Brodska Elektrotehnika i Elektronika

  • View
    238

  • Download
    5

Embed Size (px)

Text of Brodska Elektrotehnika i Elektronika

  • 1

    BRODSKA

    ELEKTROTEHNIKA I

    ELEKTRONIKA

  • 2

    Predavanja 80 % Prof. dr. sc. Danko Kezi, dipl.ing

    Auditorne vjebe 80 % Petar Mati, dipl. ing

    Laboratorijske vjebe 100 % (nadoknada)

    OBVEZE PRISUSTVA NASTAVI (uvjet za potpis)

    ISPIT SE POLAE:

    3 kolokvija (zadaci + teorija)

    + popravni kolokvij pismeni ispit

    usmeni ispit

    Detalji zajedno sa ispitnim pitanjima na www.pfst.hr

    (Nastavni materijali, upute za polaganje ispita)

  • 3

    1. www.pfst.hr - upute za polaganje ispita sa ispitnim pitanjima (potraiti pod

    Nastavni materijali, kolegij Brodska elektrotehnika i elektronika)

    detaljno prouiti !!!

    2. Prezentacija predavanja (potraiti pod Nastavni materijali, kolegij

    Brodska elektrotehnika i elektronika)

    3. I. Kuzmani, Brodska elektrotehnika i elektronika, Pomorski fakultet u

    Splitu, 2006.

    4. Danko Kezi: Osnove radiotehnike za pomorske nautiare, Autorizirana

    predavanja (potraiti pod Nastavni materijali, kolegij Brodska

    elektrotehnika i elektronika)

    5. I. Kuzmani, I. Vujovi, Osnove elektrotehnike zbirka rijeenih zadataka,

    Pomorski fakultet u Splitu, 2005.

    1. I. Vujovi, I. Kuzmani, Brodska elektrotehnika i elektronika repetitorij s

    uputama za laboratorijske vjebe, Pomorski fakultet, Split, 2005.

    LITERATURA

  • 4

    Poglavlje 1. Uvod str. 1-8

    Poglavlje 2. Elektrini krugovi istosmjerne struje str. 9-50

    Poglavlje 3.1. Naponski i strujni izvori str. 51-53

    Poglavlje 4. Pretvorba elektrine energije str. 63-82

    Poglavlje 5. Elektrostatika str. 83-114

    Poglavlje 6. Prolazak elektrine struje kroz plinove str. 115-117

    Poglavlje 8. Izvori istosmjerne elektrine struje str. 121-129

    I KOLOKVIJ

    I. Kuzmani, Brodska elektrotehnika i elektronika

  • 5

    II KOLOKVIJ

    I. Kuzmani, Brodska elektrotehnika i elektronika

    Poglavlje 9. Magnetizam str. 130-175

    Poglavlje 10. Izmjenine struje str. 176-217

    Poglavlje 11. Rezonancija str. 218-227

    Poglavlje 14. Trofazni sustavi str. 248-257

  • 6

    III KOLOKVIJ

    I. Kuzmani, Brodska elektrotehnika i elektronika

    Poglavlje 16. Elektronske cijevi str. 292-310

    Poglavlje 17. Poluvodika elektronika i nove tehnologije str 311 347

    Danko Kezi: Osnove radiotehnike za pomorske nautiare,

    Autorizirana predavanja dostupno na web stranicama

    Nauiti cijelu skriptu, osim poglavlja:

    NE 8.4. Elektroniki sklopovi odailjaa

    NE 9.4. Elektroniki sklopovi prijemnika

  • 7

  • 8

    I KOLOKVIJ

  • 9

    UVOD

  • 10

    Mjerni sustavi

    Mjerenje predstavlja usporeivanje fizikalne veliine s njenom jedinicom uz odreenu tonost.

    Mjeriti znai eksperimentalnim putem odrediti pravu vrijednost mjerene veliine, s odreenom tonou.

  • 11

    Osnovne fizikalne veliine i osnovne jedinice SI sustava

    FIZIKALNA

    VELIINA OZNAKA

    OSNOVNA

    JEDINICA SI OZNAKA

    duljina l metar m

    masa m kilogram kg

    vrijeme t sekunda s

    elektrina struja I amper A

    termodinamika

    temperatura T kelvin K

    mnoina (koliina

    tvari) n mol mol

    svjetlosna jakost Iv kandela cd

  • 12

    Izvedene fizikalne veliine u elektrotehnici

  • 13

    Osnovni elektrini simboli elektrinih komponenata

  • 14

    Elektrine ureaji su opisani elektrinom shemom

    Pomou elektrini mjernih instrumenata mogue je mjeriti

    razne elektrine veliine kao napon, jakost struje na

    komponentama itd. i na taj nain otkriti kvar ureaja

  • 15

    STRUKTURA MATERIJE

  • 16

    Materija je sastavljena od kemijskih elemenata osnovnih postojanih supstanci koje se razlikuju

    po svojim svojstvima. Pojedini elementi su

    srodni po svojstvima.

    Materija

    Svaki kemijski element ima svoj karakteristian atom.

    Atomi se udruuju u molekule, tvorei jednostavnije i sloenije kemijske spojeve od kojih se sastoji cijeli materijalni svijet.

  • 17

    Atom (Ruthefordov model)

    pozitivno nabijena jezgra i

    elektroni (nositelji

    elementarnog negativnog

    naboja).

    Jezgra (nucleus) se sastoji od

    protona i neutrona.

    Protoni su pozitivnog naboja

    neutroni nemaju naboj.

    Protoni i neutroni se sastoje od

    kvarkova.

  • 18

    Elektroni krue oko jezgre.

    Izmeu elektrona i jezgre vladaju privlane elektrine sile, a izmeu neutrona i protona vladaju privlane nuklearne sile.

    Naboj elektrona e = - 1,6021892 10-19 C

    Masa elektrona me = 9,1059534 10-31 kg

    Promjer atoma oko 10-12 m

    Atom

  • 19

    Rutherfordov model atoma usavrio je Danac Niels Bohr primjenivi kvantnu teoriju njemakog fiziara Max Plancka

    Prema Bohrovom modelu, elektroni krue oko jezgre po kvantiziranim stazama (ljuskama - engl.

    shells)- moe biti do 7 ljuski.

    Atom

  • 20

    Atom

    Ljuske (od najnie prema viim) su: K, L, M, N, O, P, Q.

    Ljuska K(n=1) - najvie 2 elektrona

    Ljuska L(n=2) - najvie 8 elektrona

    Ljuska M(n=3)- najvie 18 elektrona

    Ljuska N(n=4)- najvie 32 elektrona

    Ljuska O(n=5)- najvie 50 elektrona

    Ljuska P(n=6)- najvie 72 elektrona

    Ljuska Q (n=7)- najvie 98 elektrona

    Openito, ljuska n moe biti pounjena s 2n2 elektrona, gdje n broj ljuske.

  • 21

    Gibanje elektrona oko jezgre

    Elektroni se gibaju po stazama koje mogu biti krune i eliptine i pri tom gibanju ne absorbiraju niti zrae energiju

    Elektroni ujedno rotiraju oko sebe spin elektrona.

    Elektroni mogu preskakati izmeu ljusaka pri tome atom prima ili odailje elektromagmetsku energiju

    Elektron se giba oko jezgre kao val i njegova staza moe biti

    samo cjelobrojni umnoak njegovih valnih duljina, - elektron unutar atoma se ne moe nalaziti van staze

  • 22

    Elektroni u zadnjoj ljuski su valentni elektroni

    Unutarnje staze su na nioj, a vanjske na vioj energijskoj razini.

    Cu

  • 23

    Mogue je da elektroni izlete iz atoma i tada atom nije vie

    elektriki neutralan- atom postaje ion -ionizacija atoma.

    Kada atom prima (apsorbira) energiju elektromagnetskog

    vala, njegov elektron prelazi s neke od unutarnjih staza

    prema nekoj od vanjskih staza .

    Kada atom daje (emitira) energiju u vidu elektromagnetskog

    vala, njegov elektron prelazi s neke od vanjskih staza

    prema nekoj od unutarnjih staza.

    Apsorpcija i emisija energije u atomu

  • 24

    Apsorbirani ili emitirani kvant energije tada iznosi:

    E = h = En Em m

  • 25

    Svaki kemijski element ima jedinstven broj elektrona (a time i

    protona). Broj elektrona koji ima odgovarajui element odreuje

    njegovo mjesto u periodnom sustavu elemenata

    Fizikalna i kemijska svojstva odreena su elektronima u

    vanjskoj ljuski (valentni elektroni).

    Misao o srodnosti kemijskih elemenata povezao je

    ruski kemiar Dimitrij Mendeljejev u zakon o periodinosti

    kemijskih elemenata. Objavio je periodni sustav

    elemenata 1871. godine.

    Periodni sustav elemenata

  • 26

    PERIODNI SUSTAV ELEMENATA

  • 27

    UVOD U ELEKTRINE

    MATERIJALE

  • 28

    1. elektrotehniki materijali - omoguuju ostvarivanje

    osnovne zadae elektrinih proizvoda (izolatori,

    poluvodii i vodii)

    2. konstrukcijski materijali - uobliavaju proizvod u

    jednu cjelinu prikladnu s funkcionalnih i estetskog

    motrita (plastini i metalni ormari,...)

    3. pomoni materijali - obavljanje pomonih zadaa

    (zatita od korozije, podmazivanje, ....).

    Materijali koji se koriste u elektrinim ureajima

  • 29

    Elektrotehniki materijali

    Vodii - Atomi metala su poredani u kristalne reetke,

    a valentni elektroni atoma slabo su vezani uz jezgru,

    te se slobodno gibaju po kristalu (vodii prve vrste).

    Pojedine tekuine vode struju elektroliti (vodii druge

    vrste) u tekuinama ioni vode struju

    Izolatori svi elektroni su vrsto vezani za atome unutar

    materijala. Nema slobodnih elektrona. Veliki naponi

    mogu proizvesti nagli protok struje proboj izolacije

    Poluvodii izolatori koji pod odreenim uvjetima

    (temperatura, dodavanje primjesa) mogu postati vodii

  • 30

    Podjela elektrotehnikih materijala

    Poznatiji vodii su:

    - Bakar, aluminij,srebro i dr. metali...

    Poznatiji poluvodii su:

    - silicij, germanij, galij-arsenid...

    Poznatiji izolatori su:

    - guma, drvo, PVC, papir, zrak, destilirana voda...

  • 31

    ELEKTRINA STRUJA I

    NJENI UINCI

  • 32

    Pod elektrinom strujom podrazumijeva se usmjereno

    gibanje elektrinih naboja.

    Karakteriziraju je smjer, jakost (moe biti funkcija vremena)

    Elektrina struja ostvaruje se gibanjem elektrona u

    metalima (pri gibanju elektrona ne dolazi do prijenosa

    materije).

    Elektrina struja ostvaruje se i gibanjem pozitivnih i

    negativnih iona u tekuinama i plinovima (pri gibanju iona

    dolazi do prijenosa materije).

    .

    Elektrina struja

  • 33

    Elektrina struja iskazuje se svojim uincima. To su:

    - toplinski uinak,

    - kemijski uinak,

    - magnetski uinak.

    Poneki autori meu osnovne uinke elektrine struje ubrajaju jo i fiziologijski i svjetlosni uinak, mada su oni posredno iskazani u kemijskom, odnosno toplinskom uinku.

  • 34

    Toplinski uinak struje

    Toplinski uinak je fizikalna pojava zagrijavanja

    vodia kojim prolazi elektrina struja.

    Do zagrijavanja dolazi zbog sudaranja elektrinih naboja u gibanju s esticama tvari kroz koju se gibaju, ime joj poveavaju toplinsku energiju.

    Stjee se utisak da elektrina struja nailazi na otpor okolne tvari.

  • 35

    Kemijski uinak oituje se u razdvajanju pojedinih vodia na sastavne dijelove pri prolasku elektrine struje - elektroliza.

    Ovdje elektrina struja prolazi kroz elektrolite - vodie druge vrsti. Vodii druge vrsti su otopine raznih soli, kiselina i luina.

    (Vodii prve vrsti su metali, i oni se ne mijenjaju na takav nain prolaskom elektrine struje).

    Kemijski uinak struje

  • 36

    Magnetski uinak je neizbjean pratitelj elektrine struje.

    Iskazuje se stvaranjem magnetnih sila oko vodia, jakost kojih je vea u blizini vodia, a s udaljenou opada.

    Prostor u kojem se pojavljuju i osjeaju te sile naziva se magnetskim poljem.

    Magnetski uinak struje

  • 37

    Fiziologijski uinci struje

    Elektrina fizioloka struja prenosi se ivcima (kemijsko elektrini prijenos signala) normalno je prisutna u ovjeku -EKG

    Posebno je opasno ako vanjska elektrina struja prolazi kroz srce, u kojem se nalazi i centar za generiranje sranog ritma (proizvodi impulse od cca 1 Hz koji daju signal srcu da se stegne).

    Prolaskom vanjske izmjenine struje od npr. 80 mA i vie, te frekvencije 50 Hz srani mii bi se trebao stegnuti 100 puta u sekundi - otprilike 80 puta bre od uobiajenog ritma.

  • 38

    Fiziologijski uinci struje utjecaj na ovjeka

    Vrijeme prolaska struje kroz tijelo je izrazito bitno.

    1. Dolazi do treperenja srca, koje vie ne tlai krv.

    2. Prolaskom elektrine struje kroz mozak dolazi do

    paraliziranja centra za disanje, to takoe moe

    izazvati smrt.

    3. Zagrijavanjem (toplinski efekat) tkiva zbog

    prolaska struje dolazi do zgunjavanja

    bjelanevina, do rasprskavanja eritrocita, i sl.

    4. Posljedica kemijskog uinka elektrine struje u

    organizmu je razgradnja stanine tekuine.

  • 39

    (50-100 mA je smrtno !! tu struju moe izazvati napon

    vei od 60 V ovisi o otporu).

  • 40

  • 41

  • 42

  • 43

    ELEKTRINI KRUGOVI

    ISTOSMJERNE STRUJE

  • 44

    Krug istosmjerne struje

    Tri su osnovna dijela svakog elektrinog strujnog kruga:

    - izvor,

    - vodii,

    - troilo.

    U troilima se vri obratna pretvorba energije.

  • 45

    Krug istosmjerne struje

  • 46

    Elektromotorni napon ili sila elektrinog izvora

    Elektrino nabijena tijela mogu se dobiti odvajanjem

    elektrona iz atoma utrokom neke druge vrsti energije, npr.

    Mehanike, svjetlosne ili kemijske. Takvo odvajanje

    postoji u elektrinom izvoru.

    Zbog djelovanja energije u izvoru nastaje elektromotorna

    napon (sila) E koja uzrokuje da jedna stezaljka izvora ima

    viak negativnog naboja (negativni pol), a druga manjak

    negativnog naboja (pozitivni pol) izmeu stezaljki nastaje

    razlika potencijala.

  • 47

    Elektromotorni napon ili sila

    Radnja dW u izvoru pomie naboj dQ u izvoru i stvara

    napon E na stezaljkama

    Svaki izvor ima definiran elektrini napon E koji se mjeri

    u voltima (V).

    Napon je sila koja gura struju kroz troilo i vodie.

    Struja protie kada se zatvori strujni krug

    dW JE V

    dQ C

  • 48

    Razlika u potencijalu izmeu bilo koje dvije

    toke strujnog kruga naziva se naponom,

    Elektrini potencijal

    Svaka stezaljka izvora ima odreeni potencijal.

    Elektrini potencijal oznaava se s , i on je skalarna veliina, mjeri se u voltima (V).

    2 1E

  • 49

    Mjerenje napona izvora

  • 50

    Razlika potencijala ili napon izmeu dvije toke

    strujnog kruga

    Napon izmeu toaka strujnog kruga moe se odrediti kao razlika potencijala izmeu promatranih toaka.

  • 51

    Da bi elektrina struja tekla izmeu izvora i troila, svi

    dijelovi strujnog kruga trebaju biti dobro vodljivi i

    nigdje ne smije biti prekida zatvoren strujni krug.

    Krug istosmjerne struje

  • 52 Gibanje slobodnih elektrona u vodiu

    Smjer elektrine struje

  • 53

    Smjer elektrine struje

    Istosmjerna struja stalno tee strujnim krugom u istom smjeru

    (polaritet izvora se ne mijenja vremenu)

    Jakost elektrine struje je veliina o kojoj ovisi uinak elektrine

    struje. Odreuje se kao mjera koliine elektriciteta koja proe u

    jedinici vremena kroz vodi na jednom mjestu strujnog kruga:

    Q elektrini naboj [C]

    Q CI A

    t s

  • 54

    ELEKTRINI OTPOR I

    VODLJIVOST

  • 55

    RS

    1

    G SR

    Elektrini otpor i vodljivost

    Vodi prua otpor prolasku struje efekt sudaranja

    elektrona sa esticama materije

    Otpor ovisi o vrsti materijala, duljini vodia i povrini

    poprenog presjeka vodia

    261 10mm m

    m

    6

    21 1 10Sm Sm

    mm

  • 56

    0 1R R T Ovisnost otpora o temperaturi

    R otpor pri stvarnoj temperaturi

    R0 - otpor pri sobnoj temperaturi

    T - razlika izmeu stvarne i sobne temperature - temperaturni koeficijent materijala [C-1],

  • 57

    Pojava iezavanja elektrine otpornosti koja nastaje kao

    rezultat podhlaivanja vodia do kritine temperature ,

    naziva se supravodljivou.

    Sredstvo za hlaenje je za te temperature tekui helij.

    Tehnologija tekueg helija je vrlo sloena i skupa.

    Visokotemperaturni supravodii Tc =100 K te

    temperature mogue postii tekuim duikom.

    Mogua podruja primjene su: prijenos energije,

    izgradnja jakih magneta, transport, elektrini strojevi,

    raunalska tehnika, medicina i sl.

    Supravodljivost

  • 58

    Otpornici

    Otpornici su elementi kruga koji reguliraju jakost struje ili

    ostvaruju pad napona u strujnom krugu.

  • 59

    Otpornici na tampanoj ploici

    Novi trend u

    izradi otpornika

    je tzv. SMD

    tehnologija, tj.

    tehnologija

    povrinskog

    postavljanja.

  • 60

    Maseni ugljeni otpornik

  • 61

    Vrste i parametri otpornika

    Vrste otpornika: Stalni i promjenjivi

    Prema tehnologiji izrade : maseni, ugljino slojni, iani

    Linearni i nelinearni: NTC, PTC otpornici, varistori,

    magnetski otpornici fotootpornici, otporne trake

    (straingages) -senzori

    Parametri otpornika:

    otpornost [],

    snaga[W],

    tolerancija...

  • 62

    OHMOV ZAKON

  • 63

    Njemaki fiziar George Simon Ohm (1787-1854.)

    eksperimentalno je utvrdio da je pri konstantnoj

    temperaturi jakost elektrine struje razmjerna

    naponu, a obrnuto razmjerna elektrinom otporu.

    R

    UI

    Ohmov zakon

  • 64

    Grafika reprezentacija ohmovog zakona

    linearnog otpornika

  • 65

    Tri radna stanja elektrinog kruga

    Tri su radna stanja elektrinog kruga:

    - normalno radno stanje (I=Iradno)

    - prazni hod ( R=;I=0)

    - kratki spoj (I=;R=0) opasno !!!

  • 66

    KIRCHOFFOVI ZAKONI

  • 67

    Za bilo koji vor elektrine mree vrijedi da je algebarski zbroj svih struja u svakom trenutku jednak nuli

    1

    1 2

    0

    ... 0

    n

    i

    i

    n

    i j

    ulaznih izlaznih

    I

    I I I

    I I

    Prvi Kirchoffov zakon

  • 68

    U zatvorenom strujnom krugu, algebarski zbroj napona

    izvora jednak je algebarskom zbroju padova napona na

    otpornicima.

    Oni elektromotorni naponi kojima se smjer djelovanja

    podudara s referentnim smjerom uzimaju se kao pozitivni,

    a ostali kao negativni.

    Primjer: naponsko djelilo sa dva serijski spojena otpornika.

    i j j

    i j

    E I R

    Drugi Kirchoffov zakon

  • 69

    Drugi Kirchoffov zakon

    1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 4E E E E I R I R I R I R

  • 70

    Pad napona realnog naponskog izvora

    Na unutarnjem otporu izvora, prolaskom struje I, dolazi do pada napona (idealni izvor ima Ri=0), pa se smanjuje napon U

    U = E - I Ri

  • 71

    SPOJEVI OTPORNIKA

  • 72

    SPOJEVI OTPORNIKA

    Serijski

    Paralelni

    Mjeoviti

    Zvijezda

    Trokut

  • 73

    n

    n

    i

    iuk

    n

    n

    RRRRR

    IIII

    EUUU

    ...

    ...

    ...

    21

    1

    21

    21

    Serijski spoj otpornika

  • 74

    Serijski spoj dvaju otpornika naponsko djelilo

    1 2

    11

    1 2

    22

    1 2

    ukR R R

    RU E

    R R

    RU E

    R R

  • 75

    1 2

    1 2

    1 1 2

    ...

    ...

    1 1 1 1 1...

    n

    n

    n

    iuk i n

    I I I I

    U U U E

    R R R R R

    Paralelni spoj otpornika

  • 76

    Paralelni spoj dvaju otpornika strujno djelilo

    1 2

    1 2

    21

    1 2

    12

    1 2

    uk

    R RR

    R R

    RI I

    R R

    RI I

    R R

  • 77

    Mjeoviti spoj otpornika

  • 78

    Zvjezda spoj i trokut spoj

    zvjezda trokut

    Ameriki simbol za otpornik

  • 79

    PROMJENJIVI OTPORNICI

  • 80

    Promjenljivi otpornici, zvani reostati, slue za

    regulaciju jakosti elektrine struje

    Reostati se primjenjuju pri pokretanju

    elektromotora, pri nabijanju akumulatora, itd.

    Reostat

  • 81

    Promjenljivi otpornici, zvani potenciometri, slue za regulaciju napona elektrine struje

    Potenciometri se primjenjuju prilikom podeavanja napona (glasnoa, kurs broda, rasvjeta)

    Potenciometar

  • 82

    NELINEARNI OTPORNICI

  • 83

    Ako se otpor otpornika ne mijenja u ovisnosti o jakosti

    elektrine struje ili iznosu narinutog napona govori se o

    linearnim otpornicima (stalni otpornici ili mehanikim

    putem promjenjivi) linearna U/I karakteristika

    Linearni i nelinearni otpornici

    Ako se otpor otpornika mijenja u ovisnosti o jakosti

    struje ili iznosu narinutog napona u krugu govori se o

    nelinearnim otpornicima nalinearna U/I karakteristika

  • 84

    Linearni i nelinearni otpornici

  • 85

    Magnetski otpornici su oni koji mijenjaju otpor s promjenom

    magnetnog polja, odnosno gustoe magnetnog toka, u kojem se

    nalaze. Nazivaju se Hallovim elementima.

    Kod otpornika ovisnih o tlaku otpor raste s porastom tlaka kojem su

    izloeni otporne trake (strain gages) naprezanje trupa broda.

    Nelinearni otpornici

  • 86

    Termistori

    Termistori: -s pozitivnim temperaturnim koeficijentom otpor se poveava rastom temperature ( PTC)

    i s negativnim temperaturnim koeficijentom otpor se smanjuje poveanjem teperature (NTC)

    Koriste se kao senzori temperature

  • 87

    Fotootpornik

    Rad fotootpornika zasniva se na injenici da se elektrini otpor nekih materijala smanjuje kad se obasjaju svjetlou (oslobaaju se elektroni i poveava se vodljivost protuprovala)

  • 88

    Varistor

    Varistori (VDR - voltage dependent resistor) su otpornici kod kojih se otpor smanjuje s porastom napona. zatitni elementi

  • 89

    SPOJEVI IZVORA

  • 90

    Serijski spoj izvora

    Serijski spoj izvora koristi se kada je potreban vei napon troila

    od napona koju moe dati jedan izvor.

  • 91

    Serijski spoj izvora

    Serijski spoj izvora

    n

    i

    iEE1

    Serijski protuspoj izvora

    Koliki je ovdje napon na potroau ?

  • 92

    Paralelni spoj izvora

    Paralelni spoj izvora koristi se kada je potrebna vea struja troila

    od struje koju moe dati samo jedan izvor.

  • 93

    Paralelni spoj izvora Struja izjednaenja- nejednaki naponi !

    Paralelni spoj realnih izvora

    1 2I I I 1 2

    0

    1 2i i

    E EI

    R R

    Kada Ri1 i Ri2 nisu jednaki, dolazi do protjecanja struje izjednaenja bez

    da se prikljuuje troilo

  • 94

    MJERENJE JAKOSTI

    STRUJE

    MJERENJE NAPONA

    STRUJE

  • 95

    Mjerenje napona

    Za mjerenje

    napona koristi se

    instrument

    voltmetar.

    Voltmetar se u

    strujni krug

    prikljuuje

    paralelno,

  • 96

    Mjerenje jakosti

    Za mjerenje

    jakosti elektrine

    struje koristi se

    instrument

    ampermetar.

    Ampermetar se u strujni krug

    prikljuuje

    serijski,

  • 97

    MJERENJE OTPORA

  • 98

    Mjerenje otpora

    Ommetrom (analognim ili digitalnim,

    univerzalnim instrumentom)

    U-I postupkom (mjeri se U i I, te rauna

    R = U/I)

    Mosni postupci (Wheatstoneov most).

  • 99

    Mjerenje otpornika ohmometrom

  • 100

    U-I postupak mjerenja otpora

    U-I postupak mjerenja otpora sastoji se od mjerenja

    jakosti elektrine struje kroz nepoznati otpornik,

    ampermetrom, i mjerenja pada napona na tom

    otporniku, voltmetrom.

    Tako oitani podaci uvrste se u jednadbu Ohmova

    zakona.

  • 101

    Mosni postupak - Wheatstoneov most

    Wheatstoneov most koristi se za mjerenje otpora,

    po iznosu, veih otpornika.

    Most se dovodi u ravnoteu promjenom iznosa

    otpora R2

    Rx = R2R

    R

    3

    4

  • 102

    SNAGA, RAD, ENERGIJA

  • 103

    Pretvorba elektrine energije

    Energija se ne moe ni iz ega stvoriti, a niti unititi zakon odranja energije.

    Prilikom pretvorbe energije iz jednog oblika

    u drugi vrijedi

    W = Wk + Wg

    Wk - korisni (eljeni) oblik energije,

    Wg - gubitak energije.

  • 104

    Primjeri pretvorbe elektrine energije

  • 105

    Kada je strujni krug prikljuen na napon U, u krugu potee elektrina struja I. Koliina elektriciteta Q = I t koja sudjeluje u tom gibanju obavlja rad:

    A = Q U=U I t [VAs = Ws = J

    Za elektrinu energiju, odnosno elektrini rad, u svakodnevnom ivotu esto se koristi jedinica kilovatsat. Energija od 1 KWh odgovara radu koji je nuan da se teret mase 100 kg podigne na visinu 3670 metara. [1 KWh=3,6 MJ]

    Elektrini rad i energija

  • 106

    Elektrina snaga je brzina kojom se neka

    radnja moe izvriti, a odreuje se radnjom

    koja se izvri u jedinici vremena (p = dA/dt):

    2

    2A UP UI I Rt R

    W

    Elektrina snaga

    Nazivna ili nominalna snaga -najvei doputeni iznos

    snage s kojim troilo moe u pogonu trajno raditi, a da se

    pri tome ne oteti.

  • 107

    Stupanj korisnosti

    100 %k kk g k g

    W P

    W W P P

  • 108

    Zadatak: Odredi snagu na troilu ako je U=220 V, R=22

    22010

    22

    U VI A

    R

    220 10 2200 2,2P U I V A W KW

    Kolika je energija potroena na troilu za 2h ??

    220 10 2 4,2A U I t V A h KWh

    Kolika je cijena potroene energije ako je 1KWh=0,2 Kn ??

    4,2 0,2 0,84KWh Kn Kn

  • 109

    Grafiki prikaz napona, struje, snage i rada

    za sluaj istosmjerne struje

  • 110

    Mjerenje snage i rada elektrine struje

    Snaga se moe mjeriti: izravno vatmetrom ili neizravno mjerenjem struje i napona.

    P=UI W

    Za mjerenje elektrinog rada utroka elektrine energije, odnosno njegovog, koriste se brojila.

    W = U I t Ws = J

  • 111

    Prilagodba troila izvoru

    Snaga koja se razvija na

    troilu je:

    P I Rp p2

    I

    E

    R Ri p

    PE

    R RRp

    i p

    p

    2

    2( )

    P

    R

    p

    p = 0

    P

    R

    p

    p

    = E R R E R R R

    R R

    i p p i p

    i p

    2 2 2

    4

    20

    ( ) ( )

    ( )

    R Ri p

    Najvea snaga na troilu se postie kada je otpor troila jednak

    unutarnjem otporu izvora. Vano za telekomunikacijske ureaje,

    stupanj iskoritenosti samo 50% - ne vrijedi za energetske ureaje

  • 112

    JOULOV ZAKON I

    NJEGOVA PRIMJENA

  • 113

    Jouleov zakon

    Q=I2Rt [J]

  • 114

    Jouleov zakon Nositelji elektrine struje, npr. slobodni elektroni u

    metalnim vodiima, sudaraju se s esticama materijala

    vodia, te pri tome gube dio svoje kinetike energije.

    Jedan dio te energije isijava se kao toplina. Iznos

    topline koja se stvara zbog sudaranja izravno je ovisan

    o jakosti elektrine struje, otporu vodia i vremenu u

    kojem elektrina struja prolazi tim vodiem.

    Razvijena koliina topline odreuje se izrazom:

    Q = I2R t J

    Primjena: Elektrini grijai pretvaraju elektrinu energiju u

    toplinsku primjenom joulova zakona (bojleri, peice, sijalice sa

    arnom niti..)

  • 115

    ELEKTROSTATIKA

  • 116

    Elektrino polje

    Tijela mogu biti elektrini neutralna, pozitivno ili negativno nabijena. Tijela se mogu nabiti naprimjer trenjem.

    Prostor u kojem se osjea djelovanje nabijenih tijela naziva se elektrinim poljem.

    Elektrino polje iskazuje se mehanikom silom na naboj koji je uneen u to polje.

    F VE

    Q m

  • 117

    Elektrino polje

    Elektrino polje usamljenog tokastog naboja je radijalno

    silnice grafiki prikazuju polje.

    Jakosti elektrinog polja E usamljenog tokastog naboja:

    12

    0 8,854 10F

    m

    2

    04

    1

    r

    QE

    apsolutna dielektrika konstanta vakuuma (permitivnost)

    - oznaava sposobnost medija za provoenje silnica el. polja 0

  • 118

    Elektrino polje je homogeno ako ima u svakoj toki jednaku jakost, pravac i smjer. U suprotnom je

    nehomogeno.

    Homogeno elektrino polje Izmeu dvije metalne ploe

    Nehomogeno elektrino polje izmeu vodia i Zemlje

    Elektrino polje

  • 119

    Raznoimeni elektrini naboji privlae, a istoimeni odbijaju.

    Ako se radi o tokastim nabojima sile meu nabojima mogu se izraziti Coulombovim zakonom:

    1 221

    4

    QQF N

    r

    Columbov zakon

    0 r

    relativna dielektrika konstanta r

  • 120

    Raspodjela naboja na okruglom vodiu

    Elektrini se naboj rasporeuje po povrini vodia.

    Elektrino polje unutar uplje metalne kugle jednako nuli, a da je

    naboj na kugli jednoliko rasporeen. Ako je kugla izraena od

    nevodia i cijela nabijena pozitivnim nabojem, polje unutar nje

    bilo bi linearno (pravac od sredita do r = R), a izvan nje kao na

    slici.

  • 121

    Raspodjela naboja vodiu nepravilna oblika

    Slina je situacija i na vodiima nepravilna oblika: vea

    im je gustoa naboja na onim dijelovima koji imaju

    manji polumjer zakrivljenosti.

    Jako polje na vrhu iljka ionizira zrak oko iljka i stvara se

    elektrina i zrana struju (elektrini vjetar) EFEKT ILJKA

    To je uoio Benjamin Franklinza izradbu uzemljenog gromobrana

    iljak privlai grom kiobran !!!

  • 122

    Gromobran na brodu

  • 123

    Tok elektrinog polja

    Skup silnica kroz promatranu povrinu predstavlja

    tok elektrinog polja.

    Tok elektrinog polja odreen je izrazom:

    S

    E SdE

  • 124

    Gaussov zakon

    Ako se u elektrino polje postavi zatvorena povrina bilo

    kakvog oblika, Gaussov zakon kae da je ukupan tok kroz

    zatvorenu povrinu, u smjeru od te povrine, jednak

    umnoku 1/0 i algebarskog zbroja naboja unutar te povrine.

    0S

    QEdS

  • 125

    Elektrina influencija

    Elektrina influencija je pojava razdvajanja raznoimenih naboja na vodljivom tijelu u elektrinom polju bez izravnog fizikog dodira s nekim nabijenim tijelom.

    Slobodni elektroni koji se nalaze u nenabijenom vodljivom tijelu premjestit e se na onu stranu tog tijela koja je blia pozitivno nabijenom vodiu, a s druge strane tog tijela prevladat e pozitivni naboj atomskih jezgri.

  • 126

    Kao mjera influencijskog djelovanja slui veliina koja se

    naziva vektorom elektrinog pomaka ili elektrinom

    indukcijom.

    U unutranjosti nabijenih tijela nema elektrinog polja.

    2

    Q CD

    S m

    Elektrina influencija

  • 127

    Ako se u unutarnjost jednog vodia postavi drugi

    nenabijeni vodi, a zatim vanjski vodi nabije, vanjski vodi

    ne moe nikako djelovati na unutarnji vodi.

    Vanjski vodi tako titi unutarnjega od raznih stranih

    elektrinih polja.

  • 128

    Faradeyev kavez

    Ako se tijelo nalazi unutar zatvorenog metalnog kaveza-

    Nema opasnosti od groma auto, brod

  • 129

    Vodii, izolatori, dielektrici

  • 130

    Vodii, izolatori, dielektrici Vodie karakterizira prisutnost slobodnih

    nositelja naboja koji se pod djelovanjem vanjskog elektrinog polja mogu gibati u vodiu.

    Izolatori ili dielektrici su oni materijali kod kojih se naboji ne mogu premjetati s jednog mjesta na drugo, jer slobodnih nositelja elektrinog naboja gotovo nemaju.

    Elementarni elektrini naboji od kojih je sastavljen izolator pod djelovanjem vanjskog elektrinog polja mogu se pomaknuti samo na mikroskopski male udaljenosti (ne mogu napustiti svoje atome ili molekule) osim kod izuzetno jakih elektrinih polja kad dolazi do unitenja (proboja) izolatora.

  • 131

    Dva su tipa izolatora:

    - nepolarni - koji su neutralni u nepobuenom stanju, (Ako se takav atom postavi u vanjsko elektrino polje, doi e do djelovanja elektrostatikih sila i do njegove deformacije. Jezgra i elektronski omota dobit e novi ravnoteni poloaj. Nastaje el. dipol),

    - polarni - koji zbog svoje grae ve imaju elektrini dipolni moment bez djelovanja vanjskog polja

    Vrste izolatora

  • 132

    Nepolarni atom u elektrinom polju

    Nepolarni atom izvan (a) i u elektrinom polju (b,c)

  • 133

    Polarne molekule bez djelovanja elektrinog polja i pod njegovim djelovanjem polarizacija dielektrika

    Polarne molekule u elektrinom polju

    Dielektrik je u elektrinom polju izloen djelovanju sila elektrinog polja, zbog ega dolazi do polarizacije dielektrika. Polarizacija je to vie izraena to je jae elektrino polje.

  • 134

    Polarizacija dielektrika

    Djelovanjem vanjskog elektrinog polja

    dipoli se orijentiraju u smjeru elektrinog

    polja.

    Kratkotrajno pomicanje naboja u izolatoru

    ini struju dielektrinog pomaka.

    ED r

    0

  • 135

    Dielektrina vrstoa

    Kad vanjska sila elektrinog polja postane jaa od unutarnjih sila koje povezuju atomske jezgre i elektrone u elektronskim omotaima, dolazi do ionizacije, tj. takva jaa vanjska sila otrgne neke elektrone iz elektronskog omotaa, te atomi tada postaju pozitivni ioni.

  • 136

    Ti elektroni i pozitivni ioni kreu se pod djelovanjem elektrinog polja u dva suprotna smjera: elektroni suprotno smjeru elektrinog polja, a + ioni u suprotnom.

    Na taj nain izolator gubi svoja izolacijska svojstva. Pojava se naziva probojem dielektrika (izolatora).

    Napon pri kojemu nastupi proboj naziva se probojni napon, a jakost elektrinog polja u trenutku proboja dielektrika je dielektrina vrstoa.

  • 137

    Dielektrina vrstoa

  • 138

    ELEKTRINI POTENCIJAL

    I NAPON

  • 139

    Elektrino polje usamljenog naboja i raznoimenih

    naboja

    Elektrino polje djeluje na sve naboje koji se nalaze u dosegu

    elektrinog polja.

    U svakoj toki elektrinog polja postoji odreena

    potencijalna energija.

  • 140

    Djelovanje elektrinog polja se iskazuje tako da

    elektrino polje nastoji pomaknuti elektrine naboje koji

    se nau u njemu odreenom silom F.

    sdFdW

    sdEQdW

    Rad pomicanja naboja u elektrinom polju

    uslijed djelovanja polja E, na naboj Q

    djeluje sila F i pomie ga za put s

    (od toke A do toke B).

    _

    _

    toka B

    toka A

    W Q Eds Ukupan mehaniki rad W pomicanja

    naboja iz toke A u toku B polja

  • 141

    Elektrini potencijal je radnja W koju bi valjalo izvriti da se jedinini

    pozitivni naboj Q prenese iz neke toke izvan polja (referentna toka

    daleko od naboja) u neku toku elektrinog polja (toka A) ije su

    silnice usmjerene prema naboju Q.

    Elektrini potencijal

    _

    _

    toka A

    referentna toka

    Eds W

    VQ

    Potencijal toke A prema referentnoj toki

  • 142

    Ekvipotencijalne plohe

    Ekvipotencijalne plohe (pune crte) i silnice elektrinog polja

    (isprekidane crte) usamljenog pozitivnog tokastog naboja i raznoimenih

    tokastih naboja

    dE

    dn

    Veza potencijala i elektrinog polja izmeu ekvipotencijalnih ploha

    udaljene za razmak n:

  • 143

    2 1

    B

    A

    U Eds

    Elektrini napon predstavlja razliku potencijala izmeu dvije toke

    Elektrini napon kao razlika potencijala

  • 144

    ELEKTRINI KAPACITET

    I KONDENZATORI

  • 145

    Elektrini kapacitet je sposobnost vodia da na sebe primi stanovitu koliinu elektriciteta

    To svojstvo imaju bilo koja dva vodia meusobno odvojena dielektrikom.

    CQ

    U

    C

    V

    As

    VF

    Elektrini kapacitet i kondenzatori

  • 146

    Kondenzatori

    su naprave koje imaju sposobnost pohrane elektrine energije

  • 147

    Ploasti kondenzator

    U VE

    d m

    d

    SC r0

    Vodii kondenzatora nazivaju se elektrodama (oblogama).

    Elektrode kondenzatora na razliitim potencijalima, izmeu njih

    postoji elektrino polje.

    Prirodni kondenzatori su bilo koja dva vodljiva tijela ili dijela nekog

    elektroureaja odvojena izolatorom, npr. zrakom, zatim

    kombinacija zemlja - vodi

  • 148

    Prema tehnologiji izradbe kondenzatori se mogu

    podijeliti na vie skupina: film/folija, metalizirani film,

    keramiki, elektrolitski i tantal.

    CR

    R

    2

    2

    1

    l

    lnvaljkasti

    Cr r

    r r

    4 1 2

    2 1

    kuglasti

    Kondenzatori

    Kondenzatori kojima moemo mjenjati kapacitet nazivaju se

    promjenjivi kondenzatori (oznaka)

  • 149

    SPOJEVI KONDENZATORA

  • 150

    C Cuk ii

    n

    1

    Q EC EC EC 1 2 3

    Q

    C FE

    Paralelni spoj kondenzatora

  • 151

    Q

    C

    Q

    C

    Q

    C

    Q

    Cuk

    1 2 3

    1 1 1 1

    1 2 3C C C Cuk

    Serijski spoj kondenzatora

  • 152

    KONDENZATOR U KRUGU

    ISTOSMJERNE STRUJE

  • 153

    idq

    dtCdu

    dt

    c

    E RCdu

    dtuc c

    )1( t

    c eEu

    q Q e

    t

    ( )1

    Punjenje kondenzatora

    RC

  • 154

    Pranjenje kondenzatora

    u Eec

    t

    q Qe

    t

    RC

  • 155

    CUQUWe2

    2

    1

    2

    1

    Elektrostatika energija kondenzatora

  • 156

    STATIKI, ATMOSFERSKI

    ELEKTRICITET , PROLAZ

    ELEKTRINE STRUJE

    KROZ PLINOVE

  • 157

    Ako se tijelu poremeti elektrina ravnotea ono se postaje naelektrizirano odnosno nabijeno statikim elektricitetom.

    U prirodi do nabijanja tijela statikim elektricitetom moe doi:

    1. trljanjem dviju razliitih tvari,

    2. elektrinom influencijom,

    3. prikljuenjem izoliranih ploa na polove istosmjernog izvora.

    Statiki elektricitet

  • 158

    Na brodovima su opasne pojave statikog elektriciteta do kojeg moe doi strujanjem nevodljivih, zapaljivih tekuina.

    S tekuinom pri tom strujanju odlaze elektrini naboji jednog predznaka, dok se elektrini naboji suprotnog predznaka skupljaju po stijenkama tankova, po cijevima, itd.

    Vrlo je opasno to se i prah nekih materijala moe nabiti statikim elektricitetom - te moe izazvati poar.

    Na ovjeku se moe stvoriti statiki elektricitet eljanjem, noenjem odjee od sintetikih materijala i vune, hodanjem u cipelama izraenim od gume po plastinom podu, itd.

    Statiki elektricitet

  • 159

    Atmosferski elektricitet

    Elektriki nabijene estice nastaju u atmosferi djelovanjem

    kozmikih zraka, zraenja Sunca i djelovanjem radioaktivnih

    elemenata iz Zemljine kore i atmosfere.

    U svim slojevima atmosfere postoji viak pozitivnih iona, te je

    prostorni naboj atmosfere pozitivnog karaktera

    .

  • 160

    Atmosferski elektricitet

    Atmosfera i povrina Zemlje mogu se promatrati kao

    kuglasti kondenzator, s tim to je vanjski oblog sloj

    atmosfere na visini izmeu 50 i 65 kilometara ispod

    ionosfere, a unutarnji oblog bi bila povrina Zemlje.

    Jakost elektrinog polja je najvea oko 19 sati

    (Greenwich), a najmanja oko 5 sati i opada s porastom

    visine.

    Moe se kazati da je ionosfera Faradayev kavez koji titi

    atmosferu od ekstraterestrikog djelovanja.

  • 161

    Zemljin je naboj negativan, silnice elektrinog polja e biti usmjereno

    okomito prema povrini Zemlje.

    Pri povrini Zemlje jakost elektrinog polja je u prosjeku 120 - 130 V/m.

  • 162

    Atmosferski elektricitet

    U prirodi mora postojati generator koji obnavlja naboj i

    odrava razliku u potencijalu izmeu obloga spomenutog

    "kondenzatora".

    Smatra se da su grmljavine upravo taj generator koji

    odrava razliku u potencijalu.

  • 163

    Atmosferski elektricitet

    Atmosfersko pranjenje izmeu olujnih, elektricitetom nabijenih, oblaka

    i povrine Zemlje naziva se gromom. Elektino polje postaje tako jako

    da se stvara vodljiva staza izmeu oblaka i zemlje.

    Pranjenja izmeu oblaka i unutar oblaka nazivaju se munjama.

    Za vrijeme grmljavine elektrino polje dostie velike vrijednosti

    (cumulonimbusi).

  • 164

    Korona

    Korona je vrsta samostalnog pranjenja izmeu elektroda koje imaju veoma malen polumjer zakrivljenosti, te je u njihovoj blizini elektrino polje znatno jae nego u ostalom prostoru. Elektrode okruuje tinjajua svjetlost u obliku krune. Pranjenje je praeno siktavim utanjem. Pojava korone moe se uoiti u vrijeme oluja na vrhovima gromobrana, na jarbolima brodova, na dalekovodima, i sl.

  • 165

    Polarna svjetlost svijetljenje atmosfere u blizini polova. Izazvana je brzim elektronima koji dolaze sa Sunca i ioniziraju atome i molekule plina u atmosferi

    Polarna svijetlost

  • 166

    PROLAZAK ELEKTRINE

    STRUJE KROZ PLINOVE

  • 167

    Prolazak elektrine struje kroz plinove

    Plinovi se pri atmosferskom tlaku i sobnoj temperaturi ponaaju kao izolatori, iako proputaju struju malenog iznosa, koja se moe zanemariti.

    Plin ima bolja izolacijska svojstva pri viem tlaku i nioj temperaturi.

    Da bi u plinu dolo do prolaska elektrine struje potrebno ga je podvrgnuti djelovanju elektrinog polja koje uzrokuje gibanje slobodnih elektrinih naboja koji se ve nalaze u plinu.

  • 168

    Slobodni elektrini naboji u plinu se gibaju pod djelovanjem elektrinog polja.

    Negativni naboji (anioni) gibaju se prema pozitivnoj elektrodi - anodi,

    Pozitivni naboji (kationi) gibaju se prema negativnoj elektrodi - katodi.

    To gibanje tvori elektrinu struju koja se razlikuje od elektrine struje u metalnim vodiima gdje se gibaju samo slobodni elektroni.

    Prolazak elektrine struje kroz plinove

  • 169

    Podruje 0-b (Townsendovo izbijanje) je tamno (nevidljivo) izbijanje pri

    malenim strujama.

    Podruje b-c napon je ve toliko velik da izaziva veu ionizaciju i struju

    kroz plin.

    Strujno naponska karakteristika izbijanja u plinu

  • 170

    Kod toke c napon izaziva jaku ionizaciju koja poprima oblik lavine,

    (struja raste, napon na cijevi pada). To je podruje tinjavog izbijanja

    primjenjuje kod cijevi zvanih tinjalice.

    Poveanjem napona dostie se toke d - proboj i paljenja luka, pa se

    tada naglo poveava elektrina struja, uz smanjenje napona. Nastaje

    luno izbijanje plinom punjenih svijetlee cijevi.

    Prolazak elektrine struje kroz plinove

  • 171

    PROLAZAK ELEKTRINE

    STRUJE KROZ TEKUINE

  • 172

    Prolazak elektrine struje kroz tekuine

    Osim kemijski iste vode sve tekuine vode elektrinu struju. Pri prolasku elektrine struje dolazi do kemijskih promjena tekuih vodia.

    Spomenute otopine nazivaju se elektroliti, a elektrolizom se nazivaju kemijski procesi koji se zbivaju pri prolasku elektrine struje kroz elektrolite.

    Prolazak elektrine struje prati razvijanje Jouleove topline, i rastavljanje molekula elektrolita na ione. Ta se pojava naziva elektrolitikom disocijacijom.

    Mogua je podjela vodia na vodie prve i druge vrste, gdje su metali vodii prve, a otopine luina, soli i kiselina vodii druge vrste.

  • 173

    Prolazak elektrine struje kroz elektrolit

    2 4 42H SO H SO

  • 174

    Kroz tekuine se gibaju ioni u dva smjera, pa se uspostavlja dvojna struja. Ioni su nezanemarivih masa pa osim prijenosa naboja imamo i prijenos materije (to nije sluaj u vodiima).

    Na dodirnoj povrini elektroda-elektrolit mogu nastati:

    1. Djelovi atoma i molekula elektrolita taloe se na elektrodi (metal na katodi) i ona postaje sve deblja

    2. Izlueni djelovi iz elektrolita stvaraju plinove koji odlaze u atmosferu

    3. Izlueni djelovi iz elektrolita kemijski reagiraju sa metalom elektrode koja postaje sve tanja

    Prolazak elektrine struje kroz tekuine

  • 175

    IZVORI ISTOSMJERNE

    ELEKTRINE STRUJE

  • 176

    Izvori elektrine struje mogu biti:

    - kemijski,

    - toplinski (nuklearne baterije),

    - svjetlosni, (fotonaponski elementi - solarne elije)

    - mehaniki (istosmerni generatori)

    Kemijski izvori elektrine energije:

    primarni izvori, ili galvanski lanci (elementi) neobnovljivi izvori

    sekundarni izvori, ili akumulatori obnovljivi izvori

    Bitni su napon i kapacitet baterije!

    Izvori istosmjerne elektrine struje

  • 177

    PRIMARNI KEMIJSKI

    IZVORI

  • 178

    Primarni kemijski izvori

    Ako se u elektrolit urone dvije elektrode od razliitih

    materijala, svaka elektroda dobiva prema elektrolitu

    odreeni potencijal (EMN), kojemu je uzrok

    elektrolitika polarizacija.

    Ako su elektrode od istog materijala uronjene u elektrolit,

    nee biti razlike u potencijalu!

    to su materijali udaljeniji u nizu iz tablice elemenata

    meu elektrodama je vii napon.

  • 179

    Prvi primarni lanak napravio je Alessandro Volta (1745-1827), a kasnije su razvijeni i mnogi drugi: Leclanchov, alkalni-MnO2, litijev, itd.

  • 180

    Katoda je od kadmij-amalgama (HgCd2) pokrivenog slojem kristala kadmij-sulfata (CdSO4).

    Anoda je od ive Hg, a depolarizator je ivin sulfat (Hg2SO4).

    Elektrolit slui zasiena vodena otopina kadmij-sulfata (CdSO4).

    Tijekom duljeg vremena daje izuzetno konstantan napon (1,01865 V), te se njime koristi kao etalonom napona.

    Napon lanka ovisi o temperaturi.

    Primarni lanak - Westonov lanak

  • 181

    Primarni lanak - Leclanchov lanak Elektrolit je vlana smjesa salmijaka

    (N4HCl),

    Pozitivni pol - anoda je ugljeni tapi

    obloen prahom mangan-dioksida (MnO2),

    koji slui kao depolarizator.

    Negativni pol - katoda, je od cinka (Zn) i

    ujedno je i posuda.

    Napon lanka je 1,5 (V). Serijski spojena

    takva tri lanka, daju plosnatu bateriju od

    4,5 (V).

  • 182

    Primarni lanak - Alkalni lanak

    razlikuje se od Leclanchovog lanka samo po elektrolitu -kalijevoj luini

    Napon lanka je 1,5 V

    Moe se neprekidno prazniti jaim strujama

    Kapacitet u mAh vei i do 10 puta od Laclansheovog lanka

    Moe se dugo skladititi i podnosi niske temperature

  • 183

    Primarni lanak

    ivin oksid - cink lanak

    Malih dimenzija u obliku dugmeta

    Napon lanka je 1,35 i 1,4 V

    Moe se neprekidno prazniti jaim strujama

    Kapacitet cca 1100 mAh

    Moe se dugo skladititi i podnosi niske temperature otrovna iva

    Sluni aparati, kalkulatori, kamere...

  • 184

    Primarni lanak - Litijev lanak

    Najbolji primarni izvor energije

    Napon lanka je 3 V

    Veliki kapacitet

    Moe se dugo skladititi i podnosi niske temperature -40 +100

    EPIRB, SART, pace-maker

  • 185

    SEKUNDARNI KEMIJSKI

    IZVORI

  • 186

    Sekundarni kemijski izvori

    Sekundarni kemijski izvori elektrine struje ili akumulatori su obnovljivi izvori elektrine energije.

    Mogu se nakon pranjenja ponovo napuniti prikljuivanjem na ispravlja efikasnost punjenja.

    Broj ciklusa punjenja i panjenja moe biti vrlo velik (tisuu i vie puta)

  • 187

    Kemijski izvori elektrine struje - akumulatori

    1. Klasini akumulatori s tekuim elektrolitom

    - Olovni,

    - Srebreni (u kombinaciji s cinkom i s kadmijem),

    - elini,

    - Nikal kadmijev

    - Nikal - metalhidridni

    2. Gel ili VRLA (Valve Regulated Lead-Acid) akumulatori

    3. AGM (Absorbed Glass Mat) akumulatori

  • 188

    Klasini akumulatori s

    tekuim elektrolitom

  • 189

    Prednost:

    - Znaajno niu cijena,

    - manja teina,

    - maksimalna tolerancija napona punjenja,

    Mane:

    - montiraju se na plovilima jedino u vertikalnom poloaju,

    - mogunost curenja elektolita,

    - potrebna je stalna kontola i odravanje,

    - potrebna je ventilacija prostora,

    - manji broj ciklusa pranjenja i punjenja,

    - prosjeni vijek trajanja 2-3 godine,

    - mogu kratki spoj unutar olovnog akumulatora zbog olovnog

    sulfata koji se s vremenom taloi na dnu akumulatora.

    Klasini akumulatori s tekuim elektrolitom

  • 190

    Olovni akumulatori

    Anoda je olovni superoksid, a

    katoda olovo.

    Sumporna kiselina je elektrolit

    koji se razblauje destiliranom

    vodom.

    Napon koji daje takva elija je

    2V

  • 191

    Dok se akumulator prazni on predaje troilu

    elektrinu energiju , elektrina struja prolazi i

    kroz elektrolit.

    Nastaje slijedea kemijska reakcija:

    PbO Pb H SO PbSO PbSO H O2 2 4 4 4 22 2

    Pranjenjem akumulatora elektrode se po

    sastavu postupno izjednaavaju (sulfatiziraju) te

    napon postupno opada.

    Kada napon padne ispod 1,85 V, zabranjena je

    daljnja uporaba, jer bi to otealo/onemoguilo

    postupak punjenja.

    Olovni akumulatori - pranjenje

  • 192

    Panja!

    - Prilikom punjenja kroz epie elija izlazi tzv. plin praskavac

    opasnost eksplozija !!!!!.

    - U sluaju da kou dotakne elektrolit, potrebno je isprati to mjesto.

    Olovni akumulatori - punjenje

    4 4 2 2 2 42 2PbSO PbSO H O PbO Pb H SO

  • 193

    Olovni akumulatori krivulja punjenja i

    pranjenja

    Kapacitet akumulatora umnoak jakosti struje i vremena

    pranjenja [Ah].

    Akumulator koji ima 45 Ah moe davati struju od 45 A u vremenu

    od 1 sat ili naprimjer 15 A u vremenu od 3 sata.

    Gustoa kiseline pokazuje stanje napunjenosti akumulatora (bometri)

  • 194

    Manja osjetljivost na preoptereenje, vea trajnost i manja

    teina od olovnih

    elini ili alkalijski akumulatori

    2 6 2 2( ) 2 ( ) ( )Ni OH Fe Ni OH Fe OH

    Elektrolit alkalijskih ili elinih akumulatora je vodena otopina kalijeve luine (KOH), anoda je nikal(III)-hidroksid ili Ni2(OH)6,

    katoda eljezo, Fe

    Kemijski proces je reverzibilan, a elektrolit se uope ne mijenja.

    Napon po eliji 1,2 V (opseg napona 1,15V-1,8V)

  • 195

    Srebreni akumulatori

    Mala masa, obujam, neosjetljivost na temperature

    Elektrolit srebrnih akumulatora je vodena otopina kalijeve luine (KOH), anoda je od srebra, katoda cink.

    Kemijski proces je reverzibilan. Opseg napona 1-2,1 V

    2 2( )Ag Zn OH AgO Zn H O

    prazan pun

  • 196

    Gel ili VRLA

    (Valve Regulated

    Lead-Acid)

    akumulatori

    AGM (Absorbed

    Glass Mat)

    akumulatori

  • 197

    Gel akumulatori - nikal kadmij...

    Elektrolit je imobiliziran izmeu ploa u obliku elatinozne mase

  • 198

    Prednosti

    - nije potrebno nikakvo odravanje,

    - mogua je montaa u bilo kojem poloaju,

    - nema izlaenja plina praskavca prilikom punjenja,

    - ako su kleme izolirane mogu raditi pod vodom,

    - otporni su na vibracije i udarce,

    - stupanj samopranjenja je malen,

    - vijek trajanja 5-8 godina,

    - brzo se pune, a mogu se prazniti do 50% nominalnog kapaciteta,

    Nedostaci

    - duplo vea cijena od klasinog akumulatora,

    - potrebni posebni punjai, pa se na brodu teko obnavljaju.

    Gel akumulatori - nikal kadmij...

  • 199

    AGM akumulatori

    Elektolit je imobiliziran u staklenoj vuni

  • 200

    Prednosti:

    - tehnoloki najnapredniji,

    - dug vijek trajanja,

    - vrlo velik broj ciklusa punjanja i pranjenja,

    - niski stupanj samopranjenja,

    - nije potrebno odravanje,

    - moe raditi u razliitim poloajima,

    - nema plinova prilikom punjenja,

    - otporan na vibracije i udarce,

    Mane:

    - visoka cijena,

    - vrlo je osjetljiv na visinu napona punjenja,

    - izrauje se samo u nekoliko veliina.

    AGM akumulatori

  • 201

    Uporaba i smjetaj akumulatora na brodovima

    Akumulatori na brodu namijenjeni su za rasvjetu u nunosti, signalizaciju, telefoniju, rasvjetu u nunosti, dojavu poara, alarmna zvonca, pozivna zvonca, rezervne radioureaje, elektrine satove, itd. Najei napon baterija u uporabi je 24 V i 60 V.

    Na brodu se akumulatorijske baterije uvaju u posebnim prostorijama.

  • 202

    Uporaba i smjetaj akumulatora na brodovima

    Prostorije u kojima se uvaju akumulatori trebaju biti smjetene visoko na brodu, da u sluaju nesree mogu biti to dulje izvan vode, jer se njima u principu opskrbljuju elektrinom energijom ureaji za nunost.

    U tim prostorijama nuna je dobra provjetrenost, zbog plinova koji se oslobaaju, pod treba biti otporan na djelovanje kiselina i luina.

    U tim prostorijama sve elektrine naprave ili ureaji moraju imati protueksplozijsku zatitu

  • 203

    Toplinski i

    svjetlosni izvor

    istosmjerne

    elektrine

    energije

  • 204

    Toplinski izvori elektrine struje - termoelemenat

    Termoelementi (termoparovi) su naprave u kojima se toplinska energija pretvara u elektrinu.

    Dva vodia izraena od razliitih materijala, A i B, spojena su vrsto (zalemljena) na kraju 2. Slobodni su im krajevi, 1 i 3, povezani. Ako se spojno mjesto 2 zagrijava, u strujnom krugu e potei elektrina struja.

    Porast temperature uzrokuje poveanje difuzije elektrona iz jednog materijala u drugi

  • 205

    Svjetlosni izvori elektrine struje

    Svojstvo na temelju kojeg neki materijali (K, Na, Si, Rb, Cz, Se, Li, Cu2O, itd.) oslobaaju elektrone kada se obasjaju svjetlou, naziva se fotoelektricitet, a primjenjuje se za izradbu fotootpornika i fotoelemenata (fotogeneratorske elije).

    Postoje jo i solarne elije.

  • 206

    II KOLOKVIJ

  • 207

    MAGNETIZAM

  • 208

    Grci su prije 2500 g znali da neke vrste eljeza iskopane u

    Magneziji (dananja Tesalija) imaju osobinu privlaenja

    prema eljezu i legurama, niklu, kobaltu i jo nekim

    materijalima.

    To svojstvo privlaenja izraenije je na krajevima

    magneta.

    .

    Prirodni (permanentni) magneti

  • 209

    Krajevi magneta nazivaju se polovima. U sredini ravnog

    magneta nalazi se neutralna zona.

    Raznoimeni magnetski polovi se privlae, a istoimeni se

    odbijaju.

  • 210

    Magnetskim poljem naziva se prostor u kojem se opaaju

    magnetski uinci.

    Dva su temeljna magnetska uinka: mehanika sila i

    elektromagnetska indukcija.

    Magnetsko polje

  • 211

    Permanentni magnet

    Silnica je linija koja je zatvorena sama u sebe i pokazuje kako u

    pojedinoj toki prostora djeluje magnetska sila.

    Silnice izviru iz sjevernog magnetskog pola i ulaze u juni magnetski

    pol.

    Tangenta na silnicu pokazuje smjer magnetske sile.

    Gustoa magnetskih silnica na pojedinom mjestu je mjera veliine

    magnetske sile.

  • 212

    Zemljin magnetizam

    Blizu zemaljskih polova postoje magnetski polovi zemlje

    promjera cca 150 milja iji se poloaj vremenom mijenja.

  • 213

    Kut kojeg zatvaraju geografski meridijan i magnetska igla

    koja se moe slobodno vrtjeti u vodoravnoj ravnini naziva

    se magnetskom deklinacijom, a u navigaciji varijacijom.

    Varijacija je istona ili pozitivna kada se sjeverni pol

    magnetske igle otkloni istono od geografskog meridijana

    Kut kojeg zatvaraju vodoravna ravnina i magnetska igla

    koja se moe slobodno vrtjeti u okomitoj ravnini naziva se

    magnetskom inklinacijom ( na magnetskom polu je 90 a na

    magnetskom ekvatoru je 90 ).

    Magnetska deklinacija (u nautici varijacija) i inklinacija

  • 214

    Magnetski tok,

    Magnetska indukcija

  • 215

    Magnetski tok

    Skup silnica (linija) magnetskog polja kroz neku plohu

    naziva se magnetskim tokom .

    Magnetski tok je skalarna veliina. Jedinica magnetskog

    toka je Weber Wb = Vs.

  • 216

    Magnetska indukcija B

    Iznimno vana fizikalna veliina koja karakterizira

    magnetsko polje je gustoa magnetskog toka (mag.

    indukcija) B=/S predstavlja omjer magnetskog toka i povrine presjeka S kroz koji taj tok prolazi.

    Gustoa magnetskog toka je vektorska veliina. Jedinica

    gustoe magnetskog toka je Tesla Wb /m2.

  • 217 cosB S cos

    S S

    d B dS

    Homogeno i nehomogeno magnetsko polje

  • 218

    Elektromagnetizam

  • 219

    Bitan iskorak u prouavanju magnetskih pojava ostvario je Oersted otkriem da magnetska igla mijenja poloaj kada je u blizini vodia kojim protjee elektrina struja.

    1820. godine Ampre je dokazao da izmeu dva paralelna vodia kojima protjeu elektrine struje postoje mehanike sile.

    Elektromagnetizam

  • 220

    Magnetska uzbuda ili jakost magnetskog polja H

    U prostor oko vodia kroz koji prolazi struja djeluje magnetska uzbuda H - jakost magnetskog polja (koja se mjeri u A/m) i opada

    proporcijonalno kvadratu udaljenosti od vodia.

    Magnetska uzbuda H izaziva stvaranje magnetskog toka ( vei tok

    to je vei H i to je bolja provodnost mag. silnica u mediju )

    Magnetski tok , pa prema tome i magnetska indukcija B (gustoa

    silnica) ovisi o magnetskoj vodljivosti materijala oko vodia tkz.

    magnetskoj permeabilnosti.

  • 221

    Pravilo desne ruke za vodi

    Ako se palac desne ruke postavi u smjer protjecanja elektrine struje, savijeni ostali prsti desne ruke pokazuju smjer polja.

    Smjer vektora B (H jakost magnetskog polja) u nekoj toki odreen je tangentom u toj toki na silnicu magnetskog polja koja prolazi tom tokom.

  • 222

    Magnetsko polje zavoja

  • 223

    Svitak kojim protjee elektrina struja ponaa jednako kao permanentni magnet (elektromagnet).

    Magnetsko polje svitka

  • 224

    Pravilo desne ruke za svitak (zavojnicu)

    Ako se savinuti prsti desne ruke postavi u smjer protjecanja elektrine struje kroz svitak, palac pokazuje smjer odakle silnice izlaze smjer polja .

    B (magnetska indukcija) je najvea unutar svitka (najgue silnice)

  • 225

    TORUSNI SVITAK

  • 226

    ZAKON PROTJECANJA

    Magnetski napon zatvorene konture (Hdl) (cijele

    silnice ) jednak je magnetskom protjecanju =IN

    (magnetomotorna sila):

    1

    n

    i

    i

    H d I N I

    I N Az - magnetsko protjecanje ili magnetomotorna sila

  • 227

    Magnetska uzbuda ili jakost magnetskog polja (H) i magnetska indukcija (B) su povezane relacijama:

    B H T

    I N

    H Wb

    Jakost magnetskog polja i indukcija u torusu

    7

    0 4 10H

    m

    0 r

    magnetska permeabilnost

  • 228

    Ohmov zakon za magnetski krug

    m

    I NB S H S

    R

    S

    1m

    l AR

    S Vs H

    - magnetski otpor

    0 r

  • 229

    Torusni svitak analogija sa elektrinim krugom

    Magnetomotorna sila stvara magnetsku uzbudu H koja

    generira tok i indukciju B=H=/s, ija veliina ovisi o

    permeabilnosti medija .

    Magnetski

    napon

  • 230

    ELEKTROMAGNETSKA

    INDUKCIJA

  • 231

    Ukoliko imamo dva svitka tada:

    -prilikom ukljuivanja ili iskljuivanja toka istosmjerne

    elektrine struje u jednom svitku dolazi do pojave napona

    (induciranja elektromotornog napona) u drugom

    zatvorenom svitku koji se nalazi u blizini prvog svitka;

    -se pri promjeni poloaja jednog svitka u odnosu na

    poloaj drugoga svitka, kojim protjee istosmjerna

    elektrina struja, takoer inducira elektromotorni napon

    u prvom svitku.

    Elektromagnetska indukcija

  • 232

    Elektromagnetska indukcija

  • 233

    Iznos induciranog napona razmjeran brzini

    promjene magnetskog toka i broju zavoja svitka.

    Znaenje minusa objanjava se Lencovim

    zakonom: smjer induciranog napona uvijek je takav

    da se od tog napona stvorena struja svojim

    magnetskim uinkom protivi promjeni magnetskog

    toka uslijed kojeg je dolo do induciranog napona.

    de N

    dt

    Elektromagnetska indukcija

  • 234

    NAPON POMICANJA

    NAPON ROTACIJE

  • 235

    Napon pomicanja

    Vodi se giba po vodljivom okviru brzinom okomito u odnosu na

    magnetsko polje gustoe B. Naponom pomicanja dat je izrazom:

    de B v

    dt

    1( ) abcdt B S

    2( ) ( )abcdt dt B S l ds

    1 2d

  • 236

    Smjer induciranog napona

    Pravilo desne ruke:

    Ako se desna ruka postavi tako da silnice magnetskog polja upadaju na

    dlan ispruene desne ake i ako isprueni palac pokazuje smjer gibanja

    vodia, onda prsti pokazuju smjer induciranog napona.

  • 237

    Napon rotacije Do induciranog napona moe se doi i na nain da svitak

    rotira u homogenom magnetskom polju indukcije B. Takav

    napon naziva se naponom rotacije, a u biti to je naelo rada

    generatora izmjenine struje.

    t

    ( ) sine t N B S t

    ( )( )

    ( cos )

    d te t N

    dt

    dN B S tdt

  • 238

    Grafiki prikaz magnetskog toka i induciranog

    izmjeninog napona

    T period izmjeninog

    napona [s]

    f=1/T frekvencija (broj

    titraja u s [Hz]

  • 239

    SAMOINDUKCIJA

    MEUINDUKCIJA

  • 240

    Svitak sa magnetskom jezgrom posjeduje

    induktivitet

    2 2

    m

    N N SL H

    R l

  • 241

    Samoindukcija

    dt

    tdiLte

    )()(

    Pojava da se u istoj zavojnici (svitku) kojom protjee izmjenina elektrina struja inducira napon e(t), kao posljedica promjenjivog magnetskog toka (t), naziva se samoindukcija, a tako inducirani napon naziva se naponom samoindukcije.

  • 242

    Meuindukcija

    Pojava stvaranja napona u donjem

    svitku kao poslijedica promjenjivog

    magnetski toka u gornjem svitku koji

    obuhvaa i zavoje donjeg svitka naziva

    se meuindukcija.

    M1,2 - koeficijent meuindukcije (meuinduktivitet). Ukazuje na magnetsku

    povezanost prvog i drugog svitka.

    1 12 2 2

    ( )( )( )

    m

    N di td te t N N

    dt R dt

    dt

    tdiMte

    )()( 12,12

    1,2 1 2M L L

  • 243

    TRANSFORMATOR

  • 244

    Transformator statika je elektromagnetska

    naprava (elektrini stroj bez pokretnih dijelova)

    koji poveava ili sniava izmjenini napon na

    principu elektromagnetske indukcije.

    Pri tome se ne mijenja frekvencija struje. Pretvorba

    se vri uz vrlo mali utroak energije (toplina),

    Transformatori mogu biti energetski, regulacijski,

    mjerni, laboratorijski, autotransformatori i

    specijalni.

    Transformator

  • 245

    Jednofazni transformator

  • 246

    Jednofazni transformator

    Transformator se sastoji od dvije zavojnice (primar i sekundar) koje su elektriki izolirane, a povezane su magnetnim tokom.

    Magnetski tok prolazi kroz magnetsku jezgru (u nekim sluajevima i kroz zrak).

    2

    1

    2

    1

    N

    N

    U

    U

    1 2 1 2

    1 21 1 2 2

    2 1

    W W P P

    I NU I U I

    I N

    2. transf. jednadba 1. transf. jednadba

  • 247

    INDUKTIVITET U KRUGU

    ISTOSMJERNE STRUJE

  • 248

    Induktivitet u istosmjernom krugu

    Svaki svitak posjeduje induktivitet L koji se mjeri u [H]

  • 249

    Induktivitet u istosmjernom krugu

  • 250

    Energija magnetskog polja u induktivitetu

    Magnetska energija pohranjena u volumenu V

    dana je izrazom:

    Ta energija je element za proraun privlane sile

    elektromagneta.

    I

    m tditiLtW0

    )()()(2

    2

    1ILWm

    VHBWm 2

    1V

    BWm

    0

    2

    2

    1

  • 251

    SILE U MAGNETSKOM

    POLJU

  • 252

    Sila na vodi kojim protjee struja

    a nalazi se u magnetskom polju

    F B l I

    Pravilo lijeve ruke: Ako se lijeva ruka postavi tako da silnice magnetskog polja upadaju na

    dlan ispruene lijeve ake i ako isprueni prst pokazuju smjer struje,

    onda palac pokazuje smjer djelovanja sile.

  • 253

    Meusobno djelovanje ravnih vodia

    kojima protjeu elektrine struje

    121

    012

    a

    IIF

    1 22 0 2

    2

    I IF

    a

  • 254

    Sila na naboj u gibanju

    F Q v B

  • 255

    MAGNETSKA SVOJSTVA

    MATERIJALA

  • 256

    Magnetska svojstva materijala

    Magnetska svojstva

    materijala mogu se objasniti

    meudjelovanjem vanjskog

    polja i magnetskih dipola.

    Svaki kruei elektron moe

    se nadomjestiti ekvivalentnom

    malom strujnom petljom koja

    omeuje povrinu dS, a

    elektrina struja I petlje tee

    suprotno od smjera kruenja

    elektrona.

    m I n dS

    Magnetski moment petlje:

    vektor normale n

  • 257

    Magnetski materijali

    dijamagnetski

    -bizmut,zlato, bakar, srebro, germanij, silicij,

    grafit, aluminijev oksid, itd.

    -Silnice se ire kad prolaze kroz materijal, r>1

  • 258

    Feromagnetski materijali

    Magnetski momenti atoma grupirani su u magnetske domene (1015

    atoma). Unutar jedne domene magnetski su momenti, zbog jakog meudjelovanja, usmjereni uvijek u jednom pravcu (spontana magnetizacija).

    Bez narinutog vanjskog magnetskog polja magnetski momenti

    pojedinih domena proizvoljno su orijentirani pa je ukupna

    magnetiziranost materijala jednaka nuli.

    Sa narinutim vanjskim magnetskim poljem magnetski momenti

    pojedinih domena se orijentiraju u istom smijeru.

  • 259

    Krivulja magnetiziranja istosmjernom strujom torusnog

    svitka sa feromagnetskim materijalom

    OA podruje reverzibilnog pomaka domena, domene se vrate kada

    vanjskog polja nestane

    AB podruje ireverzibilnog pomaka domena (neke od domena

    trajno

    ostaju usmjerene u pravcu vanjskog polja i kada ono nestane)

    >B - podruje zasienja (sve domene trajno ostaju usmjerene u

    pravcu vanjskog polja)

  • 260

    Krivulja magnetiziranja izmjeninom strujom -Petlja

    histereze

    Remanentna indukcija

    Br je vrijednost za:

    Koercitivna jakost

    magnetskog polja

    (Koercitivna sila) Hc je

    vrijednost za :

    0H

    0B

  • 261

    Svaki feromagnetski materijal karakterizira Curieva

    feromagnetska temperatura Tcf.

    Porastom temperature, zbog termikog gibanja atoma

    oko ravnotenog poloaja, slabi magnetiziranost

    domena.

    Na temperaturama bliskim Tcf (eljezo 1043 C, kobalt

    1395 C , nikal 631 C) domene su razorene, a na jo

    viim temperaturama feromagnetski materijal ima

    svojstva paramagnetskog.

    Feromagnetski materijali i temperatura

  • 262

    Feromagnetski materijali se po obliku petlje histereze dijele na meke

    i tvrde.

    Meki su uske petlje histereze i male vrijednosti koercitivne jakosti

    magnetskog polja (Hc

  • 263

    Vrtlone struje

    Kad se masivni metalna jezgra nalazi u

    promjenjivom magnetskom polju u njoj e se

    inducirati vrtlone struje: male zatvorene

    strujne petlje unutar vodia, koje zagrijavaju

    jezgru !!!!

    Da bi se umanjila pojava vrtlonih struja

    jezgre se izrauju iz tankih limova koji su

    meusobno izolirani (jezgre transformatora). Na

    taj se nain tim strujnim petljama poveava

    put i otpor.

  • 264

    BRODSKI MAGNETIZAM

  • 265

    Brodski magnetizam

    Zemlja se moe zamisliti kao magnetski dipol ija je os pomaknuta od osi rotacije.

    Promatraju li se magnetske silnice u odnosu na povrinu Zemlje vidi se da e na nekoj proizvoljnoj poziciji silnice upadati u ravninu koja tangira zemljinu kuglu u toj toki pod nekim kutom .

    Vektor rezultantnog iznosa magnetske indukcije ili polja moe se rastaviti na vodoravnu i okomitu komponentu.

  • 266

    Na magnetskoj karti svijeta oznaene su linije istog iznosa magnetske indukcije. Nazivaju se ekviinducijskim ili izoindukcijskim linijama.

    Oko ekvinducijskih linija, uz odreenu toleranciju, postoje pojasevi iste vodoravne komponente (ekvihore) i okomite (ekviverte).

    Okomita komponenta je pod pravim kutom u odnosu na ravnu povrinu mora, a vodoravna ima otklon u odnosu na meridijan za kut deklinacije (varijacije) .

    Brodski magnetizam

  • 267

    Jakost vodoravne komponente mag. Polja [A/m]

  • 268

    Jakost vodoravne komponente mag. Polja [A/m]

    Kod Splita je intenzitet okomite komponente magnetskog

    polja Zemlje 38 T], a vodoravne 23 T]. Jadran se moe

    smatrati jednom magnetskom zonom s tolerancijom 2

    T] po okomitoj komponenti i 1,5 T] po vodoravnoj.

  • 269

    Ako se u homogenom magnetskom polju zemlje nae brod od feromagnetskog materijala, homogenost magnetskog polja e se poremetiti. Unutar feromagnetskog materijala se pod utjecajem magnetskog polja orijentiraju magnetski momenti te se ovakav magnetizam naziva inducirani brodski magnetizam.

    Brodski magnetizam

  • 270

    Intenzitet induciranog brodskog magnetizma mijenja se po sinusoidi kako brod mijenja kurs. Komponente magnetske indukcije takoer se mijenjaju ako brod posre ili se ljulja.

    Brodski magnetizam moe se iskoristiti za aktivaciju podvodnih mina u vojnim primjenama. Stoga se brodski magnetizam nadzire, a povremeno i kompenzira, tj. ponitava u posebnim stanicama za kompenzaciju.

    Brodski magnetizam

  • 271

    IZMJENINE STRUJE

  • 272

    Uvod u izmjenine struje

    Izmjenine struje su vremenski promjenljive

    struje kojima se pored jakosti mijenja i smjer.

    Od najveeg su interesa periodiki promjenljive

    izmjenine veliine.

  • 273

    Hz

    sTf

    11

    Uvod u izmjenine struje

    ( ) ( )f t f t u T

    Izmjenini napon se periodiki ponavlja

    Iznos izmjenine veliine u odreenom trenutku vremena

    naziva se trenutnom vrijednou izmjenine veliine

  • 274

    FAZORSKI PRIKAZ

    IZMJENINE STRUJE

  • 275

    Fazor Sinusne veliine mogu se osim kao

    funkcije vremena pokazati i

    vektorski (fazorski) esto puta

    zgodnije.

    Fazor rotira konstantnom brzinom

    u smjeru suprotno od kazaljke na

    satu. Projekcija fazora na okomitu

    os jednaka je sinusu kuta =t.

    Duina vektora jednaka je

    maksimalnoj vrijedmosti sinusne

    veliine

    Kut koji fazor zatvara sa

    horizontalnom osi u t=0 predstavlja

    fazni pomak.

  • 276

    Izmjenina struja kao funkcija vremena i kuta

    ( ) : sin :1

    ( ) sin

    m

    m

    i t I

    i t I

  • 277

    : : 2

    22

    2

    ( ) sinm

    t T

    tf t

    T

    radf

    s

    t

    i t I t

    Sinusoida kao funkcija

    vremena:

    Izmjenina struja kao funkcija vremena i kuta

    kruna frekvencija

  • 278

    1 1( ) sin ( )mi t I t 2 2( ) sin ( )mi t I t

    Fazni pomak

    0( ) sin ( )mi t I t

  • 279

    SREDNJA,

    SREDNJA ELEKTROLITSKA,

    EFEKTIVNA VRIJEDNOST

    IZMJENINE STRUJE

  • 280

    Srednja vrijednost izmjenine struje

    Srednja vrijednost izmjenine struje u vremenskom

    intervalu T definirana je izrazom:

    Za sinusoidalnu izmjeninu struju oigledno je da je

    srednja vrijednost jednaka nuli.

    T

    sr dttiT

    I0

    )(1

  • 281

    Elektrolitska srednja vrijednost izmjenine struje

    Elektrolitska srednja vrijednost izmjenine struje u

    vremenskom intervalu T definirana je izrazom:

    Za sinusoidalnu izmjeninu struju elektrolitska srednja

    vrijednost jednaka je

    T

    el dttiT

    I0

    )(1

    20,637el m mI I I

  • 282

    Efektivna vrijednost izmjenine struje (RMS

    value)

    Efektivna vrijednost izmjenine struje odgovara onoj vrijednosti konstantne istosmjerne struje I koja na otporniku otpornosti R

    proizvede istu koliinu topline kao ta izmjenina struja u istom

    vremenu na istom otporniku

    Za sinusoidalnu izmjeninu struju efektivna vrijednost jednaka je

    2

    0

    1( )

    T

    efI i t dtT

    0,707ef mI I

  • 283

    OMJERNI FAKTORI

  • 284

    Omjerni faktori

    Najee se mjere efektivne vrijednosti sinusne izmjenine

    struje.

    Instrumenti koji mjere efektivnu vrijednost su jako skupi.

    Zbog toga se izrauju jeftini mjerni instrumenti koji mjere

    elektrolitsku srednju vrijednost koju je lako izmjeriti, te se

    tako dobivena vrijednost pomnoi sa omjernim faktorom

    (faktorom oblika) da se dobije efektivna vrijednost.

    Omjerni faktori su:

    faktor oblika,

    tjemeni faktor,

    srednji faktor

  • 285

    Faktor oblika

    Faktor oblika je omjer efektivne i elektrolitske srednje vrijednosti izmjenine veliine.

    Za sinusni valni oblik:

    11,1222

    2

    m

    m

    I

    I

  • 286

    Tjemeni faktor

    Tjemeni faktorje omjer maksimalne i efektivne vrijednosti izmjenine veliine.

    Za sinusni valni oblik:

    414,12

    2

    m

    m

    I

    I

  • 287

    Srednji faktor

    Srednji faktor je omjer elektrolitske srednje i maksimalne vrijednosti izmjenine veliine.

    Za sinusni valni oblik:

    637,02

    2

    m

    m

    I

    I

  • 288

    POJEDINANA

    OPTEREENJA IZVORA

    IZMJENINE STRUJE

  • 289

    radno (djelatno) optereenje izmjeninog

    strujnog kruga;

    induktivno optereenje izmjeninog strujnog

    kruga;

    kapacitivno optereenje izmjeninog strujnog

    kruga.

    Optereenja u izmjeninom strujnom krugu

  • 290

    RADNO OPTEREENJE

  • 291

    Radno optereenje

    Pod radnim optereenjem podrazumjeva se optereenje

    koji ne stvara ni magnetsko ni elektrostatsko polje, ve

    samo otporno (omsko) optereenje.

    Idealno radno optereenje ne postoji, ali za niske

    frekvencije takvim optereenjem mogu se smatrati:

    arulje, grijai otpornici.

  • 292

    tUtu m sin)(

    tItR

    U

    R

    tuti m

    m sinsin)(

    )(

    000

    Radno optereenje

  • 293

    INDUKTIVNO

    OPTEREENJE

  • 294

    Induktivno optereenje

    Pod induktivnim optereenjem podrazumijeva se

    optereenje koji stvara magnetsko polje.

    Induktivnim optereenjem mogu se smatrati zavojnice

    bez i sa magnetskom jezgrom, releji, elektromotori,

    transformatori ...

  • 295

    tUtu m sin)(

    Induktivno optereenje

    )2

    sin()(

    tIti m

    000 90)90(0 iu

  • 296

    Induktivni otpor u izmjeninom strujnom krugu

    A

    V

    A

    Vs

    sHHzLfLX L

    12

    Poveanjem frekvencije poveava se i induktivni otpor

  • 297

    KAPACITIVNO

    OPTEREENJE

  • 298

    Kapacitivno optereenje

    Pod kapacitivnim optereenjem podrazumjeva se

    optereenje koji stvara kapacitivno polje.

    Kapacitivnim optereenjem mogu se smatrati

    kondenazatori, flourescentne lampe, ali i elektrini strojevi

    u posebnim reimima rada

  • 299

    tUtu m sin)(

    Kapacitivno optereenje

    ( ) sin( )2

    mi t I t

    0 0 00 (90 ) 90u i

  • 300

    Kapacitivni otpor u izmjeninom strujnom krugu

    Poveanjem frekvencije smanjuje i kapacitivni otpor

    A

    V

    V

    As

    s

    CfCX C 1

    1

    2

    11

  • 301

    Fazorski prikaz otpora u izmjeninom strujnom krugu

    Otpor u izmjeninom strujnom krugu koji se sastoji od radnog

    optereenja i/ili induktivnog te kapacitivnog otpora naziva se

    impendancija Z.

  • 302

    SPOJEVI RAZLIITIH

    OTPORA U IZMJENINIM

    MREAMA-IMPENDANCIJA

  • 303

    Serijski spoj radnog i induktivnog otpora

    UR

    ULU

    I

    Vektorski dijagram Trokut impendancije

    LXarctgR

    2 2

    LZ R X

    0 00 90

    ( )

    R L

    L

    U U U

    I R X

    I Z

    LZ R X

    2LX f L

  • 304

    Serijski spoj radnog i kapacitivnog otpora

    Vektorski dijagram Trokut impendancije

    CXarctgR

    2 2( )CZ R X

    0 090 0

    ( )

    R C

    C

    U U U

    I R X

    I Z

    CZ R X

    1

    2CX

    f C

  • 305

    Serijski spoj radnog, induktivnog i kapacitivnog otpora

    ( )

    R L C

    L C

    U U U U

    I R X X

    I Z

    CL XX CL XX CL XX

    L CX XarctgR

    22 )( CL XXRZ RZ

    00

  • 306

    Paralelni spoj radnog, induktivnog i kapacitivnog otpora

    ( )

    R L C

    L C

    I I I I

    U G B B

    I Y

    22 )( LC BBGYY

    Admitancija

    Susceptancija

    1 1

    2L

    L

    BX f L

    12C

    C

    B f CX

    1GR

    Trokut vodljivosti

  • 307

    SNAGA IZMJENINE STRUJE

  • 308

    Snaga na radnom troilu

    tUtu m sin)(

    ( ) ( ) ( ) ( sin ) ( sin )m mp t u t i t U t I t

    ( ) (1 cos2 )ef efp t U I t

    Radna snaga se troi na potroau

  • 309

    Snaga na induktivnom troilu

    tUtu m sin)(

    ( ) ( ) ( ) ( sin ) ( sin( )2

    m mp t u t i t U t I t

    ( ) sin 2ef efp t U I t

    Induktivna jalova snaga titra izmeu troila i izvora

    Snaga se ne troi na potroau

  • 310

    Snaga na kapacitivnom troilu

    tUtu m sin)(

    ( ) ( ) ( ) ( sin ) ( sin( ))2

    m mp t u t i t U t I t

    ( ) sin 2ef efp t U I t

    Kapacitivna jalova snaga titra izmeu troila i izvora

    Snaga se ne troi na potroau

  • 311

    SNAGA NA RADNO

    INDUKTIVNOM TROILU

    ( ELEKTRINI MOTOR)

  • 312

    Snaga na radno - induktivnom troilu

    tUtu m sin)( )sin()( tIti m

    )sin(sin)()()( tItUtitutp mm

    ( ) 2 sin sin( )ef efp t U I t t

    ( ) cos cos(2 )ef efp t U I t

  • 313

    Snaga radno induktivnog tereta je periodika i harmonika funkcija, ali

    dvostruke frekvencije (2) u odnosu na frekvenciju napona i struje ().

    Funkcija snage oscilira oko osi paralelne s osi apscisa, a koja je za iznos

    UefIefcos udaljena od apscise.

    Jedan dio snage je konstantan i iznosi UefIefcos , a drugi oscilira oko konstantne vrijednosti po zakonu UefIefsin

    Snaga na radno - induktivnom troilu

  • 314

    cosef efP U I W

    ef efS U I VA

    sinef efQ U I VAR

    Trokut snage na radno - induktivnom troilu

    U izmjeninom strujnom krugu razlikujemo:

    Prividnu snagu S

    Radnu snagu P

    Jalovu snagu Q

  • 315

    Umnoak efektivnih vrijednosti napona i struje sa cos (faktorom snage) u nekom vremenu predstavlja korisni rad

    kojeg moe obaviti energija izmjenine struje i naziva se

    radna (djelatna ili aktivna) snaga.

    Cilj je postii vei faktor snage, jer je tad i djelatna snaga na

    troilu vea. Maksimalni faktor snage je 1 i tada je = 0.

    Umnoak efektivnih vrijednosti napona i struje predstavlja

    prividnu snagu:

    Jalova ili reaktivna snaga karakterizira osciliranje energije

    izmeu izvora i troila odreena je izrazom:

    cosef efP U I W

    ef efS U I VA

    sinQ U I VAR

    Prividna, radna i jalova snaga

  • 316

    KOMPENZACIJA FAKTORA

    SNAGE

  • 317

    Kompenzacija faktora snage

    Elektrinim strojevi (generatori, motori, transformatori) uglavnom

    induktivnog karaktera zbog velikog broja svitaka, pa im je lo faktor

    snage.

    Faktor snage se moe popraviti dodavanjem u strujni krug

    kondenzatora ili baterija kondenzatora na strani troila. Na taj

    nain jalova snaga ne titra izmeu induktiviteta i izvora nego

    izmeu indukiviteta i kondenzatora. rastereenje prenosnog voda.

  • 318

    Vrste kompenzacije

  • 319

    PRILAGOENJE SNAGE

  • 320

    Za zadani izmjenini izvor srednja snaga isporuena troilu bit e maksimalna ako su reaktivni otpori izvora i troila jednakih iznosa, ali suprotnog karaktera (induktivni kapacitivni ili obrnuto).

    Kod prilagoenja je iskoristivost svega 50%, pa se prilagoenje koristi samo u elektronici, telekomunikacijama i radiokomunikacijama, a ne i u elektroenergetskim mreama.

    Za serijski spoj troila i naponskog izvora vrijedi:

    Zt = Zi*

    Pmax=U2/4Rt

    Teorem o o prilagoenju

  • 321

    Primjer prilagoenja radio-prijemnika

    a radX X 0,5

  • 322

    TITRAJNI KRUG I

    REZONANCIJA

  • 323

    Napon i struja kondenzatora

    Neprigueni titrajni krug idealan sluaj

    Prebacivanjem sklopke nakon nabijanja kondenzatora,

    nastaju nepriguene oscilacije elektrine energije

    (kondenzator) i magnetske energije (zavojnica) na

    rezonantnoj frekvenciji .

    Nema disipacije energije pa oscilacije traju beskonano

    dugo.

    CLf r

    2

    1

  • 324

    Napon i struja kondenzatora

    Prigueni titrajni krug realni sluaj

    Prebacivanjem sklopke nakon nabijanja kondenzatora,

    nastaju priguene oscilacije elektrine energije

    (kondenzator) i magnetske energije (zavojnica) na

    rezonantnoj frekvenciji .

    Energija se rasipa na otporniku R pa oscilacije ubrzo

    nestaju. u izvoru elektromagnetskih valova (u odailjau

    se sklopka neprestano prebacuje da bi se dobile nepriguene

    oscilacije !! ). Na visokim frekvencijama nastaje EM val.

  • 325

    Rezonancija

    Rezonancija je pojava koja se javlja u sluajevima kada se frekvencija prinudnih oscilacija (vanjskog izvora) poklapa s frekvencijom vlastitih oscilacija. Posljedice razonancije u mehanikim sustavima su vibracije (brod, automobil, vlak, visoki C pucanje ae, ruenje drvenog mosta stupanjem).

    U elektroenergetskim sustavima zbog rezonancije nastaju nagli porasti napona koji oteuju elektrine strojeve. U elektronikim komunikacijskim sustavima se koristi npr. za izdvajanje eljene prijemne stanice i selektivno pojaanje neke frekvencije.

    Elektrini krug u rezonanciji djeluje kao isto djelatno troilo, jer se reaktivne (jalove) komponente ponitavaju.

  • 326

    Serijska (naponska) rezonancija

    ( )

    L C

    L C

    L C

    Z R X X

    R jX jX

    R j X X

    0 CL XX

    CL

    r

    r

    1

    CLf r

    2

    1

  • 327

    Na rezonantnoj frekvenciji apsolutni iznosi induktivnog i kapacitivnog otpora su jednaki, a kako su suprotnog predznaka, meusobno se ponitavaju.

    Na rezonantnoj frekvenciji cijeli krug djeluje kao isto omski otpor. Struja i napon su u fazi, tj. fazni kut je jednak nuli.

    Rezonanciju se moe postii promjenom frekvencije, kapaciteta ili induktiviteta. U rezonanciji je struja maksimalna, jer je rezonanti otpor minimalan!

    Serijska (naponska) rezonancija

  • 328

    Dobrota i priguenje

    Dobrotom strujnog kruga definiraju se rezonantna svojstva tog kruga.

    Dobrotom strujnog kruga Q naziva se omjer napona na induktivnom (ili kapacitivnom) otporu pri rezonantnoj frekvenciji i napona izvora:

    Priguenjem strujnog kruga d naziva se reciprona vrijednost dobrote strujnog kruga. U krugu s veim priguenjem bre prestaju slobodne oscilacije.

    C

    L

    RU

    U

    U

    UQ CL

    1

    L

    CR

    Qd

    1

  • 329

    TROFAZNI IZMJENINI

    SUSTAV

  • 330

    Najjednostavniji je jednofazni sustav.

    Spajanjem dva jednofazna sustava, moe

    se dobiti dvofazni sustav, s tri trofazni,

    itd.

    Dananji generatori izmjenine struje su

    iskljuivo trofazni izmjenini generatori.

    Jednofazni i trofazni sustav

  • 331

    Prednosti trofaznog sustava nad jednofaznim

    omoguavanje ekonominijeg prijenosa elektrine energije, s manjim gubicima i utedom materijala za vodove;

    Trofazni sustav omoguuje generiranje okretnog magnetskog polja, na kojem se temelji rad veine rotacijskih strojeva (24 MW sinkroni propulzijski motor)

    Napon izmjenine struje se moe lako transformirati na vei. Visoki napon se koristi za prijenos veih snaga i pogon velikih elektrinih motora

    trenutna snaga simetrinog trofaznog troila je konstantna bez obzira na vrstu spoja;

    trofazni ureaji su robustni i ekonomini.

  • 332

    Princip generiranja jednofaznog napona

    Permanentni magnet rotira (rotor), a zavojnica miruje (stator)

  • 333

    Princip generiranja trofaznog napona

    Zavojnice su geometrijski pomaknute za 120

  • 334

    Jednadbe trofaznog napona

    1 max

    2 max

    3 max max

    ( ) sin

    ( ) sin( 120 )

    ( ) sin( 240 ) sin( 120 )

    u t U t

    u t U t

    u t U t U t

  • 335

    SPOJEVI IZVORA I

    TROILA U TROFAZNOM

    SUSTAVU

  • 336

    Spoj izvora ili troila u zvijezdu

    Dobije se spajanjem krajeva svakog statorskog namotaja

    generatora meusobno u zajedniku toku nul toka

    3L FU U L FI I

  • 337

    Spoj izvora ili troila u trokut

    Dobije se spajanjem krajeva prvog namota generatora na poetak

    drugoga, zatim kraja drugoga na poetak treega i kraja treega na

    poetak prvoga .

    3L FI I L FU U

  • 338

    SPOJEVI IZVORA I

    TROILA TROFAZNOG

    SUSTAVA

  • 339

    Zvijezda zvijezda spoj

    Ako su troila simetrina

    nul vod nije ni potreban

    Ako su troila nesimetrina

    tee struja kroz nul vod

  • 340

    Zvijezda zvijezda spoj bez nul vodia

    Povratni vodi nije potreban ako je troilo simetrino

    jednaki otpori u sve tri faze

  • 341

    Zvijezda trokut spoj bez nul vodia

    Mogue su i druge kombinacije spojeva

  • 342

    Spajan