Pytania egzaminacyjne i odpowiedzi z Elektrotechniki 1

Pytania egzaminacyjne i odpowiedzi z Elektrotechniki 1
(energetyka, semestr zimowy 2011/2012)
1. Wymień i opisz parametry charakteryzujące pole magnetyczne.
𝐹
- indukcja magnetyczna – określa intensywność pola magnetycznego 𝐵 = [T] tesla; F - sila
𝐼𝑙
dzialajaca na przewodnik z pradem w polu magnetycznym, I – natężenie pradu elektrycznego, l –
dl. Przewodnika z pradem
- strumien magnetyczny – iloczyn indukcji B przecinający pole powierzchni ramki S 𝛷 = 𝐵𝑆[Wb]
weber
𝐵
𝐴
- natężenie pola magnetycznego - 𝐻 = [ ]; B – indukcja magnetyczna, 𝜇- przenikalność
𝜇
𝑚
magnetyczna osrodka
2. Wymień i opisz parametry charakteryzujące pole elektryczne.
- natężenie pola elektrycznego – stosunek sily F wywieranej na pole przez ladunek q; 𝐸 =
𝐹
𝑞
- potencjal pola elektrycznego – stosunek energii potencjalne ladunku próbnego q do wartości
𝐸
tego samego ladunku; 𝜑 = 𝑃
𝑞
- gestosc pola elektrycznego - 𝜂 = 0,5𝜀𝑜 |𝐸|2 ; 𝜀𝑜 - przenikalność elektryczna próżni, E – natężenie
pola elektrycznego
3. Scharakteryzuj podstawowe elementy obwodu elektrycznego (opornik, kondensator,
cewka indukcyjna). Narysuj ich charakterystyki.
- opornik - najprostszy element rezystancyjny, element bierny obwodu elektrycznego. Jest
elementem liniowym. Przy przepływie prądu zamienia energię elektryczną w ciepło. Występuje
na nim spadek napięcia. W obwodzie służy do ograniczenia prądu w nim płynącego. R=U/I [Ω]
Jeżeli jest liniowy to chyba latwo zgadnąć jak wygląda jego charakterystyka
- kondensator - element elektryczny, pasywny. Zbudowany z dwóch przewodników (okładek)
rozdzielonych dielektrykiem. C=Q/U; C-pojemnosc w faracach[F], Q-ladunek zgromadzony na
jednej z okładek, U-napiecie miedzy okładkami. Mogą sluzyc jako el. Podtrzymujące napiecie
miedzy kolejnymi impulsami w układzie zasilającym. Charakterystyka liniowa dla ladowania i
rozładowania (idealna).
- cewka indukcyjna – bierny el. Układu elektryczne i elektronicznego. Składa się ze zwojów
przewodnika nawiniętych np. na powierzchni walca (cewka cylindryczna), na powierzchni
pierścienia (cewka toroidalna) lub na płaszczyźnie (cewka spiralna lub płaska). Wewnątrz lub na
zewnątrz zwojów może znajdować się rdzeń. Dla prądu stałego cewka jest elementem
rezystancyjnym o rezystancji przewodnika, z którego jest wykonana. Dla prądu o pulsacji różnej
od zera wykazuje inną wartość oporu nazywaną reaktancją. Reaktancja jest tym większa, im
𝛷
większa jest indukcyjność i pulsacja prądu. 𝐿 = 𝑘 𝑖 [H] henr; k- stala dla danej cewki, Φ –
strumien magnetyczny, i – prad plynacy przez uzwojenia cewki
4. Podaj definicje: ładunku elektrycznego, prądu, energii, napięcia i mocy. Opisz zależności
pomiędzy tymi pojęciami.
- ładunek elektryczny – okreslona liczba ladunkow elementarnych naladowanych dodatnio lub
ujemnie
- prad – uporządkowany ruch ladonkow elektrycznych przez badany przekroj poprzeczny ciala
bedacego pod wpływem pola elektrycznego
- napiecie elektryczne – stosunek pracy ΔW, ktroa wykonalyby sily pola elektrycznego podczas
przemieszczania ladunku próbnego, dodatniego q z pkt A do pkt B, do wartości napięcia tego
∆𝑊
ladunku 𝑈 =
= 𝐸∆𝑙
𝑞
- moc - iloczyn natężenia przepływającego przez element prądu I i napięcia elektrycznego U, P=UI
5. Opisz zjawisko indukcji własnej i wzajemnej
- indukcja wlasna (cewki) – stosunek strumienia skojarzonego z cewka ψ do pradu I plynacego
ψ
przez cewke 𝐿 = 𝐼
- indukcja wzajemna (cewek) – stosunek strumienia magnetycznego wytworzonego w cewece
pierwszej i skojarzonego z cewka druga, do pradu plynacego w pierwszej z cewek. Jest to
indukcyjność wzajemna cewki pierwszej z druga stad tez oznaczenie będzie miało dolny indeks
ψ
12; 𝑀12 = 𝐼12
1
6. Podaj postaci prawa Ohma dla elementów R, L, C. Opisz występujące w tych
zależnościach oznaczenia.
- R – rezystor – R=U/I;
- L – cewka indukcyjna – dla pradu stałego zachowuje się jak zwykly rezystor (oporność cewki w
takim układzie jest rowna oporności drutu na nia nawiniętego). Przy pradzie zmiennym cewka
posiada impedancje (rezystancja pozorna) 𝑋𝐿 = 2𝜔𝐿 = 2𝜋𝑓L; f –czestotliwosc napięcia
bedacego na zaciskach cewki, L – indukcyjność cewki [H] henr
- C – kondensator – dla pradu stałego stanowi przerwę w obwodzie (podlaczony do pradu
stałego laduje się do maksylanej wartości nominalnej). Przy pradzie zmiennym podiada
1
1
impedancje 𝑋𝐶 = 𝜔𝐶 = 2𝜋𝑓𝐶; f –czestotliwosc napięcia bedacego na zaciskach kondensatora, C –
pojemność kondensatora [F] farad
7. Podaj charakterystyki źródła napięcia i źródła prądu.
Idealne zrodlo prądowe nie posiada zadnej rezystancji przez co samo w sobie nie stanowi
zadnego oporu dla przeplywy pradu elektrycznego. Rzeczywiste zrodlo napięcia posiada
rezystancje wewnetrzna, która na schemacie przedstawia się jako podlaczona rownolegle do
zrodla. Podczas liczenia wartości natężenia pradu na obciążeniu musimy uwzglednic również
spadek na rezystancji wewnętrznej.
Podobnie ma się sytuacja co do zrodla napięcia z tym ze tam rezystor podlaczony jest szeregowo
ze zrodlem prądowym. Sytuacj dotyczaca idelanego zrodla ma się tak samo jak w przypadku
zrodla prądowego.
8. Opisz układ dzielnika napięcia i dzielnika prądu przy pomocy odpowiednich równań.
Oblicz zadane wielkości.
- Dzielnik napięcia jest specjalnym szeregowym połączeniem
dwóch lub więcej pasywnych elementów elektrycznych, np.
oporników. Napięcie wyjściowe nieobciążonego dzielnika
zasilanego jest zawsze mniejsze od napięcia zasilania i zależy
tylko od stosunku wartości użytych oporników oraz wartości
napięcia wejściowego:
- Dzielnik prądu jest specjalnym równoległym połączeniem
dwóch lub więcej pasywnych elementów elektrycznych, np.
oporników. Natężenie prądu elektrycznego w jednej z gałęzi
dzielnika zasilanego prądem stałym jest zawsze mniejsze od
natężenia prądu wejściowego (zasilającego) i zależy tylko od
stosunku wartości użytych rezystancji oraz wartości prądu
wejściowego:
9. Dla podanego układu źródło – obciążenie przeprowadź analizę mocy czynnej i napięcia na
obciążeniu. Wyznacz warunek dopasowania obciążenia do źródła.
Moc czynna jest to wartość srednia mocy chwilowej. Jest to część mocy, którą odbiornik pobiera
ze źródła i zamienia na pracę lub ciepło. W układach prądu stałego cała moc jest mocą czynną.
Jednostką mocy czynnej jest wat.
Odbiornik znajduje się w stanie dopasowania jeżeli jedo rezystancja rowna się rezystancji zrodla.
Odbiornik pobiera wtedy najwieksza moc. Dla napiecie zmiennego zamiast identycznych
rezystancji wymagana jest identyczna impedancja (rezystancja urojona).