Avtomatizacija v prometu

Oris snovi 2010 (I. del)pripravil: Franc Dimc

različica: 5. in 6. marec 2010

Elektrostatika

• Elektriški pojavi - fenomenološka metoda, pogosta v naravoslovju

• 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

• Naelektreni mirujoči delci je vzrok elektrostatičnega polja

• Električni naboj (poskus Coulombova tehtnica)

• Prebojna napetost razelektritev v ozračju nosi s seboj posledice?

Elektrostatika

• Jantar (grško elektron)

William Gilbert ~1600, elektroskop, prvi uporabil izraze kot so: električna sila, električna privlačnost, električna sila šibkejša od magnetne

pozitivni in negativni električni naboj

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

20

21

4 r

qqF

… če drgnemo jantar z mačjim krznom, lahko dvignemo ptičje pero…

F .. sila (N)

q .. naboj (As)

Kaj pomeni sila PADA s kvadratom razdalje?

• Polje: vpliv naboja na okoliški prostor

1

1/4

0 1 2 3

1/9

R

R (m)

q1 q2

20

21

4 R

qqF

F ( )

?

Primerjava s težnostnim poljem

• Polje: vpliv mase na okoliški prostor

221

R

mmGF

R

m1

m2

Kaj pa v težnostnem polju RASTE s kvadratom?

Preletena pot raste s kvadratom časa:

2

2tgs

t

gdts )(

Elektrostatika

• (http://www.colorado.edu/physics/2000/applets/orbits.html)

Benjamin Franklin 1752 dokazal, da je atmosferska strela enaka iskri, ki nastane med nasprotno naelektrenimi kovinskimi kroglami

Razelektritev s strelo (influenca, ionizacija, naelektritev oblakov)

Elektrostatika

• Izroček

• Elektrostatično polje, izraženo z E• Napetost Električno polje. Vektor E je usmerjen v smeri delovanja sile:

FORMULA z integralom. Da je POTENCIAL rečemo tudi človeku, ko potenciale izkoristi, kaj doseže? Polje E se vzpostavi že, če je naboj en sam; če sta naboja dva, je le drugače oblikovano. Pojem prebojne napetosti.

• Energija Kdaj opravljamo DELO v električnem polju? Le če spreminjamo RADIJ oziroma ODDALJENOST spreminjamo tudi POTENCIALNO energijo.

• Kapacitivnost Koliko naboja shranimo v en element pri določeni napetosti? S čim vplivamo na kapacitivnost? Poskus s kondenzatorjema. Zaradi velike hitrosti IONIZACIJE se mora zrak sunkovito premakniti, slišimo pok.

Luigi Galvani (Bologna) 1791, od zunaj dovedeni električni signal, mišice kot motor (vzbujal živec, proizvedeni sunek dal ukaz mišici)

E .. el. polj. jakost (V/m)

U .. potencial, napetost (V)

W .. el. energija (Ws)

C .. kapacitivnost (F)

U

QC

Elektrostatika

1

22 2

4T

qE

r

22 2 2

1

2

12

24 4TT

q qE

rV r

r r

q1

q2

T1

T2

T2’

r2

r2’

2 2 22 2 2

1 1 122' 2'

2' 2'2

1 1

4 4 4T TT T

q q q

r rq q

r rUA q q

12' 2

2'

4T

qE

r 1

2'2'4

VT r

q

DELO PRI PREMIKANJU naboja q2

ET2

ET2’

Elektrostatika

• Uporaba elektrostatičnih naprav, meritve kapacitivnosti – posredno merimo pospešek, tudi prostornino…

• Fotokopirni stroj: sila v elektrostatičnem polju

• Posledice sil so gibanja. Kaj se giblje?• Anketa 2

• v elektrostatiki smo imeli opraviti z visokimi napetostmi, nobenih tokov (razen?)

• Dvopolni elementi kondenzatorji in upori – razlika? Dielektrik preprečuje prevajanje toka

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (Pavia) je tudi opazil sorazmerje med napetostjo na elementu in vanj shranjenim nabojem. Iznašel je električno baterijo, enota za napetost se imenuje po njem.

Elektrodinamika

• Delo (moč, energija)• 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 povezana Oerstedov ponesrečen poskus je prinesel zamisel !)

• Meissnerjev pojav – superprevodnik v magnetnem polju

P .. moč (W)

W .. energija (Ws)

I .. tok (A)

J .. tokovna gostota (A/m2)

A

IJSdJI

nqvJ

S

d

Elektrodinamika

• Iz elektrostatike v elektrodinamiko namesto (visokih) napetosti brez tokov, se pojavijo napetosti, ki ženejo toke

• Električna upornost (specifična?) • Ohmov zakon (v izvorni obliki)

• Moč• Kirchoffova izreka

– vozlišča in – zanke

• (uporovna) vezja

R .. upornost (Ω)

ρ .. spec. upornost (Ωm)

γ .. spec. prevodnost (Sm)

UR

IEJ1

z podobnost

Elektrodinamika

• Izmenični tok• Ukd (Vpp), Usr (Vavg), Uef (VRMS)• Perioda, frekvenca (risanje diagramov)

• Obnašanje upora in kondenzatorja (tuljava) v najenostavnejšem enosmernem in izmeničnem tokokrogu

• Začasni shranjevalniki el. energije kondenzatorji, tuljave

• Fazni kot (časovni zamik med vzbujanjem in odzivom = tokom in napetostjo na kondenzatorju)

Nikola Tesla

f .. frekvenca (Hz)

φ .. fazni kot (°)