IOV - IZDELAVA OSNOVNIH VEZIJ

Transcript

1 IOV - IZDELAVA OSNOVNIH VEZIJ 1. & 2. sklop 2008/09 I. Mavsar naloge pozna fizikalni pomen, oznako, enote ter osnovne enačbe el. dela, moči zna razložiti Joulov zakon pozna zveze med veličinami U, I, R, P, A, t in zna iz podatkov izračunati neznano veličino - KK 7 loči med nazivno, trenutno, max. Močjo zna razložiti in pravilno uporabiti pojme izkoristek, izgube, koristno moč - KK 4 spozna principe delovanja merilnih instrumentov in delitev instrumentov na tej osnovi, zna razložiti pomen pojmov točnost in občutljivost instrumenta zna izbrati nastavitve, priključiti in izmeriti tok in upornost - KK 7 zna priključiti in meriti z W-metrom in upoštevati merilna območja za posamezno vejo - KK 7 Joulov zakon in energija Sila upora v vodniku je enaka in obratna obratna električni sili, ki premika naboje. Vsak trk naboja skozi snov pomeni za q - izgubo njegove Wk, posledica je povečanje notranje energije snovi-posledica je >temperatura. Vsak trenutek t količina naboja prečka prevodni vodnik, izguba energije na tem delu povzroča padec napetosti. W= Q U (Ws) U(V); Q(C) Kolikšno električno delo opravi električni tok v enem mesecu (30 dni), če imamo električni porabnik s podatki 230 V / 0,45 A vključen dnevno povprečno 4 ure? W= I 2 R t W= U I t Električni spajkalnik, katerega moč je 50 W, je deloval 4 ure. Kolikšno električno delo je bilo opravljeno? 1

2 Pojmi: energija, delo, moč Kaj moramo poznati, da uspešno opravimo neko nalogo, delo: prevoz bremena, segrevanje prostora, kuhanje pizze, Čas, obseg dela - potrebno energijo Kako naj opišemo pojem delo? Delo je porabljena energija za prenos, nalaganje, segretje, obdelavo materiala. Delo je enako spremembi energije. 10 kg Kakšne vrste energije poznamo? Kako sta povezana pojma delo in energija? Kaj je električna energija, kolikšna je, kako je povezana z elektrino, tokom? energija - moč Oznaka in enota za energijo in delo? W=..(Ws=J) Ali lahko neko delo opravim hitreje? Če delam bolj intenzivno, z več moči! Povprečna moč je večja, ali pa za moč: Naštejmo nekaj el. naprav skupaj s podatkom za moč! Moč žarnice=, motorja= PC= Jakost varovalk v hiši 16A na sobo, glavne varovalke 3x20A, napetost 230V. Kakšen je največji porabnik v stanovanju? Koliko porabnikov priključim istočasno na 20A varovalko? Enofazni hišni aparati 2,5KW (peči, pralni, sušilni stroji,...) t/bergan/dolinar/grele c6.html Letna poraba W/gospodinjstvo =4MWh 2

3 Merjenja W in izkoristek η(%) Če merim moč na vhodu in na izhodu naprave Izkoristek električnega porabnika je določen z razmerjem med koristnim in električnim delom ali med koristno in električno močjo porabnika. Izkoristek je število brez dimenzij, njegova vrednost pa je vedno manjša od 1 ali 100 %. P = P k + P i (W) W = W k + W i (kwh) ENERGIJSKA UČINKOVITOST A-B-C-D-.. Nazivna, trenutna, max. moč Napetosti omrežja je konstantna! Če se tok spreminja v času opazovanja, kako se spreminja moč? Odvisno od toka, glede na časovni potek = trenutna moč P(t)=I(t).U(t) Nazivna moč je podatek na tablici. Kaj to lahko pomeni: trenutno, max, normalno delovanje v normalnih pogojih. Kaj se zgodi z napravo, če se razlika med sprejeto in oddano energijo (močjo) poveča? Koliko moči največ se lahko troši na električni (ali kakšni drugi) napravi: a-da se segreje, b-da še deluje, c-da se še ne uniči, Reševanje tokokrogov-kirchhoffov zakon kout/kcl_kvl.html Napetost je poz., če kaže vektor od + k Tok je pozitiven, če teče v smeri puščice Na vzporednih elementih je enaka napetost t in skozi zaporedne elemente teče č enak tok 3

4 Tokovni in napetostni izvori v vezju dcworkout/oandklawsr.html Napetostni izvor ima na sponkah vedno enako napetost ne glede na velikost toka ali bremena Tokovni izvor poganja vedno enak tok ne glede na upornost v krogu Idealnih generatorjev v praksi ne poznamo, vsi imajo neko notranjo upornost Prisotnost notranje upornosti se kaže: če Ugen obremenim, pride do padanja napetosti Če na sponkah Igen priključim breme, se tok zaključi prreko notranje upornosti gen Ekvivalentna vezja dcworkout/equivckts.html Sestavljeno vezje bremen in generatorjev lahko v dveh točkah zamenjamo z enim generatorjem in notranjo upornostjo Celotno sestavljeno vezje lahko nadomestim z nadomestnim vezjem, na katerm bodo enake razmere, U in I Uporovno vezje poenostavim z izračunom nadomestne upornosti Teorem o superpoziciji kout/superposition.html Teorem o superpoziciji omogoča lažje reševanje linearnih vezij. Več generatorjev skupaj povzroči enake odzive v vezju, kot če seštejemo odzive zaradi posameznega generatorja Napetostni generator je v kratkem stiku, ko je napetost na njem 0V Tokovni generator je prekinjen tokokrog, ko je tok I G =0 A 4

5 Postopek 1. Po teoremu o superpoziciji najprej izračunamo prispevek posameznega generatorja, ločeno, nato vse vplive v vezju seštjemo. npr izključimo napetostni gen tako, da ga vežemo v kratek stik in izračunamo toke zaradi tokovnega generatorja. V linearnih vezjih je vsota odzivov zaradi posameznega generatorja enaka odzivu na vsoto vzbujanj vseh generatorjev hkrati. Nato zamenjamo, izključimo tokovni gen tako, da prekinemo njegov tokokrog in izračunamo vse toke zaradi tega gen nato seštejemo ali odštejemo toke zaradi Ig in Ug Izračunamo kar nas še zanima Elektrostatično polje spoznava vzroke za nastanek električnega polja in veličine zna ponazoriti obliko el. polja okrog naelektrenih teles (točkast/a naboj/a, dve vzporedni plošči) spoznava pomen elektrostatičnih pojavov in uporabnost le-teh (prevodna in neprevodna snov v električnem polju, pozna učinek Faradayeve kletke) - KK 6 pozna fizikalni pomen električne poljske jakost, oznako in enoto ve, kdaj in zakaj dielektrik prebije - KK 6 pozna definicijo kapacitivnosti, oznako in enoto zna izračunati kapacitivnost ploščnega kondenzatorja - KK 7 pozna dogajanja na kondenzatorju (RC-vezje) - KK 6 pozna osnovne zakonitosti vzporedne in zaporedne vezave in izračuna skupno kapacitivnost - KK 7 ve in pozna zakonitosti kapacitivnega delilnika napetosti in zna dimenzionirati delilnik - KK 7 ve, da se v električnem polju kopiči energija in ve, od česa je odvisna Električno polje Je v prostoru okrog naelektrenih teles (elektrin) električno polje delujejo na druge q z električno silo. E polje poznamo, če poznamo smer in velikost el. sil v poljubni točki el. polja. Smer silnic je smer sile na +Q. Električne silnice izhajajo in se končajo na površini naelektrenih teles pod pravim kotom (iz +Q na Q). Oblika električnega polja je odvisna od oblike in položaja naelektrenih teles elektrod. po velikosti in smeri je poljska jakost enaka = homogeno električno polje, v nasprotnem nehomogeno polje Večja gostota električnih silnic pomeni večjo električno poljsko jakost in obratno 5

6 Uporaba elektrodstatičnih principov Elektrostatične sile uporabljamo pri fotokopiranju, tiskalnikih, elektrofiltrih, Sila na naelektreno telo med ravnima naelektrenima ploščama narašča z napetostjo na ploščah in pada z razdaljo med ploščama ali W=F e.d = Q.U F e = Q.U / d Ws = J VAs = Nm V/m = N/As ali V/m = N/C naelektri mikroskopsko majhne delčke (cigaretni dim) v zraku se lepijo na lamele elektrostatičnega filtra kot na magnet. (učinkovitostjo do 99.99%) in je pralen. BIO - IONIZATOR: negativna ionizacija očiščenega zraka ustvari idealne življenjske pogoje in vzpostavi elektrostatično ravnovesje zraka Papir se pozitivno naelektri, da se barva prenese na papir Uporaba elektrostatičnega polja Fuser zapeče barvo na papir, žarnica v valju za segrevanje Tu se ustvari slika, + naboji iz originala Negativno se nabije barva iz tonerja in se prilepi na fotoprevodni trak Prevodna snov v E polju na generator priključimo eno ploščo, druga z elektroskop ni priključena Tudi desna plošča se naelektri - v prevodnih telesih se pojavi ločitev elektrin (električna influenca). Če med plošči postavimo tretjo, ni sprememb. Plošča ni ovira za E. Silnice vstopajo in ponovno izvirajo na drugi strani. Če srednjo ploščo ozemljimo, se elektroskop postavi na nič. Plošča predstavlja oviro 6

7 Elektrostatični oklop V notranjosti prevodnega telesa ni električne poljske jakosti in ne sil na naboj - tam el. polje ne obstaja. Faradejava kletka: strelovod, oklopljen vodnik, kovinske škatle elektronskih instrumentov, elektronskih elementov, armirana konstrukcija zgradb, varovanje pred električnimi i i polji in potenciali Veličine električnih polj V polju med naelektrenimi telesi je el. polje: E=U/d (samo v homogenem polju) in sila : F=Q.U/d na naboje Električni navidezni pretok je enak naboju: Ф e =Q (As=C) Gostota el. pretoka je pretok skozi določen prerez D=Ф e /A (As/m 2 = C/m 2) Neprevodna snov v električnem polju??? 1. Opazimo povečanje elektrine na ploščah 2. Več elektr. je odvisno od vrste materiala-dielektrika 3. Navzven so izolanti električno nevtralni, ko ga postavimo v polje, se težišči +,- elektrin ločita 4. Postane polariziran električni dipol polarizacija 5. V praznem prostoru velja D 0 =ε 0.E(C/m 2 ) 6. Če vstavim dielektrik D=ε 0.ε r.e(c/m 2 ) konstanta ε 0 =8, (As/Vm) Električna trdnost Če jakost E povečujem se povečuje el. pretok, in sile, dokler zunanje polje ne premaga notranjih sil razpad dipola ionizacija, nastane -el. in + ion To je prebojna napetost U p (V), el. prebojna trdnost E p (V/m), osebna lastnost dielektrika, takrat steče tok Če se dielektrik na poti el. polja zamenja, el. pretok še vedno prehaja D 1 =D 2 ε 0. ε r1.e 1 = ε 0. ε r2.e 2 E 1 /E 2= ε r2 / ε r1 Bolj je obremenjen slabši dielektrik, do preboja pride v prej zraku kot drugje 7

8 Oblika električnega polja Pri naelektreni plošči, okroglem vodniku, krogli D=Ф e /A=Q/A=ε.E E=Q/ε.A=Ф e /ε.a Kapacitivnost in kondenzator Kapacitivnost je snovno geometrijska lastnost, da se na elektrodah shrani elektrina odvisno od U C=ε r.ε o.a/d Kapacitivnost je razmerje med količino elektrine in napetostjo, tako jo tudi lahko izmerimo C=Q/U Kondenzator je električni element, ki je izdelan s tem namenom, da shranjuje je elektrino Poznamo različne izvedbe kondenzatorjev: fiksne, spremenljive, ne-polarizirane, po vrsti dielektrika, glede na prebojno napetost, glede na vrsto obremenitve, Uporaba kondenzatorjev: za shranjevanje energije, ločitve DC in AC el. kroga, za glajenje napetosti 8

9 Vaja s kapacitivnostmi C1 se napolni, S1 vključimo in preklopimo S2 v drugi položaj. Kolikšna bo napetost na kondenzatorjih Vključimo S3, kolikšna je napetost na kondenzatorjih Izključim S1, kolišna je napetost na kondenzatorjih Naštej vse veličine v električnem polju, enote in odnose med njimi vzporedna vezava kondenzatorjev: Kapacitivnost se sešteva Napetost je enak, naboj na posameznem C je različen, Q=C.U Zaporedna vezava kondenzatorjev: Naboj na vseh C je enak Napetost je večja na manjšem C Skupna C je enaka obratni C