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 RI
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 RI 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 20C , 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