voltage, the larger the height the electrons have to fall.
A čím vyšší napětí, tím větší výška, z níž musejí elektrony klesnout.
Tereza: Takže když mluvíme o devítivoltové baterii, mluvíme v podstatě o devítivoltovém rozdílu napětí mezi kladným a záporným pólem. Je to tak?
Michael: Je to tak.
Michael: Second is current. That’s easy. The current is the rate in which electrons flow through it given point.
Druhý je proud. Je to snadné. Proud je množství elektrického náboje, které projde daným místem za jednotku času.
Tereza: Jinými slovy: Jak rychle voda stéká v určitém spádu.
Michael: And finally – we have a resistance. And as you now know, that’s the material opposition to the flow in the electricity.
A konečně tu máme odpor. A jak už teď víte, je to odpor látky vůči elektrickému proudu.
Tereza: Je to, jako bychom zúžili hadici, která změní průtok vody mezi láhvemi.
Michael: A máme to.
Michael: I say, that young Michael’s jolly good in explaining science.
Řekl bych, že ten mladý Michael velice dobře vysvětluje vědu.
Michael: Yes, he is very good.
Ano, je velmi dobrý.
Filip: Abychom si snadno zapamatovali vztahy mezi napětím, proudem a odporem, k tomu nám poslouží tento diagram. Napětí zjistíme, když proud vynásobíme odporem. Proud zjistíme, když napětí dělíme odporem a odpor zjistíme, když dělíme napětí proudem.
Michael: A teď přichází praxe. Představte si, že mám devítivoltovou baterii – což náhodou mám.
Tereza: A já mám tuhletu LED diodu, o které ovšem vím, že ideálně svítí při napětí čtyř Voltů, což je mnohem méně. Ale také vím, že ideálně jí má procházet proud 350 miliAmpér.
Michael: Co dělat. Já vám to řeknu.
We need to introduce some resistance. We need a resistor. But the question is, how big a resistance. Now we can use our mathematical formula to find out.
So now we have 9 Volts, devide that by 0.350 Amps, which gives us the resistance of 25 Ohms. We need a 25 Ohm resistor. So that’s that one here. Thank you.
Musíme nasadit nějaký odpor. Musíme použit odpor. Otázkou je, jak velký. Abychom to zjistili, můžeme použít náš matematický vzorec. Máme tedy 9 Voltů, děleno 0,350 miliAmper, což dává odpor 25 Ohmů. Potřebujeme 25ohmový odpor. Je to tenhle. Díky.
Hold me the battery, thank you. I’m going to connect this up. Resistor to the LED.
Podrž mi materii, děkuji. Tohle spojím. Odpor k LEDce.
Tereza: A teď bych chtěla vědět, jak jsi, Michaele, věděl, že máš použít zrovna tento typ odporu. A ne nějaký jiný.
Filip: Používání odporů se rychle rozšířilo. Proto bylo třeba vytvořit nějaký systém pro označení jejich hodnot. Odpory začaly mít tak malé rozměry, že by bylo obtížné a drahé hodnotu označovat potiskem.
Michael: Proto se začal používat systém barevných proužků.
Filip: Každá barva proužku na odporu představuje určité číslo.
Tereza: Já tady tomu vůbec nerozumím. Ale musím říct, že ty proužky na těch odporech to tak pěkně oživí. Je to fakt pěkné.
Michael: Můžete si ale vytvořit vlastní odpor doma. A k tomu nebudete potřebovat nic víc než papír a tužku. Tedy tuhu o tvrdosti alespoň 2B. My máme 6B – ta je nejlepší.
Tereza: Ty si ze mne děláš blázna. Za těch několik let jsi už dokázal pár opravdu výborných kousků díky vědě. Ale nahradit tuhle tu sofistikovanou součástku tužkou a papírem? Tak maximálně namalovat.
Michael: Přesně tak. Nakresli obdélník a důkladně a dobře jej vybarvi.
Filip: Ten obdélník ovšem není průřez odporem. Tuha je vodivá. Její vrstvička na papíře poslouží jako elektrický vodič. Tvrdost tuhy je daná zastoupením jílu ve směsi s rozemletou tuhou.
Michael: Ještě, ještě.
Filip: Čím měkčí, tím méně jílu a tedy menší elektrický odpor. Ale přesto i tuha 6B určitý odpor má.
Tereza: Tak půl hodinky už vybarvuju.
Michael: Dobře. Už dost. Děkuji ti, Terinko. Takto jsme nanesli vodivé vrstvy tuhy na papír. A je to hotové. Máme domácí odpor.
Tereza: Tenhle pochybný flek, který navíc nemá proužky, že by měl být odpor? Dokud to neuvidím, tak tomu neuvěřím. Já tady naštěstí mám vhodný měřicí přístroj, díky které si můžeme existenci tohoto odporu ověřit.
Michael: There is our resistance. And if I bring electrodes closer together, then you notice that the resistance begins to fall.
Tohle je náš odpor. A když elektrody přiblížím k sobě, pak si všimni, že odpor začíná klesat.
Tereza: To to jde dolů…
Michael: The resistance increases… I bring the electrodes back together and the resistance dicreases.
Odpor stoupá… Elektrody přibližuji zpátky k sobě a odpor klesá.
Takže milí diváci, vytvořili jsme nejen domácí odpor, ale vytvořili jsme domácí proměnlivý odpor.
Tereza: Vy si zřejmě ale svůj odpor budete chtít zapojit. Michaele…
Filip: Delší z obou vývodů LEDky je kladný. Ten pomocí drátku propojíme s kladnou elektrodou baterie.
Filip: Drátek připojený k záporné elektrodě baterie necháme volný. Hned uvidíte, proč.
Filip: Na řadu přichází náš grafitový vodič na papíru. K jednomu jeho konci přiložíme vývod LEDky, ke druhému drátek od záporné elektrody baterie. Pohybem drátku po grafitovém vodiči zmenšujeme nebo zvětšujeme odpor, který tuha procházejícímu proudu klade. Podle toho se zjasňuje nebo zhasíná světlo LEDky.
Michael: Future innovation in science and technology will depend on your understanding of the principles, such as voltage, current and resistance. As well as your imagination.
Domácí odpor.
Budoucí inovace ve vědě a technice budou záviset na vašem porozumění základů, jako je napětí, proud a odpor. A taky na vaší představivosti.
Tereza: To je pouze prototyp. Budoucnost bude bezdrátová.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough