BRODSKA ELEKTROTEHNIKA prezentacija

1

BRODSKA ELEKTROTEHNIKA

mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

2

UVOD


3

Mjerni sustavi

Mjerenje predstavlja usporeivanje fizikalne veliine s njenom jedinicomuz odreenu tonost.

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


4

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 cdmr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

5

Izvedene fizikalne veliine u elektrotehnici


6

Osnovni elektrini simboli elektrinih komponenata


7

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


8

UVOD U ELEKTRINE MATERIJALE


9

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


10

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 drugevrste) u tekuinama ioni vode struju

Izolatori svi elektroni su vrsto vezani za atome unutarmaterijala. Nema slobodnih elektrona. Veliki naponi

mogu proizvesti nagli protok struje proboj izolacije

Poluvodii izolatori koji pod odreenim uvjetima(temperatura, dodavanje primjesa) mogu postati vodii


11

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...


12

ELEKTRINA STRUJA I NJENI UINCI


13

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


14

Elektrina struja iskazuje se svojim uincima. To su:

- toplinski uinak,- kemijski uinak,- magnetski uinak.

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


15

Toplinski uinak struje

Toplinski uinak je fizikalna pojava zagrijavanjavodia kojim prolazi elektrina struja.

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

Stjee se utisak da elektrina struja nailazi na otporokolne tvari.


16

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

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

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

Kemijski uinak struje


17

Magnetski uinak je neizbjean pratitelj elektrinestruje.

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

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

Magnetski uinak struje


18

Fiziologijski uinci struje

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

Posebno je opasno ako vanjska elektrina struja prolazikroz srce, u kojem se nalazi i centar za generiranje sranogritma (proizvodi impulse od cca 1 Hz koji daju signal srcuda se stegne).

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


19

Fiziologijski uinci struje utjecaj na ovjekaDolazi do treperenja srca, koje vie ne tlai krv. To je treperenje srca, posljedica kojega je prestanak rada srca (50-100 mA je smrtno !! tu struju moe izazvati napon vei od 60 V ovisi o otporu).Vrijeme prolaska struje kroz tjelo je izrazito bitno.

Prolaskom elektrine struje kroz mozak dolazi do paraliziranja centra za disanje, to takoe moe izazvati smrt.

Zagrijavanjem tkiva zbog prolaska struje dolazi do zgunjavanja bjelanevina, do rasprskavanja eritrocita, i sl. Posljedica kemijskog uinka elektrine struje u organizmu je razgradnja stanine tekuine.mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

20mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

24

ELEKTRINI KRUGOVI ISTOSMJERNE STRUJE


25

Krug istosmjerne struje

Tri su osnovna dijela svakog elektrinog strujnog kruga:

- izvor,- vodii,- troilo.

U troilima se vri obratna pretvorba energije.


26



27

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.


28

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 VdQ C

= =


29

Razlika u potencijalu izmeu bilo koje dvijetoke strujnog kruga naziva se naponom,

Elektrini potencijalSvaka stezaljka izvora ima odreeni potencijal.

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

2 1E =


30

Mjerenje napona izvora


31

Razlika potencijala ili napon izmeu dvije toke strujnog kruga

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


32

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.



33

Gibanje slobodnih elektrona u vodiu

Smjer elektrine struje


34

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 At s

= = mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

35

ELEKTRINI OTPOR I VODLJIVOST


36

[ ]RS

= l [ ]1G 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

2 61 10mm mm = =

62

1 1 10Sm Smmm = = =


37

[ ]0 1R R T= + Ovisnost otpora o temperaturi

R otpor pri stvarnoj temperaturi R0 - otpor pri sobnoj temperaturiT - razlika izmeu stvarne i sobne temperature- temperaturni koeficijent materijala [C-1],


38

Pojava iezavanja elektrine otpornosti koja nastaje kaorezultat 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 tetemperature mogue postii tekuim duikom.

Mogua podruja primjene su: prijenos energije, izgradnjajakih magneta, transport, elektrini strojevi, raunalskatehnika, medicina i sl.

Supravodljivost


39

Otpornici

Otpornici su elementi kruga koji reguliraju jakost struje ili ostvaruju pad napona u strujnom krugu.


40

Otpornici na tampanoj ploici

Novi trend u izradi otpornika je tzv. SMD tehnologija, tj. tehnologija povrinskog postavljanja.


41

Maseni ugljeni otpornik


42

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...


43

OHMOV ZAKON


44

Njemaki fiziar George Simon Ohm (1787-1854.) eksperimentalno je utvrdio da je pri konstantnojtemperaturi jakost elektrine struje razmjernanaponu, a obrnuto razmjerna elektrinom otporu.

RUI =

Ohmov zakon


45

Grafika reprezentacija ohmovog zakona linearnog otpornika


46

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 !!!


47

KIRCHOFFOVI ZAKONI


48

Za bilo koji vor elektrine mree vrijedi da jealgebarski zbroj svih struja u svakom trenutkujednak nuli

1

1 2

0

... 0

n

ii

n

i julaznih izlaznih

I

I I II I

=

=

=

=

Prvi Kirchoffov zakon


49

U zatvorenom strujnom krugu, algebarski zbroj naponaizvora jednak je algebarskom zbroju padova napona naotpornicima.

Oni elektromotorni naponi kojima se smjer djelovanjapodudara s referentnim smjerom uzimaju se kao pozitivni,a ostali kao negativni.

i j ji j

E I R=

Drugi Kirchoffov zakon


50

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 + = +


51

Pad napona realnog naponskog izvora

Na unutarnjem otporu izvora, prolaskom struje I, dolazi dopada napona (idealni izvor ima Ri=0), pa se smanjujenapon U

U = E - I Ri


52

SPOJEVI OTPORNIKA


53

SPOJEVI OTPORNIKA

Serijski Paralelni Mjeoviti Zvijezda Trokut


54

n

n

iiuk

n

n

RRRRR

IIIIEUUU

+++==

=====+++

=

...

...

...

211

21

21

Serijski spoj otpornika


55

1 2

1 2

1 1 2

......

1 1 1 1 1...

n

nn

iuk i n

I I I IU U U E

R R R R R=

+ + + =

= = = =

= = + + +

Paralelni spoj otpornika


56

Paralelni spoj dvaju otpornika strujno djelilo

1 2

1 2

21

1 2

12

1 2

ukR RR

R R

RI IR R

RI IR R

=+

=+

=+


57

Mjeoviti spoj otpornika


58

Zvjezda spoj i trokut spoj

zvjezda trokut

Ameriki simbol za otpornik


59

PROMJENJIVI OTPORNICI


60

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

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

Potenciometar


61

Promjenljivi otpornici, zvani reostati, slue za regulaciju jakosti elektrine struje

Reostati se primjenjuju pri pokretanju elektromotora, pri nabijanju akumulatora, itd.

Reostat


62

NELINEARNI OTPORNICI


63

Ako se otpor otpornika ne mijenja u ovisnosti o jakostielektrine struje ili iznosu narinutog napona govori se olinearnim otpornicima (stalni otpornici ili mehanikimputem 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


64

Linearni i nelinearni otpornici


65

Magnetski otpornici su oni koji mijenjaju otpor s promjenommagnetnog polja, odnosno gustoe magnetnog toka, u kojem senalaze. Nazivaju se Hallovim elementima.

Kod otpornika ovisnih o tlaku otpor raste s porastom tlaka kojem suizloeni otporne trake (strain gages) naprezanje trupa broda.

Nelinearni otpornici


66

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 temperaturemr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

67

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)


68

Varistor

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


69

SPOJEVI IZVORA


70

Serijski spoj izvora

Serijski spoj izvora koristi se kada je potreban vei napon troilaod napona koju moe dati jedan izvor.


71



=

=n

iiEE

1

Serijski protuspoj izvora


72

Paralelni spoj izvora

Paralelni spoj izvora koristi se kada je potrebna vea struja troilaod struje koju moe dati samo jedan izvor.mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

73

Paralelni spoj izvora Struja izjednaenja- nejednaki naponi !

Paralelni spoj realnih izvora

1 2I I I= + 1 201 2i i

E EIR R

=

+Kada Ri1 i Ri2 nisu jednaki, dolazi do protjecanja struje izjednaenja bez da se prikljuuje troilo mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

74

MJERENJE JAKOSTI STRUJE

MJERENJE NAPONASTRUJE


75

Mjerenje napona

Za mjerenje napona koristi se instrument voltmetar.

Voltmetar se u strujni krug prikljuuje paralelno,


76

Mjerenje jakosti

Za mjerenje jakosti elektrine struje koristi se instrument ampermetar.

Ampermetar se ustrujni krugprikljuuje serijski,


77

MJERENJE OTPORA


78

Mjerenje otpora

Ommetrom (analognim ili digitalnim,univerzalnim instrumentom)

U-I postupkom (mjeri se U i I, te raunaR = U/I)

Mosni postupci (Wheatstoneov most).


79

Mjerenje otpornika ohmometrom


80

U-I postupak mjerenja otpora

U-I postupak mjerenja otpora sastoji se od mjerenja jakostielektrine struje kroz nepoznati otpornik, ampermetrom, imjerenja pada napona na tom otporniku, voltmetrom.

Tako oitani podaci uvrste se u jednadbu Ohmova zakona.


81

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 = R2RR

3

4


82

SNAGA, RAD, ENERGIJA


83

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.


84

Primjeri pretvorbe elektrine energije


85

Kada je strujni krug prikljuen na napon U, u krugupotee 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, usvakodnevnom ivotu esto se koristi jedinicakilovatsat. Energija od 1 KWh odgovara radu koji jenuan da se teret mase 100 kg podigne na visinu3670 metara. [1 KWh=3,6 MJ]

Elektrini rad i energija


86

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.


87

Stupanj korisnosti

[ ]100 %k kk g k g

W PW W P P

= =+ +


88

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

220 1022

U VI AR

= = =

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 =mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

89

Grafiki prikaz napona, struje, snage i radaza sluaj istosmjerne struje


90

Mjerenje snage i rada elektrine struje

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

P=UI [W]

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

W = U I t [Ws = J]


91

Prilagodba troila izvoru

Snaga koja se razvija na troilu je:

P I Rp p=2

IE

R Ri p=

+

P ER R

Rpi p

p= +

2

2( )

PR

p

p = 0

PR

p

p =

E R R E R R RR 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 jednakunutarnjem otporu izvora. Vano za telekomunikacijske ureaje,stupanj iskoritenosti samo 50% - ne vrijedi za energetske ureajemr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

92

JOULOV ZAKON I NJEGOVA PRIMJENA


93

Jouleov zakon

Q=I2Rt [J]


94

Jouleov zakonNositelji 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 = I 2 R t [J]

Primjena: Elektrini grijai pretvaraju elektrinu energiju u toplinsku primjenom joulova zakona (bojleri, peice, sijalice sa arnom niti..) mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

95

ELEKTROSTATIKA


96

Elektrino polje

Tijela mogu biti elektrini neutralna, pozitivno ilinegativno nabijena. Tijela se mogu nabiti naprimjertrenjem.

Prostor u kojem se osjea djelovanje nabijenih tijelanaziva se elektrinim poljem.

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

F VEQ m

=

rr


97

Elektrino polje Elektrino polje usamljenog tokastog naboja je radijalno

silnice grafiki prikazuju polje.

Jakosti elektrinog polja E usamljenog tokastog naboja:

120 8,854 10

Fm

=

204

1rQE

=

r

apsolutna dielektrika konstanta vakuuma (permitivnost)- oznaava sposobnost medija za provoenje silnica el. polja


98

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

Homogeno elektrino poljeIzmeu dvije metalne ploe

Nehomogeno elektrino polje izmeu vodia i Zemlje

Elektrino polje


99

Raznoimeni elektrini naboji privlae, a istoimeni odbijaju.

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

[ ]1 221

4Q QF N

r=

uv

Columbov zakon

0 r =

relativna dielektrika konstantar


100

Raspodjela naboja na okruglom vodiu

Elektrini se naboj rasporeuje po povrini vodia.

Elektrino polje unutar uplje metalne kugle jednako nuli, a da jenaboj na kugli jednoliko rasporeen. Ako je kugla izraena odnevodia i cijela nabijena pozitivnim nabojem, polje unutar nje bilobi linearno (pravac od sredita do r = R), a izvan nje kao na slici.


101

Raspodjela naboja vodiu nepravilna oblika

Slina je situacija i na vodiima nepravilna oblika: veaim je gustoa naboja na onim dijelovima koji imajumanji 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 !!!


102

Gromobran na brodu


103

Tok elektrinog polja

Skup silnica kroz promatranu povrinu predstavljatok elektrinog polja.

Tok elektrinog polja odreen je izrazom:

=S

E SdErr


104

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

QE dS

=r


105

Elektrina influencija Elektrina influencija je pojava razdvajanja raznoimenih

naboja na vodljivom tijelu u elektrinom polju bez izravnogfizikog dodira s nekim nabijenim tijelom.

Slobodni elektroni koji se nalaze u nenabijenom vodljivomtijelu premjestit e se na onu stranu tog tijela koja je bliapozitivno nabijenom vodiu, a s druge strane tog tijelaprevladat e pozitivni naboj atomskih jezgri.


106

Kao mjera influencijskog djelovanja slui veliina koja senaziva vektorom elektrinog pomaka ili elektrinomindukcijom.

U unutranjosti nabijenih tijela nema elektrinog polja.

2

Q CDS m

=

uv

Elektrina influencija


107

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.


108

Faradeyev kavez

Ako se tijelo nalazi unutar zatvorenog metalnog kaveza-Nema opasnosti od groma auto, brod


109

Vodii, izolatori, dielektrici


110

Vodii, izolatori, dielektrici Vodie karakterizira prisutnost slobodnih nositelja

naboja koji se pod djelovanjem vanjskog elektrinogpolja mogu gibati u vodiu.

Izolatori ili dielektrici su oni materijali kod kojih senaboji ne mogu premjetati s jednog mjesta nadrugo, jer slobodnih nositelja elektrinog nabojagotovo nemaju.

Elementarni elektrini naboji od kojih je sastavljenizolator pod djelovanjem vanjskog elektrinog poljamogu se pomaknuti samo na mikroskopski maleudaljenosti (ne mogu napustiti svoje atome ilimolekule) osim kod izuzetno jakih elektrinih polja kaddolazi do unitenja (proboja) izolatora.


111

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 njegovedeformacije. Jezgra i elektronski omota dobit e noviravnoteni poloaj. Nastaje el. dipol),

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

Vrste izolatora


112

Nepolarni atom u elektrinom polju

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


113

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

Polarne molekule u elektrinom polju

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


114

Polarizacija dielektrika

Djelovanjem vanjskog elektrinog poljadipoli se orijentiraju u smjeru elektrinogpolja.

Kratkotrajno pomicanje naboja u izolatoruini struju dielektrinog pomaka.

ED rrr

0=


115

Dielektrina vrstoa

Kad vanjska sila elektrinog polja postane jaa odunutarnjih sila koje povezuju atomske jezgre i elektrone uelektronskim omotaima, dolazi do ionizacije, tj. takvajaa vanjska sila otrgne neke elektrone iz elektronskogomotaa, te atomi tada postaju pozitivni ioni.


116

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.


117

Dielektrina vrstoa


118

ELEKTRINI POTENCIJAL I NAPON


119

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.


120

Djelovanje elektrinog polja se iskazuje tako da elektrinopolje nastoji pomaknuti elektrine naboje koji se nau unjemu odreenom silom F.

sdFdW rr

=

sdEQdW rr

=

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= r r Ukupan mehaniki rad W pomicanja

naboja iz toke A u toku B polja


121

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 = r r [ ]W V

Q =

Potencijal toke A prema referentnoj toki


122

Ekvipotencijalne plohe

Ekvipotencijalne plohe (pune crte) i silnice elektrinog polja (isprekidane crte) usamljenog pozitivnog tokastog naboja i raznoimenih tokastih naboja

dEdn

= r

Veza potencijala i elektrinog polja izmeu ekvipotencijalnih ploha udaljene za razmak n:


123

2 1

B

A

U Eds = = r r

Elektrini napon predstavlja razliku potencijala izmeu dvije toke

Elektrini napon kao razlika potencijala


124

ELEKTRINI KAPACITETI KONDENZATORI


125

Elektrini kapacitet je sposobnost vodia da na sebeprimi stanovitu koliinu elektriciteta

To svojstvo imaju bilo koja dva vodia meusobnoodvojena dielektrikom.

C QU

CV

AsV

F= = =

Elektrini kapacitet i kondenzatori


126

Kondenzatori su naprave koje imaju sposobnost pohrane elektrine energije


127

Ploasti kondenzator

U VEd m

=

urdSC r 0=

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 mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

128

Prema tehnologiji izradbe kondenzatori se mogu podijeliti na vie skupina: film/folija, metalizirani film, keramiki, elektrolitski i tantal.

C RR

= 2

2

1

l

lnvaljkasti

C r rr r

=

4 1 22 1

kuglasti

Kondenzatori

Kondenzatori kojima moemo mjenjati kapacitet nazivaju se promjenjivi kondenzatori (oznaka)


129

SPOJEVI KONDENZATORA


130

C Cuk ii

n

==

1

Q EC EC EC= + +1 2 3

[ ]FUQC =

Paralelni spoj kondenzatora


131

QC

QC

QC

QCuk

= + +1 2 3

1 1 1 1

1 2 3C C C Cuk= + +

Serijski spoj kondenzatora


132

KONDENZATOR U KRUGU ISTOSMJERNE STRUJE


133

i dqdt

C dudt

c= =

E RC dudt

uc c= +

)1( t

c eEu

=

q Q et

=

( )1

Punjenje kondenzatora

RC =


134

Pranjenje kondenzatora

u Eect

=

q Qet

=

RC =


135

CUQUWe2

21

21

==

Elektrostatika energija kondenzatora


136

STATIKI, ATMOSFERSKIELEKTRICITET , PROLAZ ELEKTRINE STRUJE KROZ PLINOVE


137

Ako se tijelu poremeti elektrina ravnotea ono sepostaje naelektrizirano odnosno nabijenostatikim elektricitetom.

U prirodi do nabijanja tijela statikimelektricitetom moe doi

1. trljanjem dviju razliitih tvari,2. elektrinom influencijom,3. prikljuenjem izoliranih ploa na polove

istosmjernog izvora.

Statiki elektricitet


138

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 nabitistatikim 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


139

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, teje prostorni naboj atmosfere pozitivnog karaktera.

Kako je Zemljin naboj negativan, elektrino polje e biti usmjereno okomito ka povrini Zemlje.

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

.


141


Jakost elektrinog polja je najvea oko 19 sati (Greenwich), a najmanja oko 5 sati i opada s porastom visine.

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.

Moe se kazati da je ionosfera Faradayev kavez koji titi atmosferu od ekstraterestrikog djelovanja.


142


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.


143


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).


144

Korona Korona je vrsta samostalnog pranjenja izmeu elektroda

koje imaju veoma malen polumjer zakrivljenosti, te je unjihovoj blizini elektrino polje znatno jae nego u ostalomprostoru. Elektrode okruuje tinjajua svjetlost u oblikukrune. Pranjenje je praeno siktavim utanjem. Pojavakorone moe se uoiti u vrijeme oluja na vrhovimagromobrana, na jarbolima brodova, na dalekovodima, i sl.


145

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


146

PROLAZAK ELEKTRINE STRUJE KROZ PLINOVE


147

Prolazak elektrine struje kroz plinove

Plinovi se pri atmosferskom tlaku i sobnojtemperaturi ponaaju kao izolatori, iakoproputaju struju malenog iznosa, koja se moezanemariti.

Plin ima bolja izolacijska svojstva pri viem tlaku inioj temperaturi.

Da bi u plinu dolo do prolaska elektrine strujepotrebno ga je podvrgnuti djelovanju elektrinogpolja koje uzrokuje gibanje slobodnih elektrinihnaboja koji se ve nalaze u plinu.


148

Slobodni elektrini naboji u plinu se gibaju poddjelovanjem elektrinog polja.

Negativni naboji (anioni) gibaju se prema pozitivnojelektrodi - anodi,

Pozitivni naboji (kationi) gibaju se prema negativnojelektrodi - katodi.

To gibanje tvori elektrinu struju koja se razlikuje odelektrine struje u metalnim vodiima gdje se gibajusamo slobodni elektroni.



149

Podruje 0-b (Townsendovo izbijanje) je tamno (nevidljivo) izbijanje primalenim strujama.

Podruje b-c napon je ve toliko velik da izaziva veu ionizaciju i strujukroz plin.

Strujno naponska karakteristika izbijanja u plinu


150

Kod toke c napon izaziva jaku ionizaciju koja poprima oblik lavine,(struja raste, napon na cijevi pada). To je podruje tinjavog izbijanjaprimjenjuje kod cijevi zvanih tinjalice.

Poveanjem napona dostie se toke d - proboj i paljenja luka, pa setada naglo poveava elektrina struja, uz smanjenje napona. Nastajeluno izbijanje plinom punjenih svijetlee cijevi.



151

PROLAZAK ELEKTRINE STRUJE KROZ TEKUINE


152

Prolazak elektrine struje kroz tekuine

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

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

Prolazak elektrine struje prati razvijanje Jouleove topline, irastavljanje molekula elektrolita na ione. Ta se pojava nazivaelektrolitikom disocijacijom.

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


153

Kroz tekuine se gibaju ioni u dva smjera, pa se uspostavlja dvojnastruja. Ioni su nezanemarivih masa pa osim prijenosa nabojaimamo 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 (metalna katodi) i ona postaje sve deblja

2. Izlueni djelovi iz elektrolita stvaraju plinove koji odlaze uatmosferu

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



154


2 4 42H SO H SO+ +


155

IZVORI ISTOSMJERNE ELEKTRINE STRUJE


156

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


157

PRIMARNI KEMIJSKI IZVORI


158

Primarni kemijski izvori

Ako se u elektrolit urone dvije elektrode od razliitihmaterijala, svaka elektroda dobiva prema elektrolituodreeni potencijal (EMN), kojemu je uzrok elektrolitikapolarizacija.

Ako su elektrode od istog materijala uronjene uelektrolit, nee biti razlike u potencijalu!

to su materijali udaljeniji u nizu iz tablice elemenatameu elektrodama je vii napon.


159

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


160

Katoda je od kadmij-amalgama (HgCd2) pokrivenog slojemkristala 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


161

Primarni lanak - Leclanchov lanak Elektrolit je vlana smjesa salmijaka

(N4HCl),

Pozitivni pol - anoda je ugljeni tapiobloen prahom mangan-dioksida (MnO2),koji slui kao depolarizator.

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

Napon lanka je 1,5 (V). Serijski spojenatakva tri lanka, daju plosnatu bateriju od4,5 (V).


162

Primarni lanak - Alkalni lanak

razlikuje se od Leclanchovog lanka samo poelektrolitu -kalijevoj luini

Napon lanka je 1,5 V

Moe se neprekidno prazniti jaim strujama

Kapacitet u mAh vei i do 10 puta odLaclansheovog lanka

Moe se dugo skladititi i podnosi nisketemperature


163

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 otrovnaiva

Sluni aparati, kalkulatori, kamere...


164

Primarni lanak - Litijev lanak

Najbolji primarni izvor energije

Napon lanka je 3 V

Veliki kapacitet

Moe se dugo skladititi i podnosi nisketemperature -40 +100

EPIRB, SART, pace-maker


165

SEKUNDARNI KEMIJSKI IZVORI


166

Sekundarni kemijski izvori

Sekundarni kemijski izvori elektrine struje iliakumulatori su obnovljivi izvori elektrineenergije.

Mogu se nakon pranjenja ponovo napunitiprikljuivanjem na ispravlja efikasnostpunjenja.

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


167

Kemijski izvori elektrine struje - akumulatori1. 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


168

Klasini akumulatori s tekuim elektrolitom


169

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


170

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


171

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


172

Panja!

- Prilikom punjenja kroz epie elija izlazi tzv. plin praskavacopasnost 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+ + + +


173

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)mr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

174

Manja osjetljivost na preoptereenje, vea trajnost i manjateina 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)


175

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


176

Gel ili VRLA (Valve Regulated Lead-Acid) akumulatori

AGM (Absorbed Glass Mat) akumulatori


177

Gel akumulatori - nikal kadmij...

Elektrolit je imobiliziran izmeu ploa u obliku elatinozne mase


178

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...


179

AGM akumulatori

Elektolit je imobiliziran u staklenoj vuni


180

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


181

Uporaba i smjetaj akumulatora na brodovima

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

Na brodu se akumulatorijske baterije uvaju uposebnim prostorijama.


182

Uporaba i smjetaj akumulatora na brodovima

Prostorije u kojima se uvaju akumulatori trebajubiti smjetene visoko na brodu, da u sluajunesree mogu biti to dulje izvan vode, jer senjima u principu opskrbljuju elektrinomenergijom ureaji za nunost.

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

U tim prostorijama sve elektrine naprave iliureaji moraju imati protueksplozijsku zatitu


183

Toplinski i svjetlosni izvor istosmjerne elektrine energije


184

Toplinski izvori elektrine struje - termoelemenat

Termoelementi (termoparovi) su naprave u kojima se toplinskaenergija 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 sespojno mjesto 2 zagrijava, u strujnom krugu e potei elektrinastruja.

Porast temperature uzrokuje poveanje difuzije elektrona iz jednogmaterijala u drugi


185

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 izradbufotootpornika i fotoelemenata (fotogeneratorske elije).


186

MAGNETIZAM


187

Grci su prije 2500 g znali da neke vrste eljeza iskopane uMagneziji (dananja Tesalija) imaju osobinu privlaenjaprema eljezu i legurama, niklu, kobaltu i jo nekimmaterijalima.

To svojstvo privlaenja izraenije je na krajevima magneta.

.

Prirodni (permanentni) magneti


188

Krajevi magneta nazivaju se polovima. U sredini ravnog magneta nalazi se neutralna zona.

Raznoimeni magnetski polovi se privlae, a istoimeni se odbijaju.


189

Magnetskim poljem naziva se prostor u kojem se opaaju magnetski uinci.

Dva su temeljna magnetska uinka: mehanika sila i elektromagnetska indukcija.

Magnetsko polje


190

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.


191

Zemljin magnetizamBlizu zemaljskih polova postoje magnetski polovi zemljepromjera cca 150 milja iji se poloaj vremenom mijenja.


192

Kut kojeg zatvaraju geografski meridijan i magnetska iglakoja 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 iglakoja 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


193

Magnetski tok, Magnetska indukcija


194

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].


195

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].


196cosB S =

r cosS S

d B dS = = r

Homogeno i nehomogeno magnetsko polje


197

Elektromagnetizam


198

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

1820. godine Ampre je dokazao da izmeu dva paralelnavodia kojima protjeu elektrine struje postoje mehanikesile.

Elektromagnetizam


199

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 opadaproporcijonalno kvadratu udaljenosti od vodia.

Magnetska uzbuda H izaziva stvaranja 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.


200

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.


201

Magnetsko polje zavoja


202

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

Magnetsko polje svitka


203

Pravilo desne ruke za svitak (zavojnicu)

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

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


204

TORUSNI SVITAK


205

ZAKON PROTJECANJA

Magnetski napon zatvorene konture (Hdl) (cijele silnice ) jednak je magnetskom protjecanju =IN(magnetomotorna sila):

1

n

ii

H d I N I=

= = = l

[ ]I N Az = - magnetsko protjecanje ili magnetomotorna silamr.sc. Marijan Gran - POSEBNI PROGRAM

206

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

[ ]B H T=

[ ]I NH Wb=l

Jakost magnetskog polja i indukcija u torusu

70 4 10

Hm

= 0 r =

magnetska permeabilnost


207

Ohmov zakon za magnetski krug

m

I NB S H SR

S

= = = =

l

1m

l ARS Vs H

= = - magnetski otpor

0 r =


208

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


209

ELEKTROMAGNETSKA INDUKCIJA


210

Ukoliko imamo dva svitka tada:

-prilikom ukljuivanja ili iskljuivanja toka istosmjerneelektrine struje u jednom svitku dolazi do pojave napona(induciranja elektromotornog napona) u drugomzatvorenom svitku koji se nalazi u blizini prvog svitka;

-se pri promjeni poloaja jednog svitka u odnosu napoloaj drugoga svitka, kojim protjee istosmjernaelektrina struja, takoer inducira elektromotorni naponu prvom svitku.

Elektromagnetska indukcija


211



212

Iznos induciranog napona razmjeran brzinipromjene magnetskog toka i broju zavoja svitka.

Znaenje minusa objanjava se Lencovim zakonom:smjer induciranog napona uvijek je takav da se odtog napona stvorena struja svojim magnetskimuinkom protivi promjeni magnetskog toka uslijedkojeg je dolo do induciranog napona.

de Ndt

=



213

NAPON POMICANJANAPON ROTACIJE


214

Napon pomicanja

Vodi se giba po vodljivom okviru brzinom okomito u odnosu namagnetsko polje gustoe B. Naponom pomicanja dat je izrazom:

de B vdt

= = l

1( ) abcdt B S =

2 ( ) ( )abcdt dt B S l ds + =

1 2d =


215

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.


Documents

BRODSKA ELEKTROTEHNIKA prezentacija