ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΥΚΛΩΜΑ 2019Κ1-2

Σχετικά έγγραφα
Ηλεκτρική Ενέργεια. Ηλεκτρικό Ρεύμα

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

ΗΥ-121: Ηλεκτρονικά Κυκλώματα Γιώργος Δημητρακόπουλος. Βασικές Αρχές Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

HMY 102 Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Εισαγωγή Φώτης Πλέσσας

Φυσική για Μηχανικούς

Μάθημα: Στοιχεία Ηλεκτροτεχνίας

Φυσική για Μηχανικούς

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου Βασικές αρχές ηλεκτροτεχνίας

1. Ρεύμα επιπρόσθετα

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 5

Διάλεξη 2. Ηλεκτροτεχνία Ι. Κυκλώματα συνεχούς και Ηλεκτρομαγνητισμός. Α. Δροσόπουλος

ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (DC) (ΚΕΦ 26)

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Κεφάλαιο 26 DC Circuits-Συνεχή Ρεύματα. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Εργαστήριο Κυκλωμάτων και Συστημάτων Ενότητα 2: Γραμμικά δικτυώματα.

Φυσική για Μηχανικούς

Κυκλώματα με ημιτονοειδή διέγερση

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ i.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ & ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ

Φυσική για Μηχανικούς

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Loop (Mesh) Analysis

Φυσική για Μηχανικούς

Προτεινόμενες Ασκήσεις στις Εισαγωγικές Έννοιες

Ο νόμος της επαγωγής, είναι ο σημαντικότερος νόμος του ηλεκτρομαγνητισμού. Γι αυτόν ισχύουν οι εξής ισοδύναμες διατυπώσεις:

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ AC-DC. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο ΒΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ - ΑΠΛΑ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Σημειώσεις κεφαλαίου 16 Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 4 ΙΟΥΝΙΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

ΗΕΔ ηλεκτρικής Πηγής-Ισχύς. Πηγές (μπαταρίες) Ηλεκτρική ισχύς

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Ηλεκτροτεχνία Ι. Κυκλώματα συνεχούς και Ηλεκτρομαγνητισμός. Α. Δροσόπουλος

Εργαστήριο Φυσικής Τμήματος Πληροφορικής και Τεχνολογίας Υπολογιστών Τ.Ε.Ι. Λαμίας

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 4

( ) = ( ) Ηλεκτρική Ισχύς. p t V I t t. cos cos 1 cos cos 2. p t V I t. το στιγμιαίο ρεύμα: όμως: Άρα θα είναι: Επειδή όμως: θα είναι τελικά:

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

ΓΕΝΙΚΑ ΚΑΙ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ

(ΚΕΦ 32) f( x x f( x) x z y

Συνδυασμοί αντιστάσεων και πηγών

Κεφάλαιο 8 Μέθοδοι ανάλυσης κυκλωμάτων

1_2. Δυνάμεις μεταξύ φορτίων Νόμος του Coulomb.

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Φυσική για Μηχανικούς

( ) Στοιχεία που αποθηκεύουν ενέργεια Ψ = N Φ. διαφορικές εξισώσεις. Πηνίο. μαγνητικό πεδίο. του πηνίου (κάθε. ένα πηνίο Ν σπειρών:

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο : ΑΝΑΛΥΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Αυτεπαγωγή. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟ ΓΕΝΙΚΟ ΠΛΑΝΟ 2019Κ4-1

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟ ΓΕΝΙΚΟ ΠΛΑΝΟ 2019Κ5-1

Φυσική για Μηχανικούς

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΣΥΝΟΠΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ Ι Κεφάλαιο 2. Νόμοι στα ηλεκτρικά κυκλώματα

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

ΣΤΟΧΟΙ : Ο μαθητής να μπορεί να :

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου (Θ)

Μαγνητικό Πεδίο. μαγνητικό πεδίο. πηνίο (αγωγός. περιστραμμένος σε σπείρες), επάγει τάση στα άκρα του πηνίου (Μετασχηματιστής) (Κινητήρας)

Φυσική για Μηχανικούς

2.2 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ Λέξεις κλειδιά: κλειστό και ανοικτό κύκλωμα, ενέργεια ηλεκτρικού ρεύματος,διαφορά δυναμικού

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου αποθηκεύεται ενέργεια. Το μαγνητικό πεδίο έχει πυκνότητα ενέργειας.

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ 2.1 ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

Φυσική για Μηχανικούς

Αρχές επικοινωνίας με ήχο και εικόνα

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

Ηλεκτρικό κύκλωµα. Βασική θεωρία

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ. Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο γεννά ηλεκτρικό ρεύμα

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΜΟΣ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1

Άσκηση 7 1. Άσκηση 7: Θεώρημα επαλληλίας

Q=Ne. Συνοπτική Θεωρία Φυσικής Γ Γυμνασίου. Q ολ(πριν) = Q ολ(μετά) Η αποτελεσματική μάθηση δεν θέλει κόπο αλλά τρόπο, δηλαδή ma8eno.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

Ενότητα 1 η. (1) Εισαγωγή

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Το ιδανικό κύκλωμα LC του σχήματος εκτελεί αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις, με περίοδο

Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας.

ΘΕΜΑ 1ο 1.1 Να γράψετε στο τετράδιό σας τα φυσικά μεγέθη από τη Στήλη Ι και, δίπλα σε καθένα, τη μονάδα της Στήλης ΙΙ που αντιστοιχεί σ' αυτό.

ΜΕΤΡΗΣΗ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΗ ΙΟΝΙΖΟΥΣΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

Κεφάλαιο Η5. Ρεύμα και αντίσταση

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 4 ΙΟΥΝΙΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΠΕΝΤΕ (5)

Ηλεκτρικά Κυκλώματα II [γενική θεωρία]

Φυσική για Μηχανικούς

Δ1. Δ2. Δ3. Δ4. Λύση Δ1. Δ2. Δ3. Δ4.

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ. Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα. Γ.1 Επικαμπύλιο Ολοκλήρωμα

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Το ηλεκτρικό φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου 1. Από τι σωματίδια αποτελούνται τα άτομα σύμφωνα με τις απόψεις των Rutherford και Bohr;

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ Ι Κεφάλαιο 4. Μέθοδοι ανάλυσης κυκλωμάτων

ΑΝΤΙΣΤΑΤΕΣ ΣΕ ΣΕΙΡΑ ΚΑΙ ΣΕ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΣΥΝΔΕΣΗ

Βασικά στοιχεία Ηλεκτρισμού

ΑΣΚΗΣΗ 11 η ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΣΥΝΘΕΤΗΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ ΜΕΛΕΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ

Κεφάλαιο31 Εξισώσεις Maxwellκαι ΗλεκτροµαγνητικάΚύµατα. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΝΙΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Μετατροπή από καρτεσιανό σε κυλινδρικό σύστηµα Απειροστές ποσότητες... 7

Transcript:

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ 2019Κ1-1

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΥΚΛΩΜΑ 2019Κ1-2

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΚΥΚΛΩΜΑ 2019Κ1-3

Η ΦΥΣΙΚΗ ΔΙΝΕΙ ΤΗ ΛΥΣΗ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL 2019Κ1-4

Η ΦΥΣΙΚΗ ΔΙΝΕΙ ΤΗ ΛΥΣΗ ΑΛΛΑ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ MAXWELL??? 2019Κ1-5

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ Από κάθε στοιχείο που εμπλέκεται κρατάμε μόνο τη βασική του λειτουργία αγνοώντας (με παραδοχές) ότι περιπλέκει το κύκλωμα Αγνοούμε, για παράδειγμα, την επίδραση της θερμοκρασίας, χημικές διεργασίες, ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, και άλλα που εξακολουθούν βέβαια να συμβαίνουν αλλά η επίδρασή τους είναι απειροελάχιστη ΠΡΟΣΟΧΗ: Σε πιο απαιτητικές και κρίσιμες εφαρμογές θα χρειαστεί να πάμε σε πιο λεπτομερές μοντέλο ή να λάβουμε κατάλληλα μέτρα Έτσι, καταλήγουμε σε κάτι τέτοιο για το πρώτο μας κύκλωμα 2019Κ1-6

ΜΟΝΤΕΛΟ 2019Κ1-7

ΠΩΣ ΘΑ ΓΙΝΕΙ Η ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ; Για την απλοποίηση θα αντιγράψουμε την επιτυχημένη παρόμοια προσέγγιση σε μηχανικά προβλήματα, όπως π.χ. η επίδραση μιας δύναμης σε ένα στερεό σώμα Το πολύπλοκο στερεό σώμα αντικαταστάθηκε από μια σημειακή μάζα, αγνοώντας το μέγεθός του, το σχήμα, τις ιδιότητες ισοτροπίας, κλπ. Ο νόμος τού Νεύτωνα και διάφορες αρχές διατήρησης «τακτοποιούν» τα υπόλοιπα 2019Κ1-8

ΑΣ ΞΕΚΙΝΗΣΟΥΜΕ ΑΠΟ ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ Ηλεκτρικό φορτίο Ηλεκτρικό πεδίο: ηλεκτρικές δυνάμεις ασκούνται μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων [ελκτικές ή απωστικές] Η παρουσία μεμονωμένων ή διαχωρισμένων φορτίων συνεπάγεται την παρουσία πεδίου ηλεκτρικών δυνάμεων στον χώρο Ένταση πεδίου Γραμμές ροής Φορά γραμμών ροής κλπ. Μετατόπιση φορτίου που συνοδεύεται από μετατροπή ενέργειας Η ενέργεια που απαιτείται για τη μετατόπιση ενός μοναδιαίου θετικού φορτίου από το Α στο Β λέγεται διαφορά δυναμικού ή πτώση τάσης μεταξύ Α και Β 2019Κ1-9

ΑΣ ΞΕΚΙΝΗΣΟΥΜΕ ΑΠΟ ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ Ηλεκτρικό πεδίο Δυνάμεις στα φορτία Μετατόπιση φορτίων Ηλεκτρικό ρεύμα Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος: ρυθμός μεταβολής τού μετακινούμενου ηλεκτρικού φορτίου 2019Κ1-10

ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΓΕΘΗ (Ηλεκτρικό) Ρεύμα [Α] ampere [βασική μονάδα στο σύστημα SI] (Ηλεκτρική) Τάση [V] volt 2019Κ1-11

ΕΩΣ ΕΔΩ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΑΝΑΓΚΗ ΓΙΑ ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ 2019Κ1-12

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ Εξετάζοντας το ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο διαπιστώνουμε ότι βασικό του χαρακτηριστικό είναι η ταχύτητα μετάδοσης του κύματος Λόγω του τεράστιου μεγέθους τής ταχύτητας, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι όλα τα φαινόμενα που οφείλονται σε μια ηλεκτρομαγνητική πηγή συμβαίνουν στιγμιαία κοντά στην πηγή τους Ας ποσοτικοποιήσουμε τα παραπάνω: Ταχύτητα μετάδοσης = Ταχύτητα του φωτός = c = 300.000 km/s Για να έχουμε κάτι πιο εφαρμόσιμο θα θέλαμε να συγκρίνουμε τις διαστάσεις τού κυκλώματος σε σχέση με κάθε πηγή Η/Μ ακτινοβολίας Πώς θα χαρακτηρίσουμε τις πηγές ώστε να τις συνδέσουμε με μήκος; Με το μήκος κύματος της συχνότητας της πηγής 2019Κ1-13

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ Πώς θα είμαστε σίγουροι ότι η παραδοχή ισχύει; Διαλέγουμε το μικρότερο μήκος κύματος που αντιστοιχεί στη μεγαλύτερη συχνότητα της πηγής Και για να είμαστε ακόμα πιο σίγουροι υποβιβάζουμε κατά μια τάξη μεγέθους διαιρώντας δια 10 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1. Εντοπίζουμε τη μεγαλύτερη δυνατή συχνότητα f max που μπορεί να εμφανιστεί στο κύκλωμά μας (π.χ. σε συστήματα ήχου f max = 25 khz) 2. Βρίσκουμε το αντίστοιχο μήκος κύματος λ min = c / f max 3. Διαιρούμε δια 10: λ* = λ min / 10 4. Αν η μεγαλύτερη διάσταση του κυκλώματός μας είναι μικρότερη από λ* τότε ισχύει η θεωρία κυκλωμάτων 2019Κ1-14

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ Δίκτυο ισχύος κάπου στην Ευρώπη: f max = 50 Hz λ = c / f max = 6 10 6 m = 6.000 km Άρα λ* = λ/10 = 600 km Οπότε δεν μπορούμε να αναλύσουμε το Ελληνικό δίκτυο από την Καλαμάτα μέχρι το Διδυμότειχο σαν ενιαίο κύκλωμα Ακουστικό κύκλωμα: f max = 25 khz λ = c / f max = 12 km OK!! Κινητό: f max = 1,8 GHz = 1800 MHz λ = 0,17 m λ* = 0,017 m OK!! 2019Κ1-15

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΙ ΚΑΤΑΦΕΡΑΜΕ; Καταφέραμε λοιπόν να κάνουμε το κύκλωμά μας σημειακό σε ότι αφορά την ταχύτητα διάδοσης Είναι αρκετό αυτό για να προχωρήσουμε; ΟΧΙ! 2019Κ1-16

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΡΟΣ Β Πρέπει να σιγουρευτούμε ότι ισχύει η αντικατάσταση [Το κύκλωμα είναι συγκεντρωμένο σχετικά με την ταχύτητα διάδοσης: Συνεχές ρεύμα f = 0 λ = OK!!] 2019Κ1-17

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΡΟΣ Β Επί πλέον, πρέπει να σιγουρευτούμε ότι η «συγκεντρωμένη» τάση και το «συγκεντρωμένο» ρεύμα είναι καλά ορισμένα για κάθε στοιχείο τού κυκλώματος Θεωρώντας το στοιχείο σαν μαύρο κουτί ζητάμε το ρεύμα που εισέρχεται να είναι ίσο με το ρεύμα που εξέρχεται, ή, ισοδύναμα, ο ρυθμός μεταβολής τού φορτίου στο εσωτερικό τού στοιχείου να είναι 0 ή, επίσης ισοδύναμα, το συνολικό φορτίο στο στοιχείο να παραμένει πάντα 0 Θεωρώντας το στοιχείο σαν μαύρο κουτί ζητάμε η τάση τού στοιχείου να μην επηρεάζεται από μαγνητικά πεδία, ή, ισοδύναμα, ο ρυθμός μεταβολής τής μαγνητικής ροής στο εξωτερικό τού στοιχείου να είναι 0 ή, επίσης ισοδύναμα, να μην υπάρχει μαγνητική σύζευξη μεταξύ των στοιχείων τού κυκλώματος 2019Κ1-18

ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΙ ΚΑΤΑΦΕΡΑΜΕ; Καταφέραμε λοιπόν να κάνουμε το κύκλωμά μας σημειακό: 1. Το συνολικό φορτίο σε κάθε στοιχείο παραμένει πάντα 0 2. Δεν υπάρχει μαγνητική σύζευξη μεταξύ των στοιχείων τού κυκλώματος 3. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα καλύπτουν στιγμιαία όλο το κύκλωμα «Μετάφραση» των παραπάνω στην πράξη: 1. Σε κάθε στοιχείο: ρεύμα εισόδου = ρεύμα εξόδου 2. Σε κάθε στοιχείο: η τάση είναι μετρήσιμη με ορθότητα 3. Οι διαστάσεις τού κυκλώματος είναι κατάλληλα μικρές Αν ισχύουν τα παραπάνω, τότε αποκαλούμε το κύκλωμα συγκεντρωμένο (lumped) Αν δεν ισχύουν, το κύκλωμα είναι κατανεμημένο (distributed), π.χ. γραμμές μεταφοράς 2019Κ1-19

ΔΙΕΥΚΡΙΝΙΣΤΙΚΑ Στο ηλεκτρικό κύκλωμα τα ηλεκτρικά φορτία μετακινούνται μέσα από τα στοιχεία τού κυκλώματος Θεωρούμε ότι το πεδίο περιορίζεται μέσα στα στοιχεία τού κυκλώματος Η εφαρμογή πεδίου δεν συνεπάγεται ροή ρεύματος: Καλοί αγωγοί: αγώγιμα υλικά Κακοί αγωγοί: μονωτικά υλικά Ελεγχόμενη αγωγιμότητα: ημιαγωγικά υλικά 2019Κ1-20

ΡΕΥΜΑ Ηλεκτρικό ρεύμα ισοδυναμεί με μετακινούμενα ηλεκτρικά φορτία Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ο ρυθμός μεταβολής τού μετακινούμενου ηλεκτρικού φορτίου Αν ο ρυθμός μεταβολής είναι σταθερός τότε έχουμε το συνεχές ρεύμα (dc direct current) Το ρεύμα έχει πάντα κατεύθυνση και μετριέται σε Α (ampere) Δεν έχει νόημα να ορίζουμε ένα ρεύμα αν δεν σημειώνουμε και την κατεύθυνσή του 2019Κ1-21

ΡΕΥΜΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ Ποια είναι η κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος; Για ιστορικούς λόγους, θεωρούμε σαν κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος την κατεύθυνση των θετικών φορτίων Τώρα που γνωρίζουμε περισσότερα, θεωρούμε σαν κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος την κατεύθυνση των υποτιθέμενων θετικών φορτίων ανεξάρτητα από το πρόσημο των φορτίων που στην πραγματικότητα «υλοποιούν» το ρεύμα 6 Α 6 Α ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΜΕ 2019Κ1-22

ΤΑΣΗ = ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ Τάση v AB : έργο για τη μετακίνηση φορτίου ενός C από το Α στο Β Αν ένα φορτίο +1 C μετακινηθεί σε μια περιοχή τής οποίας το δυναμικό είναι κατά 1 V υψηλότερο, τότε η αύξηση της ηλεκτρικής ενέργειας είναι 1 J Α v AB Δεν υπάρχει απόλυτο μηδενικό δυναμικό η διαφορά δυναμικού είναι πάντα σχετική οπότε το «μηδενικό δυναμικό» ορίζεται μόνο αυθαίρετα Δεν έχει νόημα να ορίζουμε μια τάση αν δεν σημειώνουμε και την πολικότητά της Β 2019Κ1-23

ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Χωρίς την απαραίτητη πληροφορία δεν υπάρχει απόλυτος τρόπος να συνδέσουμε την πολικότητα της τάσης και τη φορά τού ρεύματος σε ένα στοιχείο Τα τελικά αποτελέσματα της ανάλυσης θα μας δείξουν χωρίς καμία αμφιβολία ποιες είναι οι πραγματικές φορές ρευμάτων και οι πραγματικές πολικότητες των τάσεων Για τους σκοπούς τής ανάλυσης όμως συμφωνούμε να ορίσουμε μια συμβατική φορά για να ξεκινήσουμε: i AB Α Β v AB 2019Κ1-24

ΙΣΧΥΣ Ας υποθέσουμε ότι σε ένα στοιχείο η στιγμιαία τάση του είναι v(t) και το ρεύμα του είναι i(t) Η ισχύς p(t) ορίζεται σαν ο ρυθμός αλλαγής τής ενέργειας Τότε dw dw dq p = = = v i p( t) = v( t) i( t) W (watt) dt dq dt ΕΡΩΤΗΜΑ: Η ισχύς αποδίδεται ή απορροφάται, δηλ. υπάρχει παραγωγή ενέργειας ή κατανάλωση ενέργειας; 2019Κ1-25

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΧΥΟΣ Η ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΣΧΥΟΣ; Και αυτό το θέμα ορίζεται με σύμβαση Η σύμβαση για την ισχύ εφαρμόζεται μετά το τέλος τής ανάλυσης (ώστε να είμαστε σίγουροι για τις τελικές τιμές κάθε μεγέθους) Αν η στιγμιαία ισχύς είναι θετική, τότε γίνεται απόδοση ισχύος στο στοιχείο (το οποίο την απορροφάει) Αν η στιγμιαία ισχύς είναι αρνητική, τότε γίνεται εξαγωγή ισχύος από το στοιχείο (το οποίο την αποδίδει) Θεωρούμε ένα στοιχείο ή κύκλωμα ή τμήμα κυκλώματος με δύο ακροδέκτες: 2019Κ1-26

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΙΣΧΥΟΣ Η ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΙΣΧΥΟΣ; ΣΥΜΒΑΣΗ: ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ p = v i Το ρεύμα εισέρχεται από τον θετικό ακροδέκτη p = v i Το ρεύμα εξέρχεται από τον θετικό ακροδέκτη 2019Κ1-27

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ (jump-start) Το ρεύμα i είναι 30 Α Ποιο αυτοκίνητο έχει τη νεκρή μπαταρία; Αριστερά: p = v i = 12 30 = 360 W Δεξιά: p = v i = 12 30 = 360 W Οπότε, το δεξιό αυτοκίνητο που αποδίδει ισχύ έχει την καλή μπαταρία Αν η σύνδεση διατηρηθεί για 1 min (μη το κάνετε!) πόση ενέργεια έχει μεταφερθεί στη νεκρή μπαταρία; t 60 dw 60 = = = = = = 0 dt 0 0 p w p dt 360dt 360t 360 60 21600 J 2019Κ1-28

ΜΙΑ ΠΡΩΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ Θέτουμε αυθαίρετα τα διάφορα μεγέθη κρατώντας μόνο τη σύμβαση Παρατηρούμε ότι κάτι δεν πάει καλά Η ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΕ ΛΙΓΟ 2019Κ1-29

ΒΑΣΙΚΗ ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΗΛΕΚ. ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ Κόμβοι Κλάδοι Βρόχοι Αντικείμενο της ανάλυσης: Η τάση και το ρεύμα κάθε κλάδου 2019Κ1-30

ΒΑΣΙΚΗ ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΗΛΕΚ. ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ Κόμβοι Κλάδοι Βρόχοι 2019Κ1-31

ΟΙ ΒΑΣΙΚΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ Kirchhoff, 1845 (σε ηλικία 21 ετών) ΝΟΜΟΣ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ 2019Κ1-32

ΝΟΜΟΣ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF Για ένα οποιοδήποτε συγκεντρωμένο κύκλωμα, για οποιονδήποτε από τους κόμβους του, σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, το αλγεβρικό άθροισμα όλων των ρευμάτων κλάδου ΣΕ ένα κόμβο είναι μηδέν ΣΕ: Τα ρεύματα που εισέρχονται θεωρούνται με ένα πρόσημο και αυτά που εξέρχονται θεωρούνται με το αντίθετο πρόσημο 2019Κ1-33

ΝΟΜΟΣ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF A i 1 Π.χ. τα εισερχόμενα ρεύματα θετικά Κόμβος Α Κόμβος Γ Κόμβος Δ i i = t 1 3 0, i + i + i = t 2 4 5 0, i i i = t 3 6 4 0, Γ i 2 B i 4 Δ i 3 Τα εξερχόμενα ρεύματα θετικά Κόμβος Α Κόμβος Δ i + i = t 1 3 0, 3 6 4 0, i + i + i = t i 5 i 6 Ε 2019Κ1-34

ΝΟΜΟΣ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF (ΝΡΚ ) Προκύπτουν ομογενείς, γραμμικές αλγεβρικές εξισώσεις με σταθερούς συντελεστές για τις μεταβλητές i j! Ο ΝΡΚ (KCL) ισχύει για γραμμικά και μη γραμμικά κυκλώματα! Ο ΝΡΚ ισχύει για παθητικά και ενεργά κυκλώματα! Ο ΝΡΚ ισχύει για χρονικά αμετάβλητα και χρονικά μεταβαλλόμενα κυκλώματα Ισοδυναμεί με τον νόμο διατήρησης του φορτίου σε κάθε κόμβο 2019Κ1-35

ΝΟΜΟΣ ΡΕΥΜΑΤΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF (ΝΡΚ ) Παράδειγμα μη εφαρμογής: Ο λόγος: οι κεραίες κατασκευάζονται σε μήκη λ/2 ή λ/4 Παραβιάζεται η παραδοχή τού συγκεντρωμένου κυκλώματος 2019Κ1-36

ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF Για ένα οποιοδήποτε συγκεντρωμένο κύκλωμα, για οποιονδήποτε από τους βρόχους του, σε οποιαδήποτε χρονική στιγμή, το αλγεβρικό άθροισμα όλων των τάσεων κλάδου ΣΕ ένα βρόχο είναι μηδέν 2019Κ1-37

ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF (ΝΤΚ) Για τον ΝΤΚ (KVL) χρειαζόμαστε μια κατεύθυνση αναφοράς στον βρόχο Όποιες τάσεις συμφωνούν με την κατεύθυνση αναφοράς, υπολογίζονται σαν θετικές κι όσες δεν συμφωνούν υπολογίζονται σαν αρνητικές Ή ανάποδα! Αρκεί να είμαστε συνεπείς με την επιλογή μας όσο διατρέχουμε τον κάθε βρόχο 2019Κ1-38

ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF (ΝΤΚ) A v 1 i 1 Βρόχος 1 Βρόχος 2 B v 3 i 3 v 2 i 2 Βρόχοι ΠΟΣΑ ΤΡΙΓΩΝΑ ΒΛΕΠΕΤΕ; Γ i 4 v 4 Δ v 7 i 7 B1 B2 v 5 i 5 i 6 v 6 ( + )( n+ ) ( n n 2 2 1 /8) Ε 2019Κ1-39

ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF (ΝΤΚ) A Βρόχος 1 (ΕΔΓΕ) v 1 v + v v = t 0, 6 4 5 (καταγράψαμε σύμφωνα με το πρόσημο που συναντάμε καθώς «μπαίνουμε») v 2 B v 3 Βρόχος 2 (ΑΒΓΔΕΑ) (καταγράψαμε σύμφωνα με το πρόσημο που συναντάμε καθώς «βγαίνουμε») Γ v 5 v 4 B1 v 6 Δ v 7 B2 + v v + v v + v = 0, t 1 2 4 6 7 Ε 2019Κ1-40

ΝΟΜΟΣ ΤΑΣΕΩΝ ΤΟΥ KIRCHHOFF (ΝΤΚ ) Προκύπτουν ομογενείς, γραμμικές αλγεβρικές εξισώσεις με σταθερούς συντελεστές για τις μεταβλητές v j! Ο ΝΤΚ (KVL) ισχύει για γραμμικά και μη γραμμικά κυκλώματα! Ο ΝΤΚ ισχύει για παθητικά και ενεργά κυκλώματα! Ο ΝΤΚ ισχύει για χρονικά αμετάβλητα και χρονικά μεταβαλλόμενα κυκλώματα 2019Κ1-41

ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ KIRCHHOFF Οι νόμοι τού Kirchhoff είναι απολύτως γενικοί Ισχύουν για γραμμικά και μη γραμμικά κυκλώματα, για παθητικά και ενεργά κυκλώματα και για χρονικά αμετάβλητα και χρονικά μεταβαλλόμενα κυκλώματα Είναι τοπολογικής φύσης, με την έννοια ότι εξαρτώνται απλά από τη διασύνδεση των στοιχείων μεταξύ τους και όχι από τη φύση τους (γι αυτό βάζαμε «κουτάκια») Κάθε επίλυση κυκλώματος ξεκινάει από τους νόμους αυτούς 2019Κ1-42

ΜΙΑ ΠΡΩΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ Θέτουμε αυθαίρετα τα διάφορα μεγέθη κρατώντας μόνο τη σύμβαση Παρατηρούμε ότι κάτι δεν πάει καλά Η ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΣΕ ΛΙΓΟ 2019Κ1-43

ΜΙΑ ΠΡΩΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ (Η ΣΥΝΕΧΕΙΑ) Ας υποθέσουμε ότι V dc = 12 V, αντίσταση R = 6 Ω ΝΤΚ: V V = 0 dc R ΝΡΚ: I I V dc dc dc + I = = V R R = I R 0 V I I dc R dc = V = R 12 V VR = = 2A R = 2A Ισχύς στην πηγή = 12 2 = 24 W Ισχύς στην R = 12 2 = 24 W Δοκιμάστε με οποιαδήποτε άλλη επιλογή θέλετε, κρατώντας όμως τη σύμβαση 2019Κ1-44