ELEKTROTEHNIKA DRAGO ŠEBEZ

Transcript

1 ELEKTROTEHNIKA DRAGO ŠEBEZ

2 Zgodovina Thales drgnjenje jantarja Jantar gr. ELEKTRON 17. in 18. st.: drgnjenje stekla+ jantarja Franklin: steklo pozitivna elektrika, jantar neg. Coulomb ( ): 1806): meritev sil med naelektrenima kroglicama Galavani: žabji kraki (dotik z dvema kovinama) Volta: prvi kemični viri energije (več energije)

3 Zgodovina Ampere: sile med žicama, po katerih teče e tok (magnetizem) Ohm Faraday: obratni pojav (v žici, ki se pomika v mag. polju, se inducira tok), elektroliza Maxwell Tesla, Štefan, Klemenčič

4 Merske enote SI mednarodni sistem merskih enot

5 Newtonovi zakoni Telo miruje ali se giblje premo enakomerno, če e nanj ne deluje nobena sila ali pa je vsota vseh sil, ki delujejo nanj, enaka nič. Pospešek ek je sorazmeren sili in ima smer sile. F= m.a Če e deluje prvo telo na drugo z dano silo, deluje to na prvo z nasprotno enako silo (Akcija je enaka reakciji)

6 ZGRADBA ATOMA Bohrov model atoma elektron jedro atoma tirnica ali orbita

7 ZGRADBA ATOMA - + protoni nevtroni V atomu delujejo med jedrom in elektroni električne sile. Vzrok so elektrine ali električni naboj.

8 ELEKTRIČNA SILA Fe Fe Fe Električna sila med dvema elektrinama - nabojema: - raznoimenski elektrini se privačita - istoimenske elektrine se odbijajo Elektron in proton sta nosilca enakih raznoimenskih elektrin. Elektron je nosilec najmanjše (elementarne) negativne elektrine. Proton je nosilec najmanjše (elementarne) pozitivne elektrine. (V kovinah; kaj pa v tekočinah in plinih?)

9 Atom bakra Pozitivni atom - kation Negativni atom - anion Pozitiven bakrov ion (Cu + ) Atom bakra (Cu) Električno nevtralen atom - enako število pozitivne in negativne elektrine

10 Elektrina, Coulumbov zakon

11 Coulumbov zakon F = konst Q 2 r Q 2 1 F = 4 1 πε Q 2 r Q 2 1 Za točkasto elektrino

12 Atom vodika + - e 0 e 0 =1, C (Cb) ε 0 =8, As/(Vm)

13 Električno polje E + e F= Q.E

14 Električna napetost h - A= F. h F= Q.E A= Q. E.h E U

15 ELEKTRIČNI POTENCIAL

16 Električni potencial W 1 = Q. V 1 - W 2 = Q. V 2 h E

17 Kondenzator i kapacitivnost Homogeno električno polje E Q= C. U U= E. h= Q/(ε 0.S).h C=?

18 Energija kondenzatorja Wc= Q. U= Q. (V 1 -V 2 ) dwc= (V1-V2). dq Q= C. U dq= C.dU dwc= C. U. du / Q Wc= C. U 2 /2

19 Vzporedna vezava kondenzatorjev U C 1 C 2 C 3

20 Zaporedna vezava kondenzatorjev C 1 U C 2 C 3

21 Katodna cev zaslon

22 NOSILCI ELEKTRINE

23 Atom bakra

24 ELEKTRINA

25 ELEKTRIČNI TOK I (A) Nosilci elektrine v kovinah

26 ELEKTRIČNI TOK Usmerjenemu toku elektrine pravimo električni tok. Vzrok za električni tok je električna napetost ali potencialna razlika. Glede na vrsto snovi ločimo: - elektronski tok v kovinah, - elektronski in ionski tok v ioniziranih plinih, - ionski tok v tekočinah.

27 ELEKTRIČNI TOK Učinki električnega toka: - toplotni (grelna telesa), - svetlobni ( žarnice), - magnetni (elektromotorji, transformatorji), - kemijski (elektroliza), - fiziološki (delovanje toka na človeško telo).

28 ELEKTRIČNI UPOR (R)( V 1 cm 3 Cu je pri sobni temperaturi cca prostih elektronov. Glede na število prostih elektronov ločimo snovi na: - prevodnike - polprevodnike ( do ) - izolante ( do 10 4 ). Snovi z zelo majhnim številom prostih elektronov imenujemo izolanti. Snovi, ki spreminjajo prevodne lastnosti imenujemo polprevodniki. R R

29 Prevodnost v trdnih snoveh- pasovni model Vodljivi pas Vodljivi pas Vodljivi pas Prepovedan pas Prepovedan pas Valenčni pas Valenčni pas Valenčni pas Izolanti Polprevodniki Prevodniki

30 ELEKTRIČNI TOK V KOVINAH F= e.e E, dolžina l J= n.e.v gostota toka v enoti volumna Predpostavimo, da je hitrost linearno odvisna od jakosti el. polja v= k.e J=n.e.k.E = γ. E

31 OHMOV ZAKON J= γ.e in ρ= 1/ γ E= ρ.j E.l= ρ.j.l. A/A J.A=I U= ρ.l/a. I ρ.l/a=r in U=I. R

32 ELEKTRIČNA UPORNOST IN PREVODNOST Električna upornost je snovno geometrijska lastnost snovi, ki nam pove, kako se upira prevajanju električnega toka. Označujemo jo s črkor, enota pa jeω(ohm). R = ρ l A ( Ω ) ( S ) ρ - specifična upornost (ρ Cu = 0, Ωm, ρ Al = 0, Ωm) l - dolžina vodnika (m ) A - presek vodnika (m 2 ) Obratna vrednost električne upornosti je električna prevodnost. Električno prevodnost označujemo s črko G, enota pa je S = Ω -1 (Siemens). λ = 1 - specifična prevodnost (λ Cu = S/m,λ Al = S/m) ρ G = 1 R

33 ELEKTRIČNI UPOR Pasivni električni element Vrste uporov: - žični, plastni, modulni (glede na izvedbo) - spremenljivi (potenciometri), nespremenljivi Temperaturno odvisni upori termistorji (PTK, NTK) - regulacije in merjenje temperature, termična zaščita, stabilizacija napetosti in toka Napetostno odvisni upori varistorji (VDR) - omejevalniki napetosti zaščita, stabilizacija napetosti, zaščita proti iskrenju (v nekaj ns se lahko upornost zmanjša iz več MΩ na 1 Ω) Fotoupori U - merjenje osvetljenosti - senzorji Magnetno odvisni upori - pozicioniranje ν ν

34 ELEKTRIČNI TOKOKROG Izvor napetosti stikala vodniki varovalke porabnik

35 OHMOV ZAKON Medsebojna odvisnost med napetostjo, tokom in upornostjo. Jakost električnega toka je v zaključenem električnem krogu premosorazmerna z napetostjo in obratnosorazmerna z upornostjo. I = U R (A = V / Ω) U = I. R in R = U I Padec napetosti: U = I. R (V) U = I. R v (V) - koristni - nekoristni

36 MERJENJE ELEKTRIČNE NAPETOSTI

37 MERJENJE ELEKTRIČNEGA TOKA

38 ELEKTRIČNI POTENCIAL V (V)

39 ELEKTRIČNI POTENCIAL Vc =?

40 ELEKTRIČNA NAPETOST U (V) Pozitivna smer el. napetosti je smer od višjega potenciala k nižjemu. U10 = V1 - V0

41 ELEKTRIČNA NAPETOST

42 VRSTE ELEKTRIČNIH NAPETOSTI - enosmerna (časovno ne spreminja velikosti in smeri) - izmenična (časovno spreminja velikost in smer)

43 IZVORI ELEKTRIČNIH NAPETOSTI Fizikalni principi nastanka električne napetosti: elektromagnetna indukcija (mv MV) - magnetna energija se pretvarja v električno galvanski členi baterije, akumulatorji, gorivne celice (mv V) - kemična reakcija - primarni in sekundarni viri elektrostatika (mv MV) - posledica trenja termoelement (mv) - toplotna energija se pretvarja v električno fotoelement (mv) - svetlobna energija se pretvarja v električno Piezoelektrični efekt (mv) - mehanski tlak Hallov generator (mv V) U = f (I, B)