Uvod

Uvod

•Predstavitev stik, domača stran predmeta

•Namen predmeta osnovna načela elektrotehnike za vaše strokovno delo so podprta s teorijo

•Literatura primeren učbenik osnov elektrotehnike, zapiski s predavanj, izročki, strokovni članki, medomrežje.

•Obveznost opraviti izpit.

•Teorijo se bomo trudili razumeti.

http://www.fpp.uni-lj.si/fakulteta/imenik_zaposlenih/

Sprehod po poglavjih

• Elektrostatika • Elektrodinamika• Elementi električnega tokokroga

• Veriga generiranja, transformiranja in

uporabe električne energije

• Elektronika v prometu • Osnovni pojmi regulacije v prometu






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

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

F .. sila (N)

q .. naboj (As)

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 (poskus Coulombova 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

20

21

4 r

qqF

Kaj pomeni sila PADA s kvadratom razdalje?

• Polje: vpliv naboja na okoliški prostor

1

1/4

0 1 2 3

1/9

R (m)

20

21

4 R

qqF

F ( )

Rq1 q2

?

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

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

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

• Elektrostatično polje, izraženo z E• Napetost je razlika dveh POTENCIALOV v električnem polju E. Vektor E je

usmerjen v smeri delovanja sile. Polje E se vzpostavi že, če je naboj en sam; če sta naboja dva, je le drugače oblikovano. Prebojna napetost.

• 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)

Da je potencial rečemo tudi človeku. Ko taka oseba potenciale izkoristi, kaj doseže?

ElektrostatikaE .. 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’

Sklep

• Zapomnimo si – Coulombov zakon, – definicijo napetosti,– Kdaj opravimo delo v el. polju? in – definicijo kapacitivnosti

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.

U

QC

AC

d

Elektrostatikakapacitivnost C izražena na dva načina

A

d

Q

U

S senzorji zaznavamo: dinamične pospeške (sunke in tresljaje) in

statične pospeške (naklone ali težnostni pospešek)

http://www.sensorland.com/HowPage023.html

Elektrostatika

0,7μg

glavnikaste kovinske strukture

vzmeti

smer gibanja125μm

1,3 μm

mikro-elektromehanski senzorji – spremembe kapacitivnosti med strukturami

• 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

Elektrostatika

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

QQ

UU

II

UU






Elektrodinamika

• Delo (moč P=UI, energija W=Pt)

• 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!)

P .. moč (W)

W .. energija (Ws)

I .. tok (A)

J .. tokovna gostota (A/m2)

A

IJSdJI

nqvJ

S

d

Sklepi

• Zapomnimo si – dva načina izračuna kapacitivnosti, – kako z MEMS merimo pospešek?– uporabnost elektrostatike – definiciji tokovne gostote in elektr.

toka,– definicija (enega) ampera

Elektrodinamika

• 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 !)

• Pojav sile med tokovodnikoma

P .. moč (W)

W .. energija (Ws)

I .. tok (A)

J .. tokovna gostota (A/m2)

0 1 2

2

I I lF

d

Superprevodnost je 100 let staro odkritje

Elektrodinamika

Največji superprevodnik na svetu v CERNu, hadronski trkalnik (IEEE Spectrum)

Heike Kamerlingh Onnes (Groningen) najprej mislil, da je v ohlajenem materialu nastal kratek stik.

Superprevodnost ima posledice

Meissner-Ochenfeldov pojav – superprevodnik v magnetnem polju

Elektrodinamika

Poskus z razlago v Prilogah Elektrotehniškega praktikuma

Fritz Walther Meißner in Robert Ochsenfeld sta l. 1933 dojela, da je superprevodnost zaradi izrivanja magnetnega polja več kot le izničenje upornosti.

Elektrodinamika

• 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 človeške celice)

• Joulov zakon

• Kirchoffova izreka – zanke in– vozlišča

UR

IEJ1

z podobnost

R .. upornost (Ω)

ρ .. spec. upornost (Ωm)

γ .. spec. prevodnost (Sm)

2elW I R t

ll2

4

dS

S

l

U

IU

I

Documents

Uvod