Transcript Document

Bazat e Elektroteknikës
Ligjërata: 4
Rryma Elektrike
Akademik Alajdin Abazi
e-mail: [email protected] , Tel: (044)356-110
Fusha Elektrike në Përçues
Në përçues nuk
ka fushë
Në përçues
ka fushë
E=0
E>0

vi  0
Lëvizja e lirë e
elektroneve
Shuma algjebrike e
shpejtësive = 0
 
 v i  vp
Ç’do elektron përfiton
komponentë të shpejtësisë
në drejtim të forcës
elektrike të fushës
Shpejtësia e
ç’vendosjes vp
është në
përpjestim të
drejtë me
intensitetin e
fushës el. në
përçues E:


vp  p  E
p – lëvizshmëria
e bartësve të
ngarkesës
2
Lëvizja e Orientuar e Elektroneve
 Gjatë ç’vendosjes së elektroneve të lira në përçues (nën
ndikimin e fushës elektrike), ata ndeshen me atomet e
ndërlidhura në rrjetën kristalore të përçuesit, në ç’rast
humbin një pjesë të shpejtësisë dhe energjisë vehtiake.
 Shpejtësia e ç’vendosjes së elektroneve në drejtim të fushës
së jashtme elektrike nuk është konstante, ajo rritet (nën
ndikim të forcës së përhershme të fushës) dhe zvoglohet
(gjatë ndeshjeve me atomet e përçuesit), kurse vlera
mesatare e saj shprehet përmes shpejtësisë së ç’vendosjes vp.
 Pra, fusha e jashtme ndikon që shpejtësia ç’vendosjes së
elektroneve në përçues të jetë vp>0, që rezulton në lëvizje
të orientuar të elektroneve.
3
Rryma Elektrike
 Rrymë elektrike = lëvizja e orientuar e elektroneve.
 Intensiteti i rrymës (i) = sasia e ngarkesave që kalojnë në
prerjen tërthore të përçuesit në njësi të kohës.
dQ
Q
i

Në rastin e përgjithshëm: i 
ose
dt
t
kurse për i=konst. I 
Q
t
[i] = A (Amper)
 Dendësia e rrymës (J) = intensiteti i rrymës në njësi të
prerjes tërthore të përçuesit.
Në rastin e përgjithshëm: J 
I
kurse për J=konst. J 
S
I
dI
J

ose
S
dS
[J] = A/m2
4
Rryma dhe Intensiteti i Fushës Elektrike
 Dendësia e rrymës është vektor që
tregon kahjen e rrymës në përçues:

  - dendësia hapsirore e ng. të lira
J    v p v - shpejtësia e lëviz. së ng. të lira
p
Q
 V
  S l
  vp  t
I
 l
t
t
J 
 t 



   v p  (n  q0 )  v p
S
S
S
S
t
t
 Ndërlidhja mes rrymës dhe intensitetit të fushës elektrike:




Nëse në: J    v p , zëvendësojmë v p  p  E dhe   n  q0 :




J  n  q0  p  E ose J    E
κ – përçueshmëria
,
[κ]=A/Vm=S/m (simens në metër)
 Përçueshmëria, në fakt paraqet aftësinë e materialeve për përçueshmëri
të rrymës. Zakonisht varet nga numri i ngarkesave të lira (gazra, lëngje, t. ng.)
5
Përçueshmëria Elektrike dhe Rezistenca
 Vlera reciproke e përçueshmërisë 1/κ=ρ quhet rezistencë,
ose rezistencë specifike e materialeve.
( ρ – paraqet faktor të ngadalësimit të rrjedhës së rrymës elektrike)
• Njësia: [ρ] = Vm/A = Ωm (Om metër)
 Shembuj të rezistencës dhe përçueshmërisë së disa materialeve:
Materiali
ρ (Ωm)
Materiali
κ (S/m)
Porcelani
1013
Argjendi
62·106
Druri
1010
Bakri
59·106
Toka
100
Ari
44·106
Uji i destiluar
105
Alumini
37·106
6
Hekuri
10·106
Siliciumi
4.4·10-3
Uji i detit
Germaniumi
600
6
Ndërlidhja mes Tensionit dhe Rrymës

Poqëse mes skajeve A dhe B të përçuesit sigurohet
dallim i qëndrueshëm i potencialit (tension U)
atëherë edhe fusha el. do të jetë e përherëshme
dhe nëpër përçues do të rrjedhë rrymë me
dendësi konstante: J    E
 Në fushën homogjene të përçuesit, intensiteti i fushës elektrike E është i
ndërlidhur me tensionin në skajet e përçuesit përmes gjatësisë së
përçuesit l, ashtuqë E=U/l, që rezulton në:
U
l
I  G U
S
U  G U
l
Intensiteti i rrymës në përçues është në përpjestim të drejtë me tensionin.
J  E 
/ S
J S  I 
 G–përçueshmëria elektrike varet nga materiali dhe dimenzionet e përç.
I
S
G 
U
l
[G] = A/V = S (Simens)
 Vlera reciproke e G përcakton rezistencën elektrike të përçuesit R
dhe shprehet si raport i tensionit dhe rrymës: U
l
I
R
S [R]=V/A=Ω (om)
7
Ligji i Omit
 Ligji i Omit - raporti mes tensionit dhe rrymës i
përshkruar në tri rastet vijuese:
• Raporti mes tensionit dhe rrymës në përçues është
madhësi konstante dhe e barabartë me rezistencën
e përçuesit R:
U
 R  const
I
• Nëse në përçues vendoset tensioni U, nëpër të do të
rrjedhë rrymë me intensitet I, që është në përpjestim
të drejtë me tensionin përkatës:
I  G U
• Nëse në përçues rrjedh rrymë me intensitet I, atëherë
tensioni në përçues U do të jetë në përpjestim të drejtë
me rrymën përkatëse:
U  RI
 Rezistorët për të cilët (në kufijtë e përdorimit të tyre) vlen Ligji i Omit
(d.t.th. të pavarur nga rryma) i quajmë Rezistorë Omik.
 Zakonisht rezistencat në qarqet elektrike i konsiderojmë si rezistenca
omike (kuptohet, po të mos jenë definuar ndryshe).
8
Energjia Elektrike dhe Fuqia
 Gjatë mëkëmbjes së rrymës në përçues, elektronet
përshpejtohen dhe njëkohësisht ndeshen me atomet e
rrjetës kristalore, në ç’rast zvoglohet shpejtësia e tyre dhe
poashtu edhe energjia kinetike.
• Energjia kinetike shndërrohet në nxehtësi dhe përçuesi
nxehet!
 Për rrymë konstante I, sasia e ngarkesave që në intervalin t
kalon nëpër përçues është:
Q  I  t
 Nën ndikim të dallimit të potencialit (tensionit) U=φA- φB
në skaje të përçuesit, ngarkesa në atë rast humbën
energjinë:
W  Q  ( A  B )  I  t U
9
Energjia Elektrike dhe Fuqia- Ligji i Xhulit
 Fuqia definohet si shpejtësi e ndërimit të energjisë në
varshmëri të kohës. Andaj, fuqia me rastin e shndërimit të
energjisë së ngarkesës në nxehtësi gjatë rrjedhës së rrymës
në përçues, do të jetë:
dW W
U2
2
P

U I  I RI  I R 
dt
t
R
 Prodhimi mes tensionit dhe rrymës quhet fuqi elektrike
dhe shënohet me P. Njësia:
[P] = VA = W (vat)
 Sipas ligjit të Xhulit,gjatë rrjedhjes së rrymës përçuesi
nxehet, kurse sasia e asaj nxehtësie (nxehtësia e Xhulit) W
përcaktohet përmes fuqisë P dhe kohës t:
W  P t  I  R t
2
10
Rezistori dhe Rezistenca
 Elementet fizike që posedojnë veti të rezistencës elektrike
quhen rezistorë elektrik. Në qarqe elektrike zakonisht
takohen me simbolin vijues:
 Karakteristikat e rezistorëve:
• Rezistenca (për të cilën është dedikuar)
• Toleranca (ndaj vlerës së dedikuar)
• Fuqia maksimale (ngarkesa)
 Rezistenca është karakteristikë e elementit fizik (rezistorit)
me të cilën paraqitet në qarqe elektrike.
• Elementi i tillë i idealizuar (që ka vetëm një veti) dhe shpesh takohet
vetëm me terminin rezistencë dhe në q.e. përfaqsohet me simbolin e
njejtë me ate të rezistorit!
11
Rezistori dhe Rezistenca
 Pamja e rezistorëve:
Tipe dhe dimenzione të ndryshme
 Po të mos jetë e përcaktuar ndryshe, rezistorët në qarqe
elektrike zakonisht trajtohen si rezistenca omike.
12
Rezistenca Lineare dhe Jolineare
 Rezistenca lineare quhen rezistencat omike, karakteristikat
voltamper (UI) të të cilave paraqesin drejtëz që kalon nëpër
origjinë.
• Raporti tension-rrymë (rezistenca statike) është
i njejtë në ç’do pikë (pikë pune) të karakt. UI.
• Simboli i rezistencave lineare:
 Rezistorët te të cilët raporti tension-rrymë (rezistenca statike)
nuk është i njejtë në ç’do pikë të karakteristikës (UI) quhen rezistorë jolinearë
ose elememte jolineare (p.sh. dioda)
• Simboli i rezistencave jolineare:
• Rst=U/I=tgα
rd=dU/dI=tgβ
13
Varshmëria e Rezistencës nga Temperatura
 Me rritjen e temperatrurës,
te metalet rritet edhe
rezistenca e tyre dhe ate në
varëshmëri jolineare.
Rt  R20  R  R20    t  R20  R20 (1    t )
 Për ndërime të vogla të temp.
ndërimet e rezistencës mund
të konsiderohen si lineare dhe
mund të shprehen në varësi të
temp. referente (zakonisht 20°C)
Rt  R20  R  R20    t  R20  R20 (1    t )
α – koeficienti termik i temperaturës
[α]=1/K=1/°C
R20- Rezistenca në temperaturë 20°C
t  t  20C , ndryshimi i temperaturës
14
Varshmëria e Rezistencës nga Temperatura
 Koeficienti α varet nga temperatura referente (α=α20)
 Për shumicën e metaleve të pastra:
  0,004 K 1
• (P. sh. Cu: 0,00394 K-1)
 Karboni: α=-0,0008 K-1 (!)
• α > 0 : Koeficienti termik pozitiv i temp.
• α < 0 : Koeficienti termik negativ i temp.
 Disa materiale gjysëmpërçuese kanë ndjeshmëri mjaftë të
shprehur në ndërime të temperaturës (termistorë)
 Superpërçueshmëria – Në temperaturë afër zeros absolute,
rezistenca e disa materialeve në mënyrë drastike tenton kah
zeroja (Gjendja e superpërçueshmërisë: R=0)
• Shembuj të temp. kritike: Hg=4.2 K ; Pb=7.2 K ; MgB2=39 K ; etj.
15
Burimi i Energjisë Elektrike
 Që të rrjedhë rrymë elektrike në përçues është e nevojshme
që në skajet e tij të sigurohet fushë elektrostatike, d.t.th.
ndryshim potenciali, gjegjësisht tension elektrik.
 Burime të energjisë elektrike = quhen paisjet që kanë
vetinë e sigurimit dhe ruajtjes së tensionit elektrik mes dy
poleve të ndryshme.
 Në burimet elektrike, forcat joelektrike i ndajnë
ngarkesat elektrike (krijojnë tension) mes pikave
kyçëse (poleve) të burimit. Kështu ndikojnë
përkundrejt forcave të fushës elektrike, duke
rritur energjinë e ngarkesave në llogari të ndonjë
lloji tjetër të energjisë (mekanike, kimike, etj.)
 Në skemat e qarqeve elektrike, burimet paraqiten si vijon:
, ku përveç tensionit U, me rëndësi është edhe polariteti
16
Kuptimi i Qarkut Elektrik
 Nëqoftëse në polet e burimit elektrik kyçim një përçues, atëherë
në skajet e tij paraqitet ndryshim potenciali që siguron fushën
elektrike në përçues, e me këte edhe rrjedhjen e rrymës elektrike
në përçues (ç’vendosjen e orientuar të elektroneve).
 Përçuesi në fakt paraqet rrugën e elektroneve, të cilat çvendosen nga poli
negativ (ku janë në shumicë), në drejtim të polit pozitiv, ku takohen me
bërthamat e pozitive të atomeve. Atje, nën ndikim të forcave joelektrike
sërish elektronet ndahen nga bërthamat pozitive dhe ç’vendosen në polin
negativ, për të vazhduar qarkullimin në pjesën e jashtme sërish deri te
poli pozitiv dhe kështu elektronet vazhdimisht qarkullojnë në rrethin që
e quajmë qark elektrik.
 Në qark elektrik patjetër të egziston një burim.
 Në burim, zakonisht përveç përçuesit kyçet
edhe ndonjë paisje që shfrytëzon rr. elektrike
që e quajmë harxhues (p.sh. Poç elektrik)
17
Qarku Elektrik dhe Kahja e Rrymës
 Qarku elektrik zakonisht ilustrohet përmes
skemës elektrike, ku burimi dhe harxhuesi
paraqiten përmes simboleve përkatëse,
kurse përçuesit përmes vijave ndërlidhëse
 Në qarkun elektrik, rrymën e përbën çvendosja e orientuar të
elektroneve dhe kahja e ç’vendosjes së tyre në fakt e përcakton edhe
kahjen fizike të rrjedhës së rrymës.
(Efekti është i njejtë sikurse ngark. pozitive të ç’vendosen në kahje të kundërt)
 Në elektrolitë, njëkohësisht ç’vendosen edhe jonet negative (në njërën
kahje) edhe ata pozitive (në kahjen tjetër), kështuqë kemi dy kahje fizike
të rrjedhës së rrymës!
 Në qarqet elektrike, zakonisht për nga aspekti teknik me
marëveshje është e përcaktuar që kahja e rrymës të
identifikohet me kahjen e ç’vendosjes së ngarkesave pozitive.
18
Pyetje!
19