Pr*d Elektryczny

Autor:
Marcin Majcherczyk
Historia Elektryczności

Starożytni Grecy poznali pierwsze zjawiska elektrostatyki.
Zauważyli, że pocierając bursztyn (gr. elektron) kawałkiem futra,
nadają mu zdolność przyciągania drobnych i lekkich przedmiotów;

Ok. 1600 r William Gilbert powrócił do greckiej nazwy bursztynu,
przez co całą naukę nazwano elektrycznością.
Historia Elektryczności

1660 r - Otto von Guericke zbudował pierwszy generator
elektrostatyczny.

1675 r – Robert Boyle zauważył, że oddziaływania elektrostatyczne
przenikają próżnię.

1729 r - Stephen Grey podzielił wszystkie substancje na przewodniki
i izolatory.

1745 r - powstała butelka lejdejska. Wkrótce badania nad
elektrostatyką doprowadziły do powstania pojęcia prądu
elektrycznego.

1752 r – Benjamin Franklin zbudował pierwszy piorunochron,
wypuszczając latawiec podczas burzy.
Historia Elektryczności

Przełom XVIII i XIX w. to złoty okres
elektrotechniki:
Michael Faraday - opracował podstawy elektromagnetyzmu.

Alessandro Volta - zbudował pierwsze ogniwo elektryczne.

Andre Marie Ampere - pracował nad elektromagnetyzmem.
Z czasem udało się ustalić i opisać
najważniejsze prawa rządzące elektrycznością.
Przyczynili się do tego: Georg Ohm, Gustav
Kirchoff, James Clerk Maxwell i inni.
Historia Elektryczności
Wkrótce nowa dziedzina wiedzy zaczęła być
wykorzystywana w praktyce.
Samuel Morse - zbudował telegraf.
Antonio Meucci - telefon.
Thomas Edison - wynalazł żarówkę, fonograf,
postawił pierwszą elektrownię i zbudował
pierwszą miejską sieć elektryczną.
 Nikola Tesla - zbudował pierwszy silnik
elektryczny.
 Werner von Siemens - założył pierwszą fabrykę
elektrotechniczną i opracował pierwszy tramwaj
elektryczny. Powstały urządzenia takie jak
radar, radio, telewizja...



Prąd Elektryczny
To uporządkowany ruch ładunków elektrycznych
wzdłuż linii pola elektrycznego, powstałego
przez przyłożenie napięcia do przewodnika.
Aby prąd mógł płynąć:
 musi pojawić się pole
elektryczne wytworzone
przez źródło prądu.
 obwód musi być
zamknięty.
 muszą istnieć swobodne
elektrony lub jony,
dzięki którym przepływ
prądu będzie możliwy.
Prąd Zmienny
Prąd elektryczny, którego wartość natężenia
jest funkcją czasu.
Prąd zmienny jest
pojęciem, którym można
opisać każdy rodzaj
prądu.
W zależności od
charakteru tych zmian
można wyróżnić:
 prąd okresowo zmienny.
 prąd tętniący.
 prąd przemienny.
 prąd nieokresowy.
Prąd Przemienny
Charakterystyczny przypadek prądu elektrycznego
okresowo zmiennego, w którym wartości chwilowe
podlegają zmianom w
powtarzalny, okresowy
sposób, z określoną
częstotliwością.
Wartości chwilowe
natężenia prądu
przemiennego przyjmują
naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne. Najczęściej pożądanym jest,
aby wartość średnia całookresowa wynosiła zero.
Prąd Stały
W odróżnieniu od prądu zmiennego i przemiennego prąd stały
charakteryzuje się stałą wartością natężenia oraz kierunkiem przepływu.
Zaletą prądu stałego jest to, że w przypadku zasilania takim prądem
wartość chwilowa dostarczanej mocy jest stała, co ma duże znaczenie
dla układów wzmacniania i
przetwarzania sygnałów.
Urządzenia zawierające
układy elektroniczne
mogą być zasilane
bezpośrednio z
akumulatorów lub
baterii.
Elektryczność – Liczniki Energii
To przyrząd pomiarowy mierzący
ilość przepływającej energii
elektrycznej. Używaną jednostką
miary jest kilowatogodzina (kWh).
Liczniki dzieli się na:

liczniki indukcyjne - aluminiowa
tarcza porusza się pod wpływem
wirowego pola magnetycznego
wytworzonego przez dwie cewki.

liczniki elektroniczne - układy
Wnętrze licznika
scalone pod wpływem przepływającego prądu i
indukcyjnego
napięcia generują impulsy w ilości
proporcjonalnej do pobieranej energii
elektrycznej.
Elektryczność – Przepięcie
W sieciach elektroenergetycznych oznacza
gwałtowny i krótkotrwały wzrost napięcia w sieci ponad jego
prawidłową wartość. Przepięcia
powstają w wyniku awarii
urządzeń i w wyniku działania
na sieć czynników zewnętrznych:
uderzeń pioruna i indukcji
napięć. W celu zapobiegania
przepięciom stosuje się
przewody odgromowe na liniach
elektroenergetycznych oraz
bezpieczniki
Przepięcie w stacji
przeciwprzepięciowe.
transformatorowej
Obwód Elektryczny
Układ składający się ze źródła energii,
przewodników, odbiorników (urządzeń
wykonujących pracę po doprowadzeniu do nich
prądu) oraz elementów pasywnych i aktywnych jak
rezystory, kondensatory, diody i transformatory.
Podział obwodów elektrycznych obejmuje 2 rodzaje:
 obwody liniowe w których wszystkie elementy spełniają prawo
Ohma;
 obwody nieliniowe w których zależność pomiędzy prądem a
napięciem jest funkcją nieliniową.
Ze względu na zależność natężenia prądu od Czasu obwody dzieli się na:
 obwody prądu stałego;
 obwody prądu przemiennego.
Obwód Elektryczny
1 – źródło prądu
stałego (bateria).
2 – odbiornik energii
(żarówka).
3 – łącznik.
Schemat prostego obwodu
elektrycznego
Obwód – Łączenie Szeregowe
To połączenia elementów, w którym
koniec jednego elementu łączy się z
początkiem następnego. Łączenie tworzy
szereg elementów, w którym prąd musi
przepływać przez wszystkie elementy
(natężenie13 ma taką samą wartość dla
wszystkich elementów).
Dla szeregowego połączenia oporników18
można wyliczyć rezystancję wypadkową, jako sumę
rezystancji składowych:
R=R1+R2+R3+…+Rn
Szeregowe
połączenie diod
Obwód – Łączenie Równoległe
To połączenia elementów, w którym wszystkie końce
oraz wszystkie początki składowych elementów są
połączone razem. Łączenie tworzy sieć gałęzi, w
których mogą płynąć różne
prądy, ale które zasilane
są takim samym napięciem
elektrycznym.
Dla równoległego połączenia
oporników można wyliczyć
rezystancję wypadkową, która
jest mniejsza od najmniejszego
oporu składowego:
Równoległe połączenie
diod
1/R=1/R1+1/R2+1/R3+…+1/Rn
Elementy Obwodu – Źródło Prądu
To urządzenie, które dostarcza energię
elektryczną do zasilania innych urządzeń
elektrycznych.
Źródło prądu może wytwarzać energię elektryczną
kosztem innych form energii:
 chemicznej (ogniwo chemiczne).
 cieplnej (zjawisko Seebecka).
 mechanicznej (prądnica).
 świetlnej (fotoogniwo).
Źródłem prądu nazywa się również elektryczną sieć
energetyczną a także zasilacze pełniące często
rolę przetworników prądu sieciowego. Rozróżnia
się zasilacze prądu zmiennego i prądu stałego.
Prądnica
Elementy Obwodu – Przewodnik
To substancja, która dobrze przewodzi prąd
elektryczny, a przewodzenie prądu ma charakter
elektronowy.
Do przewodników należą:
 grafit – stosowany do
doprowadzania napięcia do części
wirujących (szczotki);
 złoto – stosowane do układów
Szczotki węglowe
mikroprocesorowych oraz na
powierzchni styków;
 miedź – stosowana w instalacjach elektrycznych;
 srebro – stosowane powszechnie w stykach w łącznikach
elektrycznych.
Elementy Obwodu – Cewka

induktor, zwojnica - jest biernym elementem
elektrotechnicznym. Cewka składa się z pewnej
liczby zwojów drutu lub innego
przewodnika nawiniętych obok
siebie. Wewnątrz zwojów
znajdować się może rdzeń z
materiału ferromagnetycznego.
Cewka to element inercyjny,
gromadzi energię w wytwarzanym
polu magnetycznym. Cewki
Cewki indukcyjne i jej
zasilane prądem stałym,
schemat
zwane elektromagnesami są
wykorzystywane do wytwarzania
pola magnetycznego.
Elementy Obwodu – Opornik

Rezystor - najprostszy element rezystancyjny,
element bierny obwodu elektrycznego. Jest
elementem liniowym: Spadek napięcia jest wprost
proporcjonalny do prądu płynącego przez opornik.
Przy przepływie prądu zamienia
energię elektryczną w ciepło.
Występuje na nim spadek napięcia.
W obwodzie służy do ograniczenia
prądu w nim płynącego.
Symbol rezystora
Oporniki oznaczone
kodem barwnym
Elementy Obwodu – Transformator
To maszyna elektryczna służąca do przenoszenia
energii elektrycznej prądu przemiennego drogą
indukcji między kolejnymi obwodami. Zmieniane
jest też napięcie elektryczne.
Symbol graficzny
transformatora
Transformator małej
mocy
Schemat działania transformatora
Elementy Obwodu – Kondensator i
Dioda


Kondensator to element elektryczny zbudowany z przewodników
rozdzielonych dielektrykiem.
Dioda to element elektryczny wyposażonym w dwie elektrody anodę i katodę. Cechą diod jest wyłącznie jednokierunkowy przepływ
prądu od anody do katody.
Diody wraz z
symbolem graficznym
Kondensatory
wraz z symbolem graficznym
Elementy Obwodu – Bezpiecznik
To aparat zabezpieczający służący do
jednokrotnego wyłączenia prądu nadmiarowego w
celu zabezpieczenia przed uszkodzeniem instalacji
elektrycznej i odbiorników
elektrycznych. Prąd nadmiarowy może
być wywołany przeciążeniem, zwarciem
lub przepięciem.
Bezpiecznik
automatyczny
wielokrotnego użytku
Bezpiecznik
samochodowy
Jednorazowy
bezpiecznik
topikowy
Natężenie - Amper
Natężenie prądu to wielkość charakteryzująca
przepływ prądu elektrycznego jako stosunek
ładunku elektrycznego przepływającego przez
przewodnik do czasu przepływu ładunku. Jednostką
natężenia jest amper (A).
Prąd o natężeniu 1A, to stały prąd elektryczny,
który płynąc w dwóch równoległych przewodach
umieszczonych w próżni w odległości 1m od siebie,
Spowodowałby oddziaływanie przewodów na siebie z
siłą równą 2*10-7N na każdy metr. Jeśli
przepływający prąd ma natężenie 1A, to w ciągu 1s przepływa 1C
ładunku, czyli:
1A=1C/1s
Natężenie - Amperomierz
To przyrząd pomiarowy mierzący natężenie prądu
elektrycznego. Jest włączany szeregowo w obwód
elektryczny. Idealny amperomierz posiada
nieskończenie małą rezystancję wewnętrzną.
Pomiaru dokonuje się poprzez
oddziaływanie przewodnika z
prądem.
Istnieją następujące
rodzaje amperomierzy:
 magnetoelektryczny;
 elektromagnetyczny;
 elektrodynamiczny;
 indukcyjny.
Amperomierz tablicowy
Napięcie - Wolt
Napięcie elektryczne to różnica potencjałów
elektrycznych między dwoma punktami obwodu
elektrycznego lub pola elektrycznego stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia
ładunku między punktami, do wartości tego
ładunku. Jednostką napięcia jest wolt (V).
Między dwoma punktami pola występuje różnica
potencjałów 1V, jeśli praca wykonana przy
przesuwaniu ładunku 1C między tymi punktami
wynosi 1J, czyli:
1V=1J/1C
Napięcie Bezpieczne
To największa wartość napięcia roboczego lub
dotykowego, którego długotrwałe utrzymywanie się
nie stanowi żadnego zagrożenia dla życia lub
zdrowia człowieka w danych warunkach otoczenia.
Z prawa Ohma wynika, że bezpieczna wartość
napięcia to 50V. Prąd stały jest mniej
szkodliwy niż prąd przemienny, dlatego
dopuszczalne są
Napięcie Napięcie
dwukrotnie większe
przemienne
stałe
wartości napięć stałych
Warunki
niż przemiennych.
50V
120V
normalne
Warunki
specjalne
25V
60V
Napięcie - Woltomierz
To przyrząd pomiarowy mierzący napięcie prądu
elektrycznego. Jest włączany równolegle w obwód
elektryczny. Idealny woltomierz posiada
nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną.
Ze względu na zasadę działania
woltomierze dzieli się na:
 Magnetoelektryczne.
 Elektromagnetyczne.
 Elektrodynamiczne.
Woltomierz
 Elektrostatyczne.
magnetoelektryczny
 cyfrowe.
Oporność - Ohm
Opór elektryczny to opór między powierzchniami
przewodnika, gdy występujące między tymi
punktami napięcie elektryczne wywołuje prąd
elektryczny. Jednostką rezystancji jest Ohm (Ω).
W obwodzie występuje rezystancja 1Ω jeśli
występujące między tymi punktami niezmienne
napięcie elektryczne 1V wywołuje w tym przewodzie
powstanie prądu elektrycznego o wartości 1A:
1Ω=1V/1A
Oporność - Omomierz
To przyrząd pomiarowy mierzący rezystancję w
obwodzie elektrycznym. Do pomiaru rezystancji
wykorzystuje się zależności występujące w prawie
Ohma, czyli przez pomiar lub ustawienie
natężenia prądu płynącego i napięcia na
badanym elemencie. Klasyczne układy omomierzy
można podzielić na
szeregowe i równoległe.
Cyfrowy miernik uniwersalny z
możliwością pomiaru oporu
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. Wraz z drugim prawem
Kirchhoffa umożliwia określenie przepływających
prądów w obwodach elektrycznych.
Suma algebraiczna natężeń prądów
dopływających(+) i
odpływających(-) z danego węzła
jest równa 0. Suma natężeń prądów
dopływających do węzła jest równa
sumie natężeń wypływających
z tego węzła.
Drugie prawo Kirchhoffa
prawo napięciowe - dotyczy bilansu napięć w
zamkniętym obwodzie elektrycznym.
Suma wartości chwilowych sił elektromotorycznych
występujących w obwodzie zamkniętym równa jest
sumie wartości chwilowych napięć elektrycznych
na
elementach pasywnych tego obwodu.
Prawo Ohma
Natężenie prądu stałego jest proporcjonalne do
całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie
zamkniętym lub do różnicy potencjałów napięcia
elektrycznego między końcami części obwodu nie
zawierającej źródeł siły elektromotorycznej.
Dziękuję za uwagę 