• [email protected] za sporočila vsem• Z dropboxa si:
– (obvezno) natisnite predloge za vaje– (neobvezno) preglejte teme za IZD in
začnete s pripravo– (priporočam) študirajte izbrano literaturo
Skupen naslov e-pošte
• Domače naloge: DN4 16. april• Laboratorijske vaje
– Naslednji teden prinesite: •dioda, transformator s srednjim
odcepom
Vaje
Sprehod po poglavjih
• Elektrodinamika – Električna napetost nastane zaradi:
• (ESt) prenašanja naboja. Naboj se običajno prenaša s pomočjo trenja in se kopiči na površini teles. V elektrostatiki srečamo najvišje U, I=0 (stanje tik pred strelo).
• (EDn) kemijskih reakcij med snovmi. Reakcija steče, ko postavimo prevodnik med reagenta (baterije)
• (EDn) elektromehanskih pojavov. Električna napetost nastane v tuljavi, ki se vrti v magnetnem polju. (električni generatorji v elektrarnah, vozilih..)
• (EMg) elektromagnetnih pojavov. Električna napetost nastane v tuljavi v spreminjajočem se magnetnem polju. (transformatorji, radio, RFID, ..)
Izvori enosmerne napetosti
• Galvanski členi – Primarni (baterije)
– Sekundarni (akumulatorji)
• Usmerniki (v ozadju je elektrarna)
• Termočleni (zvarjeni različni kovini)
• Gorivne celice (poskus)
• Fotonapetostne celice (na eni strani osvetljena ploščata dioda)
Vir: wikipedia
Elektromagnetna indukcija
• Magnetni pretok Φ• Zakon o magnetni indukciji
Faraday 1831 (preberimo formulo kot jasen stavek)
• Lenz je tudi v električni indukciji videl konzervativnost narave
• Vrtinčni tokovi nastanejo v prevodnikih, ker se v okolici spreminja Φ
• Uporabnost elektromagnetne indukcije – električni generator
Φ .. magnetni pretok (Vs)
H .. magnetna poljska jakost (A/m)
B .. gostota magnetnega pretoka (T)
i
du
dt
Električni generator
• Uporabimo, ko rabimo izmenično napetost z večjo močjo, kot jo dajejo baterije– sestava rotor: vrteči se del s tuljavami (ali magneti) in stator:
mirujoči del s tuljavami
– delovanje na os turbine je mehansko pritrjen rotor, ki je tudi izvor magnetnega polja oz. pretoka, ker se zaradi relativnega gibanja (rotor se vrti, stator miruje) mirujočim tuljavam statorja spreminja magnetni pretok, se v njih inducira napetost, če na stator priključimo porabnik, stečejo skozi statorjeve tuljave toki, ki zavirajo vrtenje rotorja (večji skupen tok porabnikov na statorju, večje zaviranje rotorja)
– področje uporabe pri prenašanje električne energije od generatorja v elketrarni do končnega porabnika. Porabnik električno energijo pretvori v toploto in v drugo obliko energije: sevanje, mehansko..
Električni transformator
• Uporabimo, ko želimo v napravi višjo ali nižjo napetost, kot jo daje izvor – sestava dve tuljavi (primarna in sekundarna) in feromagnetno jedro
– delovanje na izvor izmenične napetosti u1 priključimo primarno tuljavo z N1 ovoji, skoznjo teče izmeničen tok, ki vzpostavlja magnetni pretok v jedru, ker je pretok izmeničen (se sčasoma spreminja), se v sekundarni tuljavi z N2 ovoji inducira napetost u2=u1·N2/N1, ko na sekundarno tuljavo priključimo porabnik z impedanco Z, skozenj steče tok i2=u2/|Z|
• Zakaj moč na primarni strani ni enaka moči na sekundarni?
– Navidezni moči sta približno enaki: u1i1 ~ u2i2
– Delovni moči kot U1I1cosφ1 = U2I2cos φ2 + izgube (v bakrenih žicah , v feromagnetnem jedru)
– področje uporabe pri prenašanje električne energije od generatorja do končnega porabnika, ki el. energijo pretvori v toploto ali drugo obliko energije: sevanje, mehansko...
Povzeto po članku: O. Gutfleisch, N. M. Dempsey, High Performance μ-magnets for MEMS (meritev pospeška!)
Materiali za trajne magneteGraf: zgodovinski pregled doseženih BH max posameznih vrst magnetov
Slika: vsak valjasti magnet je narisan s tolikšno prostornino, da 5 mm nad površino magnetnega pola gostota B doseže vrednost 100 mT
Magnetenje, histerezna zanka
U
IB
H
Br
-Hc
0
nasičenje
prvo magnetenje
+Hc
nasičenje
Magnetno kolo
Mag
netna
zavo
ra n
a
vaja
h!
Pretvorba potenja v vate
Koliko ur potenja, da bi naprave delale eno uro
Po reviji Spectrum, julij 2011
Indukcija: poskus z dinamom
• Zmagovalec dosegel 6,7 V – V čem je bil boljši?– Dosegel je največjo kotno hitrost ω !
E. J. Beyn, The 12 Volt Doctor’s Practical Handbook for the Boat’s electric system, str. 169, Spa Creek Instruments, 1983
Izvori izmenične napetosti
Generator HE Medvode
Prirejeno po: The many states of energy, Clefs CEA Winter 2004-2005, str. 67.
električna energija
kemičnaenergija
mehanska
energija
sevalnaenergija
toplotnaenergija
jedrskaenergija
električni generatorji
baterije ingorivne celice
električni motorji
električni upori
termočleni
fotonapetostne
celice
fluorescentnesijalke
jedrski reaktorji
turbine in toplotni stroji
sončnikolektorji
grelniki
trenje
Izkoristek naprav
• Kolikšno razmerje nastane med energijo na koncu puščice, glede na energijo na začetku puščice? (glej diagram na
prejšnji strani) • Razmerje med izkoriščeno energijo
(konec puščice) in vloženo energijo (začetek puščice) imenujemo izkoristek. Energiji nista enaki, ker med pretvorbo nastajajo izgube.
Izkoristek naprave η• vlagamo P, W, A; izkoristimo P, W, A
Primeri:
NAPRAVA vloženo koristno značilen izkoristek
Grelnik električna W toplota do 99 %
Radar električna P P na izhodu antene < 10 %
El. motor električna W mehanska W 60 – 70 %
El. generator mehanska W električna W 33 – 60 %
NAPRAVAvloženo koristnoizgubevložena
koristnaizbrana
W
W
Po predavanju
• Doslej smo opisali zakone: Coulomb, Ohm, BiotSavart, Joule, Lenz-Faraday in dva Kirchoffova izreka
• Naslednjič: – prenašanje električne energije po
daljnovodih, – polprevodniške tehnologije in – digitalna elektronika