Základy elektriny a magnetizmu: Elektrický obvod, pole a kapacita

Základné prvky obvodu: vodič, ampérmeter, žiarovka, vypínač, odpor, zdroje napätia (jednosmerný a striedavý).
Elektrický prúd ( $I$ ): Jednotkou je Ampér ( $A$ ). Smer prúdu je od kladného pólu ( $+$ ) k zápornému pólu ( $-$ ) vo vonkajšej časti obvodu, v zdroji od záporného pólu ku kladnému.
Elektrický náboj ( $Q$ ): Jednotkou je Coulomb ( $C$ ). - Vzor: $Q = n \times e$ , kde $e$ je elementárny náboj. - Hodnota elementárneho náboja: $e = 1,602 \times 10^{-19}\,C$ .
Vzťahy: - $I = \frac{Q}{t}$ - $Q = I \times t$ - Jednotky: $A = C \times s^{-1}$ , $C = A \times s$ .

Zariadenia udržiavacie rozdiel el. potenciálov medzi pólmi (svorkami) pomocou neelektrostatických síl.
Elektrochemické: galvanický článok, akumulátor, Voltov článok (pôsobenie kyseliny $H_2SO_4$ ).
Fotoelektrické: fotočlánok (premena slnečnej energie na elektrickú).
Termoelektrické: termočlánok (premena tepelnej energie na elektrickú, rozdiel teplôt zodpovedá napätiu – Seebecka).
Elektrodynamické: alternátor, dynamo (premena mechanickej energie).
Mechanické: Van de Graafov generátor (náboj vzniká trením pásu).

Elektrické pole: Existuje v okolí nábojov, znázorňujeme ho siločiarami. Rozlišujeme radiálne (nehomogénne) a homogénne pole.
Intenzita elektrického pola ( $E$ ): Vektorová veličina charakterizujúca pole.
Coulombov zákon: Vyjadruje silové pôsobenie medzi nábojmi. - $F_e = k \times \frac{Q_1 \times Q_2}{r^2}$ - Konštanta $k = \frac{1}{4 \times \pi \times \epsilon} \approx 9 \times 10^9\,N \times C^{-2} \times m^2$ .
Permitivita prostredia ( $\epsilon$ ): $\epsilon = \epsilon_0 \times \epsilon_r$ . - $\epsilon_0 = 8,854 \times 10^{-12}\,C^2 \times m^{-2} \times N^{-1}$ . - $\epsilon_r$ pre vákuum/vzduch je $1$ .

Elektrický potenciál ( $\phi_e$ ): Skalárna veličina ( $\phi_e = \frac{W}{Q}$ ), jednotka Volt ( $V$ ). Ekvipotenciálne hladiny sú miesta s rovnakým potenciálom.
Elektrické napätie ( $U$ ): Rozdiel potenciálov $U = \phi_{e2} - \phi_{e1}$ . Vzťah s intenzitou: $U = E \times d$ .
Kapacita ( $C$ ): Schopnosť hromadiť náboj, jednotka Farad ( $F$ ). - $C = \frac{Q}{U}$ - Kapacita doskového kondenzátora: $C = \epsilon \times \frac{S}{d}$ .
Práca nabitého kondenzátora: $W = \frac{1}{2} \times Q \times U$ .

Sériové zapojenie: - Náboje sú rovnaké ( $Q_1 = Q_2 = Q$ ). - Celkové napätie $U = U_1 + U_2$ . - Prevrátená kapacita: $\frac{1}{C} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}$ .
Paralelné zapojenie: - Napätia sú rovnaké ( $U_1 = U_2 = U$ ). - Celkový náboj $Q = Q_1 + Q_2$ . - Celková kapacita: $C = C_1 + C_2$ .

Vodiče: Obsahujú voľné nosiče náboja (kovy – elektróny; kvapaliny/plyny – ióny).
Polovodiče: Vedú prúd za určitých podmienok (žiarenie, prímesi).
Izolanty: Neobsahujú voľné nosiče náboja.
Elektrické tienenie (Faradayova klietka): Náboj sa rozkladá na povrchu vodiča.

Otázka: Máme 2 rovnaké náboje vo vzdialenosti $r$ . Ako sa zmení sila, ak vzdialenosť zväčšíme $2 \times$ ? - Odpoveď: $F_{e2} = \frac{F_{e1}}{2^2} = \frac{F_{e1}}{4}$ . Sila sa zmenší $4 \times$ .
Otázka: Ako sa zmení sila, ak vzdialenosť zväčšíme $3 \times$ ? - Odpoveď: $F_{e2} = \frac{F_{e1}}{3^2} = \frac{F_{e1}}{9}$ . Sila sa zmenší $9 \times$ .
Otázka: Ako sa zmení sila, ak náboje $2 \times$ zväčšíme? - Odpoveď: $F_{e2} = \frac{k \times (2Q_1) \times (2Q_2)}{r^2} = 4 \times F_{e1}$ . Sila bude $4 \times$ väčšia.
Výpočet kapacity: Pre $C_1 = 10\,pF$ , $C_2 = 20\,pF$ , $C_3 = 30\,pF$ v kombinovanom zapojení je výsledná hodnota podľa schémy $36,66\,pF$ .