ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (DC) Μηχανικό ανάλογο

Transcript

1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (DC) κατανάλωση νέργιας για την μταφορά θτικών φορτίων από το στο της μπαταρίας Υψηλό δυναμικό Χαμηλό δυναμικό κατανάλωση ηλκ.νέργιας λόγω συγκρούσων μέσα στην αντίσταση (αγωγό) παραγωγή θρμότητας Οι σφαίρς αποκτούν δυναμική νέργια Μηχανικό ανάλογο Υψηλή δυναμική νέργια κατανάλωση νέργιας για την ανύψωση των σφαιρών χαμηλή δυναμική νέργια Μηχανική αντλία h υ d = υ ορική Λόγω τριβής των σφαιρών μ το ρυστό του σωλήνα παράγται θρμότητα Οι σφαίρς χάνουν δυναμική νέργια

2 Φορίς θτικά φορτία κατανάλωση (χημικής) νέργιας για την μταφορά θτικών φορτίων από το στο της μπαταρίας Υψηλό δυναμικό Χαμηλό δυναμικό κατανάλωση (χημικής) νέργιας για την μταφορά αρνητικών φορτίων από το στο της μπαταρίας Φορίς ηλκτρόνια Υψηλό δυναμικό Χαμηλό δυναμικό Ηλκτρργτική δύναμη (τάση) = W πηγ / q τάση ΔV = W κύκλωμα / q η ποσότητα ηλκτρικής νέργιας που προσφέρται από τη μπαταρία ανά coulomb θτικού φορτίου για να το μτφέρι από τον ακροδέκτη χαμηλού δυναμικού σ'αυτόν υψηλού δυναμικού W πηγής = W κύκλωμα μτατροπή χημικής νέργιας μπαταρίας σ ηλκτρρική κατανάλωση ηλκτρικής νέργιας μπαταρίας σ θρμότητα {W πηγή / q} = {W κύκλωμα / q} ΔV = Θτική Αρνητική

3 Διέλυση ρύματος μέσα σ μπαταρία ΔV = Η πηγή δίδι νέργια στο κύκλωμα > Η πηγή πέρνι νέργια από το κύκλωμα < Μπαταρίς μολύβδουοξέως PbΟ φόρτιση 2e 2e κφόρτιση Η 2 SO 4 και νρό Pb Στην άνοδο κφόρτιση ξάντληση Η 2 SΟ 4 φόρτιση παραγωγή Η 2 SΟ 4 [] ΓΕΝΙΚΑ Δυναμικό Αν η πηγή ίναι αντιστρπτή αποθηκύι (χημική) νέργια. PbO 2 SO 4 Στην κάθοδο Στην άνοδο Στην κάθοδο ηλκτρόδιο Φυσική κίνηση φορτίων (γιατί έτσι λλατώνουν την νέργιά τους) [] Μέσα στο διάλυμα Αντιδρώντα 2e φόρτιση 4H 2e PbSO 4 2H 2 O κφόρτιση Pb SO 4 PbSO 4 2e κφόρτιση [] [] φόρτιση φόρτιση απόσταση προϊόντα Αντιδρώντα προϊόντα 2e Κίνηση φορτίων μέσα στη μπαταρία αντίθτη από τη φυσική τους κίνηση ηλκτρόδιο Κίνηση φορτίων μέσα στη μπαταρία σύμφωνα μ τη φυσική τους κίνηση

4 ηλκτρόδιο Εσωτρικό ηλκ. πδίο που δημιουργίται μ τη παρουσία των p και nype στρωμάτων στις πιφάνις σαρώνι τα ηλκτρόνια και οπές Ε as:h ηλιακή κυψλίδα (solar cell) φωτόνια hν pype as:h νδογνές.5 μm nype ηλκτρόδιο ηλκτρόνιοοπή δημιουργία & διαχωρισμός ηλκτρόνιο οπή hν λύθρη οπή λύθρο ηλκτρόνιο S S S S Απορρόφιση φωτονίου από δσμό SS Ηλκτρόνιο καλύπτι το κνό διπλανής οπής S S S S δημιουργία & διαχωρισμός ηλκτρόνιουοπής κίνηση οπής Είναι ισοδύναμο μ κίνηση της οπής στο διπλανό δσμό που έφυγ το ηλκτρόνιο S S S S

5 Κύκλωμα απλού βρόχου Η δυναμική νέργια των ηλκτρονίων που κρδίζουν μέσα στη πηγή χάνται σαν θρμότητα στην ή σ άλλη μορφή αν υπάρχι και άλλη κατανάλωση Ενέργια που παράγται από τη πηγή καταναλώνται στο κύκλωμα {W πηγή / q} = {W κύκλωμα / q} Η πηγή αντλί ηλκτρόνια από το στο και κρδίζουν δυναμική νέργια Μπαταρία Εσωτ A B Εξωτρικό κύκλωμα A Εσωτ = ΔV ΔV = = 2ος κανόνας του Krchoff B Εξωτρικό κύκλωμα A Κάθ ηλκτρόνιο κρδίζι δυναμική νέργια μέσα από τη πηγή και χάνι μέσα από αντιστάσις Δυναμικό σ απόσταση

6 Κύκλωμα πολλών βρόχων Σημιώνω αυθαίρτα σ κάθ βρόχο το ρύμα που διατρέχι, όσους βρόχους υπάρχουν τόσα και ρύματα Μ Ε σημιώνω τις ηλκτρργτικές δυνάμις που προσφέρουν νέργια στο κύκλωμα και μ Ε ξ αυτές που καταναλώνουν νέργια. Μέθοδος βρόχων Στα σύνορα 2 βρόχων τα ρύματα από το κάθ γιτωνικό βρόχο αθροίζονται αλγβρικά π.χ. την 3 στον αριστρό βρόχο διατρέχι το I1 και 2 Σ κάθ βρόχο παίρνω τα αθροίσματα των ΣΕ και των Σ και καταστρώνω τόσς ξισώσις όσα και τα άγνωστα ρύματα. Ε ( 1 2 ) 3 = Ε ( 2 1 ) 3 = 1ος κανόνας του Krchoff Σ κάθ κόμβο το σύνολο το ρυμάτων που ισέρχονται ισούται μ το άθροισμα των ρυμάτων που ξέρχονται. Σ = Μέθοδος κόμβων Σημιώνω σ κάθ κλάδο αυθαίρτα το ρύμα που διατρέχι. Σ κάθ κόμβο το σύνολο το ρυμάτων που ισέρχονται ισούται μ το άθροισμα των ρυμάτων που ξέρχονται = Ε = Ε = Αν κάποια ρύματα j υπολογίζονται από τις λύσις των ξισώσων αρνητικά αυτό σημαίνι ότι η φορά που κλέχθηκ αυθέρτα στη πραγματικότητα ίναι αντίθτη

7 V V C = Kύκλωμα C Φόρτηση πυκνωτή Κάθ ένα ηλκτρόνιο που φθάνι στον = ένα οπλισμό κδιώκι ένα άλλο από τον απέναντι οπλισμό Q I = C dq Q = d C όταν φορτιστί τότ = γιατί κάθ ένα πιπλέον ηλκτρόνιο που θα τίνι στον () οπλισμό αποθίται από τα συσσωρυμένα ηλκτρόνια dq C Q = d C Q dq' C Q' = d' C ln{c Q} ln{c} = C ln{1q/(c)} = Q φ C / C {1Q/(C)} = e Q()=CV C () c V C () = Q()/C V C () Q() = C (1e / C ) V C () = (1e / C ) / C I = dq/d = {/} e I Φ =/ Ι φ 2 C 5 C 2 C 5 C

8 B 1 Γ 1 2 Η πηγή Ε 1 αντλί ηλκτρόνια από το στο και κρδίζουν δυναμική νέργια A 2 1 > 2 Δ Η πηγή Ε 2 αντλί ηλκτρόνια από το στο αλλά τλικά τα ηλκτρόνια διέρχονται από το στο και έτσι χάνουν δυναμική νέργια {W 1 πηγή / q} = {W 2 πηγή / q} {W κύκλωμα / q} 1 = 2 ΔV 1 2 = ΔV 1 2 = 2ος κανόνας του Krchoff Σ Σ = Κάθ ηλκτρόνιο κρδίζι δυναμική νέργια μέσα από τη πηγή Ε 1 και χάνι μέσα από αντιστάσις και την Ε 2 Δυναμικό A 1 B Γ 1 2 Δ A 2 απόστασ η

9 Ισχύς προσφρόμνη από πηγή = W πηγ / q dw πηγ = dq dw πηγ d = P = dq d Ισχύς καταναλισκόμνη από αντίσταση du du = ΔV dq = ΔV d dq d ΔV = P = ΔV P = 2 P =(ΔV) 2 / Θρμότητα Joule = P μταφ / ΔV P joule = (P μταφ /ΔV) 2 Μταφορά ηλκ. νέγιας υπό υψηλή τάση συμφέρι λαχιστοποιί P joule

10 Εκφόρτηση πυκνωτή = Q I = C dq Q = d C dq Q = d C Q Q dq' Q' = d' C Q Ι C / C Q = e I / C = dq/d = {/} e Q C 2 C 4 C 2 C 45 C /

11 C V C παλμογράφος C Ισοδύναμο κύκλωμα V παλμογράφος C C V C παλμογράφος E γννήτρια V παλμογράφος E γννήτρια Συνδσμολογία 1 Συνδσμολογία 2

12 Μέγιστο φορτίο φόρτισης Q Φmax =C Q() = C (1e / C ) Μτατροπή V C σ φορτίο Q V C () = Q()/C V C () = (1e / C ) V C () V Cmax = Q()=CV C () Q Φmax =C I = dq/d 2 C 5 C Μέγιστο ρύμα φόρτσης Ι φmaxmum / C I = dq/d = {/} e V () Μτατροπή V σ φορτίο ρύμα I I ()=V ()/ I Φmax =/ 2 C 5 C Φόρτισης Φορτσης =5C =1kΩ C=..