elektrotehnikamesbor.files.wordpress.com · Web view(1.4.2.)Плочасти кондензатор...

1. УВОДНО ПРЕДАВАЊЕ О ПРЕДМЕТУ. РАЗВОЈ И ЗНАЧАЈ ПРЕДМЕТА

Електротехника је грана науке и технике која се бави проучавањем и применом електрицитета.Као грана технике, она обухвата пет основних области:

1. ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА - проучава производњу, пренос и коришћење електричне енергије 2. ТЕЛЕКОМУНИКАЦИЈЕ - пријем, предаја и пренос сигнала на даљину 3. РАЧУНАРСКА ТЕХНИКА - примена обрада и чување информација помоћу рачунара 4. ЕЛЕКТРОНИКА - грађење саставних електронских делова и њихова примена у склоповима и уређајима 5. АУТOМАТИКА - обухвата електричну, упрвљачку и регулациону технику

РАЗВОЈ И ЗНАЧАЈ ОСНОВА ЕЛЕКТРОТЕХНИКЕ

Прва сазнања о електричним појавама потичу из античког доба. (Талес - ћилибар и вунена тканина, трење). Енглески лекар Џилберт је око 1600. године покушао да их објасни уводећи појам електрицитета, према грчкој речи електрон која означава ћилибар. Појаве се испољавају деловањем механичких сила (одбојних или привлачних).

Значајна открића :

1752.- амерички научник Френклин проналази громобран 1785.- француски научник Кулон утврђује закон електростатичке интеракције (привлачење наелектрисаних тела). 1820.- дански физичар Ерстед открио везу између магнетних и електричних појава

1831.- енглески научник Фарадеј открива закон електромагнетне индукције и законе електролизе 1827.- немачки физичар Ом дефинисао однос напона и отпорности, Омов закон1864.- енглески физичар, Максвел обрађује општу теорију електромагнетизма која је изведена из Фарадејевих закона 1845.- немачки физичар Кирхоф дефинисао законе гранања електричних струја и равнотеже електричних сила у колу 1804.-1865.- руски научник Ленц дефинисао је законе у области магнетизма 1866.- Сименс - генератор једносмерне струје 1873.- Пачиноти - електромотор једносмерне струје 1887.- Никола Тесла - асинхрони мотор

У области телекомуникација истичу се Морз (телеграф 1837.), Бел (телефон 1876.), Тесла (принципи емитовања радио преноса), као и Михајло Пупин.О самој суштини електрицитета више се сазнало по открићу структуре атома којом су се бавили Радерфорд и Бор (1911-1913.). Доба електронике наступа почетком 20. века откићем диоде (1904.

Флеминг), радара (1935.), телевизије (1939.), трaнзистора (1948.) и даљом минијатуризацијом компонената и израдом логичких кола. У електротехници се изучавају разне величине као што су струја, напон, снага, енергија, ...Треба их приказати бројном вредношћу и јединицом (основна количина физичке величине). MKSA систем. - М - метар(m), К - килограм(kg), S - секунд(s), и А - ампер. Од 1981. уведене су и јединице за температуру (К- келвин), јачину светлости (cd- кандела) и количину материје (mol).

2. СТРУКТУРА МАТЕРИЈЕ, ОСНОВНИ ПОЈМОВИ О ЕЛЕКТРИЦИТЕТУ

МАТЕРИЈА - све оно што независно и објективно постоји од посматрача, она је саставни део физичких тела. МОЛЕКУЛИ - најситније честице материје које имају њена својства. Састоје се од два или више атома.АТОМ- најситније честице елемената.Састоји се од језгра и омотача. Честице које чине атом су ПРОТОН, НЕУТРОН И ЕЛЕКТРОН. Језгро садржи протон (+ наелектрисану честицу) и неутрон( - наелектрисану честицу).Омотач - по њему круже електрони, најситније негативно наелектрисане честице. Број протона и електрона у атому је исти, па је и количина позитивног и негативног наелектрисања иста - АТОМ је ЕЛЕКТРИЧНО НЕУТРАЛАН.(слика 1)

Слика 1.

МАСА ЕЛЕКТРОНА me = 9,1•10-31 [kg]

МАСА ПРОТОНА = МАСИ НЕУТРОНА mp = mn = 1,672•10-27 [kg]

НАЕЛЕКТРИСАЊЕ ЕЛЕКТРОНА е = 1,6•10-19 [C]

* КАРАКЕРИСТИКЕ МАТЕРИЈЕ - МАСА [m] И ЕНЕРГИЈА [Е]. Њихова веза је дата Ајнштајновом релацијом: Е = m•c2 (1) E- eнергија m - маса с - брзина светлости у вакуумуМАСА -мера количине материје (Њутн) - инерција тела.ЕНЕРГИЈА - способност тела да изврши рад.НАЕЛЕКТРИСАНО (оптерећено)ТЕЛО - оно које има "вишак" или "мањак"електрона.

* КОЛИЧИНА НАЕЛЕКТРИСАЊА [Q] - количина електрицитета (физичка величина). Јединица наелектрисања је КУЛОН.

Q =±N•e [C] (2)N - цео број

Одговорити на следећа питања:

1. Од чега се састоји атом?2. Које честице су позитивне, које негативне, а које неутралне?3. Када је атом електрично неутралан, а када није?4. Колика је маса протона, неутрона и електрона?5. Које су најбитније карактеристике материје?6. Чему је једнака енергија?

3. ИЗОЛАТОРИ, ПРОВОДНИЦИ И ПОЛУПРОВОДНИЦИ. ПОЈАМ ЈЕДИНИЦЕ

Сви матерјали који се срећу у природи, у електричном погледу деле се на :ИЗОЛАТОРЕ, ПРОВОДНИКЕ И ПОЛУПРОВОДНИКЕ.По љускама око атома круже електрони. У првој их је 2, у другој 1-8 , а у последњој, такође 1-8 (валентни).ИЗОЛАТОРИ-(диелектрици) -Лоши проводници (струје) јер у последњој љусци имају много електрона (5 до 8). Они су чврсто везани за атом и тешко ослобађају електроне који би кретањем створили струју.( хлор, пластичне масе, гума ваздух...).ПРОВОДНИЦИ- Мало електрона у последњој љусци (1-3),слабо су везани за језгро атома и ослобађају се већ на собној температури.Слободни електрони се крећу у једном смеру и чине струју. (бакар, алуминијум, сребро...).ПОЛУПРОВОДНИЦИ- Они су између проводника и изолатора по броју електрона у последњој љусци (4).(силицијум са примесама, германијум...).

ЈЕДИНИЦА- Основна количина неке физичке веичине (напон, струја, снага енергија,...) које се изражавајуу бројним вредностима.SI-систем, интернационални, МКSА систем(маса, килограм, секунд и ампер).Од1981. год. уведене су и јединице за : температуру (К), јачину светлости (кандела) и количину материје (мол).Дефиниција ампера : Електрична струја од 1А је струја која тече кроз два бесконачно дуга проводника занемарљивог пресека, на растојању од 1m и која развија силу од 2*10 по једном метру дужине проводника.Остале јединице су изведене. Префикси за веће или мањејединице су дати у табели 1.

Префикс Вредност СкраћеницаПрефикс Вредност Скраћеница ато 10-18 (a) дека 101 (da) фемто 10-15 (f) хекто 102 (h) пико 10-12 (p) кило 103 (K) нано 10-9 (n) мега 106 (m) микро 10-6 (m) гига 109 (G) мили 10-3 (m) тера 1012 (T) центи 10-2 (c) пета 1015 (P)

деци 10-1 (d) екса 1018 (E) Табела 1. Помоћне јединице


1. Како се деле материјали у природи?2. Шта су изолатори?3. Шта су проводници?4. Шта су полупроводници?5. Како се дефинише јединица 4. ПОЈАМ НАЕЛЕКТРИСАНОГ ТЕЛА

ЕЛЕКТРОСТАТИКА

Електростатика - део науке о електрицитету, која обухвата проучавање електрицитета у стању мировања, распоред електрицитета на телима, наелектрисање тела и њихова узајамна дејства.

Наелектрисана тела

Тела су обично неутрална тј., имају исту количину позитивног и негативног наелектрисња (електрицитета).

- Позитивно наелектрисано тело - вишак позитивног наелектрисања. (слика 1)

Слика 1.

- Негативно наелектрисано тело - вишак негативног наелектрисања. (слика 2)

Слика 2.

- Истоимено наелектрисана тела се одбијају (а), а разноимена се привлаче(б). (слика

3)

а) б)

Слика 3.

Тела се могу наелектрисати: трењем, додиром и електростатичком индукцијом.Електростатичка индукција - раздвајање позитивног и негативног наелектрисања у ненаелектрисаном телу, под утицајем наелектрисаног тела које се налази у његовој близини (слика 4).

Слика 4.

Јединица наелектрисања је КУЛОН - количина наелектрисања од једног Кулона протекне кроз попречни пресек проводника када кроз њега тече струја од 1А за време од 1sec.

Наелектрисано тело има својство да привлачи или одбија друга тела. Наелектрисано тело има вишак позитивног или негативног наелектрисања ( Q -вишак наелектрисања)

Q = Q+- Q- (1)

Количина наелектрисања коју садржи 1е = 1,6•10-19


1. Kaда је неко тело позитивно, а када негативно наелектрисано?2. Како може да се наелектрише неко тело?3. Какав је однос позитивног и негативног наелектрисања?4. Која је јединица и како се дефинише наелектрисање тела?

5. КУЛОНОВ ЗАКОН

Шарл Кулон, француски научник је помоћу врло осетљиве торзионе ваге, утврдио зависност силе узајамног дејства два тачкаста наелектрисања, Q1 и Q2 , од величине њихових наелектрисања и међусобног растојања r. Taчкасто наелектрисано тело - тело чије су димензије занемарљиво мале у односу на њихово међусобно растојање или на растојање са кога се посматрају.(слика1)

Слика 1.

Дефиниција Кулоновог закона: Сила узајамног дејства између два тачкаста наелектрисања, директно је сразмерна наелектрисањима а обрнуто сразмерна квадрату њиховог растојања.

(1)

F- електростатичка силак - константа пропорционалностиQ1,Q2 - наелектрисањаr - растојање

, , (2)

7.8.ГРАФИЧКО ПРИКАЗИВАЊЕ ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА. ВЕКТОР ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА

Простор око наелектрисаног тела, у којем се осећа његов утицај на друга наелектрисана тела назива се ЕЛЕКТРИЧНО ПОЉЕ. Линије ел.поља на слици1(а,б) су негде гушће, а негде ређе, па је ел.поље негде јаче, а негде слабије. То поље се назива нехомогено, РАДИЈАЛНО ЕЛ. ПОЉЕ.

а) б)

Слика 1.

ХОМОГЕНО ЕЛ. ПОЉЕ постоји између две равне металне плоче, чије су дужина и ширина знатно веће од њиховог растојања (слика 2). Линије хомогеног поља су паралелене, густина им је свуда иста као и растојање.

Слика 2.

ВЕКТОР ЕЛ.ПОЉА- усмерена величина која има свој интензитет, правац и смер.Он предствља тангенту на линије поља (слика 3).

Слика 3.

Сила у ел.пољу делује на тела која се налазе у ел.пољу која се међусобно привлаче или одбијају(једно тело се налази у ел.пољу другог тела.) Она је директно сразмерна јачини поља које делује на наелектисање и количини наелектрисања.

F=EQ (1)

Јединица за силу је N (ЊУТН).

Одатле следи да је јачина поља : (2)

Е- Електрично пољеQ - Kоличина наелектрисања.

Јачина хомогеног ел.поља зависи од напона на плочама и њиховог међусобног растојања:

(3)

9. ПРИМЕРИ - КУЛОНОВ ЗАКОН

Поновити:

1.Како гласи Кулонов закон ( образац и дефиниција )?

2.Каква може бити Кулонова сила у зависности од знака наелектрисања?

Задаци:

1. Неко тело има вишак n = 105e . Колико је наелектрисање?( е- наелектрисање електрона)

2. Језгро атома хелијума има наелектрисање +2е, а језгро атома +10е. Којом силом делују међусобно та два језгра ако је размак између њих 2nm? (F=5,12*10-6 N)

3. Две мале позитивно наелектрисане металне куглице, удаљене су 0,01m. Колика је сила, ако свака куглица има наелектрисање n = 105e С, а налазе се у: а) вакууму (F=0,9N), б) у средини у којој је εr = 3? (F=0,3N)

4. Два тачкаста наелектрисања, Q1 = 2pC и Q2 = -3pC, налазе се на међусобном

растојању d=30cm у вакууму. Одредити силу између њих.

5. Између тачкастих наелектрисања, Q1 = 10pC и Q2 =20pC , која се налазе у вакууму, делује сила инезитета F=20рN. Скицирати превац и смер силе на свако од наелектрисања и одредити наелектрисање између њих.

За домаћи урадити следеће задатке :

1) Два једнака тачкаста наелектрисања, Q1 = Q2 = Q, налазе се у вакууму на међусобном растојању d=6cm. Између наелектрисања делује сила чији је интезитет F=0,36nN. Одредити карактер силе (одбојна или привлачна) и вредност наелектрисања.

2) У теменима А,В и С квадрата странице a = 0,5 m налазе се тачкаста наелектрисања QA = QB = QC = Q = 30pC (слика 2.1). Одредити силу на наелектрисање QB. Систем се налази у вакууму.

3) Три тачкаста наелектрисања налазе се у вакууму у теменима једнакостраничног троугла странице a = 20cm (слика 2.2). Вредности наелектрисања су QA=QB=Q =20pC и QC = 10pC. Одредити силу на наелектрисање QC.

10. ПОЛАРИЗАЦИЈА ДИЕЛЕКТРИКА

Диелектрици (изолатори), се често налазе у електричном пољу између плоча кондензатора, на које је прикључен напон. Електрично поље изазива промене у диелектрику, где раздваја позитивно од негативног електрицитета или изазива усмеравање електрицитета. Најчешће срећемо две врсте поларизације:ДИПОЛНУ и ЕЛЕКТРОНСКУ (неутралну). ДИПОЛНА ПОЛАРИЗАЦИЈА - заступљена код диелектрика чији су молекули по свјој унутрашњој структури еквивалентни једном електронском диполу (слика 1)-(вода, натријум-хлорид,глицерин).

а) б)

Слика 1.

а) - у одсуству поља, молекли су хаотично распоређени. б) - ако се молекул унесе у електрично поље, тј. ако се на плоче прикључи напон, молекули се окрећу так да им се позитиван пол окреће ка негативној плочи, а негативан пол ка позитивној. Процес формирања мноштва усмерених дипола у диелектрицима, назива се ПОЛАРИЗАЦИЈА ДИЕЛЕКТРИКА. ЕЛЕКТРОНСКА ПОЛАРИЗАЦИЈА (неутрална) се јавља код атома у електричном пољу. Код атома водоника имамо пример атома код кога се центри позитивног и негативног наелектрисања поклапају. Он је неполаризован и центар му је у језгру (слика 2).Када се атом водоника унесе у електрично поље, тј. плоче између којих се налази се наелектришу, прикључи се напон, негативан електрицитет се помера ка позитивној плочи, а позитиван ка негативној. Долази до деформисања путање електрона (слика2б) и она постаје елипсастог облика. Центар елипсе се помера ка позитивној плочи, а протон ка негативној.Позитиван и негативан електрицитет је раздвојен и овај атом је ПОЛАРИЗОВАН у електричном пољу. Када нестане електричног поља, путања електрона поново постаје кружна и протон се враћа у њен центар.


1. Шта су диелектрици?2. Које врсте поларизације постоје?3. Објаснити диполну поларизацију.4. Шта је поларизација диелектрика?5. Објаснити неутралну поларизацију.

11. ЈАЧИНА ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА - УТВРЂИВАЊЕ

1. Шта се дешава када се два наелектрисана тела приближе?2. Како се дефинише електрично поље?3. Зашто не постоји електрично поље у околини наелектрисаног тела?4. Како се графички представља електрично поље?5. Одакле излазе линије електричног поља, а где улазе?6. Под којим углом улазе или излазе линије електричног поља?7. Шта показује смер електричног поља?8. Како се графички представља јачина електричног поља?9. Када је електрично поље хомогено, а када нехомогено – радијално?10. Како се графички приказују ове врсте електричних поља?11. Шта је вектор електричног поља?12. Како се представља интезитет вектора?13. Како се сабирају и одузимају вектори?

12.ЕЛЕКТРИЧНИ ПОТЕНЦИЈАЛ И ЕЛЕКТРИЧНИ НАПОН

Нека тела могу бити слабије или јаче наелектрисана.

Пример: Ако имамо два тела А и В (слика 1), и на тело А доведемо мању количину електрицитета, а на В већу, тело А је слабије наелектрисано, а тело В јаче, тј. ствара око себе јаче Е ( електрично поље).

Слика 1.

Пример: Ако имамо два различита тела C и D ( слика 2) и тело C је мање површине, а доведемо им исту количину електрицитета, електрицитет на површини тела C је гушће распоређен, па је оно јаче наелектрисано и ствара у својој околини јаче електрично поље.

Слика 2.

Ако је неко тело јаче наелектрисано оно је на јачем електричном потенцијалу.Електрични потенцијал постоји и ван наелектрисаног теле у његовом електричном пољу. Ако се удаљавамо од наелектрисаног тела, његов утицај слаби, па слаби и потенцијал.

Око наелектрисаног тела постоје еквипотенцијалне површине – површине једнаког потенцијала (слика 3).

Слика 3. Највећи утицај наелектрисаног тела је на његовој површини, а ту је и електрични потенцијал највиши. На површинама а) и b) се смањује, тако да је у бесконачности једнак 0. Ако је тело позитивно наелектрисано и електрични потенцијал је позитиван. Ако је тело негативно наелектрисано и електрични потенцијал је негативан. Ако тело није наелектрисано потенцијал је једнак 0. Потенцијал се обележева са V, а јединица за потенцијал је 1V (волт). Електрични напон представља разлику потенцијала, обележева се са U, а јединица му је такође 1V (волт).

U = V 1 – V2 (V) Пример: 1) V 1 = 3 V V2 = 1 V U = 3 - 1= 2 V

2) V 1 = 1 V V2 = 3 V U = 1 – 3= -2 V


1. Где се распоређује наелектрисање наелектрисаног тела?2. Ако два иста тела наелектршемо различитим Q, које је тело више наелектрисано и зашто?3. Шта су еквипотенцијалне површине?4. Од чега зависи потенцијал наелектрисаног тела?5. Шта је електрични напон?

13. РАЧУНСКИ ПРИМЕРИ ИЗ ЕЛ. НАПОНА И ЈАЧИНЕ ЕЛ.ПОЉА

Поновити:1. Како се дефинише електерични напон?2. Која је јединица за електрични напон?3. Како се рачуна јачина електричног поља?4. Која је јединица за електрично поље?5. Које врсте електричног поља постоје, нацртај?

Задаци:1. Усамљено тачкасто наелектрисање Q =200pC налази се у вакууму. Одредити вектор електричног поља на растојању a = 20cm од наелектрисања. 2. Усамљено наелектрисање Q налази се у вакууму. На растојању а = 1m од наелектрисања вектор електричног поља оријентисан је ка наелектрисању и има интензитет Ea = 80 V/m. Одредити знак наелектрисања и интензитет електричног поља на растојању b = 2m од наелектрисања. 3. Усамљено тачкасто оптерећење Q налази се у вакууму. Одредити потенцијал у тачки А, која се налази на растојању a = 40cm од тачкастог оптерећења, када је референтна тачка нултог понтенцијала Р:а) на растојању b = 1m од тачкастог оптерећења,б) на растојању b = 10cm од тачкастог оптерећења, в) у бесконачности.

4. У тачкама А(-10cm, 0) и В(10cm, 0) правоуглог координатног система налазе се два једнака тачкаста наелектрисања, QА= QВ= Q =10рС. Одредити потенцијал и вектор електричног поља у координатном почетку. Систем се налази у вакууму. 5. Два тачкаста оптерећења Q1=50*10-9С и Q2 = -20* 10-9С налазе се у ваздуху на међусобном растојању од 20cm. Наћи: а) потенцијал у тачки М која се налази тачно на средини између оптерећења Q1 и Q2

б) потенцијал у тачки N која је од оптерећења Q1 удаљена за 6cm, а од оптерећења Q2 за 10cm; в) рад потребан да се оптерећење Q1 пренесе у тачку М.

Урадити следеће задатке из збирке : 2.2.4., 2.2.6., 2.2.11., 2.2.19.

14. ПРОБОЈ ДИЕЛЕКТРИКА, ДИЕЛЕКТРИЧНА ЧВРСТОЋА

Диелектрици имају у нормалном стању врло мало слободних носилаца наелектрисања. Под дејством спољашњег Е (електричног поље) долази до поларизације диелектрика. Ако је интезитет поља сувише велики тада може доћи до одвајања електрона од атома или молекула и електрика, јавиће се електрична струја у диелектрику, тј. настаје пробој диелектрика и он постаје проводна средина. Ову појаву објаснићемо на следећим врстама пробоја:

1. ЕЛЕКТРИЧНИ ПРОБОЈ : При поларизацији диелектрика долази до раздвајања позитивног и негативног електрицитета. Што је јачина поља већа и деформација атома је уочљивија. Кaда се јачина поља повећа преко одређене границе, електрон искаче из путање и постаје слободан. Он се креће ка позитивној плочи, супротно од смера поља. Више овако усмерених (ослобођених) електрона ствара струју електричног пробоја. Овакав пробој се обично јавља у танким диелектрицима, дебљине до 10 - 4 mm.

2. ЛАВИНСКИ ПРОБОЈ : У диелектрику увек постоји известан број слободних електрона. Ако се диелектрик налази у електричном пољу они се крећу супротно од тог поља. Што је јачина поља већа, они се крећу брже, ударају у атоме и ослобађају још више електрона и на тај начин долази до пробоја диелектрика, тј. протиче струја кроз њега. Пошто кретање тих слободних електрона личи на лавину, (стално се повећава број електрона) отуда потиче назив лавински пробој. Јавља се код изолатора дебљих од 10-4мм и код гасова.

3. ТОПЛОТНИ ПРОБОЈ : Дешава се у чврстим и течним диелектрицима. При нормалним температурама у диелектрицима постоји одређена количина слободних електрона, који својим кретањем стварају струју. Загревањем диелектрика у њему се ослобађа више електрона, они стварају јачу струју, која још више загрева диелектрик. Сталним повећањем струје и температуре долази до топлотног пробоја диелектрика. Он наступа постепено и јавља се код

електролитског кондезатора (заграва се, прокључа, избаци електролит и може да експлодира). Чврсти диелектрици (папир) су најчешће неупотребљјиви после пробоја, док се течни и гасовити враћају у нормално стање и могу се поново употребити.

ДИЕЛЕКТРИЧНА ЧВРСТОЋА изолатора је јачина електричног поља (Екr) у диелектрику, при којем долази до пробоја диелектрика. Она зависи од стања у којем се налази диелектрик (влажност, колико је дуго прикључен на електрично поље...). Зато се примењује електрично поље које је мање од критичног.Јединица за електричну чврстоћу је V/m.


1. Наброј врсте пробоја.2. Објаснити лавински пробој.3. Објаснити електрични пробој.4. Како долази до топлотног пробоја?5. Дефиниши појам диелектричне чврстоће.

15. РАЧУНСКИ ПРИМЕРИ ИЗ ЕЛЕКТРИЧНОГ ПОЉА

Поновити: 1. Како се дефинише електрично поље? 2. Које врсте електричног поља постоје? 3. Која је јединица за електрично поље? 4. Како је усмерен вектор електричног поља?Задаци: 1. Проводна лопта, полупречника a=10cm, налази се усамљена у вакууму и оптерећена је количином електрицитета Q=10nC. Одредити поље у унутрашњости лопте, на њеној површини и на растојању b = 20cm од центра. 2. Колика сила делује на електрон који се налази у електричном пољу јачине 5kV/m, (F=8,01*10-16 N).

3. У тачки М јачина електричног поља у ваздуху је E0 = 30V/m, а у силиконском уљу Eu = 12V/m, уз исту геометријску конфигурацију. Израчунати релативну диелектричну константу силиконског уља (εr =2,5).

4. Колика сила делује на електрон који се налази у електричном пољу јачине E = 0,8 kV/m?

5. Два тачкаста наелектрисања Q1 = Q2 =2*10-12 C налазе се у ваздуху у теменима квадрата странице a = 3cm, и то, Q1 у темену 2, а Q2 у темену 4. Одредити интензитет, правац и смер деловања јачине електричног поља у темену 3.За домаћи: 1. Јачина поља у тачки М које потичу од оптерећења Q1 = Q2 = Q = 2*10-6 C су E1 = E2 = 5*106 V/m. Средина је ваздух. а) На слици обележити смерове деловања поља E1 и E2 и одредити интензитет, правац и смер деловања резултантног поља. б) Наћи растојање а. (а=0,6cm).

16.17. ПОЈАМ КАПАЦИТИВНОСТИ. КАПАЦИИТЕТ ПЛОЧАСТОГ КОНДЕЗАТОРА

Ако на неко тело доведемо неку количину електрицитета, оно се наелектрише. Што је доведена количина електрицитета већа, оно се више наелектрише. Што је површина коју желимо да наелектришемо већа, потребна је већа количина

електрицитета.(сл.1)

Слика 1.

Између наелектрисања усамљене проводне лопте и њеног потенцијала рачунатог у односу на неку тачку у бесконачности постоји линеарна зависност дата следећом релацијом: φ = V = kQ / r → Q = (1/k)rφ = 4πεrφ = Cφ (1)

1/k = 4πε (2)

r-пречнок полупречник сфере , С-електролитичка капацитивност

Зависност је линеарна и када електрода нема сферни облик:

C = 4πεr , C = Q / φ ( F) (3) F- фарад (јединица за капацитет) Кондезатор представља систем од два проводника раздовојена диелектриком (изолатором). То је уређај који се користи за нагомилавање електрицитета.

Врсте кондезатора: а) кондезатор са константном вредношћу ( сл 2.а обичан) б) кондезатор са промењивом вредношћу ( сл 2.б променљиви) ц) електролитички кондезатор ( сл 2.с електролитички)

Слика 2.(а,б,ц)

С обзиром на облик електрода кондезатори могу бити: 1) плочасти 2) сферни 3) цилиндрични

С обзиром на врсту диелектрика кондезатори могу бити: 1) папирни 2)ваздушни 3) керамичкиКапацитет плочастог кондензатора: (изглед кондензатора дат на слици 3.)

C =ε S / l (4)

S - површина плоча ε - диелектрична константа l - растојање између плоча


1. Поновити појам капацитивности.2. Дефинисати капацитет кондензатора.3. Шта је кондензатор?4. Подела кондензатора.5. Навести и објаснити образац за рачунање капацитета плочастог кондензатора.

18. ВЕЗИВАЊЕ КОНДЕЗАТОРА У ГРУПЕ

НАЧИНИ ВЕЗИВАЊА: редно, паралелно и мешовито

1 . РЕДНА ВЕЗА

Редна веза дата је на слици 1. Када на крајеве ове групе кондензатора прикључимо извор напона U, наелектрисање свих кондензатора биће:

Q1 = Q2 = Q3 = Q

Редна веза ових кондензатора може се заменити једним еквивалентним кондензатором чија је капацитивност Се (слика 1).

Слика 1.

Вредност напона тада је :

U = U1 + U2 + U3 + … + Un (1)

Према једначини : U = Q/C ,за напон на првом кондензатору добијамо: U1 = Q/C1 за други и трећи кондензатор: U2 = Q/C2 , U3 = Q3/C3

Уопштено: U = Q/Cuk .

Када се замене изрази за напоне у једначину и поделе са количином наелектрисања добијамо израз за рачунање укупног капацитета :

(2)

2. ПАРАЛЕЛНА ВЕЗА

Паралелна веза је дата на слици 2.

Слика 2.

На извор напона U прикључена су три паралелно везана кондензатора различите капацутувности. U = const. Количине електрицитета су:

Quk = Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn

Q1 = C1 U , Q2 = C2 U, Q3 = C3 U, Quk = Cuk U (3)

Сабирајући вредности наелектрисања и делећи са напоном, долазимо до укупне цапацитивности за паралелну везу кондензатора:

(4)

3 . МЕШОВИТА ВЕЗА је дата на слици 3. и представља комбинацију претходне две:

Слика 3.

(5)


1. Чему је једнака капацитивност кондензатора?2. Чему је једнак напон на кондензатору?3. Објаснити редну везу кондензатора и чему је једнака укупна капацитивност?

4. Објаснити паралелну везу кондензатора и чему је једнака укупна капацитивност?5. Поновити појам капацитета плочастог кондензатора.

19.КАПАЦИТЕТ КОНДЕЗАТОРА, ВЕЗИВАЊЕ - ЗАДАЦИ

Урадити следеће задатке:1. Израчунај капацитивност мешовите везе кондезатора према слици 1, чије су

капацитивности: С1 = 10 F, С2 = 30 F, С3 = 50F, С4 = 20F, С5 = 10F и С6 = 15F.

Слика 1.2. Израчунај капацитивност мешовите везе кондезатора према слици 2, чије су

капацитивности : С1 = 10 nF, С2 = 30 nF, С3 = 50nF и С4 = 50 nF.


капацитивности: С1 = 10 pF, С2 = 30 pF, С3 = 50pF , С4 = 50pF , С5 = 50 pF и С6 = 15 pF.

Слика 3.

4. Израчунај капацитивност мешовите везе кондезатора према слици 4., чије су капацитивности: С1 = 10 F, С2 = 30 nF, С3 = 50 pF , С4 = 50 pF , С5 = 50 pF и С6 = 15

pF.


капацитивности: С1 = 10 F, С2 = 30 F, С3 = 50 F , С4 = 50 F , С5 = 50 F и С6 = 15 F.

Слика 5.6. Капацитет плочастог кондезатора, између чијих плоча је ваздух, износи С=80

pF. Наћи величину површине плоча и оптерећење Q, ако су плоче на међусобном растојању d = 10mm, а прикључене на напон од 200 V.

7. Кондезатор је оптерећен сталном количином електрицитета Q. Ако се његова капацитивност смањи за 20 % , одреди за колико процената ће се променити напон између електрода и енергија кондезатора.

20.РАЧУНСКИ ПРИМЕРИ ИЗ КОНДЕЗАТОРА

Поновити: 1.Како се рачуна капацитет кондезатора?

2.Која је јединица за капацитивност?

3.Како се рачуна капацитет плочастог кондензатора и од чега зависи?

Задаци:

1.(2.3.1.) Раван ваздушни кондензатор има електроде кружног облика, полупречника a = 6mm, које се налазе на међусобном растојању d = 1mm.

а) Израчунати капацитивност овог кондензатора.

б) Израчунати напон између електрода кондензатора ако је оптерећење на његовим електродама Q = 1µC.

в) Израчунати енергију електричног поља кондензатораза случај под б.

2.(2.3.4.) Ако се напон између електрода кондензатора смањи за 10%, одредити за колико процената ће се променити оптерећење и енергијакондензатора .

3.(2.3.5.) Кондензатор је оптерећен сталном количином електрицитета Q. Ако се његова капацитивност смањи за 20%, одредити за колико процената ће се променити напон између електрода и енергија кондензатора.

4.(2.3.6.) Раван ваздушни кондензатор капацитивности C0 = 40pF има растојање између електрода d = 2mm. Напон између електрода је сталан и износи U = 200V.

5.(1.4.2.)Плочасти кондензатор капацитета 4nF, са ваздушним диелектриком дебљине 1mm, прикључен је на напон од 600V. Затим се кондензатором одвоји од напона а плоче приближе на трећину од пробитног растојања.

Утврдити стање у кондензатору: капацитет новог кондензатора, његов напон, јачину електричног поља и промену енергије.

6.(1.4.4.) Кондензатор капацитета 0.5 µF прикључен је на напон од 50V са диелектриком чија је релативна диелектрична константа εr = 5. Када се кондензатор напуни, одвоји се од извора напона па се извуче диелектриком.

Колика ће бити нова вредност капацитета кондензатора са ваздушним диелектриком, напон на његовим крајевима и електростатична енергија кондензатора?

Домаћи: 2.4.7., 2.4.10., 2.4.11. из збирке задатака – Драгутин Митић.

21. ЕНЕРГИЈА ОПТЕРЕЋЕНОГ КОНДЕЗАТОРА

Поновити: 1.Шта је кондензатор?

2.Како се рачуна капацитет плочастог кондензатора?

3. Како се рачуна капацитет усмљеног кондензатора?

4. Која је јединица за капацитивност?

Електростатичка енергија кондезатора капацититивности С везаног за извор напона U добија се на основу зависности

количине наелектрисања кондезатора q од напона uc , т.ј. q = C uc.

Са повећањем вредности напона на кондезатору, добија се узастопно нова количина електрицитета Δq .Знaчи, за већу

узастопну вредност напона кондезатора uc и све веће нагомилавање електрицитета за Δq, долази до све већег нагомилаванја

електростатичке енергије за ΔWc = uc .

Када напон кондезатора достигне вредност uc =Uc , a количина електрицитета q = Q тада ће електростатичка енергија

кондезатора Wc бити једнака:

Wc = 1/2 Q Uc = 1/2 C Uc2

Одговорити на следећа питања за домаћи:

1. Чему је једнака енергија кондезатора и од чега зависи?

2. Шта се дешава са количином наелектрисања на кондезатору када напон расте?

3. Како се везују кондезатори?

4. Чему је једнак напон код редне везе кондезатора?

22.ЗАДАЦИ ИЗ ВЕЗИВАЊА КОНДЕЗАТОРА

Поновити:

1. Објаснити редну везу кондезатора ?

2. Објаснити паралелну везу кондезатора?

3. Објаснити мешовиту везу кондезатора?

Задаци :

1. Колики је еквивалентни капацитет групе кондезатора чији су капацитети:C1 = 0.2 μF , C2 = 0.3μF, C3

= 0.6 μF, када се повежу: а)На ред; б)Паралелно

2. Мешовита веза кондезатора, слика (2), прикључена је на напон од 80V. Одредити еквалентни капацитет групе, напон и енергију сваког кондезатора ако је :C1 =20 μF, C2 =5 μF, C3 = 20 μF, C4 = 8 μF.

3. Два кондезатора, капацитивности C1 = 24nF и C2 = 12nF везана су на ред и прикључена на напон U=1500V. Одредити оптерећења кондезатора, напоне на њима и њихове енергије.

4. Одредити еквивалентну капацитивност везе кондезатора са слике (3). Нумерички подаци су:C1 = 18 μF, C2 = 8 μF, C3 = 4 μF.

5. Израчунати еквивалентну капацитивност везе кондезатора приказане шемом на слици (4). Познате вредности су :C1 = C3 = C5 = 10 nF, C2 = 5 nF, C4 = 4 nF, C6 = 15 nF.

Домаћи:

2.3.13.- збирка задатака из основа електротехнике за 1. разред електротехничке школе,

(Драгутин Митић).





23.ЕЛЕКТРОСТАТИКА - УТВРЂИВАЊЕ

ЕЛЕКТРОСТАТИКА – УТВРЂИВАЊЕ

1. Како се дефинише наелектрисано, а како неутрално тело?2. Које врсте наелектрисања постоје?3. Шта је материја и које су основне карактеристике материје?4. Од чега се састоји атом?5. По чему се разликују проводници,полупроводници и изолатори?6. Која је јединица за количину електрицитета и како се дефинише?7. Колика је еквивалентна количина наелектрисања, ако су тела Q+ = 5 C и Q- = 2,5 C8. Како се дефинише електрично поље? 9. Како се рачуна јачина електричног поља?10. Објаснити хомогено и радијално електрично поље11. Шта је вектор електричног поља?12. Када се наелектрисана тела привлаче , а када одбијају?13. Како гласи Кулонов закон, и како се рачуна сила која делује између наелектрисаих тела?14. Која је јединица за силу?

15. Шта представља k и ε у једначини Кулонове силе?16. Какве силе делују на наелектрисано тело које се налази у пољу другог тела?17. Дефинисати електростатичку индукцију18. Објаснити диполну поларизацију19. Објаснити електронску поларизацију20. Дефинисати пробој21. Објаснити електрични пробој22. Објаснити лавински пробој23. Објаснити топлотни пробој24. Шта је диелектрична чврстоћа?25. Где се распоређује наелектрисање наелектрисаног тела?26. Ако два иста тела наелектришемо различитим количинама електрицитета, које је тело више наелектрисано

и зашто?27. Ако се једно мање, а друго веће тело наелектришу истом количином електрицитета, које је тело више

наелектрисано и зашто?28. Од чега зависи потенцијал наелектрисаног тела?29. Шта су еквипотенцијалне површине?30. Шта је електрични напон?31. Како се дефинише капацитет кондезатора?32. Од чега зависи капацитивност кондезатора?33. Која је јединица за капацитивност кондезатора?34. Написати израз за капацитетивност кондезатора?35. Које врсте диелектричних константи имамо и колика је константа за вакум?36. Од чега се састоји кондезатор?37. Навести поделу кондезатора са обзиром на облик електрода и врсту диелектрика38. Како се распоређује количина електрицитета, а како напон из извора у паралелној вези кондезатора?39. Како се распоређује количина електрицитета, а како напон из извора у редној вези кондезатора?40. Како се рачунају укупна-еквивалентна капацитивност кодредне, паралелне и мешовите везе кондезатора?

elektrotehnikamesbor.files.wordpress.com · Web view(1.4.2.)Плочасти кондензатор...

Documents

Transcript of elektrotehnikamesbor.files.wordpress.com · Web view(1.4.2.)Плочасти кондензатор...