Podstawy elektrotechniki i elektroniki Jarosław Borc
1. Wiadomości organizacyjne Dr Jarosław Borc Katedra Fizyki Stosowanej Wydział Mechaniczny PL P. 101B budynek Zarzadzania i Podstaw Techniki j.borc@pollub.pl www.kfs.pollub.pl www.borc.pollub.pl
02. Elektrycznośc zarys historyczny Starożytność obserwacje zjawisk elektrostatycznych i magnetycznych 1600 roku Anglik Wi1Iiam Gi1bert. Pierwsze badania magnetyzmu i elektryczności uzyskiwanej przez tarcie bursztynu i innych ciał (bursztyn po grecku elektron) 1670 r, burmistrz Magdeburga Otto von Guericke uzyskiwał elektryczność przez pocieranie kul siarki i zaobserwował odpychanie się ciał naelektryzowanych. W 1752 r. amerykański mąż stanu i badacz przyrody Beniamin Frank1in bada elektryczność atmosferyczną i udowadnia, że piorun jest iskrą elektryczną; wynalazł piorunochron. Koniec XVIII wieku francuski fizyk Karo1 Cou1omb odkrywa pierwsze prawo ilościowe w historii elektryczności i magnetyzmu nazwane jego nazwiskiem. Luigi Ga1vani - obserwacje zjawisk elektrycznych. 1799 r A1eksandro Vo1ta - buduje pierwszą baterię ogniw galwanicznych.
1820 r. Duńczyk Hans Christian Oersted odkrył działanie prądu elektrycznego na magnes trwały. Francuzi Jean Arago i Louis Joseph Gay-Lussac elektromagnetyzm. Andre Ampere - zjawiska elektrodynamiczne; zapoczątkował powstanie elektrodynamiki działu nauki zajmującego się ruchem i oddziaływaniem ładunków elektrycznych, prądów elektrycznych oraz zjawisk towarzyszących tym oddziaływaniom. Sformułował prawo noszące jego imię. 1827 r. Georg Ohm (niemiecki nauczyciel) sformułował prawo noszące jego imię. Anglik Michael Faraday, po odkryciu H. Oersteda, stworzył prototyp silnika elektrycznego i przetworzył energię elektryczną w mechaniczną. W 1931 r. dokonał odkrycia indukcji elektromagnetycznej, odkrycia, które stało się początkiem współczesnej elektrotechniki i umożliwiło później budowę prądnic, silników, transformatorów oraz wielu innych aparatów elektrycznych. Sformułował podstawowe prawo elektrochemii, zwane prawem Faradaya, wprowadził pojęcie pola elektrycznego i magnetycznego, stwierdził, początki teorii elektromagnetyzmu. Emil Lenz, Petersburg, który zajmował się badaniem praw elektrodynamiki i indukcji elektromagnetycznej, przemianą elektryczności w ciepło (prawo Joule'a Lenza) oraz stwierdził odwracalność pracy maszyn: prądnicy i silnika elektrycznego. 1867 r. Anglik James C1erk Maxwe11 ogłosił słynne równanie udowadniające istnienie fal elektromagnetycznych i wykazał, że światło jest jednym z rodzajów tych fal. 1887 r. Niemiec Heinrich Hertz Istnienie fal elektromagnetycznych wywołujących zjawiska elektryczne udowodnił doświadczalnie.
1904 John Ambrose Fleming zbudował pierwszą lampę elektronową diodę. 1907 Lee De Forest zbudował pierwszą lampę wzmacniającą - triodę 1947 skonstruowano pierwszy działający tranzystor (ostrzowy) w laboratoriach firmy Bell Telephone Laboratories przez Johna Bardeena oraz Waltera Housera Brattaina. W następnym roku William Bradford Shockley z tego samego laboratorium opracował teoretycznie tranzystor złączowy, który udało się zbudować w 1950. John Bardeen, Walter Houser Brattain oraz William Bradford Shockley, za wynalazek tranzystora otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki w 1956.
03 Wiadomości wstępne Przedrostki wielokrotności jednostek miar Przedrostek Znaczenie Zapis skrócony Oznaczenie tera 1 000 000 000 000 10 12 T giga 1 000 000 000 10 9 G mega 1 000 000 10 6 M kilo 1 000 10 3 k hekto 100 10 2 h deka decy 10 0,1 10 1 10-1 da d centy 0,01 10-2 c mili 0,001 10-3 m mikro 0,000 001 10-6 nano 0,000 000 001 10-9 n piko 0,000 000 000 001 10-12 p Femto 0,000 000 000 000 001 10-15 f
Wielkość Wzór definicyjny Przykładowe wielkości elektryczne i magnetyczne Ładunek elektryczny Napięcie elektryczne. Różnica potencjałów elektrycznych. Siła elektromotoryczna Natężenie pola elektrycznego Pojemność elektryczna Opór elektryczny (rezystancja) Strumień magnetyczny (strumień indukcji magnetycznej) Indukcja magnetyczna Natężenie pola magnetycznego Indukcyjność Q = I t U = P/I I = U/l C = Q/U R = U/I = Q R B = Φ/S H = ni/l L = Φ/I Oznaczenia we wzorze definicyjnym Nazwa jednostki Oznaczenie Wartość podstawowych lub uzupełniających jednostek płynącego w czasie t kulomb C A s P moc elektrycznego wolt V W/A U różnica potencjałów w odległości l wolt na metr V/m V/m Q ładunek elektryczny U napięcie między okładkami kondensatora farad F C/V U różnica potencjałów przy natężeniu prądu I om V/A - strumień magnetyczny, indukujący w obwodzie o oporze R ładunek Q - strumień magnetyczny przez powierzchnię o polu S elektrycznego płynącego przez cewkę o długości l i liczbie zwojów n elektrycznego wzbudzającego strumień magnetyczny weber Wb Ω C tesla T Wb/m 2 amper na metr A/m A/m henr H Wb/A