Click here to load reader

1. ISTORIJSKI RAZVOJ ELEKTROTEHNIKE - · PDF fileOsnove elektrotehnike Modul 1 4 I kod elektriciteta mora da postoji neka vrsta pada, odnosno, neka vrsta razlike elektri čnih nivoa,

  • View
    222

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of 1. ISTORIJSKI RAZVOJ ELEKTROTEHNIKE - · PDF fileOsnove elektrotehnike Modul 1 4 I kod...

  • Osnove elektrotehnike Modul 1

    1

    1. ISTORIJSKI RAZVOJ ELEKTROTEHNIKE

    Elektrotehnika je nauka koja proučava zakone elektriciteta i primjenjuje ih u praktične svrhe.Ljudi su već odavno zapazili prve električne pojave kao što su munje, gromovi i slično.Kada se nešto konkretno znalo o elektricitetu teško je utvrditi, ali se pretpostavlja da je starogrčki filozof Tales (oko 600.godine p.n.e.) prvi zapisao da ćilibar ( jantar ) natrljan krznom privlači lake predmete kao što su kosa, vuna, drvena piljevina i slično. Ovaj eksperiment je , međutim , ostao nezapažen preko 20. stoljeća. Tek oko 1600-te godine, engleski ljekar Vilijam Džilbert ( William Gilbert,1544-1603 ) je zapazio da i neka druga tijela, kao npr. staklo ili krzno, trljanjem stiču ista svojstva kao ćilibar. Budući da se ćilibar na starogrčkom jeziku zove elektron, Džilbert je ustvrdio da su se ta tijela trljanjem naelektrisala.

    Tek u drugoj polovini 18. stoljeća došlo se do spoznaje da je naelektrisanost tijela posljedica prisutnosti neke supstance koja je nazvana elektricitet. Američki fizičar Bendžamin Frenklin ( Benjamin Franklin,1706-1790 ) izvodi prvu teoriju o elektricitetu, te uvodi pojam pozitivnog i negativnog naelektrisanja. Italijanski ljekar i fizičar Luiđi Galvani ( Luigi Galvani,1737-1798 ) proučavao je uticaj elektriciteta na žive organizme. Prva istraživanja zakona sile između dva naelektrisana tijela izveo je francuski fizičar Čarls Augustin Kulon ( Charles Augustin Coulomb ), 1784 i 1785.godine. Alesandro Volta ( Alessandro Volta,1745-1827 ), italijanski fizičar, prvi pronalazi izvor trajne električne struje-galvanski element. Burniji razvoj elektrotehnike započinje u 19.stoljeću. Danski fizičar Kristijan Ersted ( Christian Oersted,1777-1851 ), 1820. godine, ustanovio je postojanje magnetnog polja električne struje. Ovo otkriće je, iste godine, podstaklo francuskog fizičara i matematičara Andre Ampera ( Andre Ampere,1775-1836 ) da utvrdi uzajamno mehaničko dejstvo između dva provodnika kroz koja protiče električna struja. Najvažniji putokaz za dalja istraživanja predstavlja fundamentalno otkriće engleskog fizičara i hemičara Majkla Faradeja ( Michael Faraday,1791-1867 ).On je, 1831. godine, uspio dokazati da magnetizam proizvodi elektricitet, odnosno, otkrio je jedan od najvažnijih zakona elektrotehnike: ”Zakon elektromagnetne indukcije”. Faradejeve ideje je dalje usavršio engleski fizičar Džejms Maksvel ( James Maxwell,1831- 1879 ) koji je, 1864. godine, postavio opštu matematičku teoriju elektromagnetizma. Njemački fizičari Om ( Georg Simon Ohm,1787-1854 ) i Kirhof ( Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887 ) utvrdili su zakone elektrotehnike koji pokazuju kvantitativne odnose u električnom kolu istosmjerne struje, grananje struje i uzajamno dejstvo indukovanih napona u složenom električnom kolu. Za nagli uspon elektrotehnike veoma je zaslužan i Nikola Tesla ( 1856-1943 ) koji je 1888. godine realizovao svoje pronalaske na području višefaznih sistema, koji su omogućili primjenu naizmjenične struje u industriji.To je ujedno omogućilo prenos električne energije. On se, takođe, bavio strujama visoke frekvencije i tehnikom visokih napona, kao i radovima na području radio-tehnike i bežičnog prenosa.

    2. ELEKTRIČNI NABOJI

    Materija je sastavljena od sitnih, za oko nevidljivih, čestica zvanih atomi.Atom se sastoji od jezgre i elektrona.Jezgra se sastoji od protona i neutrona.Svaki proton, pored mase, sadrži i tzv. elementarni naboj kojem je dat predznak “+”.Oko jezgre kruže elektroni koji imaju mnogo manju masu od protona i elementarni negativni naboj koji je po iznosu jednak naboju protona. Dakle, elementarni pozitivni naboj nosi proton, a elementarni negativni naboj nosi elektron.

    U svakom atomu ima isti broj protona i elektrona pa je atom električki neutralan. U nekim materijalima se trljanjem ta ravnoteža može poremetiti, jer jedno tijelo ostane bez

    određenog broja elektrona, pa ima višak pozitivnog naboja, a drugo tijelo ima višak negativnog naboja.Na taj način,jedno tijelo postaje pozitivno naelektrisano, a drugo tijelo negativno naelektrisano.Tako naelektrisano tijelo djeluje na sitne predmete silom koja potiče od viška električnog naboja na tom tijelu.

  • Osnove elektrotehnike Modul 1

    2

    Dok je masa supstance svojstvo koje je odgovorno za za gravitaciono mežudjelovanje, tako je naelektrisanje ili električni naboj svojstvo materije koje odgovara kulonovskom međudjelovanju .

    Dakle, osnovna svojstva električnih naboja mogu se svesti na slijedeće:

    1. Postoje dvije vrste naboja: pozitivni i negativni 2. Istoimeni naboji se odbijaju,a raznoimeni privlače 3. U prirodi postoji najmanji naboj tzv. elementarni naboj. Nosioci elementarnih naboja su

    elementarne čestice: elektroni i protoni. Elektron ima negativan ,a proton pozitivan elementarni naboj koji iznosi:

    19 0 106,1e

    −⋅= C ( Kulon )

    4. Ukupan električni naboj na tijelima se može predstaviti kao:

    )NN(eN)e(NeQ ep0e0p0 −⋅=⋅−+⋅=

    0enQ ⋅= gdje je: Np − broj protona Ne − broj elektrona

    Q – količina naboja n – cijeli broj ( 1,2,3,... )

    5. Ako jedno tijelo ima više pozitivnog ili negativnog naboja onda kažemo da je takvo tijelo naelektrisano pozitivno ili negativno, odnosno:

    a) Ako je Np >>>> Ne onda je tijelo pozitivno naelektrisano b) Ako je Np

  • Osnove elektrotehnike Modul 1

    3

    4. ELEKTRIČNO POLJE . JAČINA ELEKTRIČNOG POLJA

    Naelektrisano tijelo na svojoj površini posjeduje količinu elektriciteta ( naboja ), odnosno, sadrži manjak ili višak slobodnih elektrona.Pošto ovakav elektricitet miruje on se naziva statički elektricitet.U prostoru oko i između naelektrisanih tijela postoji određeno stanje koje je izraženo pojavom mehaničkih sila koje djeluju na usamljene čestice pozitivnog ili negativnog elektriciteta.To stanje, koje izaziva pojavu mehaničkih sila u prostoru oko i između naelektrisanih tijela naziva se električno polje.Električno polje je najjače neposredno uz površinu naelektrisanog tijela, dok njegova jačina slabi sa udaljavanjem od tijela.Na pravac i jačinu električnog polja utiče oblik naelektrisanog tijela, kao i položaj okolnih tijela.Da bi slika polja u pojedinim njegovim tačkama bila jasnija ono se simbolički prikazuje linijama električne sile ili silnicama.

    Na slici 1. je prikazano električno polje naelektrisanih tijela različite vrste naelektrisanja.Sa slike se vidi da je smjer električnog polja od pozitivno naelektrisanog tijela ka negativnom.Pravac linija električne sile je uvijek okomit na površinu naelektrisanog tijela.Polje djeluje u svakoj tački prostora, a linije su samo pomoćno sredstvo kojim se predstavlja električno polje.Tamo gdje su silnice gušće, električno polje je jače. Ako su silnice paralelne i na jednakoj udaljenosti, onda je jačina polja u svakoj tački ista. Takvo polje naziva se homogeno električno polje ( slika 1c ).

    a) b) c) Slika 1: Električno polje prikazano silnicama

    Električno polje, u svakoj tački, ima pravac tangente na liniju polja sa smjerom od plusa ka minusu.Pošto se električno polje nalazi oko svakog naboja, a njegova se prisutnost manifestuje silom kad se u to polje unese elementarna količina elektriciteta q, intenzitet, odnosno, jačina električnog polja se može definisati kao količnik sile koja djeluje na jedinicu naelektrisanja .

    Dakle, jačina električnog polja je sila kojom električno polje djeluje na jedinično naelektrisanje od jednog Kulona ( 1 C ) :

    q

    F E =

    Dakle, električno polje je jedna usmjerena veličina jer ima pravac, smjer i intenzitet, a takve usmjerene veličine se nazivaju vektori.Zato se električno polje naziva vektorsko polje.

    Provodnik se lako naelektrizira dodirom sa naelektrisanim tijelom.Na taj način, provodnik može biti pozitivno i negativno naelektrisan.Sav slobodni naboj se rasporedi, u vrlo tankom sloju, po površini provodnika, tako da je u unutrašnjosti provodnika jačina električnog polja E=0.

    Slika 2: Naelektrisani provodnik okruglog presjeka

    Sa slike 2. se vidi da je električno polje okomito na površinu provodnika. Unutrašnjost provodnika je na istom potencijalu kao i površina provodnika.

    5. ELEKTRIČNI POTENCIJAL I NAPON

    Da bi se elektroni usmjerili, tj. da bi u provodniku došlo do kretanja elektriciteta, na njih mora da djeluje neka električna sila.Slične pojave opažamo i u prirodi.Voda npr. teče s višeg položaja prema nižem, odnosno, sa planine u dolinu usljed visinske razlike.Toplotno strujanje nastaje kada se uspostavi temperaturna razlika itd.

  • Osnove elektrotehnike Modul 1

    4

    I kod elektriciteta mora

Search related