ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 5 ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 5 18 Σεπτεμβρίου, 2007 Δρ. Στυλιανή Πετρούδη ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ

Τα θέματα μας σήμερα ΚΕ2 Αυτή η εργασία πρέπει να παραδοθεί στις 21/9/2007 Εργαστήρια Επανάληψη Ηλεκτρικά Κυκλώματα Είδη ηλεκτρικών φορτίων (R, L, C)

Ηλεκτρισμός Ηλεκτρικό ρεύμα: ρυθμός της ροής θετικού φορτίου: Coulombs/second: Amperes: i = dq/dt Ηλεκτρική Τάση: ενέργεια ανά μονάδα φορτίου: Joules/Coulomb: Volts: v = dw/dq Ηλεκτρική Ισχύς: μετάθεση ενέργειας ανά μονάδα χρόνου: Joules/second: Watts: p= dw/dt = (dw/dq)(dq/dt) = vi Ενεργά στοιχεία: πηγή τάσης, πηγή ρεύματος Παθητικά στοιχεία: αντίσταση, πηνίο, πυκνωτής

Βραχύ και ανοικτό κύκλωμα Βραχύ κύκλωμα π.χ. καλώδιο - R = 0 -> δεν υπάρχει διαφορά τάσης, όλα τα σημεία έχουν το ίδιο δυναμικό, το ρεύμα μπορεί να ρέει όπως υπολογίζεται από το κύκλωμα. Ανοικτό κύκλωμα π.χ. αέρας - R = ∞ -> δεν υπάρχει ροή ρεύματος, η διαφορά τάσης υπάρχει, όπως υπολογίζεται από το κύκλωμα

Αντίσταση Καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια (συνήθως σε μορφή θερμότητας) Καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια (συνήθως σε μορφή θερμότητας) Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ποσότητας ηλεκτρικού ρεύματος που διαπερνά ένα κύκλωμα (ή μέρος ενός κυκλώματος) Σύμβολο: R, Μονάδα μέτρησης: Ω (ωμ, ohm) Διατομή υλικού Μήκος υλικού Ειδική αντίσταση (σταθερά που εξαρτάται από το υλικό και τη θερμοκρασία του)

Αντίσταση Παραδείγματα αντιστάσεων: -- λάμπα πυρακτώσεως (incandescent lamp) -- ηλεκτρική θερμάστρα -- καλώδια Ο νόμος του Ohm: Η ροή του ρεύματος μέσα σε μία αντίσταση, είναι ανάλογη της τάσης στα άκρα της αντίστασης Ηλεκτρική ισχύς (power) που καταναλώνεται σε μια αντίσταση:

Πηνίο Η ροή ηλεκτρικού ρεύματος σε αγωγό δημιουργεί μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό. Αυτό το φαινόμενο είναι αμελητέο στα συνηθισμένα καλώδια. Αν όμως πολλά καλώδια περιτυλιχτούν είτε μόνα τους είτε γύρω από κάποιο μαγνήτη, τότε το φαινόμενο αυτό δεν είναι αμελητέο. Τα περιτυλιγμένα καλώδια αποτελούν ένα στοιχείο το οποίο ονομάζεται πηνίο. Τα πηνία αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή μαγνητικού πεδίου.

Πηνίο Σύμβολο: L Μονάδα μέτρησης: H (χένρυ, henry) Η τάση στα άκρα ενός πηνίου δίνεται από τη σχέση: Παραδείγματα όπου παρατηρείται το φαινόμενο της αυτεπαγωγής: μετασχηματιστές, πηνία, καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας Μονάδα μέτρησης: H (χένρυ, henry) Ένα πηνίο χαρακτηρίζεται από την αυτεπαγωγή του (inductance)

Πώς δουλεύει το πηνίο…

Πυκνωτής Δύο αγώγιμες επιφάνειες (α,b) διαχωρίζονται από ένα διηλεκτρικό μονωτικό υλικό: -διαφορά τάσης – διαφορά δυναμικού = Vab Ίσο και αντίθετο φορτίο Q στους αγωγούς Q = CVab (αποθηκεμένη ενέργεια σε μορφή τάσης) όπου C είναι η χωρητικότητα της δομής - το θετικό φορτίο βρίσκεται στην αγώγιμη επιφάνεια στο ψηλότερο δυναμικό

Πυκνωτής Το φορτίο στους δύο αγωγούς δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο. Οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρικού πεδίου.

Πυκνωτής Σύμβολο: C Μονάδα μέτρησης: F (φάραντ, farad, C/V) Ένας πυκνωτής χαρακτηρίζεται από την χωρητικότητα του (capacitance) Το φορτίο ενός πυκνωτή δίνεται από τη σχέση: Εάν παραγωγήσουμε αυτή τη σχέση, τότε: Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται ως φίλτρα συνεχούς έντασης, ως εκκινητές μοτέρ, ή ως ανυψωτές τάσεως σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

Πώς δουλεύει ο πυκνωτής…

Κόμβοι, κλάδοι και βρόχοι Κόμβος το σημείο όπου 2 ή περισσότερα στοιχεία ενός κυκλώματος ενώνονται. Κλάδος το τμήμα (μονοπάτι) που ενώνει 2 κόμβους. Βρόχος σχηματίζεται ακολουθώντας ένα κλειστό μονοπάτι σε ένα κύκλωμα χωρίς πέρασμα από ενδιάμεσο κόμβο περισσότερο από μία φορά.

Οι νόμοι του Κίρκοφ για ηλεκτρικά κυκλώματα Ο νόμος του Κίρκοφ για το ρεύμα (Kirchhoff’s Current Law - KCL): – Το αλγεβρικό άθροισμα όλων των ρευμάτων που μπαίνουν σε οποιοδήποτε κόμβο ισούται με μηδέν. Ο νόμος του Κίρκοφ για την ηλεκτρική τάση (Kirchhoff’s Voltage Law - KVL): – Το αλγεβρικό άθροισμα όλων των τάσεων σε οποιοδήποτε βρόχο ισούται με μηδέν.

KCL KVL

Άσκηση 1

Άσκηση 2