ELEKTROTECHNIKA3.DOC

(959 KB) Pobierz

Elektrotechnika

1. Podział materiałów przewodzących prąd elektryczny.

- dielektryki - mika, bursztyn - nie przewodzą prądu elektrycznego;
- półprzewodniki - krzem, german, arsenek galu - w normalnych warunkach nie przewodzą prądu elektrycznego

Ciała stałe, których opór elektr. właściwy (rezystywność elektr.) jest większy niż metali, a mniejszy niż dielektryków. Cechą charakterystyczną półprzewodników jest silna zależność przewodnictwa elektr. od warunków zewn. (temperatury, napromieniowania, pól elektr. i in.), przy czym (odwrotnie niż w przypadku metali) przewodnictwo półprzewodników rośnie ze wzrostem temperatury

- przewodniki - wszystkie metale – dobrze przewodzą prąd elektryczny.

Przewodniki(metale, elektrolity) są to ciała, przez które przepływać może prąd. Dzieli się je na dwie grupy: metale gdzie prąd przepływa od + do – oraz elektrolity czyli roztwory wodne kwasów, zasad i soli

Izolatory są to ciała które nie przewodzą prądu. Do izolatorów zalicza się gazy, ciecze, oraz ciała stałe np. papier, szkło, porcelana, tworzywa sztuczne itp.

Półprzewodniki są to ciała o własnościach pośrednich między własnościami przewodników a dielektryków, które znalazły zastosowanie w elektronice

2. Siła elektromotoryczna źródła.

Stosunek energii uzyskanej przez ładunek elektryczny q na drodze od zacisku ujemnego do dodatniego źródła do tego ładunku (to, co się dzieje wewnątrz tego źródła).

Jednostka SEM: 1E=[1V]

3. Rezystancja i jej zależność od temperatury.

REZYSTANCJA:

R – rezystancja przewodnika []

l – długość przewodu [m]

s – przekrój poprzeczny []

- rezystywność (opór właściwy) []

- konduktywność (przewodność właściwa – odwrotność rezystywności) []

ZALEŻNOŚĆ OD TEMPERATURY:

Rezystancja przewodników wykonanych z metali i ich stopów ze wzrostem temperatury wzrasta, natomiast elektrolitów, grafitu oraz tlenków manganu, niklu, miedzi, kobaltu – maleje.

- rezystancja w temp. []

- współczynnik temperaturowy rezystancji []

4. Prawo Ohma.

Ujmuje zależność pomiędzy napięciem pod jakim znajduje się odbiornik o rezystancji R i natężeniem prądu I płynącym przez ten odbiornik.

; ;

Dla obwodu zamkniętego, w którym występuje źródło energii o SEM E i rezystancji wewnętrznej oraz odbiornik o rezystancji R, wyrażenie na prąd płynący w tym obwodzie ma postać:

5. Prawa Kirchhoffa.

I prawo:

Algebraiczna suma prądów w węźle równa się 0.

II prawo:

W każdym obwodzie zamkniętym prądu stałego (oczku) algebraiczna suma SEM w nim działających jest równa algebraicznej sumie napięć występujących na poszczególnych rezystancjach obwodu.

6. Połączenie szeregowe odbiorników.

Stałą wartością dla wszystkich odbiorników jest prąd I.

Rezystancja zastępcza jest równa sumie rezystancji poszczególnych odbiorników.

Całkowity spadek napięcia jest równy sumie spadków napięcia na wszystkich odbiornikach połączonych szeregowo.

Całkowita moc prądu wydzielona w odbiornikach jest równa sumie mocy wydzielonych w poszczególnych odbiornikach.

7. Połączenie równoległe odbiorników.

Stałą wartością dla wszystkich odbiorników jest napięcie U.

Rezystancja zastępcza:

Konduktancja (przewodność)

Konduktancja zastępcza:

Rezystancja zastępcza dwóch równolegle połączonych odbiorników:

Całkowity prąd:

Całkowita moc prądu wydzielona w odbiornikach połączonych równolegle:

8. Szeregowe łączenie źródeł energii.

Łączenie szeregowe źródeł energii stosuje się najczęściej przy ogniwach i akumulatorach w celu otrzymania baterii o wyższym napięciu. Warunkiem optymalnego wykorzystania źródeł energii połączonych szeregowo jest równość ich prądów znamionowych.

SEM utworzonej baterii:

Rezystancja wewnętrzna utworzonej baterii:

Napięcie na zaciskach baterii w stanie obciążenia:

Prąd:

9. Równoległe łączenie źródeł energii.

Stosuje się w celu uzyskania w obwodzie zewnętrznym większego natężenia prądu, jak prąd znamionowy pojedynczego źródła. Bieguny jednoimienne łączone są razem.

ŹRÓDŁA O TAKIEJ SAMEJ SEM:

I. ; II.

to:

- Prądy płynące przez poszczególne źródła:

;

- Prąd w obwodzie:

- Prąd w obwodzie zewnętrznym:

- Jeżeli połączymy takich źródeł n:

ŹRÓDŁA O RÓŻNEJ SEM:

I. ;

- prąd wyrównawczy ()

- prądy płynące przez poszczególne źródła:

10. Charakterystyka zewnętrzna i stany pracy źródła.

CHARAKTERYSTYKA ZEWNĘTRZNA ŹRÓDŁA:

STANY PRACY ŹRÓDŁA ENERGII:

I. Stan jałowy; prąd w obwodzie nie płynie.

; U=E; P=UI=0

II. Stan obciążenia – gdy do zacisku źródła zostaje przyłączony odbiornik, który pobiera prąd I. Napięcie na zaciskach źródła:

W tym stanie występują 2 przypadki szczególne:

- stan obciążenia znamionowego, gdy U, P, I w obwodzie odpowiadają wartościom, na które zostały zaprojektowane.

- stan dopasowania – wówczas, gdy rezystancja obwodu zewnętrznego jest równa rezystancji wewnętrznego źródła.

III. Stan zwarcia- zwarcie- połączenie dwóch punktów obwodu elektrycznego elementem o rezystancji =0.

; Prąd zwarcia:; ; ;

11. Praca i moc prądu elektrycznego.

MOC PRĄDU ELEKTRYCZNEGO – jest to zdolność maszyny, urządzenia czy aparatu do wykonania pracy. Jednostka mocy - wat: 1W=1V.1A

Moc znamionowa jest to moc, na którą maszyna lub urządzenie zostało zaprojektowane i zbudowane.

PRACA (ENERGIA) PRĄDU ELEKTRYCZNEGO:

W=Pt=UIt, gdzie: P – moc odbiornika; t – czas użytkowania odbiornika. Jednostka pracy – dżul:1W=[1J].

12. Zależności energetyczne w obwodach elektrycznych.

13. Prawo Joule'a-Lenza.

14. Elementy nieliniowe łączone szeregowo i równolegle.

Obwód jest liniowy, jeżeli jego rezystancja jest stała, a nieliniowy, jeżeli jego rezystancja zmienia się, np. przy zmianach temperatury wskutek przepływu prądu elektrycznego. Przykładem odbiornika nieliniowego jest żarówka elektryczna.

15. Przekształcanie obwodów trójkątowych i gwiazdowych.

Przekształcanie z gwiazdy w trójkąt.

Przekształcanie z trójkąta w gwiazdę.

16. Wielkości charakteryzujące pole elektryczne.

k – natężenie pola elektrycznego

- siła oddziaływania na ładunek

1[k]=1

Natężenie pola elektrycznego nie zależy od ośrodka, w którym występuje.

D – indukcja dielektryczna

- przenikalność elektryczna

1[D]=1

- strumień dielektryczny

V - potencjał

17. Szeregowe łączenie kondensatorów.

Łącząc szeregowo kondensatory zmniejszamy napięcie występujące na każdym z nich.

Napięcie szeregowo połączonych kondensatorów:

Pojemność zastępcza kondensatorów połączonych szeregowo:

Ładunek:

18. Dzielnik pojemnościowy.

19. Równoległe łączenie kondensatorów.

Napięcie w układzie:

U=const.

Pojemność zastępcza kondensatorów połączonych równolegle:

Ładunek:

20. Rezystywność skrośna.

-Parametr służący do skonkretyzowania izolacyjnych cech dielektryków, które od przewodników i półprzewodników wyróżnia to, że nie występują w nich swobodne ładunki elektryczne lub ilość tych ładunków jest mała.

REZYSTYWNOŚĆ SKROŚNA określa prąd płynący całą objętością dielektryka pod wpływem pola elektrycznego. ;; ; ;

Jednostka rezystywności skrośnej: ;

21. Rezystywność powierzchniowa.

Określona jest przez prąd płynący po powierzchni dielektryka pod działaniem pola elektrycznego o natężeniu k między dwoma elektrodami umieszczonymi na powierzchni dielektryka.

; ; ;

Jednostka rezystywności powierzchniowej:

22. Wytrzymałość dielektryczna.

Tym pojęciem określa się najmniejszą wartość natężenia pola elektrycznego w kV, przy którym dielektryk traci właściwości izolacyjne. .

Przebicie elektryczne – spowodowane jest uszkodzeniem struktury materiału w wyniku uderzeń elektronów rozpędzonych do dużej prędkości w silnym polu elektrycznym. Czas niezbędny do wystąpienia tego zjawiska jest krótki i wynosi .

Wytrzymałość dielektryczna poszczególnych materiałów na przebicie elektryczne zawiera się w granicach 200-700kV/mm.

Istotną cechą bardzo cienkiego dielektryka o grubości <1 jest wzrost ich wytrzymałości dielektrycznej, co jest spowodowane małymi drogami ruchu swobodnych elektronów, który nie uzyskuje wówczas energii wystarczającej do przebicia dielektryka.

Przebicie cieplne – spowodowane jest naruszeniem równowagi cieplnej w dielektryku. Ilość ciepła wydzielona pod wpływem prądu skrośnego oraz innych strat występujących w zmiennych polach elektrycznych od ilości ciepła odprowadzanego z powierzchni dielektryka. Następuje wówczas cieplne zniszczenie dielektryka, które powoduje przebicie.

Wytrzymałość dielektryczna przebicia cieplnego jest zależna od częstotliwości zmienności pola elektrycznego i wynosi: 20-30kV/mm.

23. Włączanie napięcia stałego do obwodu z pojemnością.