Transcript 1. električna struja kroz vodiče
Informacije o predmetu
Literatura: Marinović Marinović – Opća elektrotehnika i elektronika 1, – Opća elektrotehnika i elektronika 2, Marinović – Rudarska elektrotehnika (str. 345-458, Protueksplozijska zaštita) Zorić, Kuhinek – Zbirka zadataka iz osnova elektrotehnike Zorić, Kuhinek – Upute i podloge za laboratorijske vježbe iz elektrotehnike i elektronike
Ostale informacije na web stranicama: http://rgn.hr/~dkuhinek/nids_daliborkuhinek/1%20OEE-RN/elteh_OE.htm
Predavanja 50 % Auditorne vježbe 50 % Laboratorijske vježbe 100 % Kolokviranje laboratorijskih vježbi
potpis ispita na studomatu (i mogućnost prijave OSTALI ROKOVI
Zadaci Teorija
Usmeni dio ispita - kvalifikacijska pitanja OEE1 i OEE2
2 od 8
PEX
2 od 2 Za veću ocjenu od predložene
nepotpuni odgovori na Pismenom -
teorija
Svrha predmeta: upoznavanje sa osnovnim zakonitostima iz elektrotehnike Cilj: upoznavanje sa terminologijom i njenim značenjem, primjena zakonitosti na konkretne probleme u praksi i životu.
Simboli i njihovo značenje
Definicija električne struje: U čvrstim tvarima – usmjereno gibanje slobodnih elektrona od mjesta viška elektrona prema mjestu manjka elektrona U tekućinama i plinovima – usmjereno gibanje iona Tehnički smjer struje - smjer struje kakav se pretpostavlja pri rješavanju strujnih krugova.
STRUJA TEČE OD POZITIVNOG PREMA NEGATIVNOM POLU IZVORA.
Stvarni smjer struje – smjer kretanja elektrona kroz vodiče SUPROTAN OD TEHNIČKOG SMJERA STRUJE PREMA NEGATIVNOM POLU IZVORA.
Fizikalne pojave koje nastaju kod tijeka električne struje:
-
Toplinski efekti (zagrijavanje)
-
Magnetski efekti (magnetsko polje)
-
Elektrokemijski efekti (struja – voda – kisik + vodik)
elektroni STRUKTURA ATOMA e= 1,602·10 -19 C (As) m e =9,107·10 -31 kg potrebne za oslobađanje elektona valentna ljuska m p = 1837m e slobodni elektroni vodljivost atom s neuravnoteženim nabojem - ion protoni + neutroni e=+1,602·10 -19 C (As) m p =1,6729·10 -27 kg
Gibanje elektrona i šupljina u materiji slobodni elektron “vanjska” energija šupljina prema potrebnoj energiji za oslobađanje elektona: vodiči (mala) – obiluju slobodnim elektronima - p oluvodiči – (ovisi o temperaturi kod čistih poluvodiča) - izolatori (velika - proboj) – jako malo slobodnih elektrona
razlika električnih potencijala
električni napon
kretanje slobodnih elektrona (struja) električni generatori stvaraju razliku električnog potencijala jednaki materijali na različitim temperaturama Generiranje potencijala termoelektrični različiti materijali na istoj temperaturi elektrodinamski (gibanje vodiča u magnetnom polju) - kemijski (elektro litička disocijacija) mehanički (trenjem izolacijske površine) - elektroma gnetnim zračenjem (fotoćelije) Primjer: Al/Cu spojnica
Tipični naponi nekih izvora
Primjer Signal u elektroencefalografiji (EEG) Signal u elektrokardiografiji (EKG) Baterije 1 članak Olovni akumulator Efektivni napon električne mreže Tramvajska mreža Napon V do 5 10 -5 Primjer Električna jegulja (nabijena) do 0,005 Željeznička mreža 1,5 2,12 230 600 Kineskop Dalekovodi Najviši dalekovodni naponi Između zemlje i olujnih oblaka Napon V 650 3000 16000 4 ∙10 5 1,5 ∙10 6 do 10 8
kretanje nabijenih čestica, slobodnih elektrona, (struja) ovisi o karakteru i obliku napona istosmjerni tok izmjenični tok
ELEKTRIČNE STRUJE ELEKTRIČNA STRUJA KROZ VODIČE - metale Električni otpor
-
specifični električni otpor (za materijal duljine 1 m i presjeka 1 mm 2 ) “suprotstavljanje protoku struje” jedinica 1 Ω
1 kgm 2 s 3 A 2 stara definicija (Hg duljine 1,06246m i presjeka 1 mm 2 pri 0 °C) električni otpor općenito -
R
l S
l
- dulj ina vodiča u m
S
presjek vodiča u mm 2
(jedinica) 1 Ωmm
2
m
1 Ωmm
2 3
10 mm
1 Ωmm 10
3 -3
-
specifična električna vodljivost (za materijal duljine 1 m i presjeka 1 mm 2 ) “koliko dobro vodi struju”
1
( Ω 1 m
1 ) električna vodljivost općenito -
G
1
R
-6
R
l S
specifični otpor pri temperaturi
temperaturni koeficijent otpora
o
1 20
R
R
20
1
specifični otpor pri temperaturi 20°C
20
R
- otpor pri temperaturi
R
vrijednost otpora pri početnoj temperaturi
- razlika temperature
- temperaturni koeficijent otpora ovisnost otpora vodiča o temperaturi supravodljivost
Specifični otpor i temperaturni koeficijent otpora nekih materijala
Materijal Bakar Aluminij Srebro Zlato Bronza Željezo Mjed (žuta) Nikelin Kromnikal (Cekas) Konstantan Manganin Platina Ugljen Specifični otpor
ρ
pri 20 °C Ωmm m 2 0, 0175 1 57 0, 033 1 30 0,0159 0,0244 0,02…0,028 0,13…0,18 0,07…0,08 0,4 1…1,1 0,5 0,42 0,094 50…100 Temperaturni koeficijent otpora
α
(1/°C) 0,004 0,0037 0,0038 0,0034 0,001 0,0048 0,0015 - - - - 0,0024 negativni
U R R
U I
uz 1,5 V i 100 Ω struja je 100 Ω =0,015 A=15 mA
U
Ohmov zakon prema uz 1 Ω
1 kgm 2 s 3 A 2 slijedi 1V
1 kgm 2 s 3 A izvedena jedinca za volt
Kirchhoffovi zakoni I.
(struje u čvorovima)
1
2
3
4
5
0
i n
1
i
0 II. (naponi u zatvorenim petljama)
E
R u
R v
R
R v
0
i n
1
U i
0
Spajanje otpornika Serijsko spajanje otpornika dva vodiča jednakih dimenzija spojeni jedan na drugi: >povećanje duljine
R
1 1 =1
R
2
R
2 =1
R
3
R
3 =1 uk 1
R l
4 2
R
5 =1
S l R
uk
S
l
1
l
2
R
uk 2
l
=2
R
1 =2
R
2
S
R
n
1
R i
U
B
U
B =5 V
>povećanje površine presjeka
R
uk
S
1
l
S
2
S
uk
S
1
S
2
R
l S R
uk
l
2
S
=
R
1 2 =
R
2 2
1
R
1
R
1
1
R
2
1
R
3
....
1
R n
n
1 1
R i
Strujni krug
E
U
1
U
2
E U
1
U
2
U
1
U
2
R
R u
2
R v
idealni izvor – nema unutrašnjeg otpora realni izvor – ima unutrašnji otpor -> kada je I=0 A, U=E, u svim ostalim slučajevima napon U na stezaljkama je manji od elektromotorne sile E.
strujni krug s izvorom i trošilom električne energije u normalnim uvjetima rada
U
2
R
kratki spoj u strujnom krugu izvora s trošilom električne energije
k
k
R u E
R v
E
R k
Napon varira od E do 0 V pri kratkom spoju.
Osigurači, svrha, shema, izvedba
Serijsko spajanje otpornika Spajanje otpornika
U
prema II. KZ
U
R
1
R
1
i n
1
U i
0 slijedi
R
2
R
2
...
...
R n
R n
n
1
R i
kroz sva trošila
R R
R
1
R
2
R
3
...
R n R
n
1
R i
Paralelno spajanje otpornika prema I. KZ
n
1
Ri n
1
1
U R
0
U
1
R
1 slijedi
1
R
2
1
R
3
R
1
R
2
....
1
R n
R
3
.....
Rn
odnosno 1
R
1
R
1
1
R
2
1
R
3
....
1
R n
n
1 1
R i R
1
R
1 ili preko vodljivosti 1
1
R
2
R
1
R
1
R
2
R
2
R
G
1
R
1
G R
1
G R
2 1
1
R
2
1
R
3
G R
3
....
G Rn G
R
2
R
3 1
R
1
R
1
R
2
R
3
R
3
R
1
R
2
n
1
G i
R
2
R
1
n
1
G i
1
n
1 1
R i
R
3
R
1
R
1
R
2
R
3
R
3
R
1
R
2
Mješovito spajanje otpornika Svrha – dobivanje otpora određene vrijednosti (npr. 127,63 Ω=120 Ω + 6,8 Ω + 0,82 Ω=127,62 Ω) – dobivanje veće snage koju otpornik može disipirati (trošiti) ada ne dođe do oštećenja Postupak rješavanja – pronalaženje serija/paralela koje se mogu pojednostaviti i računanje nadomjesnih otpora
R e
R
1
R
1
R
'
R
'
R
1
R
1
R
2
R
2
R
3
R
3
R
4
R
4
Mjerenje otpora U-I metodom
R
U
mjerenje malih otpora
R V
R
R
I
A
U
V
I
V
I
A
U
V
U
V
R
V
tada je
V
R
odnosno
R
R
U
V
I
A
U
A
U
V
I
A
R
A
mjerenje velikih otpora
R A
R
tada je
R
R A
R
R
Wheatstoneov most
2 ( 2 1 1 5 5 ) 1 3 2 4
U
1
R
1
2
R
2
3
R
3
4
R
4
1 3 4 ( 4 3 3 5 2 4 5 )
ravnoteža mosta
5
R
5
0
1
2
3
4
1
R
1
3
R
3
2
R
2
4
R
4
2 1
R
1
R
2
4 3
R
3
R
4
R
1
R
4
R
2
R
3 Primjeri korištenja: Nul metode – za mjerenje nepoznatog otpora, induktiviteta, kapaciteta, impedancije Mjerenje deformacija elektrootpornim trakama (jedna ili više, spojena u Wheatstoneov most) Mjerenje temperature – osjetilu se mijenja otpor s temperaturom
R
1
R
2
R
3
R
4
Strujna gustoća
J
S
A mm 2 nejednolika raspodjela strujne gustoće U žici valjkastog oblika strujna gustoća je jednolika – paziti na ograničenje za vodič
točkasto uzemljenje
J;
U x J X
2
x
2
A/m 2
J X
strujna gustoća
struja uzemljivača
X
udaljenost od uzemljivača pad napona izražen strujnom gustoćom
U
R Z
l S
za uzemljivač oblika kugle polumjera
r
J
l
otpor
U X
r
x J X
2
r
x dx x
2
2
r
1
x
napon koraka
R Z
U
2
r
U k
U X
2
U X
1
x
2
J x
1
X
2
1
x
1
1
x
2
W
Rad
t
(Ws) (J)
U
- napon u V
- struja u A
t
- vrijeme u s
P
W t
U t t
Snaga
(VA) (W) (J/s) (Nm/s)
uz korištenje Ohmovog zakona dobiva se
P
I
2
U
2
R W
I
2
Proizvedena toplina razmjerna je kvadratu struje, električnom otporu i vremenu prolaza struje kroz otpornik.
Joulov zakon za vodiče vrijedi
P
J
2
S
l
uz
k
S
l P
k
J
2 Snaga (gubici) su proporcionalni kvadratu strujne gustoće (zagrijavanje u normalnom radu i tijekom greške)