Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Transkript

1 Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Ústav elektrotechniky a měření Základní pojmy elektrotechniky Přednáška č. 1 Milan Adámek adamek@ft.utb.cz U5 A Základní pojmy elektrotechniky 1

2 Elektrotechnika: obor, který se zabývá elektrickými, magnetickými a elektromagnetickými jevy, jejichž příčinou je elektricky nabitá hmota, tj. hmota nesoucí kladný a záporný náboj Dělení elektrotechniky: 1) výkonová (dříve silnoproudá) -výroba el. energie, přenos a přeměna v energii mechanickou, tepelnou, světelnou. 2) sdělovací (dříve slaboproudá) - přenos, zpracování informace, reprodukce, záznam Základní pojmy elektrotechniky 2

3 Elektronika ve letech 20.století se začala vyčleňovat ze slaboproudé elektrotechniky zabývá se: el. jevy ve vakuu el. jevy v polovodičích Mikroelektronika 60. letech se vyčleňuje z elektroniky založena na: miniaturizaci součástek integraci součástek na malé ploše Základní pojmy elektrotechniky 3

4 El.náboj: základní vlastnost hmoty, nelze ho vytvořit ani zničit a lze ho jen odvést nejmenší náboj - elementární náboj: el.náboj: 1e = 1, C 1C = 6, e Základní pojmy elektrotechniky 4

5 El. obvod: prostorově ohraničený systém složený ze vzájemně propojených obvodových prvků za účelem určité funkce (např.: přenos a zobrazení informace,zesílení napětí) Dělení el. obvodů : a) obvody se soustředěnými parametry b) obvody s rozloženými parametry lineární nelineární stejnosměrné: U U(t) I I(t) střídavé: u = u(t) i = i(t) Základní pojmy elektrotechniky 5

6 Řešení elektrických obvodů: analýza - vycházíme ze známého propojení el. obvodů, hledáme vlastnosti obvodu při různých pracovních podmínkách - řešení je jednoznačné syntéza - na základě požadovaných vlastností obvodu hledáme takové prvky a propojení,aby bylo dosaženo žádaných vlastností - má mnoho řešení Základní pojmy elektrotechniky 6

7 Pojmy v el. obvodech: svorka: - jednotlivé obvodové prvky jsou vzájemně spojeny pomocí svorek uzel: - místo, kde se setkávají alespoň tři vodiče větev: - část obvodu mezi dvěma uzly - počet větví = počet nezávislých rovnic, které potřebujeme k úplnému popisu procesů v obvodu Základní pojmy elektrotechniky 7

8 smyčka: - uzavřená dráha v elektrickém obvodu topologické schéma: - dává představu o konfiguraci obvodu. Jsou v něm znázorněny jednotlivé uzly jako body, v nichž se stýkají větve znázorněné čarami. Konkrétní složení větví není v topologickém schématu patrné. Základní pojmy elektrotechniky 8

9 Veličiny v elektrickém obvodu 1. Elektrické napětí U - pro stejnosměrné obvody: U U(t) u(t) - pro střídavé obvody: u=u(t) (okamžitá hodnota) Definice napětí: napětí u 12 je definováno jako práce A 12, kterou vykoná el. pole při posunu jednotkového kladného náboje z bodu 1 do bodu 2 Základní pojmy elektrotechniky 9

10 2 2 A 12 u = = = 12 E dl E dl cosα Q - v potencionálním poli je napětí nezávislé na integrační dráze - napětí je rozdíl potenciálů: u = ϕ ϕ Základní pojmy elektrotechniky 10

11 2. Elektrický proud: I - pro stejnosměrné obvody : I I(t) - stejnosměrný proud DC (Direct Current) -označení: - i(t) - pro střídavé obvody : i = i(t) -střídavý proud AC (Alternating Current) - označení: ~ Základní pojmy elektrotechniky 11

12 Definice proudu: jde o pohyb nábojů způsobený Coulombovskými silami i = dq dt Směr proudu: za kladný směr bereme pohyb kladného náboje -tj. historický omyl pocházející z počátečního období nauky o elektřině. Základní pojmy elektrotechniky 12

13 Čítací šipky vyznačují orientaci el. proudu a el. napětí v el. obvodu mezi uzly, na zdroji a spotřebiči Základní pojmy elektrotechniky 13

14 3. Energie a výkon: Práce el.pole: přenese-li el.pole náboj dq po dráze s konečnými body, mezi kterými je napětí u, pak práce: da dt Výkon el.pole: časová změna energie je dána jako časová změna výkonu: p = = u da dt = dq u = i u i Základní pojmy elektrotechniky 14

15 Zákony v el. obvodech 1. Ohmův zákon: U 2. I. Kirchhoffův zákon (proudový) - algebraický součet proudů v uzlu je roven nule, protože v uzlu se nemůže náboj generovat ani ztrácet: ± I i = 0 i = R I Základní pojmy elektrotechniky 15

16 3. II. Kirchhoffův zákon (napěťový) - algebraický součet napětí podél uzavřené smyčky je roven nule ± U k = 0 k Základní pojmy elektrotechniky 16