Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pole elektryczne Pole grawitacyjne Siły zachowawcze: Wartość pracy W AB nie zależy od wyboru drogi między punktami A i B Siła Natężenie Energia potencjalna.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Pole elektryczne Pole grawitacyjne Siły zachowawcze: Wartość pracy W AB nie zależy od wyboru drogi między punktami A i B Siła Natężenie Energia potencjalna."— Zapis prezentacji:

1 Pole elektryczne Pole grawitacyjne Siły zachowawcze: Wartość pracy W AB nie zależy od wyboru drogi między punktami A i B Siła Natężenie Energia potencjalna Potencjał WYKŁAD BEZ RYSUNKÓW

2 Pojemność elektryczna Kondensator płaski Kondensator płaski: dwie płytki o jednakowych rozmiarach ustawione równolegle do siebie w odległości d, naładowane ładunkiem na okładkach Q oraz -Q Pojemnością elektryczną C nazywamy stosunek ładunku kondensatora do napięcia między okładkami Pojemność kondensatora płaskiego: S – powierzchnia okładek kondensatora Pojemność kondensatora zależy od ośrodka wypełniającego przestrzeń miedzy okładkami Łączenie kondensatorów: szeregowe równoległe

3 Prąd elektryczny: prawo Ohma, siła elektromotoryczna, prawa Kirchhoffa dla obwodów Wektor indukcji magnetycznej – siła Lorentza Działanie pola magnetycznego na przewodnik i obwód z prądem Prawo Amperea Prawo Gaussa dla pola magnetycznego Prawo indukcji Faradaya Drgania w obwodzie LC Równanie drgań elektrycznych Równania Maxwella Plan wykładu INFORMATYKA ELEMENTY ELEKTRYCZNOŚCI

4 Prąd elektryczny – natężenie i gęstość prądu Prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem ładunków wywołanym działaniem pola – ładunki są przenoszone za pośrednictwem nośników ładunku (elektrony, jony, dziury) Za umowny kierunek prądu przyjmuje się kierunek ruchu nośników dodatnich Natężeniem prądu IQ S t Natężeniem prądu I nazywamy stosunek ładunku Q przepływającego przez dany przekrój poprzeczny S przewodnika do czasu przepływu t tego ładunku Natężenie chwilowe: Średnie natężenie prądu: Gęstością prądu j nazywamy natężenie prądu przypadające na jednostkę powierzchni:

5 Opór elektryczny. Prawo Ohma U Jeżeli do końców przewodnika doprowadzimy napięcie U, to I w przewodniku przepłynie prąd o natężeniu I: Oporem elektrycznym nazywamy iloraz: Prawo Ohma Prawo Ohma: Stosunek napięcia między dwoma punktami przewodnika do natężenia przepływającego przezeń prądu jest wielkością stałą i nie zależy ani od napięcia, ani od natężenia prądu Prawo Ohma Prawo Ohma: Stosunek napięcia między dwoma punktami przewodnika do natężenia przepływającego przezeń prądu jest wielkością stałą i nie zależy ani od napięcia, ani od natężenia prądu Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia: Prawo Ohma jest słuszne dla przewodnika w stałej temperaturze temperatury: Zależność oporu od temperatury: R 0 – opór w temperaturze odniesienia T 0 (zwykle 273K) – temperaturowy współczynnik oporu

6 Odstępstwa od prawa Ohma Przewodnik miedziany spełniający prawo Ohma Przewodnik nie spełniający prawa Ohma ( lampa próżniowa 2A3) Element elektroniczny (termistor) nie spełniający prawa Ohma Przy bardzo wielkich gęstościach prądu prawo Ohma może nie być spełnione Elementy elektroniczne: diody, tranzystory, termistory, tyrystory, itp. mogą nie spełniać prawa Ohma Prawo Ohma stosuje się do wszystkich ciał jednorodnych i izotropowych przy niewielkich napięciach i natężeniach prądu

7 Opór właściwy R Opór R danego przewodnika zależy od jego wymiarów: l – długość przewodnika S – przekrój poprzeczny opór właściwy Współczynnik charakteryzuje elektryczne własności materiału – to jest opór właściwy (jednostka: Ω·m) Odwrotność oporu nazywamy przewodnością przewodnością właściwą Odwrotność oporu właściwego nazywamy przewodnością właściwą To jest inna postać prawa Ohma j E j jest wektorem gęstości prądu o zwrocie i kierunku wektora pola E Natężenie pola elektrycznego a gęstość prądu:

8 Własności elektryczne ciał stałych Ciała stałe dzielimy ze względu na wartość oporu/przewodnictwa elektrycznego na: przewodniki ( cm) półprzewodniki (od do 10 9 cm) izolatory (10 14 do cm) Przewodnictwo ciał stałych Opór mierzony w temperaturze pokojowej

9 Siła elektromotoryczna Aby wytworzyć w przewodniku trwały prąd, należy podtrzymywać na jego końcach określone napięcie źródła prądu Źródło prądu charakteryzują dwie wielkości: siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny R w Obwód zamknięty zawierający źródło siły o oporze R w, opór zewnętrzny R z, woltomierz o oporze R v = i amperomierz o oporze R A = 0 Amperomierz mierzy natężenie prądu płynącego przez R z i źródło prądu Woltomierz mierzy napięcie na zaciskach źródła U AB oporze wewnętrznym Spadek napięcia na oporze wewnętrznym źródła: U=IR w U z = – IR w U z =, gdy I = 0 Siłą elektromotoryczną (SEM) źródła prądu nazywamy napięcie na zaciskach źródła otwartego Napięcie na zaciskach źródła U z : Prawo Ohma

10 Prawo Ohma dla obwodu zamkniętego U z = IR w = U z + IR w Aby znaleźć natężenie prądu w obwodzie zamkniętym trzeba skorzystać z równania: Zgodnie z definicją oporu: U z = IR z = U z + IR w = IR z + IR w = I(R z + R w ) = I(R z + R w ) To jest prawo Ohma dla obwodu zamkniętego Prawo Ohma

11 Łączenie oporów Rozróżniamy połączenie szeregowe oraz równoległe Połączenie szeregowe: napięcia na opornikach sumują się, a natężenie prądu jest takie samo: Opór wypadkowy (zastępczy): Połączenie równoległe: napięcia na wszystkich opornikach są takie same, a natężenia prądu sumują się: Opór wypadkowy (zastępczy) wyraża się wzorem:

12 Praca i moc prądu Rozważmy obwód zawierający źródło prądu połączone z dowolnym odbiornikiem energii elektrycznej (grzejnik, telewizor, itp.) U – napięcie na odbiorniku I – natężenie prądu płynącego przez odbiornik dq Praca przeniesienia ładunku dq od punktu A do punktu B: W przypadku prądu stałego (U=const; I=const): Praca prądu: Moc prądu: Wzory: Prąd stały

13 Prawa Kirchhoffa dla obwodów Pierwsze prawo Kirchhoffa Pierwsze prawo Kirchhoffa: zasada zachowania ładunku W dowolnym węźle obwodu suma algebraiczna natężeń prądów wpływających i wypływających do węzła równa się zeru zasada zachowania ładunku Węzłem obwodu Węzłem obwodu (punktem rozgałęzienia) nazywamy punkt, w którym łączy się pewna liczba gałęzi obwodu, np. punkty b i d dodatnie, ujemne Natężenia prądów wpływających do węzła uważamy za dodatnie, wypływających z węzła za ujemne Węzeł d Węzeł d: prądy i 1 i i 3 wpływają do węzła, prąd i 2 wypływa

14 Drugie prawo Kirchhoffa Oczkiem obwodu Oczkiem obwodu nazywamy dowolną zamkniętą część obwodu lub cały obwód Drugie prawo Kirchhoffa W dowolnym oczku obwodu suma algebraiczna wszystkich sił elektromotorycznych i spadków napięć jest równa zeru Praca sił elektrycznych na drodze zamkniętej jest równa zeru zasada zachowania energii SEM + – W oczku obieramy jakiś kierunek obiegu; jeżeli SEM ma kierunek zgodny z przyjętym obiegiem, to przypisujemy znak +, w przeciwnym razie znak – Spadek napięcia IR Spadek napięcia IR przyjmujemy za dodatni, jeżeli kierunek prądu jest przeciwny do przyjętego obiegu, a za ujemny, jeżeli jest zgodny

15 Wektor indukcji magnetycznej siły magnetyczne, W pobliżu ciała namagnesowanego lub przewodnika z prądem elektrycznym działają siły magnetyczne, inne niż grawitacyjne i elektryczne pole magnetyczne Zał.: F Zał.: w polu magnetycznym ładunek q 0 porusza się z prędkością v; pole działa na ładunek siłą F B vF W przestrzeni istnieje pole magnetyczne o indukcji B, jeżeli na ładunek próbny q 0, poruszający się w tej przestrzeni z prędkością v działa siła F wyrażona wzorem: F vB F = q 0 (v B) Wartość bezwzględna siły wynosi: F = q 0 vB sin v B gdzie - kąt między v i B vB Wartość siły jest maksymalna, gdy v B FvB Siła F = 0, gdy v B Wzór Lorentza

16 Pole elektryczne Pole magnetyczne Siła CoulombaSiła Newtona Siła Lorentza F = q 0 (v B) q 0 – ładunek próbny stacjonarny; to pole E=F/q 0 zmusza go do ruchu q 0 – ładunek próbny porusza się z prędkością v w polu B; jeśli jest nieruchomy to siła F=0 i pole B nie działa na niego Pole grawitacyjne

17 Działanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem Pole magnetyczne wywiera siłę na przewodnik, w którym płynie prąd (uporządkowany ruch ładunków) Zał Zał.:parametry prostoliniowego przewodnika: długość l przekrój S koncentracja elektronów n prędkość elektronów v Objętość przewodnika: S·l Fl B F = I(l B) Liczba elektronów w przewodniku: N = nV = n·S·l Na każdy elektron działa siła Lorentza F e = evBsin Wypadkowa siła działająca na przewodnik: F = NF e = nSl·evBsin Natężenie prądu w przewodniku: I = Q/t Droga, jaką przebędą elektrony: l = vt t = l/v F = enSv·lBsin = I·l·Bsin Siła działająca na przewodnik: W zapisie wektorowym: l l - wektor o kierunku i zwrocie płynącego prądu i długości przewodnika Q = eN

18 Pole magnetyczne B działa na zamknięty obwód o powierzchni S momentem skręcającym M: =0 M =0 Położenie równowagi dla ramki – gdy ramka ustawiona BSB do wektora indukcji B, czyli gdy S B Momentem magnetycznym Momentem magnetycznym (dipolowym) obwodu nazywamy wyrażenie: Obwód z prądem można traktować jako dipol magnetyczny Moment siły można wyrazić poprzez moment magnetyczny = IS wektorowo: Słuszny dla obwodów dowolnego kształtu S S – zorientowany wektor powierzchni, tzn. wektor do płaszczyzny obwodu o wartości = polu powierzchni tego obwodu Rozważmy działanie pola mgt. na zamknięty obwód prostokątny × M B F1F1 F2F2 S Działanie pola magnetycznego na obwód z prądem Ładunek q 0 Obwód z prądem Przewód z prądem

19 Pole magnetyczne przewodnika z prądem Przewodnik, przez który płynie prąd jest źródłem pola magnetycznego ! Fundamentalna różnica pomiędzy polami magnetycznym a elektrycznym! Linie pola mgt., wytwarzanego przez przewodnik z prądem są okręgami – linie pola są zamknięte Linie sił pola elektrycznego zaczynają się i kończą na ładunkach indukcji magnetycznejB Wartość indukcji magnetycznej B w otoczeniu prostolinio- wego przewodnika: - przenikalność magnetyczna - przenikalność magnetyczna (to nie jest moment mgt.ramki!) Przenikalność magnetyczna ośrodków materialnych: µ 0 – przenikalność mgt. próżni µ r – względna przenikalność mgt. Prawo Amperea dla przewodnika prostoliniowego

20 Natężenie pola magnetycznego H też określa pole magnetyczne: Natężenie pola magnetycznego H wytworzonego przez prąd nie zależy od ośrodka Wyrażenie można zapisać jako: Prawo Biota-Savarta H H l Natężenie pola mgt. H w dowolnym punkcie P jest sumą dH wytworzonych przez elementy długości przewodnika dl Prawo Amperea: Przewodnik prostoliniowy Prawo Biota-Savarta: Przewodnik krzywoliniowy Zał: prąd płynie przez przewodnik o bardziej skomplikowanym kształcie dzielimy przewodnik na małe kawałki dl i obliczamy pole dH prawo Biota- Savarta Przewodnik prostoliniowy

21 Prawo Amperea dla przewodnika prostoliniowego: /·(2 r) 2 r·H = I 2r – długość okręgu o promieniu r Długość okręgu pole magnetyczne – można to zapisać inaczej w postaci całki krzywoliniowej: H Drogą całkowania jest dowolny okręg o promieniu r; wektor H jest styczny do tego okręgu w każdym punkcie i ma stałą wartość Otrzymamy: Cyrkulacja wektora H wzdłuż linii pola magnetycznego, wytwarzanego przez przewodnik z prądem, jest równa natężeniu prądu płynącego w przewodniku prawo Amperea to jest prawo Amperea w postaci ogólnej cyrkulacja wektora H Prawo Amperea – postać ogólna def.


Pobierz ppt "Pole elektryczne Pole grawitacyjne Siły zachowawcze: Wartość pracy W AB nie zależy od wyboru drogi między punktami A i B Siła Natężenie Energia potencjalna."

Podobne prezentacje


Reklamy Google