Sprehod po poglavjih

Sprehod po poglavjih • Elektrostatika • Elektrodinamika • Elementi električnega tokokroga • Veriga generiranja, transformiranja in uporabe električne energije • Elektronika v prometu • Osnovni pojmi regulacije v prometu

Elektrostatika • Zgodovina začenši z elektronom, William Gilbertov prvi elektroskop, Galvani, galvanski člen naredi Volta, Oersted opazi vpliv el. toka na smer magnetne igle, Ohm je iskal naravo stvari – splošna načela narave, Ampere je bil natančen opazovalec in popisovalec • Elektriški pojavi - fenomenološka metoda, pogosta v naravoslovju • Naelektreni mirujoči delci so vzrok elektrostatičnega polja • Električni naboj (poskusCoulombova tehtnica) • Charles Augustin de Coulomb 1777, uporabil izraz (formula!) za odbojno silo F med identičnimi in privlačno med različnimi naboji, ki pada pada s kvadratom razdalje

R q1 q2 Kaj pomeni sila PADA s kvadratom razdalje? • Polje: vpliv naboja na okoliški prostor F ( ) 1 1/4 1/9 ? R (m) 3 0 1 2

Primerjava s težnostnim poljem • Polje: vpliv mase na okoliški prostor Kaj pa v težnostnem polju RASTE s kvadratom? Preletena pot raste s kvadratom časa: R m2 m1

Elektrostatika • Orbite(kliknite za ponazoritev delovanja sil med naboji v atomih) • Prebojna napetost razelektritev v ozračju nosi s seboj posledice? Benjamin Franklin 1752 dokazal, da je atmosferska strela enaka iskri, ki nastane med nasprotno naelektrenimi kovinskimi kroglami Razelektritev s strelo (influenca, ionizacija, naelektritev oblakov)

ET2 ET2’ Elektrostatika T2’ r2’ T2 q2 r2 T1 q1 DELO PRI PREMIKANJU naboja q2

Elektrostatika kapacitivnost C izražena na dva načina Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta(Pavia) opazil sorazmerje med napetostjo na elementu in vanj shranjenim nabojem. Iznašel je električno baterijo, enota za napetost se imenuje po njem. Q A U d

125μm smer gibanja 1,3 μm 0,7μg glavnikaste kovinske strukture vzmeti Elektrostatika mikro-elektromehanski senzorji – spremembe kapacitivnosti med strukturami S senzorji zaznavamo: dinamične pospeške (sunke in tresljaje) in statične pospeške (naklone ali težnostni pospešek) http://www.sensorland.com/HowPage023.html

Elektrostatika • Uporaba • senzorji meritve razlik kapacitivnosti, posredno merimo pospešek, prostornino • z MEMS merimo pospeške in hitrosti vrtenja okoli osi • zračna vreča • igrice • fotokopirni stroj: sila v elektrostatičnem polju

Q I U U Elektrostatika • v elektrostatiki smo imeli opraviti z visokimi napetostmi. Nobenih tokov dokler ne pride do preboja • Dvopolni elementi električnih vezij: v čem je razlika med kondenzatorji in upori? Dielektrik preprečuje prevajanje toka – do preboja

P .. moč (W) W .. energija (Ws) I .. tok (A) J .. tokovna gostota (A/m2) Elektrodinamika • Delo (moč, energija) • Tokovna gostota J • Torej: premikajoči se električni naboji - električni tok: če se naboj v nekem območju spremeni za 1 kulon v 1 sekundi, zaznamo tok 1 amper • Jakost električnega toka(ploskovni integral!) • Kratek stik – kaj je to? • Materiali (kako kovine, kako plini, kapljevine) pod vplivom električnega toka – prevajajo in se grejejo • Galvanski toki vsepovsod! • Magnetizem in električni tok sta povezanaOerstedov ponesrečen poskus je prinesel zamisel !) • Pojav sile med tokovodnikoma

I U l Elektrodinamika R .. upornost (Ω) ρ .. spec. upornost (Ωm) γ .. spec. prevodnost (Sm) • Iz elektrostatike v elektrodinamiko namesto (visokih) napetosti brez tokov, se pojavijo napetosti, ki poženejo toke • Ohmov zakon(v izvorni obliki) • Električna upornost R izražena na dva načina • Moč P • 1zW (10-21 W, povprečna moč radijskih signalov (s planeta Jupiter) sprejeta na Zemlji z 70-metrsko anteno) • 1pW (10-12 W, moč človeškecelice) • Joulov zakon • Dva Kirchoffova izreka (poskus z žarnicama) • Zanka: zaporedna vezava žarnic • Vozlišče: vzporedna vezava žarnic

Nekaj smo pozabili...

P .. moč (W) W .. energija (Ws) I .. tok (A) J .. tokovna gostota (A/m2) Elektrodinamika • Delo (moč, energija) • Tokovna gostota J • Torej: premikajoči se električni naboji - električni tok: če se naboj v nekem območju spremeni za 1 kulon v 1 sekundi, zaznamo tok 1 amper • Jakost električnega toka(ploskovni integral!) • Kratek stik – kaj je to? • Materiali (kako kovine, kako plini, kapljevine) pod vplivom električnega toka – prevajajo in se grejejo • Galvanski toki vsepovsod! • Magnetizem in električni tok sta povezanaOerstedov ponesrečen poskus je prinesel nov pogled na odnos med električnim in magnetnim poljem • Pojav sile med tokovodnikoma • Meissnerjev pojav – superprevodnik v magnetnem polju

Desetiške predpone

+ Izračunajte U, I in P R123 • U0 = 10 V • R1 = 1 Ω • R2 = 2 Ω • R3 = 3 Ω R2 R1 R3 I0 U0

I U l Elektrodinamika R .. upornost (Ω) ρ .. spec. upornost (Ωm) γ .. spec. prevodnost (Sm) • Iz elektrostatike v elektrodinamiko namesto (visokih) napetosti brez tokov, se pojavijo napetosti, ki poženejo toke • Ohmov zakon(v izvorni obliki) • Električna upornost R izražena na dva načina • Moč P • 1zW (10-21 W, povprečna moč radijskih signalov (s planeta Jupiter) sprejeta na Zemlji z 70-metrsko anteno) • 1pW (10-12 W, moč človeškecelice) • Joulov zakon • Kirchoffova izreka • zanke in • vozlišča

Izvori enosmerne napetosti • Galvanski členi • Primarni (baterije) • Sekundarni (akumulatorji) • Usmerniki (v ozadju je elektrarna) • Termočleni • Gorivne celice • Sončne celice Vir: wikipedia

Elektrodinamika f .. frekvenca (Hz) φ .. fazni kot (°) T .. čas periode (s) Izmenični tok – periodičnost • Ukd (Vpp), Usr (Vavg), Uef (VRMS) • Perioda, frekvenca (risanje diagramov) • Obnašanje upora in začasnega shranjevalnika el. energije (kondenzatorji, tuljave) v najenostavnejšem enosmernem in izmeničnem tokokrogu • Elementi, ki jih vzbujamo, se odzivajo (periodično vzbujanje povzroča periodični odziv)

Elektrodinamika f .. frekvenca (Hz) φ .. fazni kot (°) Največja napaka, ki sem jo storil je, da sem se mučil z razvojem uporabe enosmernega toka namesto izmeničnega. Thomas Alva Edison, tik pred smrtjo Izmenični tok • Ukd (Vpp), Usr (Vavg), Uef (VRMS) • Perioda, frekvenca (risanje diagramov) • Obnašanje upora in začasnega shranjevalnika el. energije (kondenzatorji, tuljave) v najenostavnejšem enosmernem in izmeničnem tokokrogu • Fazni kot (časovni zamik med vzbujanjem in odzivom = tokom in napetostjo na kondenzatorju oz. napetostjo in tokom na tuljavi) Nikola Tesla(Smiljan) izumitelj, sprevidel prednosti izmeničnega toka pred enosmernim za prenos in uporabo električne energije

R C Q Φ L I U I U Kondenzator, upor in tuljava

UPOR

iz dimenzij ter materiala jedra, daljša ravna tuljava dolžine l z N ovoji iz elektriških veličin Tuljava • Uporabnost tuljave? Dušenje tokovnih sunkov. • Tuljava: na cev navijemo kos žice, tuljava ima včasih jedro iz feromagnetnega materiala • L .. induktivnost tuljave L izražena na dva načina • Feromagnetno jedro povzroča nelinearen odnos med Φ(I) oz. B(H) (glej magnetenje)

L .. induktivnost (H)  .. permeabilnost (H/m) A .. presek tuljave (m2) N .. število ovojev tuljave () Tuljava Induktivnost L dolge tuljave je torej izražena na dva načina A l I + - 

Magnetenje, histerezna zanka B I nasičenje Br -Hc prvo magnetenje U 0 H +Hc nasičenje

izmeničnega Elementi električnega tokokroga • Periodično vzbujanje • Elementi, ki jih vzbujamo, se odzivajo (periodično vzbujanje povzroča periodični odziv) • Odzivzaostaja za vzbujanjem (preračun časa v fazni kot φ s pomočjo periode T) (upor se odzove s φ =0, torej brez zakasnitve) • Fazni kot v prometu (na primer vzbujanje:gorenje zelene luči na semaforju in odziv:pretok vozil čez črto stop) • Kondenzator (vzb. i povzroča odz. u), Tuljava(vzb. u povzroča odz. i)

Impedanca (1) • pomeni odnos u(t) in i(t): • razmerje amplitud U/I in • fazni kot med u in i

UPOR

KONDENZATOR

TULJAVA

|Z| φ Impedanca (2) • Poleg rezistivne upornosti (upornost sama po sebi, upiranje toku je konstantno, neodvisno od frekvence) poznamo tudi reaktivno upornost (odziv je odvisen od frekvence vzbujanja – odziv je reakcija na vzbujanje) • Impedanca Z predstavlja vektorsko vsoto rezistivne in reaktivne upornosti

Sklepi • električni tok .. I kot posledica napetosti .. U • enosmerni in izmenični tok, napetost • zančni in vozliščni Kirchoffov izrek • gretje prevodnikov (pretvarjanje električne energije v toploto) pomeni izgube • R .. upiranje prevodnika pretoku nabojev (pretvorba v toploto) • |Z|.. upiranje pretoku nabojev (pretvorba v toploto) IN upiranje spreminjanju vzroka (fazni kot .. φ)

Izkoristek naprav • Kolikšno razmerje nastane med energijo na koncu puščice, glede na energijo na začetku puščice? • Razmerje med izkoriščeno energijo (konec puščice) in vloženo energijo (začetek puščice) imenujemo izkoristek. Energiji nista enaki, ker med pretvorbo nastajajo izgube.

enosmerna napetost: upornost → → izmenična napetost: impedanca GRELNIKI Energija se na R pretvori v toploto • Rezistivna (čisti upor) • Reaktivna (kondenzator, tuljava) • Impedanca POMNILNIKI Energija na L in C ostane v vezju

izmeničnega IR UR U I UL IC UR IR Realni elementi električnega tokokroga • Realnakondenzator in tuljava imata izgube kar ponazarja njuna upornost R • Sčasoma se R, L in C ne spreminjajo U I IC UL

Na kondenzatorju se tok pojavi pred napetostjo (tok prehiteva napetost) Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo) i C e KONDENZATOR UPOR φ=90º φ = 0º Fazni kot φ z vektorji (kazalci) !!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

Primer: vzporedna vezava R in C in kot φ • Vsota tokov je tudi vektor • Pojavi se kot φ med vsoto tokov in skupno napetostjo φ=?

1/|Z| 1/XC φ 1/R Primer: vzporedna vezava R in C • U= 440V, R = 90Ω, C = 3μF, f = 60Hz

Na uporu se tok pojavi skupaj z napetostjo (tok je v fazi z napetostjo) Na tuljavi se napetost pojavi pred tokom (napetost prehiteva tok) TULJAVA UPOR φ=90º φ = 0º e L i Fazni kot φ z vektorji (kazalci) !!! dolžine vektorjev so vrednosti konica-nič (polovica konica-dno)

Primer: zaporedna vezava R in L in kot φ • Vsota napetosti je tudi vektor • Pojavi se kot φ med vsoto napetosti in skupnim tokom φ=?

Primer: zaporedna vezava R in L • U= 440V, R = 90Ω, L = 300mH, f = 60Hz |Z| XL φ R

izmeničnega φ Elementi električnega tokokroga • Izmerimo fazni kot iz trikotnika moči. Rabimo:volt-, amper- in vat-meter. • Merjenje moči žarnice in sijalke. Pnavidezna = U I Pjalova = UI sinφ Pdelovna = UI cosφ

R C Q I Φ L I U U I U Linearni in nelinearni elementi DIODA NELINEARNI

P .. moč (W) W .. energija (Ws) I .. tok (A) J .. tokovna gostota (A/m2) Elektrodinamika • Delo (moč, energija) • Tokovna gostota J • Torej: premikajoči se električni naboji - električni tok: če se naboj v nekem območju spremeni za 1 kulon v 1 sekundi, zaznamo tok 1 amper • Jakost električnega toka(ploskovni integral!) • Kratek stik – kaj je to? • Materiali (kako kovine, kako plini, kapljevine) pod vplivom električnega toka – prevajajo in se grejejo • Galvanski toki vsepovsod! • Magnetizem in električni tok sta povezanaOerstedov ponesrečen poskus je prinesel zamisel !) • Pojav sile med tokovodnikoma • Meissnerjev pojav – superprevodnik v magnetnem polju

Sprehod po poglavjih