Stanisław Bolkowski Teoria Obwodów Elektrycznych

Krakowski Elektrotechnika tom I

ISTOTA ELEKTRYCZNOŚCI

Elektron- jest to cząstka elementarna o ładunku e0=-1,602*10^-19 C która stanowi tzw. ładunek elementarny. Badania nad nim doprowadziły do określenia jego masy 9,107*10^-31 kg.

Budowa atomów – atomy składają się z jąder (czyli protonów i neutronów) oraz krążących po orbitach elektronów. Liczba elektronów jest równa liczbie protonów. Elektrony są umieszczone na powłokach elektronowych. Liczba elektronów na zewnętrznej powłoce o własnościach chemicznych i elektrycznych ciał.

Przewodniki

Przewodniki kategorii I Przewodniki kategorii II dielektryki

Przewodniki kategorii I – to materiały w których działanie pola elektrycznego powoduje bezwładny ruch elektronów np. metale (przewodnictwo elektronowe)

Przewodniki kategorii II – to materiały, w których prąd elektryczny polega na przemieszczaniu się jonów dodatnich i ujemnych. Jon dodatni powstaje przez pozbawienie atomu co najmniej jednego elektronu, natomiast jon ujemny powstaje przez przyłączenie jednego lub więcej elektronów do atomu. Przewodniki te zwane są elektrolitami.

Dielektryki – to materiały, w których elektrony na zewnętrznej powłoce są ściśle związane z jądrem. Posiadają one większą liczbę elektronów w warstwie zewnętrznej (6 lub więcej). Elektrony swobodne występują w znikomej ilości.

Ładunek elektryczny może powstać przez przejście pewnej liczby elektronów z jednego ciała do drugiego ciała przy zetknięciu lub zbliżeniu dwóch ciał.

Ciała naelektryzowane jednako imienne się odpychają, natomiast naelektryzowane różnoimiennie się przyciągają.

Postulat Maxwella jeżeli układ ciał lub jedno ciało nie oddaje na zewnątrz ani nie otrzymuje ładunków elektrycznych to łączny ładunek elektryczny układu lub ciała pozostaje stały.

Wnioski wynikające z postulatu :

1. Jeżeli jedno ciało naelektryzuje drugie przez przewodnictwo, to traci one tyle ładunku ujemnego (elektronów) ile go drugie ciało zyskuje i na odwrót.

2. Przy wytwarzaniu ładunków elektrycznych przez tarcie powstają ładunki dodatnie i ujemne równe co do wartości bezwzględnej.

PRĄD ELEKTRYCZNY

Prąd elektryczny jest terminem używanym w elektrotechnice w dwóch znaczeniach :

1. Zjawisko fizyczne wywołane polem elektrycznym w środowisku

2. Wielkość skalarna będąca skrótem pojęcia natężenia prądu elektrycznego

W znaczeniu 1 prądem elektrycznym nazywamy zjawisko uporządkowanego ruchu przez badany przekrój poprzeczny środowiska pod wpływem pola elektrycznego.

W znaczeniu 2 prądem elektrycznym lub natężeniem prądu elektrycznego granicę stosunku Δq przenoszonego przez cząstki naładowane w ciągu pewnego czasu Δt poprzez badany przekrój poprzeczny środowiska do rozpatrywanego czasu gdy ten dąży do zera.

Wzór:

RODZAJE PRĄDÓW ELEKTRYCZNYCH

Prąd przewodzenia jest to prąd elektryczny polegający na przemieszczaniu się elektronów swobodnych lub jonów w środowisku przewodzącym, pod wpływem pola elektrycznego.

Prąd przesunięcia jest to prąd elektryczny występujący w dielektrykach polegający na przemieszczaniu się ładunków dodatnich i ujemnych wewnątrz atomu bez naruszania struktury atomowej materii.

Prąd unoszenia (konwekcji) jest to prąd elektryczny polegający na przemieszczaniu się ładunków elektrycznych wraz z materią w środowisku nieprzewodzącym strumień elektronów w próżni.

UKŁAD JEDNOSTEK SI

Nr	Wielkość	Nazwa	Oznaczenie
1	Długość, odległość	Metr	m
2	Masa	Kilogram	kg
3	Czas	czas	t
4	Natężenie prądu	amper	A
5	Temperatura	Kelwin
6	Ilość materii	Mol	mol
7	Światłość	Kandela	cd
8	Kąt płaski	Radian	rad
9	Kąt bryłowy	Steradian	sr

Nr	Nazwa	oznaczenie
	Gęstość prądu	J
	Ładunek elektryczny	Q
	Napięcie elektryczne Siła elektromotoryczna Potencjał elektryczny	U
	Opór elektryczny Rezystancja Reaktancja Impedancja	R X Z
	Opór właściwy	P
	Przewodność elektryczna Konduktancja Suspedancja Admitancja	G B Y
	Przewodnośc właściwa
	Jednostki miary Amper na metr kwadratowy	A/m2
	Kulomb	C
	Volt	V
	om
	omometr
	Simens	S
Simens na metr kwadratowy

Tabela 1.2 Główne wielkości i jednostki pochodne używane w elektrotechnice

	Indukcyjnośc własna	L
	Indukcyjność wzajemna	M
	Częstotliwość	f
	Okres	T
	Pulsacja
	Moc Czynna Bierna Pozorna	P Q S	Wat War Voltoamper	W Var VA

Wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar tabela.

Rezystancje zastępcze połączenia szeregowego i równoległego

• Rezystancja szeregowa

• Rezystancja równoległa

ELEMENTY OBWODU ELEKTRYCZNEGO:

Element obwodu elektrycznego to część składowa obwodu elektrycznego niepodzielną pod względem funkcjonalnym bez utraty swych właściwości charakterystycznych.

Element pasywny to taki element w którym całkowita energia doprowadzona jest do elementu w czasie od –nieskończoności do t jest nieujemna dla dowolnego charakteru napięcia na jego zaciskach i prądu w tym elemencie. Do chwili doprowadzenia napięcia do zacisków elementu prąd w nim nie płynie i na odwrót – na jego zaciskach nie ma napięcia przed doprowadzeniem prądu.

Element aktywny to taki element który nie spełnia powyższych warunków.

Gałąź – tworzą połączone elementy w taki sposób, że na zewnątrz są wyprowadzone tylko dwie końcówki.

Węzeł – to miejsce układu w którym krzyżują się co najmniej trzy gałęzie.

Oczko obwodu elektrycznego – to zbiór gałęzi tworzących zamkniętą drogę dla przepływu prądu o takiej własności, że po usunięciu dowolnej gałęzi pozostałe nie tworzą drogi zamkniętej.

Obwód elektryczny – tworzą elementy tak połączone ze sobą w taki sposób, że istnieje co najmniej jedna droga do przepływu prądu elektrycznego.

Obwód elektryczny nierozgałęziony – zawiera tylko jedno oczko.

Obwód elektryczny rozgałęziony zawiera dwa lub więcej oczek.

PASYWNE ELEMENTY OBWODU ELEKTRYCZNEGO

• Rezystor u=R*i i=G*u R=l/S = p*l/S (symbol i charakterystyka)

• Cewka L=Y/i Y=N*o u=dY/dt u=L*di/dt

• Kondensator C=q/u i=dq\dt i=C * du/dt

Aktywne elementy :

Źródła napięciowe