Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład lutego Krzysztof Korona

Podobne dokumenty
Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład 1. 9 marca Krzysztof Korona

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład marca Krzysztof Korona

Wykład lutego 2016 Krzysztof Korona. Wstęp 1. Prąd stały 1.1 Podstawowe pojęcia 1.2 Prawa Ohma Kirchhoffa 1.3 Przykłady prostych obwodów

Siła elektromotoryczna

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Prąd elektryczny - przepływ ładunku

Dr inż. Agnieszka Wardzińska 105 Polanka Konsultacje: Poniedziałek : Czwartek:

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

) I = dq. Obwody RC. I II prawo Kirchhoffa: t = RC (stała czasowa) IR V C. ! E d! l = 0 IR +V C. R dq dt + Q C V 0 = 0. C 1 e dt = V 0.

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Wykład Drgania elektromagnetyczne Wstęp Przypomnienie: masa M na sprężynie, bez oporów. Równanie ruchu

Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika

Pracownia Fizyczna i Elektroniczna 2014

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

II prawo Kirchhoffa Obwód RC Obwód RC Obwód RC

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Wstęp do ćwiczeń na pracowni elektronicznej

Laboratorium Wirtualne Obwodów w Stanach Ustalonych i Nieustalonych

Drgania w obwodzie LC. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Wykład FIZYKA II. 4. Indukcja elektromagnetyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Obwody prądu zmiennego

Podstawy elektrotechniki

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA; PRAWO FARADAYA

WYKŁAD 2 Pojęcia podstawowe obwodów prądu zmiennego

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

STAŁY PRĄD ELEKTRYCZNY

Indukcja elektromagnetyczna. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

u(t)=u R (t)+u L (t)+u C (t)

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Wymagania edukacyjne: Elektrotechnika i elektronika. Klasa: 1Tc TECHNIK MECHATRONIK. Ilość godzin: 4. Wykonała: Beata Sedivy

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Lekcja 5. Temat: Prawo Ohma dla części i całego obwodu

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Wykład 1 Technologie na urządzenia mobilne. Wojciech Świtała

Wykład 15: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Charakterystyki częstotliwościowe elementów pasywnych

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Indukcja wzajemna. Transformator. dr inż. Romuald Kędzierski

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

29 PRĄD PRZEMIENNY. CZĘŚĆ 2

Elektrotechnika 2. Stany nieustalone w obwodach elektrycznych: Metoda klasyczna. Kolokwium. Metoda operatorowa. Kolokwium

Podstawy elektrotechniki

Pracownia Fizyczna i Elektroniczna 2017

1 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Obwody elektryczne

Prąd elektryczny 1/37

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, WYDZIAŁ PPT I-21 LABORATORIUM Z PODSTAW ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI 2 Ćwiczenie nr 10. Dwójniki RLC, rezonans elektryczny

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

II. Elementy systemów energoelektronicznych

Obwody liniowe. Sprawdzanie praw Kirchhoffa

Elementy elektrotechniki i elektroniki dla wydziałów chemicznych / Zdzisław Gientkowski. Bydgoszcz, Spis treści

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

Pracownia Fizyczna i Elektroniczna 2012

ładunek pobrany ze źródła jest równy sumie ładunków na poszczególnych kondensatorach

07 K AT E D R A FIZYKI STOSOWA N E J

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Wykład 14: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Podstawy Teorii Obwodów

Zbiór wielkości fizycznych obejmujący wszystkie lub tylko niektóre dziedziny fizyki.

Przygotowanie do Egzaminu Potwierdzającego Kwalifikacje Zawodowe

Badanie transformatora

Podstawy elektrotechniki V1. Na potrzeby wykładu z Projektowania systemów pomiarowych

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Zakład Fizyki, Uniwersytet Rolniczy ĆWICZENIE 36 ZAWADA OBWODÓW RLC. Kraków, 2004/2015/2016

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Wykład VII ELEMENTY IDEALNE: OPORNIK, CEWKA I KONDENSATOR W OBWODZIE PRĄDU PRZEMIENNEGO

1) Wyprowadź wzór pozwalający obliczyć rezystancję R AB i konduktancję G AB zastępczą układu. R 1 R 2 R 3 R 6 R 4

Elektrotechnika Skrypt Podstawy elektrotechniki

30R4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM ROZSZERZONY

dr inż. Krzysztof Stawicki

Wydział Fizyki UW. Ćwiczenie B1 Filtry RC i RL. Streszczenie

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

I. Cel ćwiczenia: Poznanie własności obwodu szeregowego, zawierającego elementy R, L, C.

Prawa Kirchhoffa. I k =0. u k =0. Suma algebraiczna natężeń prądów dopływających(+) do danego węzła i odpływających(-) z danego węzła jest równa 0.

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

REZONANS PRĄDOWY. I. Cel ćwiczenia: zapoznanie z problematyką rezonansu prądowego, wyznaczenie charakterystyk. IV. Wprowadzenie

Warunek zaliczenia wykładu: wykonanie sześciu ćwiczeń w Pracowni Elektronicznej

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

Badanie transformatora

Egzamin z fizyki Informatyka Stosowana

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

X L = jωl. Impedancja Z cewki przy danej częstotliwości jest wartością zespoloną

Pracownia Technik Pomiarowych dla Astronomów 2014

Wyznaczanie wielkości oporu elektrycznego różnymi metodami

Prądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch cząsteczek naładowanych.

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

Efekt naskórkowy (skin effect)

2 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

SYSTEMY ELEKTROMECHANICZNE kier. Elektrotechnika, studia 2 stopnia stacjonarne, sem. 1, 1, 2012/2013 SZKIC DO WYKŁADÓW Cz. 3

z ćwiczenia nr Temat ćwiczenia: BADANIE RÓWNOLEGŁEGO OBWODU RLC (SYMULACJA)

Podstawy fizyki sezon 1 VII. Ruch drgający

Transkrypt:

Pracownia fizyczna i elektroniczna Wykład. Obwody prądu stałego i zmiennego 4 lutego 4 Krzysztof Korona Plan wykładu Wstęp. Prąd stały. Podstawowe pojęcia. Prawa Kirchhoffa. Prawo Ohma ().4 Przykłady prostych obwodów. Prąd zmienny. Podstawowe elementy. Obwody i. Filtry.4 Obwody rezonansowe

Obwody prądu stałego Wielkości podstawowe Ładunek elektryczny mierzymy w kulombach. 6,4* 8 ładunków elementarnych e; e,6* -9 ; Ładunek oznaczamy q, Q. mol protonów 96,5 k faradaj. Natężenie prądu to ładunek przepływający w jednostce czasu. q/t Natężenie mierzymy w amperach: A /s. Potencjał elektryczny to energia, jaką w danym miejscu posiada jednostkowy ładunek. Potencjał mierzymy w woltach: J/. Napięcie elektryczne to różnica potencjałów. Mierzymy je w woltach. Napięcie oznaczamy literą.

Wielkości podstawowe Napięcie elektryczne to różnica potencjałów, czyli praca potrzebna do przesunięcia jednostkowego ładunku miedzy dwoma punktami obwodu. W q* Jeżeli pod wpływem napięcia płynie prąd, to przenosi on moc P. P * Moc mierzymy w watach, W. W A* J/s Zasada zachowania ładunku a przepływ prądu Ładunek nie znika, ani nie powstaje, zatem ładunek, który dopłynął do węzła, musi z niego wypłynąć. węzeł A A A prawo Kirchhoffa: Suma natężeń prądów dopływających i odpływających z węzła wynosi zero. Σ j j

Obwód elektryczny z zasilaniem Z Zewnętrzne napięcie elektryczne, : spadek potencjału na części obwodu elektrycznego nie zawierającej źródeł prądu. Siła elektromotoryczna, : energia elektryczna uzyskana przez jednostkowy ładunek na odcinku obwodu zawierającym źródło prądu, a nie zawierającym rezystancji. Zasada zachowania energii a rozkład napięć Energia ładunku w polu zależy od potencjału w danym miejscu, a nie od drogi jaką przebył. prawo Kirchhoffa: Suma napięć na oporach w obwodzie zamkniętym jest równa sumie sił elektromotorycznych. Σ j j Σ k k 4... n 4... n 4

Prawo Ohma W przypadku liniowej zależności napięcia od natężenia współczynnik proporcjonalności nazywamy oporem. * Napięcie jest proporcjonalne do oporu i do natężenia. Opór mierzymy w omach, Ω /A. Odwrotność oporu nazywamy przewodnictwem, oznaczamy S. Jednostka: simens, S Ω - A/. Szeregowe łączenie oporników 4... n 4... n const S S n k k n k n S k k k Przy połączeniu szeregowym, opory sumują się. 5

ównoległe łączenie oporników S 4 n 4... n const S S S n k k n k n k Przy połączeniu równoległym, sumują się przewodnictwa, /. k k Przykłady obwodów - dzielnik napięcia ałkowity opór obwodu, S A, Natężenie prądu płynącego przez obwód: /( ) Zakładamy, że do wyjścia nie płynie prąd. Napięcie na wyjściu: * 6

7 5 6 7 8 9 4 iczenie oporu całkowitego Zadanie: Obliczyć opór całkowity poniższego obwodu: iczenie oporu - sumowanie 5 6 7 8 9 4 4 4 7 9 9 8 8 7 9 8 7 789 4 4 4 ) )( ( 6 5 6 5 56 S 4 56 789 7 9 9 8 8 7 9 8 7 6 5 6 5 4 4 S ) )( (

Opór wewnętrzny W Z zeczywiste źródła napięcia zmieniają dostarczane napięcie w zależności od podawanego prądu. Możemy takie źródło przedstawić w postaci obwodu zastępczego złożonego z idealnego źródła o sile elektromotorycznej i z oporu wewnętrznego W. Napięcie na zewnątrz takiego źródła będzie wynosiło: - W Pomiar oporu wewnętrznego W Z - W α W tgα 8

kład złożony z wielu oczek Zadanie: Wyznaczyć prądy płynące w poniższym obwodzie: A A A 4 prawo Kirchhoffa W obwodzie zamkniętym: Σ j j Σ k k kład złożony z wielu oczek Zadanie: Wyznaczyć prądy płynące w poniższym obwodzie: A A A 4 Pierwsze oczko: - Drugie oczko: - - Trzecie oczko: 4 9

kład złożony z wielu oczek Zadanie: Wyznaczyć prądy płynące w poniższym obwodzie: A A A 4 Pierwsze oczko: *( ) ( )*( ) - *( ) Drugie oczko: - * - * ( )* Trzecie oczko: 4 kład złożony z wielu oczek Zadanie: Wyznaczyć prądy płynące w poniższym obwodzie: A A A ( ) ( )( ) - ( ) ( )( ) 4 4

Obwody prądu zmiennego Prąd zmienny jest najważniejsza formą zastosowań elektryczności. Dzięki niemu funkcjonuje większość urządzeń w naszych domach. Temat jest dość trudny i do pełnego zrozumienia wymaga dobrej znajomości trygonometrii, rachunku różniczkowego i liczb zespolonych. Na tym kursie zajmiemy się jedynie najprostszymi przykładami z tej tematyki takimi jak: obwód i czy filtry. Prąd przemienny ( t) A sinω (t) A T A P-P A - amplituda, A P-P - amplituda peak-to-peak. Okres, T, podajemy w sekundach. zęstość, f /T, podajemy w hercach, Hz /s. π ω T zęstość (kołową):, podajemy w s -.

Moc prądu przemiennego Moc prądu: P *. Prawo Ohma: /. Możemy otrzymać inne wyrażenia na moc prądu: P /. W przypadku prądu przemiennego: P A <sin (ωt)> T /. <sin (ωt)> T / A P Wprowadzamy napięcie skuteczne, A, takie że S. S P Mierniki podają wartość skuteczną. Kondensator i cewka W obwodach elektrycznych występują dwa rodzaje elementów, które mogą gromadzić energię. Kondensatory gromadzą energię w postaci ładunku i pola elektrycznego. ewki gromadzą energię w postaci prądu elektrycznego i pola magnetycznego.

Q E Pojemność Natężenie prądu to ładunek przepływający w jednostkowym czasie: Jednostką pojemności jest farad, [F]. Ładunek na kondensatorze: Q *. dq Prąd w obwodzie z kondensatorem będzie równy: Napięcie na kondensatorze będzie całką z prądu dopływającego do kondensatora: Pojemność kondensatora to ładunek jaki może zgromadzić przy jednostkowym napięciu. Q d ( t) ( t) Łączenie kondensatorów Q Q Q Q 4... Q n QS 4... k n n Q k const Q S n k n S k Qk Przy połączeniu równoległym, pojemności sumują się. n S k k Przy połączeniu szeregowym, sumują się odwrotności pojemności. k

ndukcja elektromagnetyczna Prawo indukcji Faradaya: dφ B - siła elektromotoryczna, Φ - strumień pola magnetycznego, Φ B*S Na podstawie prawa Ampera, przepływ prądu indukuje pole: B α α - współczynnik. W przypadku cewki można się spodziewać, że powstanie siła elektromotoryczna wywołana samoindukcją. ewka dφ B Φ B*S B α Można się spodziewać, że w przypadku cewki powstanie siła elektromotoryczna wywołana samoindukcją: Energia zgromadzona w cewce, przez którą płynie prąd o natężeniu : d Współczynnik nazywamy indukcyjnością cewki. ndukcyjność mierzymy w henrach H, H s/a E 4

Prąd przemienny i kondensator sin( ωt) π ω sin ωt Q * Q sin( ωt) dq ω cos( ωt) cos ( ω t) sin( ωt π ) ω sin( ωt ) π π Prąd jest przesunięty w fazie (przyspieszony) o ( 9 o ) względem napięcia. 5

z x i y x iy Ae i e iα α iczby zespolone i - m cosα isinα y A*sin α i z A x y α arctg(y/x) e( z ) Acosα m( z ) Asinα α x A*cos α e w a ib w a b w a ib w a b Prąd przemienny i liczby zespolone sin ( ωt) m( e ) e iω e Q * dq Q e i ω e 6

mpedancja e iω e Prawo Ohma: Napięcie jest proporcjonalne do natężenia : Z* mpedancja kondensatora: Z iω Zawada czyli wartość bezwzględna impedancji: Faza impedancji kondensatora: ϕ π Z ω Przesunięcie fazowe w obwodzie mpedancja opornika wynosi. ϕ mpedancja: Z iω Zawada: Z ω Faza: tg( ϕ) ω Napięcie spóźnia się względem natężenia. e ( ) e e i ωt ϕ m ϕ e 7

ewka - równania e Prawo indukcji: e d ( t) ( t) ( t) ( t) iω e ewka- impedancja mpedancja: Z iω e iω e m Faza impedancji cewki: Natężenie spóźnia się względem napięcia. π ϕ ϕ e 8

Filtry we Filtr wy harakterystyki Napięciowa: transmitancja filtru to stosunek amplitud napięcia na wyjściu i wejściu. Wy T (ω) We Fazowa: przesunięcie fazy napięcia na wyjściu. ϕ(ω) Obwód jako filtr we Z Z Elementy i tworzą dzielnik napięcia: wy Z Wy We ZS Z Z iω ZS iω Wy iω We Transmitancja: T ( ω) ω Faza: ϕ( ω) arctg( ω) 9

Obwód jako filtr dolnoprzepustowy we wy T ( ω) ω ϕ( ω) arctg( ω) τ Transmitancja, te częstości są przepuszczane. Transmitancja, te częstości są zatrzymywane. zęstość graniczna Moc przepuszczana przez filtr: T wyj P P( ω) Z Z wej ( ω ) zęstość graniczna, ω G, to taka, dla której przepuszczana jest połowa mocy. ( ω G ) Dla filtra, dolnoprzepustowego, ω : ω G /, f G π

Obwód, impedancja Z S Z ZZ Z Z Z iω Z S i iω ω ω iω ω ( ) Gdy ω /, to Z S. Obwód, oscylator Kondensator d ewka: d d Otrzymujemy zatem równanie oscylatora harmonicznego o częstości rezonansowej: ω : H s/a : F / /As : s/a * /As s

Obwód prawo Kirchhoffa : we (t) (t) (t) (t) we d ( t) We ( t) ( t) ( t) ( t) ( t) We e e We ( t) ( t ( t) ( t) ) d ( t) iω iω ( t) Obwód we prawo Kirchhoffa : iω iω iω iω We e e

Obwód we e iω ( t) iω ω prawo Kirchhoffa : iω iω ( t ( t) ( t) ) e ω iω ω We e e ( t) e iω ω Obwód ω we ( t) e We ( t) We e e e ( t) i π ω i( ωt ) e ( t) iω e e π i( ωt )

we Obwód jako filtr Wy ( t) We ( t) iω iω ω wy T ( ω) Wy We ( ω) iω iω ω ω ( ω ) ω T() T(ω ) T( ) filtr środkowo-przepustowy Filtr we wy Wy We iω iω ω 4