Osnove

elektrotehnike 1

Jasminka Milosavljević

Osnove elektrotehnike 1 sadrži

tri modula :

Elektrostatika (25+18)

Jednosmerne struje (56+40)

Elektromagnetizam (30+16)

Šta je elektricitet?

- odakle dolazi

- da li možemo da ga vidimo

- kako nastaje

U V O D

Elektricitet

Elektricitet nastaje usled razlike u količini naelektrisanja (+ i -).

Kada struja teče između dve tačke, elektroni se kreću od tačke A do tačke B. Ovako usmereno kretanje elektronanazivamo električnom strujom.

Kako bi se ovi elektroni kretali neophodno je da

postoji razlika u naelektisanju između dve tačke.

Elektroni se uvek kreću od mesta sa negativnim ka

mestu sa pozitivnim naelektisanjem (ista

naelektrisanja se odbijaju, a suprotna privlače).

- +

Setite se baterije: vrh

je + naelektrisan, a

dno -. Kada se

baterija uključi,

elektroni se kreću od

dna ka vrhu.

Statički elektricitet

Možda ste primetili da ako hodate po tepihu u čarapama, a zatim dodirnete nos vaše mačke, to će da je šokira.

Hodajući po tepihu, pokupili ste neke slobodne elektrone (poput prašine) i postali negativno naelektrisani.

Dodirujući nos mačke vi se oslobađate tog negativnog

naelektirsanja (višak eletkrona

odlazi u oblast sa manjim brojem elektrona

– mačkin nos).

Šok će trajati dok obe površine ne budu isto

naelektrisane (dok se naelektrisanja ne neutrališu).

Van der Grafov generator u osnovi stvara

jako električno polje (može biti pozitivno

ili negativno u zavisnosti od podešavanja).

Ovo polje može da oslobodi elektrone u

okolni vazduh kada napon postane

dovoljno veliki .

Napon

Razlika u potencijalu između dve tačke naziva se

napon.

2 tačke mogu imati ogromno naelektrisanje, ali ako

im je naelektrisanje isto onda neće doći do kretanja

elektrona.

- - - - - -

- - - - - -

- - - - - -

Jačina struje predstavlja broj elektrona koji protekne

kroz provodnik u jedinici vremena. Jačina struje se

izražava u amperima (A).

1 amper = 6.25 x 1018 elektrona u sekundi

(6,250,000,000,000,000,000!)

• I – jačina električne struje;

• Q – količina naelektrisanja;

• t – vreme .

Recimo da koristeći voltmetar utvrdite da nema

elektrona koji se kreću od tačke A do tačke B. Da li

to znači da je bezbedno dodirnuti bilo koju od ove

dve tačke? Hmm…

Ne! Možda je razlog nepostojanja napona

činjenica da su naelektrisanja identična.

Međutim, tvoje naelektrisanje se može

dosta razlikovati i time usloviti kretanje

elektrona od te tačke do tvog tela.

Provodnici i izolatori

Električna struja se u normalnim uslovima

kreće kroz provodnik. Provodnik je bilo koji

materijal koji omogućava elektronima

(električnoj struji) da lako prolaze kroz njega.

Većina metala su dobri provodnici.

Izolatori su materijali koji sprečavaju kretanje

elektrona (struje).

Neki od dobrih izolatora su guma, staklo, keramika i

plastika.

Većina električnih kablova se sastoji od provodne

metalne žice koja je okružena slojem gumene ili

plastične izolacije.

Otpornici

Materijali koji se nazivaju otpornicima mogu usporiti kretanje struje, a da je ne zaustave.

Skoro svi materijali, čak i dobri provodnici, pružaju barem mali otpor pri prolasku električne struje.

Otpornost se meri u omima.

W

Jednosmerna struja (DC)

U većini električnih kola, struja teče

samo u jednom smeru tzv. jednosmerna

struja.

Primeri jednosmerne struje:

baterije;

udar groma;

statički elektricitet.

Munja

Munja predstavja oblik jednosmerne struje

(DC). Nastaje kao posledica statičkog

elektriciteta u oblacima.

Statički elektricitet je uzrokovan kretanjem

molekula u vazduhu.

Negativno naelektrisanje se grupiše na dnu oblaka i dolazi do prenosa elektona sa oblaka na zemlju, koja je postala pozitivno naelektrisana.

Naizmenična struja (AC)

Naizmenična struja šalje elektrone kroz kolo u

jednom, a zatim u drugom smeru.

Primer naizmenične struje je ona koja teče u našoj

elktrodistributivnoj mreži.

Transformatori

Naizmenična struja koja se koristi u kućama uglavnom

ima napon od oko 220V.

Napon u dalekovodima je znatno veći. Pre nego što

dođe do kuće, struja iz dalekovoda mora proći kroz

uređaj zvan transformator. On ima sposobnost

povećavanja i/ili smanjivanja napona između dve

tačke.

Električni generatori

Električna energija koja dospeva do naših domova se

stvara u uređaju koji se zove generator električne struje.

Generator prevodi neki drugi vid energije u električnu.

Generatori su obavezni delovi hidroelektrana,

termoelektrana,…

Elektromotori

Elektromotori su uređaji koji pretvaraju električnu

energiju u mehaničku.

Većina kućnih aparata su primeri elektromotora:

veš mašina;

frižider;

fen za kosu…

Baterije

Elektromotori mogu da rade i na jednosmernoj i na

naizmeničnoj struji.

Baterija je uređaj koji proizvodi stalan protok

jednosmerne struje, putem hemijske reakcije.

Baterije se mogu sastojati od tečnog

elektrolita (tečnost provodi električnu struju)

tzv. ’mokra baterija’ ili od paste elektrolita tzv.

’suva baterija’. Bez obzira da li je u vidu

tečnosti ili paste, elektrolit je uglavnom kiseo.

Baterije u automobilima (akumulatori) primeri

su mokrih, a baterije u lampama primeri suvih

baterija.

Električno kolo

Električno kolo je put kojim prolazi električna struja.

Postoje 3 različite vrste kola:

serijsko;

paralelno;

mešovito.

Serijsko kolo

Serijsko kolo omogućava protok struje u

jednom smeru. Svi uređaji se nalaze na ovom

jednom putu, a svaki prekid u kolu će zaustaviti

protok struje .

Paralelno kolo

Paralelno kolo ima mnoge puteve kojima se

električna struja može kretati. Ukoliko dođe do

prekida kola, to neće zaustaviti protok struje.

Šematski dijagram kola

Simboli:

prekidač električni izvor redna veza

izvora

sijalica voltmetar ampermetar

otpornik promenljivi otpornik motor

Mešovito kolo

šema primopredajnika

Elektromagneti

Elektromagnet je privremeni magnet sačinjen od metalnog jezgra i zica obmotanih oko njega. Kada se kroz zice propusti struja, magnet se ’uključi’.

Elektromagneti imaju dve prednosti u odnosu na obične magnete:

mogu se isključiti i uključiti;

njihova snaga varira u zavisnosti od jačine električne struje koja teče kroz zice.

Primeri elektromagneta:

kranovi;

telegrafi;

zvona.

Istorija elektriciteta

Prva saznanja potiču iz antičkog doba : 600 pre n.e. –

Tales iz Mileta je otkrio statički elektricitet.

1600 – engleski lekar Viljem Džilbert imenuje

elektricitet (po grčkoj reči elektron što znači ćilibar),

a tela koja trenjem steknu osobinu privlačenja lakih

predmeta naziva naelektrisana tela.

Sredinom 1700-ih - Ben Frenklin pokazuje kako je

munja električno pražnjenje.

1733. Difej daje teoriju o dve vrste elektriciteta

(dualistička teorija)

Sredinom XVIII- Bendžamin Frenklin daje

unitarističku teoriju i pokazuje kako je munja

električno pražnjenje.

1800 – Volta pravi prvu bateriju.

1878 - T. Edison pravi prvu električnu sijalicu.

Krajem XIX i početkom XX veka

Nikola Tesla :

električni asinhroni motor sa polifaznim

alternatorom

prenos električne energije naizmeničnom strujom

generator visokih frekvencija

postavio temelje teleautomatike – daljinsko

upravljanje

od 1943. smatra se pronalazačem radija

1943 – Prvi kompjuter (ENIAC)

1947 – Prvi tranzistor

1958 – Prvi mikročip

Van de Grafov generator koji se koristi

u fizičkim kabinetima stvara 15,000 V,

a tipična utičnica 220 V. Dakle,

bezbednije je da zabadate prst u

utičnicu? Ili ne? Objasnite.

Galvani je spremao žablje noge u gvozdenom

tiganju. Primetio je da kada bi pokušao da ih

okrene na ulju pomoću bakarne viljuške, one bi

pomakle noge kao da su i dalje žive. Zbog čega

se ovo dešava?

Dole prikazan transformator ima 8

navojaka na primarnom kalemu i 4

na sekundarnom. Ako je ovaj transformator

vezan za tipičnu utičnicu u domaćinstvu

koliko volti će proizvesti?

Kada grom udari o obalu

mora, to je potencijalno

opasnije od istovetnog

udara o obalu jezera. Zbog

čega?

Na slici ispod, kakvo je naelektisanje zemlje?

Kako znate?

Da li je čovek u kolima bezbedan? Objasni.