Nr ćwiczenia: 5	Badanie zależności mocy użytecznej od obciążenia			Ocena z teorii
Zespół nr 3	Mazur Jakub			Ocena zaliczenia ćwiczenia
14 .03.2007	Wydział	Rok	Grupa	Uwagi
		EAIiE	1B		5

Napięcie elektryczne - różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Napięcie elektryczne to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku między punktami dla których określa się napięcie do wartości tego ładunku.

Przy założeniu, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, że nie wpływa na otoczenie.

Siła elektromotoryczna jest różnicą potencjałów (napięciem elektrycznym) powstającą w źródle prądu elektrycznego, czyli urządzeniu przetwarzającym różne rodzaje energii na energię elektryczną, powstającą w wyniku tej przemiany. Jednostką SEM jest wolt. W uproszczeniu można powiedzieć, że SEM jest miarą maksymalnej zdolności układu do generowania prądu elektrycznego. Napięcie na zaciskach źródła prądu zazwyczaj różni się od wartości siły elektromotorycznej, spowodowane jest to występowaniem w źródle oporu elektrycznego, zwanego oporem wewnętrznym źródła, polaryzacji elektrod i innych zjawisk. W przypadku gdy źródło nie dostarcza prądu, napięcie elektryczne na zaciskach źródła jest zazwyczaj równe SEM. Przy dokładnym pomiarze SEM stosuje się woltomierze nie pobierające prądu lub pobierające prąd o znikomym natężeniu. SEM definiuje się jako pracę potrzebną do przesunięcia ładunku jednostkowego od bieguna ujemnego do dodatniego

Natężenie prądu (nazywane potocznie prądem elektrycznym) jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek ilości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku.

Definicję tę zapisujemy formalnie jako pochodną ładunku po czasie:

Gdzie: (jednostki w układzie SI)

dQ - zmiana ładunku równoważna przepływającemu ładunkowi (kulomb),

dt - czas przepływu ładunku (sekunda),

I - natężenie prądu elektrycznego (amper).

Natężenie prądu oznaczamy literą I, a czasami literą i.

Gdy ilość ładunku przepływającego na jednostkę czasu przez daną powierzchnię rozpatrywana jest jako funkcją czasu q(t), natężenie prądu i(t) jest funkcją czasu określoną wzorem:

Rezystancja jest miarą oporu, z jakim element przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego.

Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem
(wielka litera R).

Jednostką rezystancji w układzie SI jest om (1 Ω).

Odwrotność rezystancji to konduktancja, której jednostką jest simens.

Dla większości materiałów ich rezystancja nie zależy od wielkości przepływającego prądu lub wielkości przyłożonego napięcia. Prąd i napięcie są wtedy do siebie proporcjonalne, a współczynnik proporcjonalności to właśnie rezystancja. Zależność ta znana jest jako prawo Ohma.

Miarą oporu, z jaką dany materiał przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego, jest rezystywność. Jeżeli znamy wymiary geometryczne elementu i rezystywność materiału, z jakiego został wykonany, to jego rezystancję obliczamy według wzoru:
gdzie L - długość elementu, S - pole przekroju poprzecznego elementu, ρ - rezystywność materiału.

Opór wewnętrzny ogniwa to samoistny opór indukowany przez ogniwo, którego przyczyną są:

ograniczona szybkość procesów chemicznych zachodzących w ogniwie

reakcje uboczne (niekorzystne) zachodzące w ogniwie

Opór wewnętrzny ma wpływ na wartość prądu na zaciskach ogniwa, a więc na wartość prądu czerpanego z ogniwa:

U na zaciskach = E - U spadku

U spadku = I * rw

gdzie:
E - siła elektromotoryczna ogniwa
U spadku - wielkość uzależniona od wielkości pobieranego z ogniwa prądu
rw - współczynnik proporcjonalności (opór wewnętrzny ogniwa)

Prawo Ohma:

Prąd płynący w przewodniku jest proporcjonalny do na pięcia U przyłożonego na jego końcach: U=RI

Prawa Kirchhoffa:

I: Algebraiczna suma prądów wpływających i wypływających z węzła jest równa zero.

II: W dowolnym „oczku” obwodu suma algebraiczna wszystkich napięć elektrycznych panujących na poszczególnych elementach obwodu równa się zero.

Moc prądu stałego P zdefiniowana jest wzorem:

Jednostką mocy oczywiście jest wat:

Korzystając ze wzoru na opór elektryczny (prawo Ohma), pracę i moc prądu stałego możemy zapisać następującymi równoważnymi wzorami:

Moc wydzielana na oporze zewnętrznym R, zwana mocą użyteczną, wynosi:

Największa moc wydziela się na oporze zewnętrznym równym co do wartości oporowi wewnętrznemu ogniwa R = rW.

Dopasowanie zasilacza i obciążenia
Zasilacz musi być dopasowany do obciążenia i uwzględniać nie tylko prąd znamionowy (ustalony prąd pracy urządzenia elektrotechnicznego, przy poziomie którego urządzenie to zachowuje się zgodnie z jego przeznaczeniem), ale również impuls prądu przy starcie. Przykładowo silnik 24Vdc / 1A przy rozruchu potrzebuje prąd rzędu 20A (ponieważ jego rezystancja przy rozruchu jest tak niska, że można ją traktować jako zwarcie) przez czas od kilkuset milisekund do kilku sekund w zależności od mechanicznych warunków rozruchu. Dla takiej aplikacji nawet zasilacz 5A może okazać się za mały.

---