Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

WdWI 2013 PŁ1 Wstęp do współczesnej inżynierii Elektrotechnika 2013.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "WdWI 2013 PŁ1 Wstęp do współczesnej inżynierii Elektrotechnika 2013."— Zapis prezentacji:

1 WdWI 2013 PŁ1 Wstęp do współczesnej inżynierii Elektrotechnika 2013

2 WdWI 2013 PŁ2 Kontakt: Dr inż. Marek OssowskiDr inż. Marek Ossowski Zakład Układów i Systemów NieliniowychZakład Układów i Systemów Nieliniowych Al.Politechniki 11 pok.14 IpAl.Politechniki 11 pok.14 Ip Tel.(42) Tel.(42) Tel tylko w sprawach niezwykle ważnych!!!!Tel tylko w sprawach niezwykle ważnych!!!!

3 WdWI 2013 PŁ3 Program wykładów WprowadzenieWprowadzenie –Inżynieria? –Próba definicji elektrotechniki –Przegląd historyczny –Elektrotechnika i społeczeństwo Podstawowe prawa elektrotechnikiPodstawowe prawa elektrotechniki co należy wiedzieć aby próbować zrozumieć współczesną technikę Ładunek i pole elektryczne, prąd elektryczny, pole magnetyczne i indukcja.....) (Ładunek i pole elektryczne, prąd elektryczny, pole magnetyczne i indukcja.....)

4 WdWI 2013 PŁ4 Program wykładów (cd) EnergetykaEnergetyka –Sposoby wytwarzania i przesyłania energii elektrycznej –Niekonwencjonalne rozwiązania –Problemy z magazynowaniem energii Transport – współczesność i perspektywyTransport – współczesność i perspektywy –Projekt KDP Przegląd wybranych dokonań współczesnej inżynierii ze szczególnym uwzględnieniem wynalazków elektrotechnicznychPrzegląd wybranych dokonań współczesnej inżynierii ze szczególnym uwzględnieniem wynalazków elektrotechnicznych

5 WdWI 2013 PŁ5 Warunki zaliczenia przedmiotu: a) pozytywny wynik testu zaliczeniowego (10pkt.) sumarycznie >24pkt b) obecność na wykładach (nieobecność = - 1pkt) *nieobowiązkowa prezentacja Wybrany problem wpółczesnej elektrotechniki – możliwość zaliczenia nieobecności nieusprawiedliwionych

6 WdWI 2013 PŁ6 Literatura Teoria Pola cz.I – A.Kuczyński Wykłady z Fizyki, t.2 cz.1 – Feyman Encyklopedia TECHNIKI, Świat Książki Internet Studium projektowe CTS CETRANS

7 WdWI 2013 PŁ7 Wykład 1i2 Inżynieria i elektrotechnika – podstawowe pojęciaInżynieria i elektrotechnika – podstawowe pojęcia Rys historycznyRys historyczny –Naukowcy i wynalazcy –Zastosowania wiedzy elektrotechnicznej Polacy w elektrotechnicePolacy w elektrotechnice Wielkości fizyczne i jednostki stosowane w elektrotechniceWielkości fizyczne i jednostki stosowane w elektrotechnice

8 WdWI 2013 PŁ8 Rodzaje sił w przyrodzieRodzaje sił w przyrodzie Co to jest pole elektromagnetyczneCo to jest pole elektromagnetyczne Podstawy pola elektrostatycznegoPodstawy pola elektrostatycznego –Ładunek elektryczny –Prawo Coulomba –Wzór Lorentza –Natężenie pola elektrycznego –Linie sił pola

9 WdWI 2013 PŁ9 –Zjawisko polaryzacji. Indukcja –Strumień indukcji –Prawo Gaussa Pole magnetostatycznePole magnetostatyczne –Natężenie i indukcja –Siła Lorentza –Prawo Biota-Savarta –Strumień magnetyczny –Napięcie magnetyczne. Prawo przepływu Zjawisko indukcji elektromagnetycznejZjawisko indukcji elektromagnetycznej –Indukcja własna i wzajemna

10 WdWI 2013 PŁ10 Inżynieria ??? działalność polegająca na –projektowaniu, –konstrukcji, –modyfikacji –i utrzymaniu technologii efektywnych kosztowo rozwiązań dla praktycznych problemów, z wykorzystaniem wiedzy naukowej oraz technicznej. Wymaga ona rozwiązywania problemów różnej natury oraz skali, zajmuje się też rozwojem technologii. INACZEJ: inżynieria to używanie właściwości materii, energii oraz obiektów abstrakcyjnych dla tworzenia konstrukcji, maszyn i produktów, przeznaczonych do wykonywania określonych funkcji lub rozwiązania określonego problemu.

11 WdWI 2013 PŁ11 Inżynier ??? osoba wykorzystująca – wyobraźnię –doświadczenie, –umiejętność oceny –rozumowanie, –własną wiedzę do projektowania, tworzenia, eksploatacji i usprawnienia użytecznych maszyn oraz procesów. INŻYNIER = WIEDZA + UMIEJĘTNOŚCI + DOŚWIADCZENIE

12 WdWI 2013 PŁ12 Skąd te słowa? ETYMOLOGIA "inżynieria" i "inżynier" pochodzą od francuskich słów ingénieur oraz ingénierie engigneor –od starofrancuskiego terminu engigneor oznaczającego konstruktora machin wojennych. engineeringengineerangielskie słowa engineering oraz engineer wywodzą się od łacińskiego terminu ingeniosus oznaczającego osobę wyszkoloną –engine (maszyna) nie jest tu wzorcem!!!!!

13 WdWI 2013 PŁ13 Rozwój inżynierii Historia pojęcia "inżynieria" sięga starożytności, kiedy ludzkość dokonała takich wynalazków jak koło, dźwignia czy bloczek. –"inżynier" oznaczał tu osobę dokonującą praktycznych i użytecznych odkryć. Przykłady dokonań starożytnej inżynierii –Akropol i Partenon w Grecji, –Via Appia i Koloseum w Rzymie, –Wiszące Ogrody – piramidy w Gizie.

14 WdWI 2013 PŁ14 Cd historii inżynierii Najstarszy znany z imienia inżynier ImhotepDżesera – Imhotep, jeden z urzędników faraona Dżesera, projektant i budowniczym Piramidy schodkowej w latach ok – 2611 p.n.e. Prawdopodobnie był on pierwszym, który użył kolumn w architekturze. inżyniera elektrykaZa pierwszego inżyniera elektryka uważa się elektryczność –Williama Gilberta, który w roku 1600 w publikacji De Magnete użył jako pierwszy terminu elektryczność.

15 WdWI 2013 PŁ15 Cd historii inżynierii W XIX termin ten zaczął być stosowany w sposób bardziej wąski, do dziedzin, w których używano nauk przyrodniczych i matematyki zawód inżynier Inżynieria elektrycznaInżynieria elektryczna ma swoje źródło w eksperymentach z początków XIX w. dokonywanych przez Alessandro Volty. Wynalazki Thomasa Savery'ego i Jamesa Watta doprowadziły do powstania w Wielkiej Brytanii współczesnej inżynierii mechanicznej.

16 WdWI 2013 PŁ16 inżynierii mechanicznej Początki inżynierii mechanicznej sięgają starożytności, kiedy to konstruowano wiele maszyn do użytku cywilnego i wojskowego. Spektakularne przykłady: – Mechanizm z Antykithiry, maszyna o stopniu złożoności niespotykanym aż do XIV w.Mechanizm z Antykithiry –śruba Archimedesa, przenośnik śrubowyśruba Archimedesa

17 WdWI 2013 PŁ17 cd historii inżynierii Inżynieria procesowa źródło w czasach rewolucji przemysłowej, wymuszona przez zapotrzebowanie na nowe materiały i nowe procesy wytwarzania konieczne do produkcji na skalę przemysłową. inżynieria chemicznainżynieria chemiczna zaprojektowanie i eksploatacja fabryk zajmujących się tą produkcją.

18 WdWI 2013 PŁ18 Metodologia Istnieją rozwiązania dla konkretnych dziedzin techniki, opracowania tworzone przez poszczególne firmy Brak uniwersalnej metodologii inżynieryjnej, niezależnej od specyfiki dziedzin inżynierii i używanych instrumentów! –inżynieria systemów, –inżynieria wiedzy (i meta-wiedzy)

19 WdWI 2013 PŁ19 TEORIA SYSTEMÓW (ogólna teoria systemów) Głównym paradygmatem teorii systemów jest holistyczne (całościowe) traktowanie rzeczywistości. –Teoria systemów od samego początki istnienia wykorzystywała i włączała w swoje ramy koncepcje istniejące w innych naukach, w tym również humanistycznych. –Teoria systemów jest zasobem wiedzy uzyskanej w wyniku badań systemowych w dającym się zaobserwować świecie. INŻYNIERIA SYSTEMÓW – –INTERDYSCYPLINARNA INŻYNIERIA UKIERUNKOWANA NA ROZWIĄZYWANIU ZŁOŻO- NYCH PROBLEMÓW PROJEKTOWANIA I ZARZĄDZANIA.

20 WdWI 2013 PŁ20 AKSJOMATY SYSTEMOWE 1. Aksjomat synergii: system przejawia cechę synergiiAksjomat synergii 2. Aksjomat kontekstu: na każdy system oddziałuje jego otoczenie.Aksjomat kontekstu 3. Aksjomat równoważności systemów: różne systemy mogą pro-wadzić do tego samego celu.Aksjomat równoważności systemów 4. Aksjomat różnorodności Ashbyego – każda różnorodność może być zrównoważona tylko przez inną różnorodność.Aksjomat różnorodności Ashbyego 5. Aksjomat sprawności systemu: sprawność systemu pod wzglę-dem kryterium K zależy od sprawności jego najsłabszego elemen-tu pod względem tegoż kryterium K.Aksjomat sprawności systemu

21 WdWI 2013 PŁ21 MECHATRONIKA PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE SYSTEMOWEGO WIDZENIA RZECZYWISTOŚCI MECHATRONIKA –dział inżynierii systemów. –synergiczna agregacja inżynierii mechanicznej, elektrycznej, elektronicznej i informacyjnej.

22 WdWI 2013 PŁ22 Lekcja natury Wymiary i perspektywy poznawcze mechatroniki jako części inżynierii systemów

23 WdWI 2013 PŁ23 Ewolucja mechatroniki z techniki mechanicznej Elektrotechnika

24 WdWI 2013 PŁ24 Podstawy metodologii zrozumienie –celu zadania (problemu), –wymagań i ograniczeń dotyczących oczekiwanego rozwiązania lub produktu. jakość produktu dostępność surowców, energochłonnością rozwiązania, ograniczenia technicznymi lub fizycznymi łatwość produkcji, wdrożenia i serwisowania. możliwość modyfikacji istniejących rozwiązań KOSZTY!!!!

25 WdWI 2013 PŁ25 Jak rozwiązywać problemy? Inżynierowie rozwiązują problemy konieczne do rozwiązania, ale zwykle nie określone na początku zbyt jednoznacznie, –zwykle możliwych jest kilka rozwiązań. –inżynierowie muszą oceniać wiele możliwości pod kątem ich przydatności, bezpieczeństwa i ekonomii i wybierać rozwiązania najlepiej spełniające założone wymagania wyjściowe. Stworzenie odpowiedniego modelu matematycznego jest zwykle niezbędnym narzędziem inżyniera, pozwalającym analizować i testować potencjalne rozwiązania.modelu matematycznego Genrich Altshuller postawił, tezę, iż –na "niskim poziomie" rozwiązania inżynierskie są oparte na kompromisach, –na "wyższym poziomie" praca inżyniera prowadzi do wybrania jako najlepszego takiego rozwiązania, które eliminuje główną trudność problemu. Mimo stosowania różnych matematycznych algorytmów optymalizacji, inżynieria zadowala się zwykle rozwiązaniami wystarczającymi.matematycznych algorytmów optymalizacji

26 WdWI 2013 PŁ26 Zasady rozwiązywania problemów inżynierskich – cechy rozwiązania bezpieczeństwo funkcjonalność niezawodność i trwałość sprawność prawidłowość doboru materiałów dobór właściwej technologii lekkość (to o konstrukcji), ergonomiczność łatwość eksploatacji i napraw niskie koszty eksploatacji zgodność z obowiązującymi normami i przepisami łatwość likwidacji inne zasady i wymagania.

27 WdWI 2013 PŁ27 Aksjomat synergii Synergia – efekt współdziałania dwóch lub więcej czynników (elementów składowych, części itp.) w jakimś procesie lub układzie. Przykładem efektu synergii jest praca zespołowa: w odróżnieniu od pracy grupowej, zespół wspólnie pracuje nad pewnym zagadnieniem, dążąc do wspólnego rezultatu, natomiast członkowie grupy pracują równolegle (współbieżnie), ale każdy ma swój cel i zadanie. Całość, czyli system, nie jest prostą sumą części: nabiera właściwości, jakich nie mają jej po-szczególne części. Synergizm jest uważany za uniwersalne prawo przyrody.

28 WdWI 2013 PŁ28 Aksjomat kontekstu Każdy system jest wyselekcjonowaną częścią rzeczywistości. –Zrozumienie systemu nie może ograniczać się wyłącznie do niego samego – do jego elementów składowych i relacji między nimi. Otaczająca nas rzeczywistość jest ciągła każdy system musi być traktowany jako element pewnej szerszej całości. W takim razie każdy system musi być podporządkowany owej szerszej całości, czyli podlegać określonym oddziaływaniom innych elementów, które – w razie traktowania go jako samodzielnej całości – stanowią jego otoczenie.

29 WdWI 2013 PŁ29 Aksjomat równoważności systemów systemy mogą być równoważne pod względem osiąganych rezultatów (celów, funkcji, właściwości). Każdy z nich może jednak charakteryzować się inną miarą skuteczności i efektywności oraz innymi kosztami budowy i funkcjonowania.

30 WdWI 2013 PŁ30 Aksjomat różnorodności Ashbyego Stopień różnorodności i elastyczności elementów systemu zależy od różnorodności i zmienności wejść do systemu. Miarą trwałości systemu staje się wystarczający stopień różnorodności elementów składowych systemu oraz ich elastyczności w konfrontacji z otoczeniem. Elastyczność każdego elementu wchodzącego w skład systemu musi być zbilansowana i skorelowana z elastycznością wszystkich pozostałych elementów: system musi być zbilansowany, aby żaden z elementów nie stał się wąskim gardłem systemu pod względem jego funkcjonalności. elastycznośćZ kolei nadmierna elastyczność któregoś z jednostkowych elementów staje się jedynie przyczyną wzrostu kosztów funkcjonowania systemu: wprowadzenie i utrzymanie elastyczności kosztuje zarówno podczas konstruowania systemu oraz podczas jego funkcjonowania.

31 WdWI 2013 PŁ31 Aksjomat sprawności systemu sprawność systemu pod wzglę-dem kryterium K zależy od sprawności jego najsłabszego elementu pod względem tegoż kryterium K. Kryterium K może oznaczać –niezawodność systemu, –jego dynamikę, –odporność na zakłócenia ze strony otoczenia, –elastyczność, o której wspomina aksjomat Ashbyego, –siłę oddziaływania na otoczenie – i każdą inną cechę, jaką obserwator przypisuje danemu systemowi.

32 WdWI 2013 PŁ32 MODELOWANIE INŻYNIERSKIE Problem Model Rozwiązanie DWA MOŻLIWE PODEJŚCIA: 1. Problem ModelP RozwiązanieD(ModelP) ModelP – przybliżony model problemu 2. Problem ModelD RozwiązanieP(ModelD) ModelD – dokładny model problemu RozwiązanieP(ModelD) – rozwiązanie przybliżone modelu dokładnego

33 WdWI 2013 PŁ33 OGRANICZENIA MODELOWANIA: 1. Niedokładności modelowania. NIE MA MODELI IDEALNYCH !!!!! 2. Niewystarczające umiejętności zawodowe (wiedza, praktyka). 3. Niedokładności materiałowe. 4. Niedokładności wykonania elementów. 5. Niedokładności montażowe. 6. Niedokładności eksploatacyjne (nie przestrzeganie przepisów, procedur KATASTROFY).

34 WdWI 2013 PŁ34 Heurystyka w optymalizacji Niepotrzebna jest znajomość klasycznych metod optymalizacji – wystarczy skoncentrować się na formułowaniu funkcji celu. Metody koncentrują się na poszukiwaniu optimów globalnych. Możliwość zastosowania do szerokiej klasy zadań optymalizacji (budowa maszyn, eksploatacja, zarządzanie, sterowanie itp.). Możliwość rozpoczynania procedury z różnych punktów startowych. Otrzymywanie kilku rozwiązań uruchomienie procedury decyzyjnej

35 WdWI 2013 PŁ35 Mechanizm z Antykithiry starożytny mechaniczny przyrząd, zaprojektowany do obliczania pozycji ciał niebieskich. odkryty we wraku obok greckiej wyspy Antykithiry (Antikythera), pomiędzy Kíthirą i Kretą, datowany na lata p.n.e. do czasu XVIII-wiecznych zegarów nie jest znany żaden mechanizm o podobnym stopniu złożoności.

36 WdWI 2013 PŁ36 Śruba Archimedesa podajnik zbudowany ze śruby umieszczonej wewnątrz rury ustawionej skośnie do poziomu. W czasie pracy dolny koniec śruby zanurzony jest w wodzie, a obrót śruby wymusza jej ruch do góry.

37 WdWI 2013 PŁ37 ELEKTROTECHNIKA: Dział nauki o elektryczności obejmujący rozległy krąg zjawisk fizycznych wraz z ich zastosowaniami Obejmuje analizę zjawisk fizycznych występujących w obwodach elektrycznych i magnetycznych oraz w polu elektromagnetycznym w zakresie ich zastosowań technicznych

38 WdWI 2013 PŁ38 WYBRANE DZIEDZINY ELEKTROTECHNIKI : aparatyaparaty elektryczne, urządzeniaurządzenia elektryczne, instalacjeinstalacje elektryczne, zabezpieczeniazabezpieczenia elektryczne, maszynymaszyny elektryczne, miernictwomiernictwo elektryczne, automatyka,automatyka, robotyka,robotyka, mechatronika,mechatronika, technikatechnika świetlna, elektrotermia.elektrotermia.

39 WdWI 2013 PŁ39 Zagadnienia dotyczące elektryczności są działami fizyki oraz techniki:W obrębie fizyki: ElektrostatykaElektrostatyka - zajmuje się oddziaływaniem pomiędzy nieruchomymi ładunkami elektrycznymi; ElektrodynamikaElektrodynamika - obejmuje oddziaływania pomiędzy ruchomymi ładunkami, a w szczególności –elektromagnetyzm –prąd –prąd elektryczny MagnetyzmMagnetyzm - powstawanie oraz oddziaływanie pola magnetycznego na otoczenie.

40 WdWI 2013 PŁ40 W obrębie techniki: ElektrotechnikaElektrotechnika –Elektroenergetyka –Energoelektronika ElektronikaElektronika –Technika –Technika świetlna –Elektrotechnologie MechatronikaMechatronika

41 WdWI 2013 PŁ41 Organizacja Wydziału Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Instytut Systemów Inżynierii ElektrycznejInstytut Systemów Inżynierii Elektrycznej Instytut AutomatykiInstytut Automatyki Instytut Mechatroniki i Systemów InformatycznychInstytut Mechatroniki i Systemów Informatycznych Instytut ElektroenergetykiInstytut Elektroenergetyki Instytut ElektronikiInstytut Elektroniki Katedra Aparatów ElektrycznychKatedra Aparatów Elektrycznych Katedra Elektrotechniki Ogólnej i PrzekładnikówKatedra Elektrotechniki Ogólnej i Przekładników Katedra Informatyki StosowanejKatedra Informatyki Stosowanej Katedra Mikroelektroniki i Technik InformatycznychKatedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i OptoelektronicznychKatedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych

42 WdWI 2013 PŁ42 VI wiek p.n.e VI VI w pne Grecja, właściwości rudy żelazna Fe 3 O 4 przyciągania przedmiotów żelaznych przyciąganie przyciąganie lekkich przedmiotów przez potarty bursztyn Tales Tales z Miletu opis zjawiska

43 WdWI 2013 PŁ43 Wiliam Gilbert r O magnesie, ciałach magnetycznych i o wielkim magnesie ziemskim: Dowiódł, że przyczyną orientacji igły magnesu jest magnetyzm ziemski Odkrył indukcję magnetyczną Niestety nie zauważył związku zjawisk elektrycznych z magnetycznymi Wprowadził nazwę elektryczność (elektron=bursztyn)

44 WdWI 2013 PŁ44 Butelka lejdejska Pieter Pieter VAN MUSSCHEN-BROEK (1746) Naukowiec z kamienia pomorskiego KLEIST (1745) próba naelektryzowania gwoździa (skóra ręki-warstwa wilgoci wewnątrz kolby=pierwszy opisany kondensator) Arka przymierza 1749 Watson naczynie oklejone folią cynkową

45 WdWI 2013 PŁ45 Butelka lejdejska Naczynie ze szkła wypełnione wodą i zatkane korkiem który był przebity na wylot miedzianym drutem. Butelkę można było naładować elektrycznie stykając pręt z naładowanym ciałem. Poprzez drut i wodę prąd dostawał się do środka naczynia i ładował dodatnio lub ujemnie jego wewnętrzne ścianki. Pojemność elektryczną można zwiększyć pokrywając szkło od zewnątrz i wewnątrz folią przewodzącą prąd, oraz przedłużając drut tak, aby zetknął się z zewnętrzną warstwą folii.szkłamiedzianym SKOK W teraźniejszość

46 WdWI 2013 PŁ46 Teoria zjawisk elektrycznych Benjamin Benjamin Franklin ( ) ( ) człowiek renesansu Uniwersalna Uniwersalna materia elektryczna Pojęcie Pojęcie ciał naładowanych (dodatnio: nadmiar materii elektrycznej; ujemnie niedomiar) Elektryczna Elektryczna natura błyskawicy (1750) Wynalazca Wynalazca piorunochronu (Dalibard z Francji chyba był pierwszy)

47 WdWI 2013 PŁ47 Pierwsze eksperymenty Charles August Coulomb (F)

48 WdWI 2013 PŁ48 Pierwsze eksperymenty Charles August Coulomb (F) Wyznaczył eksperymentalnie siłe oddziaływania na siebie ładunków Wyznaczył eksperymentalnie siłe oddziaływania na siebie ładunków Waga skrętna Waga skrętna Ładunek punktowy definicja (wymiary wielokrotnie mniejsze od odległości naładowanych ciał) Ładunek punktowy definicja (wymiary wielokrotnie mniejsze od odległości naładowanych ciał)

49 WdWI 2013 PŁ49 Określenie siłę wzajemnego oddziaływania dwóch naładowanych kul Określenie siłę wzajemnego oddziaływania dwóch naładowanych kul Zetknął trzecią nienaładowaną kulę z jedną z badanych (prawo zachowania ładunku) zmniejszając jej ładunek o połowę Zetknął trzecią nienaładowaną kulę z jedną z badanych (prawo zachowania ładunku) zmniejszając jej ładunek o połowę Zmieniając odległości 2,3,4 krotnie uzyskał 4,9,16 krotne zmniejszenie siły oddziaływania Zmieniając odległości 2,3,4 krotnie uzyskał 4,9,16 krotne zmniejszenie siły oddziaływania

50 WdWI 2013 PŁ50 Coulomb sformułował analogiczne prawo ujmujące w zależności ilościowe oddziaływanie na siebie mas magnetycznych Coulomb sformułował analogiczne prawo ujmujące w zależności ilościowe oddziaływanie na siebie mas magnetycznych Dokonał przełomu otwierając okres ilościowego określania wielkości elektrycznych Dokonał przełomu otwierając okres ilościowego określania wielkości elektrycznych

51 WdWI 2013 PŁ51 Narodziny elektrotechniki 1786 Luigi Galvani włoski lekarz eksperymentujący z żabimi udkami (fałszywe przekonanie o odkryciu elektryczności zwierzęcej) Luigi Galvani włoski lekarz eksperymentujący z żabimi udkami (fałszywe przekonanie o odkryciu elektryczności zwierzęcej) Aleksander Volta (ur w Como): Aleksander Volta (ur w Como): Prąd elektryczny pobudzający mięsień żaby powstaje na skutek różnicy potencjałów pomiędzy dwoma metalami ( w doświadczeniu Galvaniego: miedź i żelazo) zanurzonymi w elektrolicie (tkanka mięśniowa)

52 WdWI 2013 PŁ52 Ogniwo Volty Stos srebrnych i cynowych krążków przedzielonych zwilżonymi kawałkami sukna lub papieru pozwalający na uzyskanie ciągłego prądu elektrycznego

53 WdWI 2013 PŁ53 Demonstracja ogniwa i zaszczyty Prezentacja wynalazku w listopadzie 1801 r Pamiątkowy medal od Napoleona Tytuł hrabiego i nominacja na senatora Mariaż polityki z nauką

54 WdWI 2013 PŁ54 Hans Christian Oersted (ur.1777) Zauważył, że igła magnetyczna umieszczona równolegle do przewodu odchyla się, gdy przez przewód płynie prąd Przyczynił się do wynalezienia elektromagnesu i telegrafu

55 WdWI 2013 PŁ55 Andre Maria Ampere (ur.1775) Kontynuator prac Oersteda Wzajemne oddziaływanie przewodników z prądem zjawiska elektrodynamiczneWzajemne oddziaływanie przewodników z prądem zjawiska elektrodynamiczne Prekursor miernika prądu elektrycznego

56 WdWI 2013 PŁ56 Georg Simon Ohm Matematyczne ujęcie obwodu elektrycznego (1827) Matematyczne ujęcie obwodu elektrycznego (1827) Protesty innych naukowców pozbawienie stanoiska wykładowcy w Kolonii Protesty innych naukowców pozbawienie stanoiska wykładowcy w Kolonii Rehabilitacja po sześciu latach (dzięki Karolowi Gaussowi i Wilhelmowi Weberowi) Rehabilitacja po sześciu latach (dzięki Karolowi Gaussowi i Wilhelmowi Weberowi)

57 WdWI 2013 PŁ57 Michael Faraday Zjawisko Zjawisko Zjawisko indukcji elektromagnetycznej (1831) Model Model maszyny elektrycznej Odkrycie Odkrycie praw elektrolizy Koncepcja Koncepcja pól elektrycznych i magnetycznych Exegi Exegi monumentum aere perennius

58 WdWI 2013 PŁ58 James Clerk Maxwell Edynburg 1831, wychowany w dobrach swego ojca w Glenlair (Szkocja) Uniwersytet w Edynburgu (w wieku 16 lat) 1855 O Faradayowskich liniach sił 1856 profesor fizyki teoretycznej w Aberdeen Profesor Kings College 1871 profesor fizyki doświadczalnej w Cambridge

59 WdWI 2013 PŁ59 James Clerk Maxwell dokonania: 1873: Traktat o elektryczności i magnetyzmie teoria fal elektromagnetycznych (doświadczalnie potwierdzona przez Hertza ) początek radiotechniki Opisanie i uogólnienie wszystkich znanych dotąd zjawisk elektromagnetycznych.

60 WdWI 2013 PŁ60 Równania Maxwella: 1863

61 WdWI 2013 PŁ61 Fale elektromagnetyczne

62 WdWI 2013 PŁ62 Fale elektromagnetyczne

63 WdWI 2013 PŁ63

64 WdWI 2013 PŁ64 Inne znane i ważne postacie: James Joule James Joule (GB) prawo dotyczące wydzielania ciepła podczas przepływu prądu Heinrich Emil Lenz Heinrich Emil Lenz (D) zasady elektrodynamiki Herman Helmholtz Herman Helmholtz (D) prawo zachowania energii, uzupełnienie teorii Maxwella, teoria elektrolizy Gustaw Kirchhoff Gustaw Kirchhoff (D) twórca teorii obwodów elektrycznych Hendrik Lorentz Hendrik Lorentz (NL) podstawy elektromagnetycznej teorii światła Hendrik Lorentz Hendrik Lorentz

65 WdWI 2013 PŁ65 Wybrane zastosowania elektryczności: Silnik elektryczny Silnik elektryczny Faraday Samowzbudne maszyny elektryczne Samowzbudne maszyny elektryczne Werner Siemens Prądy trójfazowe Prądy trójfazowe Doliwo-Dobrowolski Silnik indukcyjny dwufazowy Silnik indukcyjny dwufazowy N.Tesla Ogniwa i akumulatory Ogniwa i akumulatory Volta, Kirchhoff, Bunsen AKUMULATOR AKUMULATOR Gaston Plante (ołowiany 1860), Tomasz Edison (zasadowy) Oświetlenie Oświetlenie Lampa łukowa Paweł Mikołajewicz

66 WdWI 2013 PŁ66 Wybrane zastosowania elektryczności: Żarówka Żarówka 1879 Tomasz Edison Przesyłanie energii na odległość Przesyłanie energii na odległość Marcel Deprez, Oskar Miller 1882 (57km, 1.1kW, 1.52kV) 1891 Michał Doliwo-Dobrowolski, O.Miller (175km 150kW, 14kV Laufen-Frankfurt) Telekomunikacja Telekomunikacja Telegraf Paweł Szyling Klucz telegraficzny Samuel Morse, Joseph Henry

67 WdWI 2013 PŁ TELEGRAF Samuel E.B. Morse wykorzystuje odkryte w 1820 Przez Ch.Oersteda właściwości elektromagnetyzmu

68 WdWI 2013 PŁ68 Wybrane zastosowania elektryczności: Telekomunikacja (cd) Kabel telegraficzny Ernst Werner Siemens Telefon Graham Bell(1876), Philip Reiss Radio Aleksander Popow 1895 Gulielmo Marconi 1896 Światłowód (Tyndall 1870, Wheeler 1880) Światłowód (Tyndall 1870, Wheeler 1880) Laser Laser

69 WdWI 2013 PŁ Telefon Graham Bell ( ) Patent z 1876 roku

70 WdWI 2013 PŁ70 Radio 1865 Konstruktor pierwszego radia G.Marconi

71 WdWI 2013 PŁ71 Trochę o koncepcji światłowodu

72 WdWI 2013 PŁ72 Rys.5 Doświadczenie Johna Tyndalla 1870

73 WdWI 2013 PŁ

74 WdWI 2013 PŁ74 Propagacja promieni świetlnych wzdłuż światłowodu

75 WdWI 2013 PŁ75 ŚWIATŁOWÓD –POJĘCIA PODSTAWOWE ŚWIATŁOWÓD jest (na ogół) cylindrycznym falowodem dielektrycznym wykonanym z niskostratnego materiału (np. szkła kwarcowego)

76 WdWI 2013 PŁ76 Dygresja : światło laserowe LIGT AMPLIFICATION BY THE SIMULATED EMISSION OF RADIATION ŚWIATŁA WZMACNIANIE WYMUSZONĄ EMISJĄ PROMIENIOWANIA

77 WdWI 2013 PŁ77 Rozkład elektronów w powłokach atomu sodu Dostarczenie energii może przesunąć elektron na wyższy poziom=> stan wzbudzenia Atom w takim stanie dąży do minimalizacji energii: emituje energię i wraca do STANU PODSTAWOWEGO Ta wyemitowana energia to może być FOTON światła

78 WdWI 2013 PŁ78 Emisja wymuszona Ta sama energia, długość fali, kierunek ruchu, faza i polaryzacja Z zasady nieoznaczoności Heisenberga: Czas życia stanu wzbudzonego

79 WdWI 2013 PŁ79 Cząstka o dwóch poziomach energetycznych. Kiedy dominuje emisja wymuszona? Warunek dominacji emisji wymuszonej:

80 WdWI 2013 PŁ80 Wzmocnienie uzyskamy jeśli doprowadzimy do tzw. inwersji obsadzeń

81 WdWI 2013 PŁ81 Dioda laserowa

82 WdWI 2013 PŁ82 Laser He-Ne Nastawa precyzyjna luster Zwierciado Brewstera Stabilne kovarove pytki lustra Zwierciado o wys. wsp odbicia. Zbiornik gazu Strumień wyjściowy Osłona aluminiowa Katoda Mieszanka gazowa Anoda Zasilanie prądowo sterowane Osłona luster Soczewka kolimacyjna Izolacja antywstrząs owa

83 WdWI 2013 PŁ83 Polacy w historii elektrotechniki: Michał Doliwo-Dobrowolski energetyka, prądy trójfazowe Kazimierz Drewnowski działacz NOTU, elektryfikacja kraju, technika wysokich napięć Ignacy Mościcki technologia produkcji kondensatorów Wiktor Biernacki omal nie wynalazł radia Julian Ochorowicz człowiek renesansu (przesyłanie obrazów, mikrofon, właściwości elektryczne organizmu) Napoleon Nikodem Cybulski (fizjolog, twórca elektroencefalografii)

84 WdWI 2013 PŁ84 Józef Herman Osiński, w zakonie Kazimierz ( ) Pierwszy elektryk polski, pionier techniki odgromowej, pedagog, autor i tłumacz dzieł z zakresu fizyki, chemii, i metalurgii, pionier fizjologii roślin w Polsce. W roku 1784 wydał pierwszą książkę z elektrotechniki w Polsce " Sposób ubezpieczający życie i majątki od piorunów". Otrzymał za nią złoty medal od króla Stanisława Augusta. Dawał w niej wskazówki jak należy konstruować i zakładać piorunochrony oraz przedstawiał poradnik ratowania osób porażonych piorunami.

85 WdWI 2013 PŁ85 Michał Doliwo-Dobrowolski( ) Pionier techniki prądu trójfazowego Autor pierwszej prądnicy prądu zmiennego 3-fazowego z wirującym polem magnetycznym. Uzyskał kilka patentów na transformatory trójfazowe, przyrządy pomiarowe (np. fazomierz) i Pracował nad generatorami dużej mocy dla hydroelektrowni Opracował założenia techniczne pierwszej na świecie trójfazowej elektrowni wodnej na Renie w Rheinfelden, zbudowanej w 1895r.

86 WdWI 2013 PŁ86 Kazimierz Drewnowski ( ) Pierwszy mianowany w Polsce profesor elektrotechniki, mianowany w r.ak. 1915/16 w Politechnice Warszawskiej. Twórca szkół: –miernictwa elektrycznego, –techniki wysokich napięć –materiałów elektrotechnicznych. Jego prace dotyczyły badania rozkładów napięcia w układach izolacyjnych i metod pomiarów wysokiego napięcia. Twórca metoda kompensacyjnego pomiaru rozkładu pola elektrycznego,

87 WdWI 2013 PŁ87 Ignacy Mościcki ( ) - prezydent RP (VI IX 1939) inżynier chemik, profesor elektrochemii, wynalazca wielkie zasługi w dziedzinie elektrotechniki (technika wysokich napięć i ochrona przepięciowa)wielkie zasługi w dziedzinie elektrotechniki (technika wysokich napięć i ochrona przepięciowa) odkrył wyładowania powierzchniowe i opublikował prace z dziedziny wytrzymałości dielektryków na przebicie. opracowywał technologie chemiczne (kwas azotowy, nawozy sztuczne i rafinacja ropy naftowej) projektował fabryki chemiczne. opracował wysokonapięciowe kondensatory produkowane we Fryburgu przez ok. 20 lat pod nazwą kondensatorów Mościckiego.

88 WdWI 2013 PŁ88 Napoleon Nikodem Cybulski ( ) Twórca encefalografii. Badał zjawiska elektryczne w mięśniach, nerwach i korze mózgowej. Wyniki badań tych zjawisk stworzyły podłoże, na którym powstała współczesna encefalografia. Autor wielu prac z zakresu fizjologii fizykalnej, np.: - –studia nad szybkością krążenia krwi przy pomocy foto- chemo-tachometru (przyrządu własnego pomysłu), - – zjawiska elektryczne w mięśniach, nerwach i w korze mózgowej (ostatnie wspólnie z Beckiem), –zastosowanie kondensatora przy badaniu pobudliwości nerwów i mięśni, - –badanie ciepłoty z pomocą mikrokalorymetru własnego pomysłu itd.

89 WdWI 2013 PŁ89 Julian Ochorowicz ( ) Pierwszy Polak zajmujący się przesyłaniem obrazów na odległość. Filozof, lekarz, psycholog, literat, wynalazca. Zasada szeregowego analizowania i odtwarzania obrazów podana przez niego jest wykorzystywana we współczesnej TV. Pionier w dziedzinie telefonii wynalazca mikrofonów telefonu głośno-mówiącego. Eksperymentował w dziedzinie elektryczności i elektromagnetyzmu oraz badał zjawiska z zakresu parapsychologii, a zwłaszcza hipnotyzmu i właściwości elektrycznych ciała ludzkiego.

90 WdWI 2013 PŁ90 Wiktor Biernacki ( ) pionier polskiej radiotechniki. organizuje pracowni fizycznej w szkole Wawelberga i Rotwanda. wyniki swoich badań publikuje, min. w: –"Badania wstępne nad oporem iskry", –"Promienie elektryczne", –"O zachowaniu przewodników wobec szybkich wahań magnetycznych". Jeden z pionierów radiologii w Polsce

91 WdWI 2013 PŁ91 Wielkości fizyczne i jednostki Wielkość fizyczna: cecha zjawiska fizycznego lub właściwość ciała, którą można zmierzyć. Przykłady: napięcie elektryczne 1[U]=1V admitancja (przewodność) 1[Y]=1S natężenie pola magnetycznego 1[B]=1H

92 WdWI 2013 PŁ92 Wielkości fizyczne i jednostki Układ wielkości fizycznych Zbiór wielkości fizycznych obejmujących wszystkie lub niektóre dziedziny fizyki WIELKOŚĆ PODSTAWOWA – umownie przyjęta za niezależną od pozostałych WIELKOŚĆ POCHODNA ->określana w zależności od wielkości podstawowych Jednostka miary wielkości fizycznej Wartość danej wielkości, której umownie przyporządkowuje się wartość liczbową równą jedności Wartość danej wielkości, której umownie przyporządkowuje się wartość liczbową równą jedności

93 WdWI 2013 PŁ93 Jednostki podstawowe układu SI Jednostki podstawowe Nr Wielkość Jednostka miary Definicja nazwa oznaczenie Prąd elektryczny amperA Jest to prąd elektryczny stały, który płynąc w dwóch równoległych prostoliniowych przewodach o przekroju kołowym znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości 1 m (metr) od siebie wywołałyby między tymi przewodami siłę 2*10 -7 N na każdy metr długości

94 WdWI 2013 PŁ94 Wielokrotności jednostek miar Przedrostek Oznaczenie Mnożnik eksaE petaP teraT gigaG 10 9 megaM 10 6 kilok 10 3 hektoh 10 2 dekada 10 1

95 WdWI 2013 PŁ95 Podwielokrotności jednostek miar Przedrostek Oznaczenie Mnożnik decyd centyc milim mikro nanon pikop femtof attoa

96 WdWI 2013 PŁ96 Rodzaje sił w przyrodzie (1) A.Grawitacyjne A.Grawitacyjne działające na wszystkie obiekty posiadające masę B.Elektromagnetyczne B.Elektromagnetyczne między cząstkami niosącymi ładunek elektryczny C.Jądrowe C.Jądrowe silne odpowiedzialne silne odpowiedzialne za spajanie jądra i nukleonów, działają tylko we wnętrzu i maleją szybko z odległością D.Jądrowe D.Jądrowe słabe słabe ujawniają się wobec cząstek bez ładunku (zwanych neutrinami)

97 WdWI 2013 PŁ97 Rodzaje sił w przyrodzie (2)Główne zadanie współczesnej fizyki: Opracowanie spójnej teorii ujmującej wszystkie rodzaje odziaływań występujących w przyrodzie. Zadanie współczesnej elektrotechniki teoretycznej: Teoria sił elektromagnetycznych odpowiedzialnych za istnienie atomów i wiązań międzyatomowych w cząsteczkach

98 WdWI 2013 PŁ98 Rodzaje sił w przyrodzie (3) Ogólna Ogólna równowaga skupisk cząsteczek dodatnich i ujemnych brak oddziaływania Zakłócenie Zakłócenie równowagi teoretyczna możliwość wyzwolenia sił ogromnych: Jeśli każda z osób stojących blisko siebie miałaby o 1% więcej ładunków ujemnych niż dodatnich to siła odpychania byłaby zdolna zrównoważyć ciężar Ziemi!!!!!!!

99 WdWI 2013 PŁ99 Rodzaje sił w przyrodzie (4) Mechanizmy utrzymujące atomy w całości: Efekty kwantowe – zasada nieoznaczoności (średni pęd tym większy im bardziej ograniczony obszar) Mechanizmy utrzymujące jądro atomu w całości: Jądrowe siły nieelektryczne o małym zasięgu (maleją szybciej niż 1/r 2 )

100 WdWI 2013 PŁ100 Rodzaje sił w przyrodzie (wniosek) Kombinacja Kombinacja sił elektrycznych i efektów kwantowo-mechanicznych określa szczegółową strukturę substancji materialnych i ich właściwości.

101 WdWI 2013 PŁ101 Budowa materii (1) Cząsteczka (molekuła) –Najmniejsza część danej substancji zdolna do samodzielnego istnienia i zachowująca cechy tej substancji Związek chemiczny jeśli składa się z kilku atomów różnych Pierwiastek atomy jednakowe Atom –Składa się z cząsteczek elementarnych stanowiących najmniejszą ilość pierwiastka zdolną do samodzielnego istnienia

102 WdWI 2013 PŁ102 Budowa materii (2) Teoria budowy atomu Niels Bohr Dookoła jądra złożonego z protonów i neutronów krążą elektrony (liczba elektronów równa liczbie protonów atom elektrycznie obojętny) Elektrony (cząsteczki ujemne) układają się w warstwy (powłoki) Od liczby elektronów w powłoce zewnętrznej zależy elektroprzewodnictwo

103 WdWI 2013 PŁ103 Uproszczony model poziomów energetycznych Elektrony otaczają jądro w ściśle określonych powłokach (poziomach energetycznych) Elektron aby zająć określoną powłokę musi posiadać odpowiednią energię, tym większą im dalsza to powłoka Powłokom odpowiadają skwantowane poziomy energetyczne (odległości między poziomami maleją ze wzrostem n)

104 WdWI 2013 PŁ104 Uproszczony model poziomów energetycznych. Liczba kwantowa. Każdy elektron posiadający energię większą od energii poziomów zwanych kontinuum to tzw. elektron swobodny Elektrony dążą do minimalizacji energii, czyli do obsadzania niższych poziomów energetycznych To dążenie ogranicza zasada PAULIEGO limitująca liczbę elektronów na danym poziomie: W ATOMIE NIE MOŻE BYĆ DWÓCH IDENTYCZNYCH ELEKTRONÓW (TZN. ELEKTRONÓW POSIADAJĄCYCH IDENTYCZNE KODY ZWANE LICZBAMI KWANTOWYMI)

105 WdWI 2013 PŁ105 3) m l =>magnetyczna liczba kwantowa (określa kierunek orbity) 4) m s => spinowa liczba kwantowa (kierunek ruchu, czy spin jest zgodny z ruchem wskazówek zegara) Maksymalna liczba elektronów 2n 2 ELEKTRONY I POZIOMY oznaczane są tzw. Liczbami kwantowymi: 1) n =>główna liczba kwantowa (poziom energetyczny) 2) l =>orbitalna liczba kwantowa (kształt orbity) POZIOMY ENERGETYCZNE ZAPEŁANIANE SĄ SEKWENCYJNIE (OD NAJNIŻSZEGO); NAJDALSZE MOGĄ NIE BYĆ ZAPEŁNIONE CAŁKOWICIE POZIOMY ENERGETYCZNE ZAPEŁANIANE SĄ SEKWENCYJNIE (OD NAJNIŻSZEGO); NAJDALSZE MOGĄ NIE BYĆ ZAPEŁNIONE CAŁKOWICIE

106 WdWI 2013 PŁ106 E Jądro atomowe Elektrony swobodne poruszają się w metalu ruchem bezładnym. ładunków prądem elektrycznym. Zjawisko fizyczne polegające na uporządkowanym ruchu ładunków elektrycznych przez dany przekrój poprzeczny ciała przewodzącego pod wpływem pola elektrycznego nazywamy prądem elektrycznym.

107 WdWI 2013 PŁ107 Prąd elektryczny Zjawisko fizyczne polegające na uporządkowanym ruchu ładunków Wielkość skalarna będąca ilorazem elementarnego ładunku przenoszonego przez dany przekrój poprzeczny w ciągu ciągu pewnego czasu elementarnego do tego czasu

108 WdWI 2013 PŁ108 Co to jest pole? Tam gdzie pojawiają się ładunki powstają wzajemne odziaływania między nimi pole elektryczne STAN PRZESTRZENI OKREŚLONY WIELKOŚCIAMI FIZYCZNYMIPOLE STAN PRZESTRZENI OKREŚLONY WIELKOŚCIAMI FIZYCZNYMI Rodzaje pól –Skalarne –Wektorowe –Wektorowo-skalarne

109 WdWI 2013 PŁ109 Poziomice Zbocza gór Obszary leśne Temperatura Kierunek wiatru Prędkość zmian

110 WdWI 2013 PŁ110 W danym punkcie przestrzeni pole opisane jest przez pewną funkcję: Pole może być płaskie lub przestrzenne. Stałe wartości pola są wyznaczone przez izopowierzchnie lub izolinie. Pole wektorowe scharakteryzowane jest przez wektor pola. Liniami pola wektorowego nazywamy linie wyznaczające kierunek pola. Wektor pola jest w każdym punkcie styczny do linii pola.

111 WdWI 2013 PŁ111 POLE ELEKTRYCZNEPOLE ELEKTRYCZNE wywołane przez ładunki elektryczne i charakteryzujące się tym, że na nieruchome ciała naładowane umieszczone w nim działa siła POLE ELEKTROSTATYCZNEPOLE ELEKTROSTATYCZNE pole elektryczne wywołane przez nieruchome ładunki POLE MAGNETYCZNEPOLE MAGNETYCZNE wytworzone przez poruszające się ładunki elektryczne. Charakteryzuje się tym, że na poruszające się w nim ciała naładowane działa siła (magnetostatyczne: wytworzone przez magnesy trwałe i przepływ prądu stałego)

112 WdWI 2013 PŁ112 Ładunek elektryczny(1) WŁAŚCIWOŚCI: Ładunki cząstek i ich układów stanowią krotność ładunku elementarnego: To cecha cząstek elementarnych powodująca, że podlegają one działaniom elektromagnetycznym

113 WdWI 2013 PŁ113 Ładunek elektryczny (2) 1C (kulomb) jednostka ładunku – to ładunek elektryczny jaki jest przenoszony w ciągu jednej sekundy przez dany przekrój przewodu stałym prądem 1 ampera Masa elekronu

114 WdWI 2013 PŁ114 Ładunek elektryczny (3) Ładunek elektryczny cząstek nie zmienia swej wartości podczas ruchu (nie zależy od prędkości) Jako ładunek rozumiemy określoną liczbę ładunków elementarnych Prawo zachowania ładunku Wypadkowy ładunek układu odosobnionego jest niezmienny lub Suma algebraiczna ładunków w układzie odosobnionym jest stała

115 WdWI 2013 PŁ115 Współczesna teoria pola elektromagnetycznego opiera się na mikrocząsteczkowej budowie materii Klasyczne, makroskopowe podejście do teorii zjawisk elektromagnetycznych prowadzi do uproszczonego ale często wystarczająco dokładnego opisu zjawisk Zakładamy ciągły rozkład ładunku -ładunek jest nieskończenie podzielny co umożliwia wprowadzenie definicji gęstości ładunku

116 WdWI 2013 PŁ116 Gęstość ładunku gęstość objętościową ładunkuJeżeli ładunek jest rozłożony równomiernie w pewnym obszarze przestrzeni to można zdefiniować gęstość objętościową ładunku ro ładunek objętość

117 WdWI 2013 PŁ117 Prawo Coulomba r Odległość ładunków wektor jednostkowy (wersor)

118 WdWI 2013 PŁ118 Prawo Coulomba Ładunki punktowe Przenikalność dielektryczna środowiska (bezwzględna) Siła oddziaływania

119 WdWI 2013 PŁ119 Prawo Coulomba (ładunki jednoimienne) r

120 WdWI 2013 PŁ120 Prawo Coulomba (ładunki różnoimienne) r

121 WdWI 2013 PŁ121 Natężenie pola elektrycznego (1) Siła oddziaływania na dany ładunek, bez względu na to ile jeszcze innych ładunków występuje i bez względu na to ja się one poruszają, zależy jedynie od położenia danego ładunku, jego prędkości i jego wielkości.

122 WdWI 2013 PŁ122 Wzór Lorentza (1) Odziaływanie pola elektrycznego na ładunek Odziaływanie pola magnetycznego na ładunek w ruchu

123 WdWI 2013 PŁ123 Wzór Lorentza (2) Ładunek punktowy Siła oddziaływania na ładunek Natężenie pola elektrycznego Natężenie pola magnetycznego

124 WdWI 2013 PŁ124 Wzór Lorentza (3)

125 WdWI 2013 PŁ125 Natężenie pola elektrycznego (def) Natężeniem pola elektrycznego w dowolnym punkcie, w którym pole istnieje, nazywamy wielkość wektorową, której wartość mierzymy ilorazem siły działającej na umieszczony w tym punkcie ładunek próbny do wartości tego ładunku

126 WdWI 2013 PŁ126 Natężenie pola elektrycznego (wzór)

127 WdWI 2013 PŁ127 Pole elektryczne ładunku punktowego P(x,y,z) r Ładunek próbny

128 WdWI 2013 PŁ128 Linie sił pola elektrycznego Jednym ze sposobów graficznego przedstawienia pola elektrycznego jest wyrysowanie linii pola. Są to krzywe, do których styczne w każdym punkcie pokrywają się z kierunkiem natężenia pola. (Po nich poruszałby się nie zakłócający pola dodatni ładunek próbny.)

129 WdWI 2013 PŁ129 Linie sił pola elektrycznego ładunku punktowego (+) +

130 WdWI 2013 PŁ130 Linie sił pola elektrycznego ładunku punktowego (-) -

131 WdWI 2013 PŁ131 Linie sił pola od dwóch równych ładunków różnoimiennych

132 WdWI 2013 PŁ132 Linie sił pola od dwóch równych ładunków dodatnich

133 WdWI 2013 PŁ133 Polaryzacja Cząsteczka jako całość jest obojętna ładunki elektronów i jąder równoważą się +q -qNie wyklucza to posiadania właściwości elektrycznych: zastąpmy ładunki jąder wypadkowym ładunkiem +q i umieśćmy go w środku ciężkości ładunków składowych; podobnie ujemne ładunki zastąpmy ładunkiem -q Otrzymamy model cząsteczki zwany dipolem o momencie p eOtrzymamy model cząsteczki zwany dipolem o momencie p e +-

134 WdWI 2013 PŁ134 Polaryzacja + -

135 WdWI 2013 PŁ135 Polaryzacja (cd) Def. Zmiana natężenia pola elektrycznego w dielektryku w stosunku do natężenia w próżni jest efektem polaryzacji.Def. Zmiana natężenia pola elektrycznego w dielektryku w stosunku do natężenia w próżni jest efektem polaryzacji. Przy braku pola elektrycznego dielektryk jest obojętny elektrycznie; w zewnętrznym polu dipole wytwarzające własne pole elektryczne ustawiają się tak, że ich wypadkowe pole przeciwdziała zewnętrznemu osłabiając je. Stopień polaryzacji określa wektor polaryzacji proporcjonalny do wektora natężenia pola elektrycznego:Przy braku pola elektrycznego dielektryk jest obojętny elektrycznie; w zewnętrznym polu dipole wytwarzające własne pole elektryczne ustawiają się tak, że ich wypadkowe pole przeciwdziała zewnętrznemu osłabiając je. Stopień polaryzacji określa wektor polaryzacji proporcjonalny do wektora natężenia pola elektrycznego: Podatność bezwzględna

136 WdWI 2013 PŁ136 Wektor indukcji Wprowadźmy nową wielkość wektorowąWprowadźmy nową wielkość wektorową

137 WdWI 2013 PŁ137 Wektor indukcji (cd)

138 WdWI 2013 PŁ138 Wektor indukcji (interpretacja) W dielektryku istnieją tzw. ładunki związane (efekt polaryzacji)W dielektryku istnieją tzw. ładunki związane (efekt polaryzacji) Pierwotnym źródłem pola są ładunki swobodnePierwotnym źródłem pola są ładunki swobodne W dielektryku na pole ładunków swobodnych nakłada się pole od ładunków związanychW dielektryku na pole ładunków swobodnych nakłada się pole od ładunków związanych Wektor natężenia E odpowiada polu wypadkowemuWektor natężenia E odpowiada polu wypadkowemu Wektor indukcji D charakteryzuje zatem pole od ładunków swobodnych (ale przy takim ich rozmieszczeniu jak w obecności dielektryka)Wektor indukcji D charakteryzuje zatem pole od ładunków swobodnych (ale przy takim ich rozmieszczeniu jak w obecności dielektryka)

139 WdWI 2013 PŁ139 Strumień indukcji Wartość wektora indukcji (prostopadła do powierzchni S i stała na całej powierzchni) Pole powierzchni przez którą przenika wektor indukcji S

140 WdWI 2013 PŁ140 Strumień indukcji w przypadku ogólnym S normalna

141 WdWI 2013 PŁ141 Strumień indukcji w przypadku ogólnym Całka powierzchniowa

142 WdWI 2013 PŁ142 Prawo Gaussa Strumień indukcji przez dowolną powierzchnię zamkniętą równa się sumie algebraicznej ładunków elektrycznych obejmowanych przez tę powierzchnię

143 WdWI 2013 PŁ143 Pole magnetostatyczne POLE MAGNETYCZNEPOLE MAGNETYCZNE wytworzone przez poruszające się ładunki elektryczne. Charakteryzuje się tym, że na poruszające się w nim ciała naładowane działa siła POLE MAGNETOSTATYCZNEPOLE MAGNETOSTATYCZNE stałe w czasie pole wytworzone przez magnesy trwałe i przez prądy stałe.

144 WdWI 2013 PŁ144

145 WdWI 2013 PŁ145 Siły w polu magnetycznym Odziaływanie pola magnetycznego na ładunek w ruchu Jednostka indukcji magnetycznej

146 WdWI 2013 PŁ146 Strumień magnetyczny S normalna

147 WdWI 2013 PŁ147 Bezźródłowość pola magnetycznego: Linie pola magnetycznego są krzywymi zamkniętymi wobec czego strumień magnetyczny przez dowolną powierzchnię zamkniętą jest równy zeru.

148 WdWI 2013 PŁ148 Napięcie magnetyczne

149 WdWI 2013 PŁ149 Napięcie magnetyczne na odcinku o stałym natężeniu

150 WdWI 2013 PŁ150 Prawo przepływu: Napięcie magnetyczne wzdłuż dowolnej zamkniętej krzywej l równa się całkowitemu przepływowi przez powierzchnię ograniczoną krzywą l.

151 WdWI 2013 PŁ151 Ilustracja prawa przepływu

152 WdWI 2013 PŁ152 Natężenie i indukcja magnetyczna przenikalność magnetyczna Wielkość fizyczna charakteryzująca środowisko ze względu na jego magnetyczne właściwości przenikalność magnetyczna próżni przenikalność magnetyczna względna

153 WdWI 2013 PŁ153 Istota magnetyzmu Ładunek magnetyczny

154 WdWI 2013 PŁ154 mikroprądy

155 WdWI 2013 PŁ155 Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie napięcia w uzwojeniu (przewodzie) pod wpływem jakiejkolwiek zmiany strumienia magnetycznego skojarzonego z tym uzwojeniem. Załączanie napięcia w obwodzie Ruch magnesu trwałego Ruch obwodu z Prądem stałym

156 WdWI 2013 PŁ156 Prawo Faradaya Strumień skojarzony z danym uzwojeniem Indukuje się siła elektromotoryczna e o takim zwrocie, że pole towarzyszące przepływowi prądu zmniejsza strumień skojarzony z ramką

157 WdWI 2013 PŁ157 Prawo Faradaya (obwód otwarty) Przewód o długości l przemieszcza się w czasie t na odległość x, zmiana strumienia w tym czasie da się wyrazić wzorem:

158 WdWI 2013 PŁ158 skąd: WNIOSEK: Wzór Faradaya jest uniwersalny i opisuje również zjawisko indukowania się napięcia w przewodzie poruszającym się w stałym polu magnetycznym (obwód otwarty) Reguła wyznaczania zwrotu napięcia e (strumień i zwrot napięcia zgodne z rysunkiem)

159 WdWI 2013 PŁ159 Napięcie indukowane w obwodzie otwartym (zastosowanie wzoru Lorentza): + Pod wpływem siły Lorentza: ładunki przemieszczą się (zgrupują); wytworzy się w przewodzie pole elektryczne E równoważące działanie pola B

160 WdWI 2013 PŁ160 Napięcie indukowane w obwodzie otwartym (zastosowanie wzoru Lorentza) (cd) + -

161 WdWI 2013 PŁ161 Cewka w polu magnetycznym z Przy zmianie strumieni poszczególnych zwojów indukują się w nich siły elektromotoryczne (napięcia indukowane):

162 WdWI 2013 PŁ162 Cewka 1Cewka 2 Indukcja wzajemna cewek

163 WdWI 2013 PŁ163 Cewka 1Cewka 2

164 WdWI 2013 PŁ164 Siły elektrodynamiczne Siły oddziaływania na siebie przewodów wiodących prąd. Rozpatrzmy dwa równoległe przewody prostoliniowe 1 i 2 z prądami i 1 oraz i 2 w środowisku jednorodnym (są one dostatecznie długie) Przypomnienie: pole o indukcji B działa na elementarny odcinek przewodnika z prądem z siłą:

165 WdWI 2013 PŁ165 Siły elektrodynamiczne

166 WdWI 2013 PŁ166 Siły elektrodynamiczne (cd)

167 WdWI 2013 PŁ167 Superkondensator - budowa W superkondensatorach nie zachodzą reakcje chemiczne Dużą pojemność uzyskujemy przez zwiększenie powierzchni elektrod Rolę dielektryka pełnią obszary styku przewodzących elektrod z przewodzącym elektrolitem Separator uniemożliwia bezpośrednie zwarcie elektryczne obu elektrod (nie jest barierą dla jonów) Na granicy elektrod i elektrolitu tworzą się dwie warstwy, gdzie gromadzą się nośniki prądu

168 WdWI 2013 PŁ168 Superkondesator – zasada działania Suprkondensatory- kondensatory elektrycznej warstwy podwójnej Napięcie graniczne (około 3V) powoduje ruch jonów Siły elektrostatyczne porządkują układ jonów w pobliżu elektrod

169 WdWI 2013 PŁ169 Budowa elektrycznej warstwy podwójnej Podwójna warstwa elektryczna składa się z dwóch części warstwy adsorbcyjnej i dyfuzyjnej. Cząstkę możemy przedstawić jako kondensator, którego jedną okładką jest powierzchnia cząstki, a druga okładka rozciąga się na pewną odległość w głąb cieczy.

170 WdWI 2013 PŁ170 Ładowanie i rozładowanie superkondensatora Ładowanie i rozładowanie kondensatora zbudowanego z nanorurek. Elektolit: 1.4 M TEABF4 w acetonitrylu. E. Frackowiak et al. / Fuel Processing Technology 77– 78 (2002) 213–219

171 WdWI 2013 PŁ171 Zalety superkondensatorów Duża trwałość (nawet cykli ładowanie/rozładowanie) Prosty sposób ładowania (wprost ze źródła napięcia) Brak składników szkodliwych dla środowiska (Pb, Cd) Odporność na zwarcie

172 WdWI 2013 PŁ172 Fakty o superkondensatorach są stosowane w module hamulcowym hybrydowego samochodu Toyota Prius użyto ich w hybrydowym samochodzie VW z ogniwami paliwowymi, zastosowane są także w opracowywanych od lat samochodach Honda Civic IMA i FCX-V3, znajdują się we wprowadzonej przez firmę Nissan do sprzedaży w Japonii hybrydowej ciężarówce elektryczno-dieslowskiej z hamowaniem regeneracyjnym i wspomaganiem rozruchu, zostały zastosowane w lansowanym przez firmę Man elektryczno-dieslowskim autobusie miejskim z regeneracyjnym systemem hamulcowym, w wersji na napięcie 200V zostały użyte w hybrydowym BMW X5 do hamowania regeneracyjnego.


Pobierz ppt "WdWI 2013 PŁ1 Wstęp do współczesnej inżynierii Elektrotechnika 2013."

Podobne prezentacje


Reklamy Google