Osnove elektrotehnike 1 Jasminka Milosavljević
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.