Transcript e ngarkesës
Bazat e Elektroteknikës Ligjërata: 3 Bazat e Elektricitetit Akademik Alajdin Abazi e-mail: [email protected] , Tel: (044)356-110 Ç’vendosja e ngarkesës në fushën elektrike Në fushën elektrike ndikon forca elektrike F Q E Poqëse ngarkesa, si bartëse e elektricitetit është e lëvizëshme, d.t.th. nuk është e lidhur për ndonjë pikë të fushës elektrike, ajo nën ndikim të fushës elektrike mund të ç’vendoset (p.sh. Elektroni në gypin katodik) Ndikimi i forcës në ç’vendosje të ngarkesës së elektrizuar sipas ndonjë trajektoreje të caktuar, në fakt kryen punë. 2 Puna e forcave në fushën elektrike Funa A e forcës F në rrugën s: A F s F s cos( F , s ) Për ta ç’vendosur ngarkesën elektrike Q2 në drejtim të ngarkesës Q1, duhet të veprohet përkundrejt forcave të fushës elektrike dhe me forcë të jashtme të kryhet punë (pra, rritet energjia e strukturës) Për ta larguar ngarkesën e njejtë nga Q1, punën e kryejnë forcat e fushës (pra, energjia e strukturës zvoglohet) Energjia e strukturës së ngarkesave ndryshon, varësisht nga pozicioni i fushës ku ndodhet ngarkesa Q2! Ky ndryshim i energjisë mund të sqarohet përmes kuptimit të energjisë potenciale të ngarkesës! 3 Energjia potenciale e ngarkesës Çvendosja e ngarkesës +Q0 në fushën homogjene me intensitet E (mes pllakave paralele me distancë d) nga pllaka e parë (1) deri te e dyta (2), në vijat e forcës së fushës (pa përfillur energjinë kinetike të bartësit të ngarkesës dhe gravitacionin) duke ndikuar përkundrejt forcës së fushës Fel=Q0E, në rrugën S=d, kryen punë: A12 Fel s Fel s cos(1800 ) Fel s Q0 E d që është ekuivalente me energjinë e bartësit të ngarkesës. Kjo energji është rezultat i pozitës së ngarkesës në fushë elektrike dhe e quajmë energjia potenciale elektrike e ngarkesës (W) Punën e ç’vendosjes së ngarkesës e definojmë si diferencë e energjisë fillestare dhe asaj të fundme: A12=W1-W2 Nëqoftëse energjia e ngarkesës Q0 në pllakën (1) është W1=0, atëherë energjia e ngarkesës Q0 në pllakën (2) do të jetë: W2=W1-A12=Q0(Ed) 4 Potenciali elektrik dhe Tensioni Raporti mes energjisë dhe sasisë së ngarkesës në ç’do pikë të fushës është madhësi karakteristike e ç’do pike të veçantë të fushës dhe e quajmë potencial elektrik (φ) W Q U 2 1 21 Diferenca e potencialeve quhet Tension Elektrik (U) [φ] = [U] = V (volt) Potenciali elektrik është tensioni ndaj pikës me potencial zero. Tensioni elektrik dhe puna Nëse mes pikave (1) dhe (2) egziston tensioni elektrik U12, me ç’vendosjen e ngarkesës Q nga pika (1) në (2) kryhet puna: A12= W1-W2 = Q φ1-Q φ2 = Q(φ1- φ2) = QU12 5 Varësia mes potencialit dhe intensitetit Po të ketë ndryshim potenciali mes dy pikave, atëherë mes tyre egziston edhe fushë elektrike. Kur, mes pikave nuk ka fushë, atëherë nuk ka as ndryshim potenciali! Brenda përçuesit të vendosur në fushë el. (për shkak të influencës) nuk ka fushë elektrike, dtth të gjitha pikat e përçuesit kanë potencial të njejtë. (Toka është në potencial të barabartë me zero!) Sipërfaqe ekuipotenciale – sipërfaqe me potencial të njejtë. Zakonisht sipërfaqet e tilla janë normale në vijat e forcës së fushës. Potenciali dhe tensioni në fushën homogjene Gjatë ç’vendosjes nga (1) në (2) potenciali i ngarkesës Q zmadhohet për φ2- φ1=U21=E·d. Tensioni mes pllakave është i barabartë me prodhimin e intensitetit të fushës dhe distancës mes pllakave. Potenciali i pllakës (1) varet nga largësia d e pllakës (2): φ1 = -E·d + φ2 Potenciali në largësi x nga pllaka pozitive është: φx = -E·x + φ2 Potenciali zvoglohet në drejtim të fushës! 6 Potenciali në fushën homogjene Ndërrimi i potencialit varet nga kahja e ç’vendosjes së ngarkesës Q! Në kahje të ndryshme në kuadër të fushës el. potenciali mund të rritet ose zvoglohet! Andaj rruga e ç’vendosjes rregullisht shprehet në formë vektoriale Potenciali në pikën B i larguar për s nga pika A, në fushën homogjene E, mund të llogaritet si vijon: B E s A ku, φA – Potenciali i pikës A; s – distanca nga A në B Po të përtokëzohet pllaka (1), atëherë potenciali φ1=0 dhe në largësinë x nga pllaka 1 potenciali ndryshon sipas shprehjes: x E x 1 E x cos(180 ) 0 E x sipas së cilës mund të vizatohet grafiku i ndërrimit të potencialit. 7 Kapaciteti elektrik Jashtë pllakave të këtilla të ngarkuara nuk ka fushë elektrike, sikur ajo të jetë e kondensuar vetëm në hapsirën mes pllakave. Paisjen e këtillë me dy pllaka përçuese (elektroda) të ndara mes veti me izolatorë e quajmë kondensator elektrik. Raporti mes ngarkesave Q të ndara në kondensator dhe tensionit të vendosur U është madhësi karakteristike e çdo kondensatori dhe e quajmë kapacitet elektrik C. As Q [C ] F ( farad ) C V U Kapaciteti egziston mes cilëvedo dy trupa përçues të ndarë mes vedi me izolator, kurse kapaciteti i kondensatorit varet nga forma dhe dimenzionet e elektrodave dhe nga trashësia dhe lloji i dielektrikut Q S ES S S Kapaciteti i kondensatorit pllakësor: C r 0 U Ed Ed d d Në përgjithësi vlen: Kapaciteti do të jetë i madh për konstantë dielektrike të madhe dhe sipërfaqe të madhe, kurse distancë të vogël mes elektr. 8 Kondensatori elektrik Kondensatorët janë paisje të shprehura përmes kapacitetit Zakonisht të rendit: 10-12 (piko)F deri 103 F (superkondensatorë) Karakteristikat: Kapaciteti Toleranca Tensioni Simboli: Realizimi: i ndryshëm, varësisht nga forma e el. dhe lloji i dielektrikut Dimensionet: nga μm deri m Përdorimi: Element mjaftë me rëndësi në qarqe elektrike Veti me rëndësi: Ruajtja e energjisë Ndarja e ngarkesave + dhe – në kondensator mundëson ruajtjen (akumulimin) e energjisë. 9 Energjia e ngarkesës së kondensatorit Gjatë ngarkimit të kondensatorit shpenzohet punë në ndarjen e ngarkesave + dhe -, mes të cilave krijohet fushë elektrike. Fusha në fjalë, mundet me veprim të forcës elektrike ta kthen sërish atë punë, andaj themi se në kondensatorin e ngarkuar është akumuluar energjia e fushës el. Po të jetë pllaka (1) e kondensatorit e përforcuar, kurse (2) të mund të lëvizë lirisht, atëherë me veprimin e forcës elektrike të fushës, ajo do të ç’vendosej përderisa të takohet me (1), në ç’rast ngarkesat neutralizohen dhe fusha humbet duke e transformuar krejt energjinë e saj në punë të ç’vendosjes së pllakës (2). Puna, gjegjësisht energjia e ngarkesës së kondensatorit Wc, mund të përcaktohet si prodhim i forcës F=E1Q (me të cilën fusha e pllakës (1) E1=σ/2ε ndikon në ngarkesën Q të pllakës (2)) dhe rrugës s=d: Q Q2 Q2 A F s F d Q E1 d Q d Q d Wc S 2 S 2 2( ) 2C d Në përgjithësi (pa marrë parasysh llojin e Q 2 U 2C QU realizimit) energjia e ngarkesës së kondensatorit: Wc 2C 2 2 10 Shfrytëzimi i kondensatorëve Shembull: Kondensatorë të ndryshueshëm Kondensatorë qeramik Kondensatorë Tantali Kondensatorë elektrolit 11 Pyetje eventuale! 12