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