Transcript Fusha Elektrike

Bazat e Elektroteknikës
Ligjërata: 2
Bazat e Elektricitetit
Akademik Alajdin Abazi
e-mail: [email protected] , Tel: (044)356-110
Nocione themelore të elektricitetit
Struktura e Materies:
Materia ndërtohët nga atomet, të cilët kanë berthamë,
rreth së cilës rrotullohën elektronet.
Atomi më i thjeshtë është ai i hidrogjenit
me bërthamë prej një protoni, rreth së
cilit rrotullohët një elektron
Protoni dhe elektroni kanë veti elektrike me parashenjë të
kundërt.
Masa e elektronit është rreth 2000 herë më e vogël nga
masa e protonit
2
Nocione themelore të elektricitetit
Berthama e atomeve më të përbërë
ndërtohët nga më shumë protone
dhe neutrone.
Neutronet nuk kanë ngarkesë elektrike.
Në natyrë, shpesh, më shumë atome të llojit të njejtë ose
të ndryshëm, bashkohën në molekula.
Shumësia e elektroneve në atome të veçanta, molekula
ose pjesë të materies emertohet si gaz (vrushkull)
elektronik ose “re elektronike”.
3
Ngarkesa Elektrike
Teprica ose mangësia e gazit elektronik në pjesë të
materies paraqet ngarkesën elektrike të trupit.
Gjatë fërkimit një pjesë e resë elektronike
mund të bartet nga një pjesë e materies në
tjetrën dhe në atë rast materia, gjegjësisht
trupi konsiderohet si i elektrizuar.
Trupa të elektrizuar dhe neutral:
Trupi me tepricë elektronësh konsiderohet i elektrizuar me ngarkesë
negative.
Trupi me mungesë elektronësh konsiderohet i elektrizuar me
ngarkesë pozitive.
Kur raporti mes ngarkesave elektrike “+” dhe “-” është i barabartë
trupi konsiderohet si neutral.
4
Sistemi ndërkombëtar i njësive (SI)
Madhësitë themelore fizike në sistemin e njësive SI:
1.
Njësia e gjatësisë – METRI (m)
2. Njësia e masës – KILOGRAMI (kg)
3. Njësia e kohës – SEKONDA (s)
4. Njësia e intensitetit të rrymës elektrike AMPERI (A)
5. Njësia e intensitetit të dritës – KANDELA (Cd)
6. Njësia e temperaturës – KELVIN (K)
7. Njësia e sasisë së materies – MOLI (mol)
5
Sistemi ndërkombëtar i njësive (SI)
METRI – Gjatësia e barabartë me 1650763,73 gjatësi valore të
rezatimit në vakuum gjatë kalimit të atomit të kriptonit Cr86 prej nivelit
2p10 në nivelin 5d5.
KILOGRAMI – Masa e 1 dm3 ujë të destiluar në temperaturën 40 C.
SEKONDA – Zgjatja e 9192631770 ciklesh të plota të rrezatimit gjatë
kalimit të atomeve të ceziumit 133 prej një niveli në tjetrin supra të hollë.
AMPERI – Amperi është intensiteti i rrymës së pandryshueshme, e
cila kur të mbahet në dy përçues vijëdrejtë paralel, të një trashësie të
asgjësueshme dhe të gjatësie të pafundme, e që gjenden në largësinë një
metër njëri prej tjetrit në hapsirën e zbrazët, do të shkaktoj forcën e
veprimit reciprok të barabartë me 2·10-7 të njësive të forcës në sistemin e
njësive SI në një metër gjatësie.
6
Ngarkesa Elektrike
Sasia e elektricitetit është madhësi matëse fizike që e
shënojmë me Q, kurse njësia e matëse është As=C (kuloni)
Sasia elementare:
Q0  1,6 1019 As
Ngarkesa e elektronit = -Q0 , kurse e protonit = + Q0
Bartës të elektricitetit: elektronet dhe jonet
Gazra - elektrone dhe jone
Lëngje - jone
Trupa të ngurtë - elektrone
Klasifikimi i materialeve, në varësi të sasisë së ngarkesave të lira:
Përçues (mbi 1022/cm3)
Gjysëmpërçues (mes 1011 - 1015/cm3)
Izolator (praktikisht pa ngarkesa të lira)
7
Forca Elektrike
Nëse në afërsi të trupit të ngarkuar elektrikisht sillet trup
tjetër i ngarkuar elektrikisht, në mes tyre paraqiten forca të
veprimit reciprok – forca elektrike
Ngarkesat e ndryshme (parashenja të ndryshme) tërhiqen
Ngarkesat e njejta (parashenja të njejta) shtyhen
Coulomb më 1785 konstaton se forca elektrike është në
përpjestim të drejtë me ngarkesat elektrike, kurse në
përpjestim të zhdrejtë me katrorin e largësisë mes tyre
(Ligji i Kulonit)
8
Ligji i Kulonit
Forca e veprimit reciprok mes dy ngarkesave elektrike
pikësore:
Për vakuum:
1 Q1Q2
F
4 0 r 2
Ku
 0 - konstanta dielektrike e vakuumit
Për vakuum:
 0  8,85410
Për ambiente materiale:
12
F/m
k  9 109
m
1

F 4 0
  r 0


1 Q1Q2 
 r12  F12  r12
Forma vektoriale: F12 
2
4 r
9
Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës elektrike
Fusha elektrike është gjendje e veçantë fizike në rrethinën e
trupave të elektrizuar, e cila manifestohet me forca
mekanike mbi të gjitha trupat e elektrizuar të cilët ndodhen
në të.
Fusha elektrike në secilën pikë përshkruhet me vektorin e
intenzitetit të fushës elektrike.
Vektori i intensitetit të fushës elektrike E, përkufizohet si
raport ndërmjet forcës F e cila vepron në ngarkesën
provuese q të futur në fushë dhe vlerës së kësaj ngarkese:

 F
E
q
ose

1 Q 
E
 r0
2
4 r
Njësia:
[F ] N V
[E] 
 
[Q] C m
10
Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës elektrike
Fusha në rrethinën e ngarkesës ekziston edhe pa praninë e
ngarkesës provuese.
Nëse në ambientin e tillë sjellim ngarkesën provuese , në te
do të vepron forca mekanike.
Forca (si përhera) ka karakter vektorial, andaj edhe Fusha
elektrostatike/elektrike paraqet fushë vektoriale.
Fusha elektrostatike/elektrike nuk është me intenzitet dhe
kahje konstante → kjo varet nga pozita e pikës në hapësirën
që e vështrohët.
11
Fusha Elektrike – Fusha radiale
Ngarkesë pikësore – ngarkesa e trupit me madhësi të
papërfillshme
Fusha paraqitet përmes vijave të forcës, të orientuara sikurse vektori i
fushës nga ngarkesa pozitive në atë negative. Ngarkesat pozitive
përfaqsojnë burimin, kurse ata negative shuarjen e vijave të forcës.
Fushë radiale – fusha e ngarkesës pikësore.
Njejtë trajtohet edhe fusha e sferës së elektrizuar sikurse ngarkesa
të jetë e koncentruar në qendrën e saj
12
Fusha Elektrike – Fusha radiale
Vijat e fushës elektrike (lines of force) janë vijat nëpër të cilat do të
lëvizte ngarkesa provuese kur ta vëndosim në fushë.
Vijat e fushës (spektri) së dy ngarkesave pikësore:
- të polaritetit të kundërt
- të polaritetit të njejtë
Vijat e fushës askundi nuk puqen e as priten, pos në pikën e
singularitetit.
Intenziteti i fushës është proporcional me dendësinë e vijave të
fushës.
13
Fusha Elektrike – Parimi i superponimit
Fusha elektrike e më shumë ngarkesave punktuale fitohët si shumë
vektoriale e fushës së ngarkesave të veçanta (parimi i superponimit)
n 
   

E  E1  E2  E3    En   Ei
i 1
Për rastin e dy ngarkesave
pikësore Q1 dhe Q2:
  
E  E1  E2
14
Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës radiale
Në ngarkesën Q2 që gjendet në largësi r nga ngarkesa Q1
vepron forca F=Q1Q2/4πε0r2 mgase ndodhet në fushën e Q1
Intensiteti i fushës është E1= F/Q2 = Q1/(4πε0r2),
kurse vektori i fushës radiale të ngarkesës pikësore është:

E

Q
 r0
2
4 0 r
Në dy shtresat me sipërfaqe të ndryshme (S=2πr2)
dendësia e vijave të fushës është e ndryshme dhe në
përpjestim të zhdrejtë me largësinë r2
15
Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës radiale
Fusha elektrostatike zvogëlohët me largimin e pikës nga
ngarkesa, por zhdukët vetëm në pikat në pafundësi (∞).
Intenziteti i fushës elektrostatike rritet me afrimin kah pikat
rreth ngarkesës, në vendin ku është ngarkesa punktuale
fusha bëhët me vlerë të pakufishme.
Meqë ngarkesa si punktuale është fiksion, as fusha nuk
mund të jetë realisht e pakufishme.
Intenziteti (moduli) i vektorit
të fushës elektrostatike ndryshon
sipas kurbës që ka karakter të
hiperbolës kuadratike:
16
Përçuesi në fushën elektrike – Influenca el.
Në përçuesin e vendosur në fushë elektrike, ngarkesat e lira
nën ndikim të fushës ç’vendosen në sipërfaqe të përçuesit!
- (Influenca elektrike) Fenomeni i ç’vendosjes
së ngarkesave + dhe – në anë të kundërta
përderisa nuk neutralizohet ndikimi i fushës
së jashtme në brendi të përçuesit.
- Brenda përçuesit nuk ka fushë elektrike!
- Po të përtokëzohet përçuesi?
Ngarkesat elektrike “influente” kalojnë në
tokë dhe ndërpritet përhapja e fushës jashtë
përçuesit!
- Si mund të mbrohet ndonjë trup ose paisje
nga ndikimi I fushës së jashtme?
17
Përçuesi në fushën elektrike
Fusha e krijuar nga ngarkesa elektrike Q, për shkak të
influencës neutralizohet në brendi të mbështjellësit përçues.
S. përçuese
Q
Për mbrojtje nga ndikimi i fushës elektrostatike mbështjellësi përçues
nuk është e thënë të jetë i plotë, por mund të jetë edhe rrjetë!
(Kafazi i Faradeit)
Siç vërehet, sipërfaqet përçuese ndikojnë në deformimin e fushës!
18
Fusha elektrike homogjene
Fusha elektrike e pllakës së hollë të ngarkuar me sasi
elektriciteti Q
S – sipërfaqja e pllakës
σ – dendësia sipërfaqsore
σ = Q/S
[σ]=C/m2
Intensiteti i fushës në hapsirën rreth pllakës: E = σ/2ε0
Për σ=const → E=const
(Fusha Homogjene)
Çfarë ndodh poqëse paralelisht vendoset edhe një pllakë me sasi të
njejtë elektriciteti Q?
19
Fusha elektrike homogjene
Fusha elektrike e pllakave paralele të ngarkuara me sasi të
njejtë elektriciteti Q, por me shenja të kundërta!
Metoda e superpozicionit:
Në çdo pikë intensiteti i fushës është i
barabartë më shumën vektoriale të
intensitetit të njërës dhe tjetrës pllakë
Intensiteti i njejtë i fushës: E+ = E- = σ/2ε0
- jashta pllakave: me kahje të kundërt
- brenda pllakave: me kahje të njejtë
Jashta pllakave: E = E+ - E- = σ/2ε0 - σ/2ε0 = 0
(Nuk ka Fushë)
Brenda pllakave: E = E+ - E- = σ/2ε0 + σ/2ε0 = σ/ε0 (Dyfish më e
shprehur )
E·ε0 =σ ose E·ε =σ
20
Izolatori në fushën elektrike – Polarizimi el.
Izolator – trupi pa ngarkesa të lira
Ngarkesat + dhe – janë të ndërlidhura në strukturat atomike dhe
molekulare dhe nën ndikimin e fushës së jashtme nuk mund të
çvendosen lirisht silurse te rasti i përçuesve!
Polarizimi Elektrik – Fusha e jashtme
ndikon në çvendosjen e ngarkesave +
dhe – në kuadër të atomeve dhe
molekulave ashtuqë krijohen dipole el.
Ngarkesat e polarizuara nën ndikimin e fushës së jashtme orientohen
ashtuqë në anë të ndryshme të trupit krijohen shtresa me ngarkesa të
njejta.
21
Izolatori në fushën elektrike
Trupat me veti plarizimi quhen dielektrikë, kurse fenomeni
dielektricitet.
Trupi i
polarizuar
Dielektriciteti përcaktohet me madhësinë ε
dhe shprehet në varësi me dielektricitetin e
vakuumit ε0, si: ε= εr ε0
Fusha e jashtme pjesërisht dobësohet në
trupin e polarizuar, andaj edhe fusha në
dielektrik është më e dobët.
Konstanta dielektrike relative εr tregon se
për sa herë fusha në dielektrik është më e
dobët se fusha e ngarkesës së njejtë në
vakuum. Zakonisht është e rendit (1 – 103)
(për ajr εr=1)
Depërtimi (Ed) - faktor me rëndësi për izolatorët
Ed paraqet vlerën e depërtimit të izolatorit (për ajr Ed=3 KV/mm)
22
Pyetje eventuale!
23