BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA

1. BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 8 Napomena: kompletno gradivo je u literaturi, ovo su samo bitne natuknice

2. ELEKTROMAGNETSKA INDUKCIJA Michael Faraday, nakon brojnih eksperimenata, utvrdio je nepobitno da: - prilikom uključivanja ili isključivanja toka istosmjerne električne struje u jednom svitku dolazi do pojave napona (induciranja elektromotornog napona) u drugom zatvorenom svitku koji se nalazi u blizini prvog svitka; - se pri promjeni položaja jednog svitka u odnosu na položaj drugoga svitka, kojim protječe istosmjerna električna struja, također inducira elektromotorni napon u prvom svitku. Joseph Henry je, eksperimentima, utvrdio da se u zatvorenom vodljivom svitku inducira elektromotorni napon kad mu se približi magnet. Sve spomenute pojave, uočene eksperimentima, nazivaju se pojavama elektromagnetske indukcije. Na toj pojavi temelji se moderna proizvodnja električne energije.

3. ELEKTROMAGNETSKA INDUKCIJA Michael Faraday je iz svih spomenutih eksperimenata zaključio da je uzrok elektromagnetske indukcije promjena magnetskog toka. Utvrdio je da je iznos induciranog napona razmjeran brzini promjene magnetskog toka. Značenje minusa objašnjava se Lencovim zakonom: smjer induciranog napona uvijek je takav da se od tog napona stvorena struja svojim magnetskim učinkom protivi promjeni magnetskog toka uslijed kojeg je došlo do induciranog napona. U biti Lencovim zakon iskazano je načelo tromosti u elektromagnetizmu.

4. Napon pomicanja • Vodič se giba po vodljivom okviru brzinom v okomito u odnosu na magnetsko polje gustoće B. • Naponom pomicanja dat je izrazom:

5. Napon rotacije Do induciranog napona može se doći i na način da svitak rotira u homogenom magnetskom polju indukcije B. Takav napon naziva se naponom rotacije, a u biti to je načelo rada generatora izmjenične struje. Java simulacija: http://www.pfst.hr/~ivujovic/stare_stranice/java/indcur/index.html

6. SAMOINDUKCIJA Kad nekom zavojnicom protječe električna struja oko nje se stvara magnetsko polje s određenim magnetskim tokom. Taj se tok naziva vlastitim magnetskim tokom. Ako se električna struja koja protječe zavojnicom mijenja u vremenu onda se mijenja i magnetski tok. Kao posljedica promjenjivog magnetskog toka, sukladno zakonu elektromagnetske indukcije, inducira se napon. Ta pojava da se u samoj zavojnici kojom protječe promjenjiva električna struja inducira napon, kao posljedica promjenjivog magnetskog toka, naziva se samoindukcija, a tako inducirani napon naziva se naponom samoindukcije.

7. Međuindukcija Dva svitka smještena su jedan blizu drugog. U strujnom krugu prvog svitka je izmjenični izvor s promjenjivom električnom strujom koja onda stvara i promjenjivi magnetski tok. U strujnom krugu drugog svitka pored svitka samo je još voltmetar. Promjenjivi magnetski tok stvoren električnom strujom u prvom svitku obuhvaća i zavoje drugog svitka. Za takav magnetski tok kaže se da je ulančan. M1,2 - koeficijent međuindukcije (međuindu-ktivitet). Ukazuje na magnetsku povezanost prvog i drugog svitka.

8. BIOT - SAVARTOV ZAKON • Biot-Savartov zakon omogućava izračunavanje jakosti magnetskog polja H i magnetske indukcije B i u najsloženijoj konfiguraciji vodiča.

9. SILE U MAGNETSKOM POLJU • Sila na vodič kojim protječe električna struja, a koji se nalazi u vanjskom magnetskom polju • Međusobno djelovanje ravnih vodiča kojima protječu električne struje • Sila na naboj u gibanju • Ukupna sila na električni naboj koji se kreće u elektromagnetskom polju (Lorentzova sila)

10. MAGNETSKA SVOJSTVA MATERIJALA Magnetska svojstva materijala moguće je objasniti međudjelovanjem vanjskog magnetskog polja i magnetskih momenata atoma i molekula. Svaki kružeći elektron može se nadomjestiti ekvivalentnom malom strujnom petljom koja omeđuje površinu dS, a električna struja I petlje teče suprotno od smjera kruženja elektrona. Magnetsko polje male petlje električne struje na većoj udaljenosti jednako je polju magnetskog dipola. Magnetski moment dipola je: gdje je vektor normale na površinu dS. Rotacija električnog naboja oko vlastite osi (spin) može se smatrati graničnim slučajem strujne petlje čija površina teži nuli. Zato je elektronu pored magnetskog momenta zbog kružnog gibanja pridružen i magnetski moment zbog spina.

11. I jezgra atoma ima magnetski moment zbog spina, ali znatno manjeg iznosa od magnetskih momenata elektrona. Ukupni magnetski moment atoma ili molekule rezultanta je, po pravilima kvantne mehanike, spomenutih magnetskih momenata elektrona i jezgre. materijali dijamagnetski - bizmut, - zlato, - bakar, - srebro, - germanij, - silicij, - grafit, - aluminijev oksid, itd. paramagnetski feromagnetski Ekvivalentna mala strujna petlja antiferomagnetski ferimagnetski

12. Kod dijamagnetskih materijala magnetski je moment atoma ili molekula jednak nuli kad nisu izloženi djelovanju vanjskog magnetskog polja. Narinuto vanjsko magnetsko polje u atomima ili molekulama ovih materijala inducira magnetski moment. Prolaskom kroz dijamagnetske materijale silnice magnetskog polja se šire, r < 1. Drugu skupinu tvore materijali čiji atomi ili molekule imaju magnetski moment različit od nule i bez vanjskog magnetskog polja. Kod paramagnetskih materijala (npr. zrak, aluminij, kromov klorid i oksid, paladij, željezni oksid, željezni klorid, itd.) međusobni utjecaj magnetskih momenata atoma je zanemariv pa su oni proizvoljno orijentirani. Djelovanjem vanjskog magnetskog polja magnetski momenti (magnetski dipoli) se zakreću u pravcu polja i materijal se magnetizira (magnetski polarizira). Pojava je istovjetna zakretanju električnih dipola dielektričnih materijala izloženih djelovanju električnog polja. Silnice magnetskog polja kontinuirano prolaze kroz kroz paramagnetske materijale,r  1. Kod feromagnetskih materijala međusobni utjecaj magnetskih momenata susjednih atoma je takav da su oni jednakih iznosa, paralelni i istog smjera. Prolaskom kroz feromagnetske materijale silnice magnetskog polja se skupljaju, r > 1.

13. Magnetski momenti susjednih atoma kod antiferomagnetskih materijala (na primjer manganov fluorid, manganov dioksid, manganov oksid, nikalfluorid, itd.) su jednakih iznosa, paralelni i suprotnog smjera, a kod ferimagnetskih materijala su različitog iznosa, paralelni i suprotnog smjera. Prema ovako pojednostavljenom prikazu može se zaključiti da je spontana magnetizacija kod feromagnetskih materijala izrazita, kod antiferomagnetskih je jednaka nuli, a kod ferimagnetskih je različita od nule. Treba upozoriti da se i kod atoma para, fero, antifero i feri- magnetskih materijala inducira magnetski moment, zanemarivo malog iznosa, kad na njih djeluje vanjsko magnetsko polje. Zbog toga su svi spomenuti materijali istodobno i dijamagnetski u širem značenju. Prazan prostor (vakuum) je jedino stvarno nemagnetsko sredstvo.

15. Makroskopska veličina koja opisuje stupanj magnetizacije materijala je vektor magnetizacije definiran omjerom vektorskog zbroja magnetskih momenata i elementarnog obujma V: Vektori jakosti magnetskog polja , magnetske indukcije (gustoće magnetskog toka) i magnetizacije povezani su relacijom: gdje je 0 permeabilnost vakuuma (0 = 410-7 H/m). Za linearne magnetske materijale, kao što su dijamagnetski (u užem značenju) i paramagnetski, između vektora magnetizacije i vektora jakosti magnetskog polja vrijedi linearna ovisnost: gdje je m magnetska susceptibilnost.