Elektrotechnika

Wykład 1

Kraków 2009

Plan wykładu:
- elektrotechnika - definicje,
- wielokrotności i podwielokrotności
jednostek miar,

- prąd elektryczny,
- prawo Ohma,
- Elementy pasywne.

Elektrotechnika

Elektrotechnika – dział nauki zajmujący się
podstawami teoretycznymi i zastosowaniem zjawisk
fizycznych z dziedziny elektryczności i magnetyzmu.

Elektrotechnika

Definicja

- wytwarzanie energii elektrycznej,
- przesyłanie energii elektrycznej,
- rozdzielanie energii elektrycznej,
- przetwarzanie energii elektrycznej w inne rodzaje
energii,
-

przenoszenie

za

pośrednictwem

fal

elektromagnetycznych sygnałów elektrycznych.

Elektrotechnika

Zagadnienia wchodzące w zakres
elektrotechniki

Wielkość fizyczna – cech zjawiska fizycznego lub
własność ciała, którą można zmierzyć (np. napięcie
elektryczne, temperatura, prędkość ciała, itp.)

Układ wielkości – zbiór wielkości fizycznych
obejmujący wszystkie lub niektóre dziedziny fizyki.

Wielkość pochodna – wielkość określona w zależności
od wielkości podstawowych.

Elektrotechnika

Wielkości fizyczne i jednostki używane w
elektrotechnice

Elektrotechnika

Jednostki podstawowe i uzupełniające
układu SI

Lp

Nazwa

Jednostka

Oznaczenie

1.

Długość, odległość

metr

[m]

2.

masa

kilogram

[kg]

3.

czas

sekunda

[s]

4.

Natężenie prądu

elektrycznego

amper

[A]

5.

temperatura

kelwin

[K]

6.

Liczność materii

mol

[mol]

7.

światłość

kandela

[cd]

8.

Kąt płaski

radian

[rad]

9.

Kąt bryłowy

steradian

[sr]

Elektrotechnika

Dziesiętne wielokrotności jednostek miar

Nazwa

symbol

znaczenie

zetta

Z

10

21

eksa

E

10

18

peta

P

10

15

tera

T

10

12

giga

G

10

9

mega

M

10

6

kilo

k

10

3

deka

da

10

2

decy

dc

10

1

Nazwa

symbol

znaczenie

centy

c

10

-2

mili

m

10

-3

mikro

10

-6

nano

n

10

-9

piko

p

10

-12

femto

f

10

-15

atto

a

10

-18

zepto

z

10

-21

jokto

y

10

-24

- zjawisko fizyczne wywołane występowaniem pola
elektrycznego

w

środowisku

–

zjawisko

uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez
badany

przekrój

poprzeczny

środowiska

pod

działaniem pola elektrycznego,

Elektrotechnika

Prąd elektryczny

- wielkość skalarna stanowiący skrót terminu natężenie
prądu

elektrycznego

–

nazywamy

stosunek

elementarnego

ładunku

elektrycznego

dq

przenoszonego przez cząstki naładowane w ciągu czasu
elementarnego dt przez dany przekrój poprzeczny
środowiska do tego czasu.

Elektrotechnika

Prąd elektryczny

i=

dq

dt

[

i]=1 A

- prąd stały,
- prąd zmienny,
- prąd przemienny,
- prąd okresowo zmienny,
- prąd okresowo przemienny,
- prąd sinusoidalnie zmienny (przemienny).

Elektrotechnika

Rodzaje prądu elektrycznego

- prąd stały – to prąd, którego wartość natężenia prądu
jest wielkością stałą w czasie,

- prąd zmienny – to prąd, którego wartość natężenia
prądu jest wielkością zmienną w czasie,

- prąd zmienny – to prąd zmienny, którego kierunek
przepływu zmienia się w czasie,

Elektrotechnika

Rodzaje prądu elektrycznego

- prąd okresowo zmienny – to prąd zmienny, którego
zmiany powtarzają się w czasie,

- prąd okresowo przemienny – to prąd przemienny,
którego zmiany powtarzają się w czasie,

- prąd sinusoidalnie zmienny (przemienny) – to prąd
przemienny, którego zmiany powtarzają się w czasie
tak jak funkcja sinus (i pochodne).

Elektrotechnika

Rodzaje prądu elektrycznego

- jest to wielkość fizyczna określająca natężenie prądu
elektrycznego

przypadającego

na

jednostkę

powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika.

I – natężenie prądu
s – pole przekroju poprzecznego przewodnika

Elektrotechnika

Gęstość prądu elektrycznego - J

J =

I

s

[

J ]=1

A

m

2

- jest miarą oporu czynnego, z jakim element
przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego

ρ

(ro) – rezystywność [

Ω

m] – wartość zależy od

użytego materiału,
l – długość przewodnika,
s – pole przekroju poprzecznego przewodnika.

Elektrotechnika

Opór przewodnika

R=ϱ⋅

l

s

[

R]=1

Elektrotechnika

Wartości rezystywności

Nazwa materiału

Rezystywność [

Ω

m]

Srebro

1.62 * 10

-8

Miedź

1.75 * 10

-8

aluminium

2.83 * 10

-8

Cynk

6.3 * 10

-8

Platyna

11.1 * 10

-8

Le

pszy

prz

ew

od

ni

k

- natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do
całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie
zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia
elektrycznego U) między końcami części obwodu nie
zawierającej źródeł siły elektromotorycznej.

Elektrotechnika

Prawo Ohma

R, G

U

I

U =R I

I =G U

R – rezystancja,

[R] = 1

Ω

(om)

G – konduktnacja

[G] = 1S (siemens)

U – napięcie elektryczne

[U] = 1V

I – natężenie prądu elektrycznego [I] = 1A

Elektrotechnika

Prawo Ohma

- Rezystor,

- Cewka,

- Kondensator.

Elektrotechnika

Elementy pasywne

Elektrotechnika

Rezystor

U =R⋅I

I =G⋅U

U

I

R

U

I

Elektrotechnika

Cewka

U = j  L⋅I

I =−

1

j  L

⋅

U

U

I

L

U

I

φ

ut =L

d i t

dt

i t =

1
L

∫

0

t

u d i 0

Elektrotechnika

Kondensator

U =−

1

j C

⋅

I

I = j C⋅U

U

I

C

U

I

φ

ut=

1

C

∫

0

t

i  d u0

i t=C

d ut 

dt

Elektrotechnika

Wielkości

R – rezystancja, [R] = 1

Ω

G – konduktancja, [G] = 1S
L – indukcyjność, [L] = 1H
C – pojemność, [C] = 1F

x – reaktancja [x] = 1

Ω

B – susceptancja, [B] = 1S
Z – impedancja, [Z] = 1

Ω

Y – admitancja, [Y] = 1S

Elektrotechnika

Wielkości

Reaktancja

x

L

– reaktancja indukcyjna,

x

C

– reaktancja pojemnościowa,

f – częstotliwość, [f] = 1Hz

ω

- pulsacja

x

L

=

L=2 f L

x

C

=

1



C

=

1

2 f C

=

2 f

Elektrotechnika

Wielkości

Susceptancja

B

L

– susceptancja indukcyjna,

B

C

– susceptancja pojemnościowa,

B

C

=

C=2 f C

B

L

=

1



L

=

1

2  f L

x=

1

B

B=

1

x

Elektrotechnika

Wielkości

Impedancja Z

Moduł impedancji Z (długość wektora Z)

Z =R j  x

L

−

x

C



Z =



R

2



x

L

−

x

C



2

φ

R

x (x

L

>x

C

)

Z

φ

Z

x (x

L

<x

C

)

R

Elektrotechnika

Wielkości

Admitancja Y

Moduł admitancji Y (długość wektora Y)

Zależność impedancji i admitancji od siebie

Y =G j  B

C

−

B

L



Y =



G

2



B

C

−

B

L



2

Z =

1

Y

Y =

1

Z

Z =

1

Y

Y =

1

Z

Elektrotechnika

Dziękuję za uwagę