DANE INFORMACYJNE Elektryczność w służbie człowieka. Nazwa szkoły: Zachodniopomorskie Centrum Edukacyjne im. Henryka Mierzejewskiego w Szczecinie ID grupy: 97/14_MF_G1 Opiekun: mgr Anita Sarna Kompetencja: matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Elektryczność w służbie człowieka. Semestr/rok szkolny: V/2011/2012

Elektryczność w służbie człowieka

Czym jest elektryczność ?? Zanim zacznę pisać na temat projektu chciałbym powiedzieć wam czym jest elektryczność. Jest to ogół zjawisk wynikających z odziaływań elektromagnetycznych pomiędzy cząstkami mikroświata.

Słownik pojęć W tej przedstawię wam podstawowe pojęcia jakimi są: prąd (stały, zmienny i przemienny), rezystancja, napięcie, pole elektryczne, pole magnetyczne, prawo Ohma, pierwsze i drugie prawo Kirchoffa, reguła Lenza.

Prąd Jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych . Prąd dzielimy na : stały jest to taki prąd, który ma stałą wartość natężenia oraz kierunkiem przepływu, zmienny jest to taki prąd, którego wartość natężenia zmienia się w czasie, przemienny jest to prąd , którego wartość natężenia oraz kierunek przepływu zmienia się. Symbol prądu - I

Zmienność prądu

Napięcie Jest to różnica potencjałów między dwoma punktami odwodu . Symbol napięcia - U

Rezystancja Jest to inaczej oporność . Symbol rezystancji - R

Prawo Ohma Jest to proporcjonalność natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia panującego między końcami przewodnika . I=U/R Gdzie I- prąd , U-napięcie, R-rezystancja

Pole elektryczne Jest to stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.

Pole magnetyczne Jest to stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

Pierwsze prawo Kirchoffa Te prawo mówi nam, że suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z węzła. Przykład : Można wyrazić te prawo wzorem: Σ I wpływające = Σ I wypływające

Drugie prawo Kirchoffa Te prawo mówi nam, że suma napięć na wszystkich elementach obwodu elektrycznego jest równa napięciu źródła. Przykład: Można wyrazić te prawo wzorem: UE  = U1 + U2

Reguła Lenza Jest to reguła określająca kierunek indukowanego pola magnetycznego w zjawisku indukcji elektromagnetycznej.

Charakterystyka prądowo-napięciowa Zależność natężenia prądu płynącego przez element obwodu elektrycznego od napięcia (różnicy potencjałów) przyłożonego na jego końce I = I (U) lub zależność spadku napięcia na zaciskach tego elementu od natężenia płynącego przezeń prądu U = U (I). Jeśli zależności te mają postać U = R I lub I = GU, to element obwodu jest elementem liniowym albo omowym i jest opisany przez → prawo Ohma. Współczynnik R nazywa się oporem elektrycznym (rezystancją) elementu, a jego odwrotność.

Łączenie oporników i kondensatorów Połączenie równoległe oporników Dla równoległego połączenia n oporników można wyliczyć rezystancję wypadkową (opór wypadkowy), R, który jest mniejszy od najmniejszego oporu składowego:

Połączenie szeregowe rezystorów Dla szeregowego połączenia n rezystorów można wyliczyć rezystancję wypadkową (opór wypadkowy), R jako sumę rezystancji składowych:

Połączenie równoległe kondensatorów Dla połączenia równoległego kondensatorów wypadkowa pojemność jest sumą składowych pojemności:

Połączenie szeregowe kondensatorów Dla połączenia szeregowego kondensatorów wypadkowa pojemność jest mniejsza niż najmniejsza ze składowych pojemności:

Elektryczność wokół nas Nawiązując do tematu naszego projektu „Elektryczność w służbie człowieka” można powiedzieć, że sama elektryczność nas otacza. Mamy z nią styczność w domu, szkole, pracy, sklepie itp. Są to między innymi instalacje elektryczne, urządzenia codziennego użytku, pojazdy itp. …

Siła elektromotoryczna Jest to czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w źródle prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego oddziałującego na ten ładunek.

Jest to także najważniejszy parametr charakteryzujący źródła energii nazywane także źródłami siły elektromotorycznej Przykłady: generatory elektryczne, baterie, termopary, fotoogniwa.

Opór wewnętrzny Wyjaśnijmy to na przykładzie ogniwa elektrycznego:

Im więcej prądu czerpiemy z ogniwa (większe jest natężenie tego prądu), tym bardziej spada napięcie na zaciskach ogniwa. Gdy prąd maleje, to opór na zaciskach ogniwa rośnie i pobieramy mniej energii niż na początku mogliśmy. Najwięcej energii z ogniwa uzyskamy, gdy opór zewnętrzny jest równy oporowi wewnętrznemu ogniwa.

Przyczyny powstawania oporu wewnętrznego Najczęściej przyczyną istnienia oporu wewnętrznego są różne niekorzystne zjawiska i procesy chemiczne zachodzące w ogniwie. Ogniwo chemiczne działa na zasadzie reakcji chemicznych w nim zachodzących. Przy dużej ilości czerpanego prądu reakcje "nie wyrabiają się" z dostarczaniem ładunków niezbędnych do pracy ogniwa.

Opór przewodnika Jest to określona rezystancja danego przewodnika która, jest stała bez względu na przyłożone napięcie. Opór przewodnika zależy od takich czynników jak: grubość przewodnika, typ materiału przewodzącego, uszkodzenia przewodnika.

Magnetyzm Są to zjawiska i właściwości materii związane z oddziaływaniem ciał poprzez pole magnetyczne, np. oddziaływanie pomiędzy magnesami, pomiędzy prądami elektrycznymi oraz między prądami elektrycznymi i magnesami np.: elektromagnetyzm i indukcja elektromagnetyczna.

Zjawisko indukcji magnetycznej Wokół poruszającego się ładunku powstaje pole magnetyczne. Pole magnetyczne może być prezentowane za pomocą linii indukcji pola magnetycznego. Linie te zawsze są zamknięte, czyli nie mają początku ani końca.

Siła elektrodynamiczna Jest to siła działająca na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym: F = B ⋅ I ⋅ l ⋅ sinα, gdzie α jest kątem zawartym pomiędzy wektorem indukcji i kierunkiem przepływu prądu. Jeśli α = 0, to sinα = 0 i F = 0.Dla α = 90° sinα = 1 i wtedy mamy: F = B ⋅ I ⋅ l

Kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej Określa reguła lewej dłoni

Silnik elektryczny Silniki elektryczne dzielimy na dwa podstawowe rodzaje: Silnik elektryczny prądu stałego, Silnik elektryczny prądu przemiennego.

Silnik elektryczny prądu stałego Jako maszyna elektryczna prądu stałego może pracować zamiennie jako silnik lub prądnica. Budowa: Stojan z magnesem trwałym, Wirnik z uzwojeniem twornika, Prostokątna ramka z drutu, Szczotki – doprowadzające prąd do uzwojenia twornika, Komutator – pierścień ze stykami, Wyprowadzenia z ramki (uzwojenia twornika) wyjścia do zasilania.

Silnik elektryczny prądu stałego zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi znajdowało się pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się przewodnik w kształcie ramki podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki. Przewodnik zawieszony jest na osi, aby mógł się swobodnie obracać.

Sposób funkcjonowania Na ramkę, w której płynie prąd elektryczny, działa para sił elektrodynamicznych z powodu obecności pola magnetycznego. Siły te powodują powstanie momentu obrotowego. Ramka wychyla się z położenia poziomego obracając się wokół osi. W wyniku swojej bezwładności mija położenie pionowe. Po przejściu położenia pionowego ramki, szczotki znów dotykają styków na komutatorze, ale odwrotnie, prąd płynie w przeciwnym kierunku, dzięki czemu ramka w dalszym ciągu jest obracana w tym samym kierunku.

Silnik elektryczny prądu przemiennego Silnik synchroniczny - silnik elektryczny prądu przemiennego, w którym prędkość wirowania wirnika jest równa prędkości wirowania pola magnetycznego wytworzonego przez nieruchome uzwojenia stojana. Budowa Trójfazowe uzwojenie stojana, Wirniki z biegunami jawnymi, Wirnik cylindryczny.

Zasada działania Po zasileniu uzwojeń stojana, wytworzone zostanie w nim wirujące pole magnetyczne. Jeżeli wyobrazić sobie to pole jako wirującą parę biegunów, to nieobciążony namagnesowany wirnik ustawi się w osi pola stojana i zacznie wirować wraz z tym polem synchronicznie. Siły działające między tak przedstawionymi biegunami mają kierunki promieniowe, więc nie dają żadnego momentu obrotowego. Jeżeli wirnik obciążony zostanie momentem hamującym, spóźni się nieznacznie względem wirującego pola.

Transformator Urządzenie elektryczne służące do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. Zwykle zmieniane jest równocześnie napięcie elektryczne (wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie).

Budowa Transformatora: Transformator zbudowany jest z dwóch lub więcej cewek (zwanych uzwojeniami), nawiniętych na wspólny rdzeń magnetyczny wykonany zazwyczaj z materiału ferromagnetycznego.

Zasada działania Transformatora: Jedno z uzwojeń (zwane pierwotnym) podłączone jest do źródła prądu przemiennego. Powoduje to przepływ w nim prądu przemiennego. Przemienny prąd wywołuje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Zmienny strumień pola magnetycznego, przewodzony przez rdzeń transformatora, przepływa przez pozostałe cewki (zwane wtórnymi).

Samoindukcja Jest zjawiskiem elektromagnetycznym, szczególnym przypadkiem zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Samoindukcja występuje, gdy siła elektromotoryczna wytwarzana jest w tym samym obwodzie, w którym płynie prąd powodujący indukcję, powstająca siła elektromotoryczna przeciwstawia się zmianom natężenia prądu elektrycznego.

Zjawisko samoindukcji opisuje wzór: gdzie: ε - Indukowana siła elektromotoryczna w woltach, L - Indukcyjność cewki lub elementu obwodu elektrycznego, I - natężenie prądu w amperach, t - czas w sekundach.

Elektryczność zastosowania Zastosowanie elektryczności jest bardzo szerokie. Może ona wytwarzać ciepło, światło, pole magnetyczne i ruch. Bez prądu elektrycznego nie działałoby bardzo dużo urządzeń, bez których mielibyśmy bardzo utrudnione życie. Takimi urządzeniami są na przykład: lodówka, komputer, telewizor i wiele innych urządzeń, których na co dzień używamy.

fffffffffffffff