1

DANE INFORMACYJNE‏ Nazwa szkoły:Zespół szkół technicznych Im Inz. Tadeusza Tańskiego w Słubicach ID grupy: 97/23_MF_G1 Kompetencja: Matematyczno-Fizyczna Temat projektowy: GDY PŁYNIE PRĄD Semestr/rok szkolny: 2010/2011 2

Badanie pola magnetycznego. 3

Symbole i Oznaczenia

Potrzebne materiały

Źródło Prądu .

Urządzenie, które dostarcza energię elektryczną do zasilania innych urządzeń elektrycznych. Źródłem prądu nazywa się również elektryczną sieć energetyczną, a także zasilacze pełniące często rolę przetworników prądu sieciowego. Może wytwarzać energię elektryczną kosztem innych form energii: -chemicznej (ogniwo chemiczne) -cieplnej (zjawisko Seebecka) -mechanicznej (prądnica) -świetlnej (fotoogniwo)

Woltomierz i Amperomierz

Amperomierz  Przyrząd pomiarowy służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. W zależności od zakresu amperomierza używane są też nazwy: kilo amperomierz, miliamperomierz, mikroamperomierz. Pomiaru natężenia prądu dokonuje się poprzez oddziaływanie przewodnika z prądem i pola magnetycznego budując następujące rodzaje amperomierzy: -magnetoelektryczny -elektromagnetyczny -elektrodynamiczny -indukcyjny

Woltomierz  Jest to przyrząd pomiarowy za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne. Jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz posiada nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. W związku z tym oczekuje się pomijalnie małego poboru prądu przez cewkę pomiarową.

Transformator

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).

Opornik

Opornik inaczej nazywany jest rezystorem. Należy do tzw Opornik inaczej nazywany jest rezystorem. Należy do tzw. biernych elementów obwodu elektrycznego. Dla opornika istnieje prosta, liniowa zależność między natężeniem prądu I , który płynie przez opornik a spadkiem napięcia U. Zależność ta przedstawia się następująco: Istnieją dwa zasadnicze sposoby łączenia oporników: szeregowe i równoległe W przypadku łączenia szeregowego rezystancja zastępcza jest równa sumie poszczególnych oporów włączonych w obwód. Natomiast w przypadku równoległego połączenia oporników odwrotność rezystancji zastępczej jest równa sumie odwrotności poszczególnych rezystancji składowych.

Żarowka

Elektryczne źródło światła, w którym ciałem świecącym jest włókno wykonane z trudno topliwego materiału (pierwotnie grafit, obecnie wolfram). Drut wolframowy jest umieszczony w bańce szklanej wypełnionej mieszaniną gazów szlachetnych (np. argon z 10-procentową domieszką azotu). Włókno osiąga temperaturę ok. 2500–3000 K na skutek przepływu prądu elektrycznego.

Lampa Gazowa

Lampa, która emituje światło przez spalanie gazu Lampa, która emituje światło przez spalanie gazu. Efekt świecenia powstaje dzięki znajdującym się w płomieniu, rozżarzonym cząsteczkom węgla, lub żarnikowi w postaci koszulki Auera. Lampy gazowe były stosowane w XIX wieku w Europie i Ameryce Południowej jako oświetlenie miejsc publicznych. Ze względu na konieczność doprowadzania gazu nie przyjęły się jako oświetlenie domów mieszkalnych. Pierwszą lampę gazową zastosował (do oświetlenia mieszkania) Szkot William Murdoch w 1792 r. Była to rurka metalowa, u wylotu której spalał się gaz. Miejskie oświetlenie gazowe rozbłysło po Lampa gazowa raz pierwszy w 1809 r. w Londynie, a następnie w Paryżu (1819). W Polsce pierwsza lampa gazowa została użyta pokazowo w Krakowie w 1830 r.

Półprzewodnik

Półprzewodniki - najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (zwana też konduktancją właściwą) jest rzędu 10-8 do 106 S/m (simensa na metr), co plasuje je między przewodnikami a dielektrykami. Wartość rezystancji półprzewodnika maleje ze wzrostem temperatury. Półprzewodniki posiadają pasmo wzbronione między pasmem walencyjnym a pasmem przewodzenia w zakresie 0 - 5 eV (np. Ge 0,7 eV, Si 1,1 eV , GaAs 1,4 eV, GaN 3,4 eV).

Rodzaje Półprzewodników Półprzewodniki samoistne - kryształ idealny o wiązaniach kowalencyjnych, nie zawierający żadnych domieszek ani zakłóceń sieci krystalicznej. W temp. Zera bezwzględnego nie przewodzą elektryczności. Dzięki dostarczeniu energii (np. podgrzanie) może wystąpić przewodnictwo elektryczne. Półprzewodniki domieszkowe - Właściwości półprzewodników zależą w bardzo dużym stopniu od rodzaju i liczby atomów domieszek wprowadzonych do kryształów półprzewodnikowych. Wprowadzenie do sieci krystalicznej germany (krzemu, diamentu) atomu pierwiastka pięciowartościowego np. fosforu powoduje sytuację, w której cztery elektrony walencyjne atomu domieszki zastępują cztery elektrony walencyjne właściwego atomu sieci tworząc wiązania kowalencyjne.

Diody

Dioda jest najprostszym elementem półprzewodnikowym Dioda jest najprostszym elementem półprzewodnikowym. Krzem, z którego wykonuje się diody, poddaje się obróbce technologicznej polegającej na wprowadzeniu do niego specjalnych domieszek w celu otrzymania półprzewodnika o nadmiarze elektronów, tzw. typu n (negativ), i o niedoborze elektronów, tzw. typu p (positiv). Jeżeli teraz oba te typy półprzewodników połączy się, powstanie dioda półprzewodnikowa.

Rodzaje Diod ♦ Prostownicza - przewodzi prąd o natężeniu od miliamperów do kilkuset amperów. ♦ Detekcyjna - stosowana do detekcji (wydzielania), np. w radioodbiornikach do wydzielania    sygnałów małej, akustycznej częstotliwości z sygnałów wielkiej częstotliwości. ♦ Stabilizacyjna - wykorzystuje zjawisko Zenera: przy polaryzacji w kierunku zaporowym, przy    określonej wartości napięcia, dioda zaczyna przewodzić prąd. Stosowana jest np. w układach    zasilaczy sieciowych telefonicznych, radiowych i innych do stabilizacji napięcia. ♦ Pojemnościowe (werikopy, warektory) - wykorzystuje się w nich zjawisko zmiany pojemności    złącza p-n zależnie od napięcia polaryzującego (małe napięcie - duża pojemność).    Stosowane są do strojenia głowic, telewizorów, odbiorników radiowych zamiast kondensatorów    zmiennych. ♦ Sterowane (tyrystory) - wyposażone są w dodatkową elektrodę sterującą, tzw. bramkę. Przewodzenie tyrystora może nastąpić dopiero wtedy, gdy po spolaryzowaniu elektrod w kierunku przewodzenia bramka otrzyma impuls. Triak jest odmianą tyrystora przewodzi prąd przy dowolnej polaryzacji.

Tranzystor

Trójkońcówkowy półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa tranzystor pochodzi z angielskiego zwrotu "transfer resistor", który oznacza element transformujący rezystancję. Pierwszy tranzystor skonstruowano w 1947 roku w laboratoriach firmy Bell Telephone Laboratories. Wynalazcami są John Bardeen, Walter Houser Brattain, i William Bradford Shockley, za co otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 1956. Wynalezienie tranzystora uważa się za przełom w elektronice, zastąpił on bowiem duże, zawodne lampy elektronowe, dając początek coraz większej miniaturyzacji przyrządów i urządzeń elektronicznych.

Przełącznik i przewody łączące

Przebieg Doświadczenia

Badanie zależności napięcia na uzwojeniu wtórnym. ZP Z1 Z2 U1 U2 Z2/Z1 U2/U1 1 33 130 12 32 3,8 2,6 2 600 3 44 18,18 14,6 9 42 4,6 4 2,5 0,2 5 0,5 0,055 0,04

Badanie zmiany oporu żarówki i diody

Wzór i schemat U = I*R

Zadanie 1. Żarówka która ma dane znamionowe 230V i 100W została włączona do sieci o napięciu 200V, jaka jest moc żarówki ?

Zad.1. Obliczamy rezystancję żarówki: R=U^2/P=(230)^2/100=529om Z tak obliczonej rezystancji obliczamy moc żarówki dla napięcia 200V: P1=U^2/R=(200)^2/529=75,6W

Zadanie 2. Są 2 żarówki przeznaczone do pracy przy napięciu 110V. Moce znamionowe żarówek wynoszą 40W i 100W. Żarówki połączono szeregowo. Jakie największe napięcie wolno przyłożyć do tego układu aby żadna z żarówek nie przypaliła się.

Odp. 2 Obliczamy rezystancje żarówek: R1=U^2/P1=(110)^2/40=302,5om R2=U^2/P2=(110)^2/100=121om Obliczamy prądy,jakie mogą płynąć przez żarówki: I1=P/U=40/110=0,36A I2=100/110=0,91A Żarówki są połączone szeregowo,więc ich rezystancje się dodają.Ponieważ przeż tak połączone żarówki może płynąć tylko prąd o mniejszym natężeniu (aby nie przekroczyć dopuszczalnego natężenia dla pierwszej żarówki),więc dla R1+R2=302,5+121=423,5om i natężenia prądu I1=0,36A dopuszczalne napięcie zasilające te żarówki U=I*(R1+R2)=0,36*423,5=152,5V.

Informacje i Wzory Ważne Definicja pojemności Pojemnością kondensatora (C) nazywamy stosunek ładunku (Q) zgromadzonego w kondensatorze (na jednej okładce) do napięcia między okładkami (U). Jednostką pojemności w układzie SI jest farad (F). W praktyce używane są kondensatory o pojemnościach wielokrotnie mniejszych od 1 F i dlatego najczęściej spotykamy jednostki mniejsze: mili-, mikro- i pikofarady.

Prawo Ohma Prawo Ohma kojarzone jest zazwyczaj z pierwszym prawem Ohma, czyli proporcjonalności napięcia U mierzonego na końcach przewodnika o oporze R do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik.

Prąd elektryczny i jego napięcie Prąd elektryczny – uporządkowany (skierowany) ruch ładunków elektrycznych. W naturze przykładami są wyładowania atmosferyczne, wiatr słoneczny, czy czynność komórek nerwowych, którym również towarzyszy przepływ prądu. W technice obwody prądu elektrycznego są masowo wykorzystywane w elektrotechnice i elektronice. Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. Obliczamy ze wzoru u=w/q (w - praca, q- ładunek elektryczny).

Obwody elektryczne i ich podział Obwód elektryczny - układ źródeł prądu i napięcia, przewodów elektrycznych, przez które prąd może bez przerwy płynąć, oraz rozmaitych elementów obwodów elektrycznych elementów aktywnych lub pasywnych obwodu jak rezystory, kondensatory, cewki (zwojnice), diody, wzmacniacze, transformatory, itp. Podstawowy podział obwodów elektrycznych: obwody liniowe w których wszystkie elementy spełniają prawo Ohma, obwody nieliniowe w których dla niektórych elementów zależność pomiędzy prądem a napięciem jest funkcją nieliniową (rezystancja dynamiczna może przyjmować wartości ujemne). Ze względu na czasową zależność natężenia prądu od czasu: obwody prądu stałego, obwody prądu przemiennego. Płynący w obwodzie elektrycznym prąd może przenosić informację wówczas podział obejmuje zależności czasowo-napięciowe: obwody cyfrowe wartości napięcia mogą w takich obwodach przyjmować tylko określone poziomy, są skwantowane, obwody analogowe gdzie wartości prądu i napięcia mogą przyjmować ciągłe spektrum wartości.

Połączenia obwodów Połączenie szeregowe (obwód szeregowy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym koniec jednego elementu łączy się z początkiem następnego. Połączenie takie tworzy szereg (łańcuch) elementów, w którym prąd elektryczny musi przepływać kolejno przez wszystkie elementy (natężenie prądu ma więc taką samą wartość dla wszystkich elementów w połączeniu szeregowym). Połączenie równoległe  (obwód równoległy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym wszystkie końce oraz wszystkie początki składowych elementów są połączone razem. Połączenie takie tworzy odpowiednią ilość gałęzi, w których mogą płynąć różne prądy, ale które zasilane są takim samym napięciem elektrycznym.

Schematy

I Prawo Kirchoffa Pierwsze prawo Kirchhoffa – prawo dotyczące przepływu prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego, sformułowane w 1845 roku przez Gustawa Kirchhoffa. Prawo to wynika z zasady zachowania ładunku czyli równania ciągłości. Wraz z drugim prawem Kirchhoffa umożliwia określenie wartości i kierunków prądów w obwodach elektrycznych.

Wykonaj zadania: 1. Podaj wzór na napięcie. 2. Co mówi nam I Prawo Kirchoffa? 3. A teraz Ty wymyśl zadanie, bądź pytanie dla dowolnego kolegi.

Przepływ prądu elektrycznego model mikroskopowy Prawa przepływu Moc prądu

Prąd, nośniki prądu, natężnenie (I) prąd – uporządkowany ruch nośników elektrycznych (+!) S gęstość przewodnika J- strumień prądu= I/S[A/m2] v- prędkość unoszenia - oporność właściwa [/m]  - przewodnictwo dla drutu z miedzi o S=0.9 mm i I=17 mA v=4.9*10-7 m/s !! Prędkości ruchu termicznego elektronów w miedzi u~ 106 m/s !!!

Oporność R opór t – czas pomiedzy zderzeniami termicznymi elektronow. Niezależy od E- prawo Ohma: R= U/I Prawo Ohma Zależność od temperatury

Przepływ prądu w obwodzie opornik Bateria II Prawo Kirchhoffa: -Ir-IR=0 Siła elektromotoryczna  = dW/dq dq= Idt = dW = dtI(Ir+IR) =Ir+IR II prawo Kirchhoffa to zasada zachowania energii

Moc prądu P = W/t=UI z prawa Ohma: U=IR P=I2R lub P=U2/R [W] energia ze źródła jest dysypowana (rozpraszana) w postaci ciepła przepychanie ładunków elektrycznych przez przewodnik")

Oporniki połączone szeregowo kierunek obchodu oczka zgodnie z ruchem wskazówek zegara spadki napięć na opornikach przechodzonych zgodnie z kierunkiem prądu są ujemne Napięcie bateria przechodzonej od – do + jest brane ze znakiem +  - -IR1-IR2-IR3=0 -IRz=0 Rz=R1+R2 +R2 Rz oporność zastępcza

Polączenia oporników: równolegółe układ z 4 (3 niezależnymi) oczkami I1= U/R1 I2 =U/R2 I3 =U/R3 I=I1+I2+I3 (I Prawo Kirchhoffa) I=U/Rz U/Rz=U/R1+U/R2+U/R3 1/Rz=1/R1+1/R2+1/R3

Obwód z dwoma bateriami Analiza układu: kierunek przejścia zgodne z kier. zegra 1 - Ir1 - IR - Ir2 - 2 = 0 bateria opornik bateria

58