ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ. Ενότητα 1: Κυκλώματα συνεχούς ρεύματος Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ Ενότητα 1: Κυκλώματα συνεχούς ρεύματος Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΕΙ Δ. ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας (1) Να αναγνωρίζουμε τα συνήθη ηλεκτρικά εξαρτήματα και όργανα μέτρησης Να εκφράζουμε τις βασικές ηλεκτρικές και μαγνητικές ποσότητες και τις μονάδες τους Να χρησιμοποιούμε τον επιστημονικό συμβολισμό (δυνάμεις του 10) για να εκφράζουμε ποσότητες Να χρησιμοποιούμε συμβολισμό μηχανικών και μετρικά προθέματα για να εκφράζουμε μεγάλες και μικρές ποσότητες Να μετατρέπουμε από ένα μετρικό πρόθεμα σε ένα άλλο 4

5 ΜΕΡΟΣ Ι ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (Direct Current Circuits-DC ) 5

6 Περιεχόμενα ενότητας Κεφάλαιο 1 Εξαρτήματα, μεγέθη και μονάδες. Κεφάλαιο 2 Τάση, Ρεύμα και Αντίσταση. Κεφάλαιο 3 Νόμος του Ohm, Ενέργεια και Ισχύς. Κεφάλαιο 4 Κυκλώματα σε Σειρά. Κεφάλαιο 5 Παράλληλα Κυκλώματα. Κεφάλαιο 6 Κυκλώματα σε Σειρά-Παράλληλα (Μικτά). Κεφάλαιο 6 α Θεωρήματα Κυκλωμάτων. Κεφάλαιο 7 Μέθοδοι Ανάλυσης Κυκλωμάτων. Κεφάλαιο 8 Μαγνητισμός και Ηλεκτρομαγνητισμός. 6

7 Κεφάλαιο 1 Εξαρτήματα, Μεγέθη και Μονάδες 7

8 Εξαρτήματα, Μεγέθη και Μονάδες (Components, Quantities, and Units) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Ηλεκτρικά Εξαρτήματα και Όργανα Μέτρησης. Ηλεκτρικές και Μαγνητικές Μονάδες. Επιστημονικός Συμβολισμός. Συμβολισμός Μηχανικών και Μετρικά Προθέματα. Μετατροπές Μετρικών Μονάδων. 8

9 Αντιστάσεις (Resistors) (1/2) Οι Αντιστάσεις ή Αντιστάτες περιορίζουν το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα. Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 9

10 Αντιστάσεις (Resistors) (2/2) Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 10

11 Πυκνωτές (Capasitors) (1/3) Οι πυκνωτές αποθηκεύουν ηλεκτρικό φορτίο και ηλεκτρική ενέργεια. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για να εμποδίζουν το dc (συνεχές ρεύμα) και να επιτρέπουν το ac (εναλλασσόμενο ρεύμα). 11

12 Πυκνωτές (Capasitors) (2/3) Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 12

13 Πυκνωτές (Capasitors) (3/3) Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 13

14 Επαγωγικά Πηνία (Inductive coils) Τα επαγωγικά πηνία χρησιμοποιούνται για αποθήκευση ενέργειας σε μορφή ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 14

15 Μετασχηματιστές (Transformers) Οι Μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται για ac σύζευξη ή για να αυξάνουν/μειώνουν (increase/decrease) την ac τάση. Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 15

16 Ηλεκτρονικά Όργανα (Instruments) Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 16

17 Hλεκτρικά Mεγέθη και Mονάδες στο SI Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 17

18 Mαγνητικά Mεγέθη και Mονάδες στο SI Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 18

19 Ο Επιστημονικός Συμβολισμός Ο επιστημονικός συμβολισμός (Scientific notation) είναι ένας βολικός τρόπος να εκφράζουμε μεγάλους και μικρούς αριθμούς. Κάθε ποσότητα εκφράζεται σαν ένας αριθμός μεταξύ 1 και 10 και μια δύναμη του δέκα. Παραδείγματα: Ο αριθμός 5000 γράφεται σαν στον επιστημονικό συμβολισμό. Ο αριθμός γράφεται σαν

20 Δυνάμεις του Δέκα (1/2) 20

21 Δυνάμεις του Δέκα (2/2) Πρακτικοί κανόνες όταν ο εκθέτης είναι θετικός, σχηματίζουμε τον αριθμό τοποθετώντας δεξιά από τη μονάδα τόσα μηδενικά όσα και ο εκθέτης. Π.χ.: 10 4 = όταν ο εκθέτης είναι αρνητικός, σχηματίζουμε τον αριθμό τοποθετώντας τη μονάδα τόσες θέσεις δεξιά από την υποδιαστολή όσες και ο εκθέτης. Π.χ.: 10-4 =

22 Παραδείγματα (1/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-1 Εκφράστε με επιστημονικό συμβολισμό τους αριθμούς 200, 5000, και Λύση 200 = = = = = = = =

23 Παραδείγματα (2/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-2 Εκφράστε με επιστημονικό συμβολισμό τους αριθμούς 0.2, 0.005, και Λύση 0.2 = = = = = = = =

24 Παραδείγματα (3/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-3 Εκφράστε τους παρακάτω αριθμούς σε δεκαδική μορφή: 10 5, , και Λύση 10 5 = = = = = = =

25 Παραδείγματα (4/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-4 Προσθέστε και και εκφράστε το αποτέλεσμα με επιστημονικό συμβολισμό. Γιά να προσθέσουμε ή να αφαιρέσουμε δυο αριθμούς πρέπει να έναι εκφρασμένοι στην ίδια δύναμη του 10. Οπότε έχουμε: = = ( ) + ( ) = ( ) + ( ) = Σε επιστημονικό συμβολισμό έχουμε

26 Παραδείγματα (5/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-5 Αφαιρέστε από και εκφράστε το αποτέλεσμα με επιστημονικό συμβολισμό. Λύση Οπότε έχουμε: = = ( ) - ( ) = ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-6 Πολλαπλασιάστε επί και εκφράστε το αποτέλεσμα με επιστημονικό συμβολισμό. Λύση Στον πολλαπλασιασμό δυνάμεων του 10 προσθέτουμε τους εκθέτες. ( )( ) = (5 3) (-6) = Σε επιστημονικό συμβολισμό το αποτέλεσμα είναι

27 Παραδείγματα (6/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-7 Διαιρέστε δια και εκφράστε το αποτέλεσμα με επιστημονικό συμβολισμό. Λύση Στη διαίρεση δυνάμεων του 10 αφαιρούμε τους εκθέτες. 27

28 Το Σύστημα Συμβολισμού των Μηχανικών (Engineering notation) Ο Συμβολισμός των Μηχανικών διαφέρει από τον Επιστημονικό συμβολισμό σε δύο σημεία: Ο συντελεστής της δύναμης του 10 πρέπει να έχει από ένα ως τρια ψηφία αριστερά της υποδιαστολής (π.χ., , ) ο εκθέτης του 10 είναι πολλαπλάσια του 3. Παράδειγμα: Ο αριθμός 5000 γράφεται σαν στον επιστημονικό συμβολισμό, ενώ στον συμβολισμό των μηχανικών γράφεται σαν

29 Παραδείγματα (7/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-8 Εκφράστε σε συμβολισμό μηχανικώντους αριθμούς 82000, και Λύση = = = = = = ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-9 Μετατρέψτε σε συμβολισμό μηχανικών τους αριθμούς , και Λύση = = =

30 Μετρικά Προθέματα (Metrix Prefixes) Τα Μετρικά Προθέματα εκφράζουν τις δυνάμεις του δέκα στο συμβολισμό μηχανικών. Παραδείγματα: Ω = 100 kω ας θεωρήσουμε την ποσότητα amperes. Μπορεί να γραφεί σαν 25 x 10-3 A στο συμβολισμό των μηχανικών ή χρησιμοποιώντας μετρικό πρόθεμα, σαν 25 ma. ΣΗΜΕΙΩΣΗ Τα μετρικά προθέματα χρησιμοποιούνται μόνον με αριθμούς που συνοδεύονται από μονάδα μέτρησης, π.χ., volts, amperes, ohms, κ.λ.π. και τοποθετούνται πάντοτε πριν το σύμβολο της μονάδας, π.χ., A = 73 μa. 30

31 Πίνακας με τα κυριώτερα μετρικά προθέματα Πηγή: PowerPoint Transparencies (ISBN ) accompanying T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 31

32 Παραδείγματα (8/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-10 Εκφράστε τις παρακάτω ποσότητες χρησιμοποιώντας το κατάλληλο μετρικό πρόθεμα: V, Ω και Α. Λύση V = V = 50 kv Ω = Ω = 25 MΩ Α = Α = 36 μα ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-11 σε microamperes (μα). Λύση 0.15 mα = Α = Α = 150 μα Μετατρέψτε τα 0.15 milliamperes (0.15 ma) 32

33 Παραδείγματα (9/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-12 Μετατρέψτε τα 4500 microvolts (4500 μv) σε millivolts (mv). Λύση 4500 μv = V = V = 4.5 mv ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-13 Μετατρέψτε τα 5000 nanoamperes (5000 na) σε microamperes (μα). Λύση 5000 na = A = A = 5 μa 33

34 Παραδείγματα (10/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-14 Μετατρέψτε τα picofarads ( pf) σε microfarads (μf). Λύση pf = F = F = μf ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-15 Μετατρέψτε τα microfarads ( μf) σε picofarads (pf). Λύση μf = F = F = 220 pf 34

35 Παραδείγματα (11/11) ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-16 megohms (MΩ). Λύση Μετατρέψτε τα 1800 kilohms (1800 kω) σε 1800 kω = Ω = Ω = 1.8 MΩ ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Για να προσθέσουμε ή αφαιρέσουμε δύο ποσότητες πρέπει να είναι εκφρασμένες με το ίδιο μετρικό πρόθεμα. Αν δεν είναι, μετατέπουμε το μετρικό πρόθεμα της μιας ποσότητας ώστε να γίνει ίδιο με της άλλης. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1-17 Προσθέστε 15 ma και 8000 μα και εκφράστε το αποτέλεσμα σε milliamperes. Λύση 15 ma μa = 15 ma + 8 ma = 23 ma 35

36 Βιβλιογραφία T.L. Floyd, Electric Circuits Fundamentals, 6 th ed. Pearson. 36