01 – Elektrický obvod

Čtyři součástky, jedna smyčka, jedno tlačítko. Tahle deska je nejjednodušší věc, která se dá postavit — a zároveň základ všeho, co přijde na dalších deskách.

Zapojení

---

Čtyři součástky, jedna otázka

Podívej se na desku. Jsou na ní čtyři součástky — a každá dělá něco jiného.

Zdroj — dodává energii. Napájení přichází přes USB konektor nebo svorky. Bez zdroje se nic nehýbe.

Rezistor — záměrná brzda. Omezuje proud tak, aby LED nezahořela. Pozná se podle barevných proužků.

LED — dioda, která svítí, když přes ní teče proud správným směrem. Má dvě nožičky: delší míří ke kladnému napájení, kratší k zemi (GND).

danger

Zapojena LED bez rezistoru shoří. Rezistor tu není náhodou.

Tlačítko — brána. Stiskneš ho, otevřeš cestu pro proud. Pustíš, cestu zavřeš.

---

Otevřený a uzavřený obvod

Elektrický proud potřebuje uzavřenou smyčku. Stačí jediné přerušení — a vše přestane fungovat.

Tlačítko tenhle přechod dělá záměrně. Nic jiného na desce se nemění — jenom se uzavře nebo otevře smyčka, kudy teče proud.

Kde se s obvody setkáš

Každý spínač světel doma dělá přesně tohle. Stiskneš — uzavřeš obvod — rozsvítí se. Žárovka, LED, motor, relé — zákon je stejný.

---

⚡ Mise 1 — Stiskni a pozoruj

Zapoj desku ke zdroji. LED nesvítí.

1. Stiskni tlačítko — co se stane?
2. Drž ho stisknuté — svítí pořád?
3. Rychle klepej několikrát za sebou — vidíš blikání, nebo LED reaguje okamžitě?

Zapiš si: svítí LED hned po stisku, nebo s prodlevou?

⚡ Mise 2 — Nakresli cestu

Vezmi tužku a papír. Nakresli smyčku: kde proud začíná, kudy prochází a kde končí. Zakresli všechny čtyři součástky jako „zastávky".

Šipky ukaž ve směru pohybu proudu — od kladného pólu ke zápornému. (Elektrony se pohybují opačně, ale to je konvence — neboj se toho teď.)

Navazuje na první sekci

Víš, jak obvod funguje a co dělá každá součástka. Teď přidáme čísla — a zjistíš, že „tlačení proudu" má přesně měřitelnou hodnotu.

Ohmův zákon

Tři základní veličiny elektrického obvodu jsou napětí $U$ (volt, V), proud $I$ (ampér, A) a odpor $R$ (ohm, $\Omega$). Platí mezi nimi jednoduchý vztah:

$U = I \cdot R$

Větší odpor → menší proud při stejném napětí. Větší napětí → větší proud při stejném odporu.

Napětí na součástkách

Napětí zdroje se rozdělí mezi součástky v sérii. Každá „spotřebuje" část — a jejich součet se vždy rovná napájení.

Součástka	Typické napětí
Zdroj (USB)	5 V
Červená LED	1,8 – 2,2 V
Rezistor	zbytek — přibližně 2,8 – 3,2 V
Tlačítko (stisknuté)	0 V

Tlačítko při uzavření nepřidává odpor ani napětí — proud přes něj teče volně.

Plošný spoj (PCB)

Deska není jen nosič součástek. Uvnitř jsou zalité měděné vodivé cestičky — ty propojují součástky a nahrazují dráty. PCB (printed circuit board — tištěný spoj) najdeš v každém elektronickém přístroji.

---

⚡ Mise 3 — Změř napětí

Nastav multimetr na DC napětí (stejnosměrné), rozsah 0 – 20 V. Červený hrot ke kladnému bodu, černý k zápornému (GND).

1. Tlačítko uvolněno — změř napětí na tlačítku (mezi jeho kontakty). Zapiš.
2. Tlačítko stisknuto — změř znovu.
3. Změř napětí přímo na LED a přímo na rezistoru (při stisknutém tlačítku).

Otázka: součet napětí na LED a rezistoru se rovná napájení? Proč ano nebo proč ne?

warning

Červený hrot (+) ke kladnému bodu, černý (−) k zemi. Obráceně multimetr nezničíš, ale dostaneš zápornou hodnotu — to akorát zmátne.

Navazuje na obě předchozí sekce

Umíš obvodem projít fyzicky i numericky. Teď se na to podíváme jako fyzici — Kirchhoffovy zákony popisují přesně to, co jsi pozoroval a měřil.

Kirchhoffovy zákony

Dva zákony, které platí v každém obvodu — vždy, bez výjimky.

1. zákon (proudový)

Součet proudů vstupujících do uzlu se rovná součtu proudů vystupujících.

$\sum I_{\text{vstup}} = \sum I_{\text{výstup}}$

V sériovém obvodu jako je tento platí jednodušší verze: proud je všude stejný. Elektrony vstupující do rezistoru musí dorazit i do LED — nikde nemizí.

2. zákon (napěťový)

Součet napětí v uzavřené smyčce je nula.

$\sum U = 0$

Zdroj dodá napětí, součástky ho spotřebují. Všechno se vyrovná. Nic nezmizí, nic nepřibyde.

Proč to funguje

Kirchhoffovy zákony jsou důsledkem zachování energie a náboje. Energie, kterou zdroj dodat, musí být přesně spotřebována v součástkách — ve formě tepla, světla nebo pohybu.

---

Měření proudu — testpointy

Na desce jsou označené testpointy (TP) — malé kontaktní plošky pro přímé měření. U tlačítka najdeš testpoint, kterým lze změřit proud procházející celým obvodem.

Proud se měří jinak než napětí. Multimetr musí být zapojen do série — to znamená přerušit obvod a vsunout ho dovnitř.

---

⚡ Mise 4 — Změř proud

Nastav multimetr na DC proud (A nebo mA), rozsah 200 mA.

1. Zapoj červený hrot do testpointu u tlačítka, černý hrot do protilehlého kontaktu (viz schéma výše).
2. Stiskni tlačítko — přečti hodnotu proudu.

Ověř: odpovídá naměřený proud Ohmovu zákonu? Dosaď do $I = U / R$ napětí na rezistoru a jeho odpor (odpor je vyznačen na desce nebo v dokumentaci sady).

Měření proudu — pozor na zkrat

Multimetr v režimu proudu má téměř nulový vnitřní odpor. Kdybys ho zapojil paralelně místo do série, způsobíš zkrat — přepálíš pojistku multimetru nebo celé zapojení.

Pravidlo bez výjimky: napětí měříš paralelně, proud měříš sériově.

⚡ Mise 5 — Ověř Kirchhoffa

Máš naměřeno napětí na každé součástce (mise 3) a proud obvodem (mise 4).

1. Sečti $U_R + U_{LED}$. Rovná se $U_{zdroj}$?
2. Pomocí Ohmova zákona dopočítej, jaký by měl být proud: $I = U_R / R$.
3. Porovnej s hodnotou z mise 4.

Nesedí čísla? Zkontroluj, jestli jsi obě měření dělal při stisknutém tlačítku a stejném napájení.