Politechnika Częstochowska	Studia: magisterskie dzienne
Wydział Elektryczny	Kierunek: Elektrotechnika
Katedra Elektrotechniki	Semestr: III

ELEKTROTECHNIKA TEORETYCZNA I

1. Godziny zajęć wg planu studiów

Nazwa przedmiotu	Semestr	Siatka godzin tygodniowo					Forma zaliczenia przedmiotu
				W	Ć	L		P	S
Elektrotechnika teoretyczna I	II	3	2	-	-	-	E R

2. Tematyka wykładów

Pojęcia podstawowe. Oznaczenia, wymiary i jednostki wielkości fizycznych występujących w elektrotechnice. Sygnały. Natężenie pola elektrycznego, potencjał elektryczny , napięcie elektryczne i związki między nimi. Prąd elektryczny, natężenie prądu, gęstość prądu. Prawo Ohma w postaci różniczkowej. Pojęcie siły elektromotorycznej. Indukcja i natężenie pola magnetycznego. Siła Lorentza. Indukcja elektromagnetyczna. Elementy obwodu elektrycznego - klasyfikacja, moc i energia. Obwód elektryczny: klasyfikacja, stacjonarność liniowość, parametry skupione, odwracalność i pasywność. Prawa Kirchhoffa. Zasada Tellegena.

Elementy pasywne. Rezystor: prawo Ohma, moc, energia i równoważność elementów rezystancyjnych. Induktor: indukcyjność własna, sem indukcji własnej z regułą Lenza, zależności prądowo- napięciowe w dziedzinie czasu, moc i energia, łączenie szeregowe i równoległe cewek. Cewki sprzężone magnetycznie: indukcyjność wzajemna, współczynnik sprzężenia, sem indukcji wzajemnej, zależności prądowo-napięciowe w dziedzinie czasu. Kondensator: pojemność elektryczna, zależności prądowo-napięciowymi w dziedzinie czasu, moc i energia, łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów.

Elementy aktywne. Klasyfikacja. Napięciowe i prądowe źródła autonomiczne: charakterystyki napięciowo-prądowe, charakterystyki obciążenia i zewnętrzne, moc źródeł, dopasowanie odbiornika do źródła, sprawność źródeł, równoważność połączeń źródeł. Źródła sterowane: źródło napięcia sterowane prądowo, źródło napięcia sterowane napięciowo, źródło prądu sterowane napięciowo, źródło prądu sterowane prądem. Elementy aktywne nieźródłowe: dioda tunelowa, tranzystor i wzmacniacz operacyjny.

Analiza złożonych liniowych obwodów elektrycznych prądu stałego. Analiza na podstawie praw Kirchhoffa. Zasada superpozycji. Metoda oczkowa i węzłowa w ujęciu nietopologicznym. Zasada wyodrębnienia i twierdzenie o wzajemności. Twierdzenie Thevenina-Nortona. Twierdzenie o przenoszeniu źródeł idealnych. Obwody ze źródłami sterowanymi i wzmacniaczami operacyjnymi.

Nieliniowe obwody prądu stałego. Elementy nieliniowe i ich charakterystyki. Prawa obwodów nieliniowych. Rezystancja statyczna i dynamiczna. Linearyzacja charakterystyk nieliniowych. Charakterystyki zastępcze gałęzi nieliniowych. Obwody z elementami nieliniowymi.

Obwody magnetyczne. Klasyfikacja obwodów magnetycznych. Prawa obwodów magnetycznych. Liniowe obwody magnetyczne. Nieliniowe obwody magnetyczne. Obwód magnetyczny magnesu trwałego.

Wartości średnie i skuteczne przebiegów okresowych. Prąd i napięcie zmienne dla liniowych elementów R, L, C. Sygnały zmienne okresowe i ich charakterystyczne wielkości. Wartości średnie i skuteczne. Addytywność wartości średnich i skutecznych prądów i napięć.

Obwody prądu sinusoidalnie zmiennego - metoda klasyczna. Zależności energetyczne w elementarnych obwodach liniowych dla wymuszeń sinusoidalnych. Idealny liniowy rezystor, kondensator i induktor (cewka): przebiegi czasowe prądu, napięcia i mocy chwilowej, moc i energia, miejsce geometryczne zależności pomiędzy prądem a napięciem, wykresy wektorowe. Szeregowe (dwójnik szeregowy R,L,C) i równoległe (równoległy dwójnik R, L, C) połączenie rezystora, cewki i kondensatora: przebiegi czasowe prądów, napięć i mocy chwilowej, moc czynna, bierna i pozorna, wykresy wektorowe, moduł i argument impedancji oraz admitancji, kąt przesunięcia fazowego pomiędzy prądem a napięciem.

Analiza obwodów dla przebiegów sinusoidalnych metodą liczb zespolonych. Podstawowe działania na liczbach zespolonych. Metoda symboliczna dla dwójnika szeregowego i równoległego R, L, C: impedancja, admitancja, prawo Ohma dla wielkości zespolonych prądu i napięcia, wykresy wektorowe. Analizy złożonych liniowych obwodów elektrycznych metodą liczb zespolonych. Wykresy topograficzne. Obwody prądu sinusoidalnie zmiennego ze wzmacniaczami operacyjnymi i źródłami sterowanymi.

Obwody elektryczne wielozaciskowe. Pojęcie wielobiegunnika i wielowrotnika. Moc i energia, liniowość, stacjonarność i pasywność n - wrotnika. Twierdzenia i zasady stosowane w obwodach n - zaciskowych i wielowrotnikowych: wzajemności, superpozycji, kompensacji, wyodrębnienia, równoważności, Thevenina i Nortona.

Topologiczna analiza obwodów SLS. Elementy teorii grafów liniowych. Drzewo, dopełnienie, oczko, przekrój. Macierze: incydencji, oczek fundamentalnych, przekrojów fundamentalnych, ortogonalność tych macierzy. Transformacja oczkowa i przekrojowa. Macierzowy opis obwodu RLCM. Metoda prądów strun i napięć konarowych.

3. Tematyka ćwiczeń tablicowych

1. Proste liniowe obwody prądu stałego i obwody z kondensatorami.

2. Dwójniki pasywne; kartkówka.

3. Złożone liniowe obwody prądu stałego; kartkówka.

4. Liniowe obwody prądu stałego ze wzmacniaczami operacyjnymi

5. Złożone liniowe obwody prądu stałego ze źródłami sterowanymi; kartkówka.

6. Twierdzenie Thevenina i Nortona, moc i energia w obwodach prądu stałego; kartkówka.

7. Nieliniowe obwody prądu stałego; kartkówka.

8. Obwody magnetyczne liniowe; kartkówka.

9. Obwody magnetyczne nieliniowe.

10. Wartości skuteczne i średnie przebiegów okresowych.

11. Proste obwody prądu sinusoidalnie zmiennego - metoda klasyczna; kartkówka.

12. Proste obwody prądu sinusoidalnie zmiennego - metoda symboliczna; kartkówka.

13. Złożone obwody prądu sinusoidalnie zmiennego; kartkówka.

14. Obwody prądu sinusoidalnie zmiennego ze wzmacniaczami operacyjnymi i źródłami sterownymi.

15. Repetycje.

6. Literatura

Wykład:

1. Cichowska Z., Pasko M.: Wykłady z elektrotechniki teoretycznej. Część I: Działy podstawowe. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995.

2. Cichowska Z., Pasko M.: Wykłady z elektrotechniki teoretycznej. Część II: Prądy sinusoidalnie zmienne. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.

3. Pasko M., Piątek Z., Topór-Kamiński L.: Elektrotechnika ogólna. Część I. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.

4. Lubelski K.: Elektrotechnika teoretyczna. Część I, II i III. Wyd. Pol. Cz., 1994.

5. Bolkowski St.: Teoria obwodów elektrycznych. WNT, Warszawa 1995.

6. Osiowski J., Szabatin J.: Podstawy teorii obwodów. Tom I. WNT, Warszawa 1998.

7. Osiowski J., Szabatin J.: Podstawy teorii obwodów. Tom II. WNT, Warszawa 1998.

8. Osiowski J., Szabatin J.: Podstawy teorii obwodów. Tom III. WNT, Warszawa 1995.

9. Krakowski M.: Elektrotechnika teoretyczna. Obwody liniowe i nieliniowe. WN PWN, Warszawa 1995.

10. Cholewicki T.: Elektrotechnika Teoretyczna. Tom I. WNT, Warszaw 1972.

11. Cholewicki T.: Elektrotechnika Teoretyczna. Tom II. WNT, Warszaw 1972.

12. Mikołajuk K., Trzaska Z.: Elektrotechnika teoretyczna. Analiza i synteza elektrycznych obwodów liniowych. PWN, Warszawa 1984.

13. Cichowska Z.: Topologiczna analiza obwodów elektrycznych liniowych. Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1990.

Ćwiczenia tablicowe

1. Cichowska Z., Pasko M, Litwinowicz E: Przykłady i zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część I, Tom 1: Działy podstawowe. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000.

2. Cichowska Z., Pasko M.: Przykłady i zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część II, Tom1: Prądy sinusoidalnie zmienne. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000.

3. Cichowska Z., Pasko M.: Przykłady i zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część II, Tom2: Prądy sinusoidalnie zmienne. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2000.

4. Bolkowski S., Brociek W., Rawa H.: Teoria obwodów elektrycznych. Zadania. Wyd.II, WNT, Warszawa 1996.

5. Cichowska Z., Pasko M., Litwinowicz E.: Przykady i zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część I: Obwody rezystancyjne i obwody z kondensatorami. Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1993.

6. Cichowska Z., Pasko M.: Zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część I. . Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1981.

7. Cichowska Z., Pasko M.: Zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część II. . Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1997.

8. Cichowska Z., Pasko M.: Przykady i zadania z elektrotechniki teoretycznej. Część I. Tom II: Elektromagnetyzm i topologiczna analiza obwodów rezystancyjnychn SLS. Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.

9. Cichowska Z., Pasko M.: Zadania z elektrotechniki teoretycznej. PWN, Warszawa 1985.

10. Chojcan J., Drygajło A., Karwan L., Kolmer A.: Zbiór zadań z teorii obwodów I. Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1992.

11. Chojcan J., Drygajło A., Karwan L., Kolmer A.: Zbiór zadań z teorii obwodów II. Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1992.

Autor programu: dr hab. inż. Zygmunt Piątek, prof. nadzw. w Pol. Cz.

Częstochowa, 01 października 2004 r.

---