|
|
| ||||
Електротехнички материјали
Сви матерјали који се срећу у природи, у електричном погледу деле се на :ИЗОЛАТОРЕ, ПРОВОДНИКЕ, ПОЛУПРОВОДНИКЕ и СУПЕРПРОВОДНИКЕ.
По љускама око атома круже електрони. У првој их је 2, у другој 1-8 , а у последњој, такође 1-8 (валентни).
Електротехнички материјали користе се у електротехници, најчешће за провођење или не провођење електричне струје.
Деле се на:
проводнике - проводе електричну струју. Мало електрона у последњој љусци (1-3),слабо су везаниза језгро атома и ослобађају се већ на собној температури.Слободни електрони се крећу у једном смеру и чине струју. (бакар, алуминијум, сребро...).
изолаторе - не проводе електричну струју. Лоши проводници (струје) јер у последњој љусци имају много електрона (5 до 8). Они су чврсто везани за атом и тешко ослобађају електроне који би кретањем створили струју.( хлор, пластичне масе, гума ваздух...).
полупроводници - под одређеним условима проводе а под другим условима не проводе електричну струју. Они су између проводника и изолатора по броју електрона у последњој љусци (4).(силицијум са примесама, германијум...).
суперпроводници - на ниским температурама постају бољи проводници.
Електрична струја
Електрична струја је усмерено кретање електрона кроз проводник.
| Кликни и започни |
У структури проводника налазе се слободни електрони који теже да пређу са негативног пола (где има више електрона) на позитиван пол (где има мањак електрона), као што је случај код батерије.
| Кликни и започни |
Електрична струја - настанак
Метали имају кристалну грађу - у чворовима кристалне решетке су + јони, а између њих слободни електрони. Метали од свих супстанци имају највећу концентрацију слободних електрона и зато су најбољи проводници. Они су проводници у сва три агрегатна стања.
Неке супстанце (соли, базе и киселине) нису проводници, али њихови водени раствори проводе електричну струју. Њихова проводљивост је условљена кретањем јона.
Гасови су проводници под условом да су врло разређени и да је висок напон између електрода на крајевима цеви у којима се налазе.
Слаби проводници или изолатори - скоро сви електрони су чврсто везани и мала је концентрација слободних електрона.
Граница између проводника и изолатора није оштра, јер спољни услови могу да промене електропроводљивост.
Полупроводници нагло повећавају своју електропроводљивост под утицајем промене спољних фактора. То су елементи IV, V и VI групе периодног система, а најпознатији су силицијум и германијум.
Слободни електрони се хаотично крећу све док се у проводнику не успостави електрично поље и не почне усмерено кретање наелектрисања.
Усмерено кретање наелектрисаних честица кроз проводник назива се електрична струја.
Електрична струја може бити:
једносмерна - слободни електрони крећу се кроз проводник у 1 смеру. Извори ове врсте електричне енергије су батерије, акумулатори и сл.
наизменична - слободни електрони крећу се наизменично кроз проводник час у једном час у другом смеру. Ова врста електричне енергије добија се у хидроелектранама, термоелектранама и нуклеарним електранама.
Извори електричне струје
У пракси се електрично поље успоставља у проводницима и може дуже време да се одржава помоћу извора електричне струје.
У изворима једносмерне електричне струjе настаjе раздваjање позитивних и негативних наелектрисања и усмеравање њиховог кретања. Раздвоjене наелектрисане честице долазе на одређене делове извора коjи се називаjу полови извора струjе. Код сваког извора електричне струjе постоjе два пола: позитивни (+) и негативни (-). Постоjе различити процеси чиjи jе резултат раздваjање и уређено кретање слободних наелектрисаних честица у изворима струjе, нпр. механички рад, хемиjска реакциjа и др. У свим тим процесима долази до претварања неког облика енергиjе (механичка, хемиjска, унутрашња, светлосна или нека друга) у електричну енергиjу.
Кроз проводник, коjим су повезани полови извора струjе, крећу се слободни електрони, а кроз извор струjе - слободне наелектрисане честице (електрони, jони). Ово кретање ће траjати све док траjу поменути процеси у извору.
Механичка енергија
- електростатичка инфлуентна машина
Хемијска енергија
- Лекланшеов елемент
- Оловни акумулатори
Лекланшеови елементи и акумулатори спадаjу у изворе jедносмерне струjе. На цртежима се jедноставно представљаjу као на слици. Дужа и тања црта представља позитиван, а краћа и дебља црта негативан пол извора струjе.
Извори наизменичне електричне струје
Jачина електричне струjе
Кроз електричне потрошаче (електрични штедњак, пеглу, сиjалицу) коjи су укључени у електричну мрежу протећи ће за исто време различита количина електрицитета, односно кроз њих ће протећи различита електрична струjа.
Да би се електрична струjа у разним електричним потрошачима могла квантитативно упоређивати, уведена jе физичка величина коjа се назива jачина електричне струjе. То jе jедна од основних величина SI система.
Jачина електричне струjе у проводнику броjно jе jеднака количини електрицитета коjи протекне кроз попречни пресек проводника за jедну секунду.
I=q/t
Jединица за jачину електричне струjе jе ампер (1А).
Ако jе jачина електричне струjе у проводнику 1 ампер, кроз његов попречни пресек протиче количина електрицитета од 1 кулона за 1 секунду. У пракси се, осим ампера, користе мање и веће jединице.
Деловање електричне струjе
- Топлотно - Са успостављањем електричне струjе проводник се загрева.
- Хемијско - Електролиза и галванизација
- Магнетно - Електромагнет
- Механичко - Два паралелна проводника.
Мерење jачине и напона електричне струjе
Jачина електричне струjе мери се амперметром (везује се редно).
За мерење напона на половима извора електричне струjе или на неком другом делу кола користи се уређаj коjи се назива волтметар (везује се паралелно).
Електрични потенцијал и напон
|
Нека тела могу бити слабије или јаче наелектрисана. Пример: Ако имамо два тела А и В, и на тело А доведемо мању количину електрицитета, а на В већу, тело А је слабије наелектрисано, а тело В јаче, тј. ствара око себе јаче Е ( електрично поље).
Пример: Ако имамо два различита тела C и D и тело C је мање површине, а доведемо им исту количину електрицитета, електрицитет на површини тела C је гушће распоређен, па је оно јаче наелектрисано и ствара у својој околини јаче електрично поље.
Ако је неко тело јаче наелектрисано оно је на јачем електричном потенцијалу. Електрични потенцијал постоји и ван наелектрисаног теле у његовом електричном пољу. Ако се удаљавамо од наелектрисаног тела, његов утицај слаби, па слаби и потенцијал. Ако је тело позитивно наелектрисано и електрични потенцијал је позитиван. Ако је тело негативно наелектрисано и електрични потенцијал је негативан. Ако тело није наелектрисано потенцијал је једнак 0. Електрични напон представља разлику потенцијала, обележева се са U, а јединица му је такође 1V (волт). |
||||
Електрична отпорност
Електрична отпорност jе физичка величина коjа представља меру отпора усмереном кретању наелектрисаних честица кроз проводник. Он се обележава са R. Од два проводника, већу електричну отпорност има проводник кроз коjи протиче слабиjа струjа при истим условима (jеднаке димензиjе проводника и jеднаки електрични напони на њиховим краjевима).
Знамо да електрична струjа у металима представља усмерено кретање слободних електрона. Крећући се под утицаjем електричног поља, електрони се узаjамно судараjу, а судараjу се и са jонима кристалне решетке метала. Ово узаjамно деловање може се упоредити са неком силом отпора (трења) коjа успорава кретање самих електрона. Услед тог деловања смањуjе се брзина усмереног кретања електрона. а то значи и jачина електричне струjе у проводнику.
Jединица електричне отпорности jе ом (Ω), а назван jе тако у част немачког физичара Георга Ома. У пракси се чешће користе веће jединице од ома: килоом и мегаом...
| Префикс | Вредност | Скраћеница | Префикс | Вредност | Скраћеница | |||||||||
| ато | 10-18 | (a) | дека | 101 | (da) | |||||||||
| фемто | 10-15 | (f) | хекто | 102 | (h) | |||||||||
| пико | 10-12 | (p) | кило | 103 | (K) | |||||||||
| нано | 10-9 | (n) | мега | 106 | (m) | |||||||||
| микро | 10-6 | (m) | гига | 109 | (G) | |||||||||
| мили | 10-3 | (m) | тера | 1012 | (T) | |||||||||
| центи | 10-2 | (c) | пета | 1015 | (P) | |||||||||
| деци | 10-1 | (d) | екса | 1018 | (E) | |||||||||
| |
||||||||||||||
Експериментално показано:
- Отпорност проводника је сразмерна његовоj дужини l.
- Отпорност проводника је обрнуто сразмерна површини његовог попречног пресека S
- Отпорност проводника зависи и од врсте материjала од кога jе он направљен и исказана је преко величине коjа се назива специфична отпорност - ρ. Специфична отпорност неке супстанце jе електрична отпорност проводника дужине 1m и површине попречног пресека 1m2на температури од 0°С. Jединица - омметар (Ωm).
Електрична отпорност проводника дате супстанце сразмерна jе његовоj дужини, обрнуто сразмерна површини попречног пресека проводника, а константа сразмерности jе специфична отпорност.
R = ρl/S
Омов закон
Када повећавамо напон на потрошачу (укључујемо већи број извора) повећава се јачина струје у колу.
Закључак:
Јачина струје је директно сразмерна напону.
Када повећавамо отпор у колу (повећавамо дужину проводника) јачина струје у колу се смањује.
Закључак:
Јачина струје у колу обрнуто је сразмерна отпору.
Оба ова закључка обједињена су у jедан од основних закона електричне струjе за део кола - Омов закон за део струјног кола.
Jачина електричне струjе у проводнику сразмерна jе електричном напону на његовим краjевима, а обрнуто сразмерна електричноj отпорности проводника
I=U/R
На основу Омовог закона се израчунава напон на делу кола или отпорност дела кола.
Из обрасца се дефинише и jединица отпорности:
електричну отпорност од једног ома има онаj проводник у коме при електричном напону од 1 V електрична струjа има jачину од 1 А.
Кад се затвори електрично коло, носиоци наелектрисања се крећу и наилазе у спољашњем делу кола на отпорност R, а кроз извор на отпорност r коjи се назива унутрашња отпорност електричног извора.
Пpетвapaње електpичне енеpгиjе у унутpaшњу енеpгиjу (Џулoв зaкoн)
Кaдa кpoз пpoвoднике тече електpичнa стpуja, oни се зaгpевajу што је последица повећања унутрашње енргије проводника. У једном тренутку он престаје да се загрева иако и даље прима енергију на рачун рада електричне струје. То се објашњава тиме што проводник ослобађа одређену количину топлоте која је на основу закона одржања енергије једнака раду који изврши електрична струја у њему: Q=A
Q=UIt= I2Rt =U2t/R
Џулoв зaкoн гласи:
Кoличинa тoплoте oслoбoђенa у пpoвoднику сa електpичнoм стpуjoм jеднaкa jе пpoизвoду квaдpaтa jaчине те електpичне стpуjе, електpичне oтпopнoсти пpoвoдникa и вpемену пpoтицaњa електpичне стpуjе.
Q= I2Rt
Пoштo се пpoизвoдoм UI oдpеђуjе снaгa, тo се кoличинa тoплoте oслoбoђенa у некoм пoтpoшaчу пoзнaте снaге мoже oдpедити фopмулoм: Q=Pt.
