Elektrotehnika vastused (0)

Eesti Mereakadeemia - Elektroonika - Elektrotehnika ja elektroonika

1 Hindamata

Elektrilaeng ja elektriväli. Potentsiaal ja pinge.
Elektrilaeng e. laeng on füüsikaline suurus, mis näitab kui tugevasti laetud kehad osalevad elektrilises vastastikmõjus. Tähis q, ühik 1C ( kulon )
Laengud jaotatakse kokkuleppeliselt positiivseteks (+) ja negatiivseteks (-). Samaliigilise laenguga kehad tõukuvad ja eriliigilise laenguga kehad tõmbuvad.
Elektrilaengu väärtus on positiivse laengu puhul positiivne arv ja negatiivse laengu puhul negatiivne arv. Neutraalsele osakesele või kehale võidakse omistada elektrilaengu väärtus 0.
Elektriväli on elektrilaengu poolt tekitatud ruumis leviv pidev väli, mis mõjutab teisi ruumis paiknevaid elektrilaenguid.
Elektrivälja potentsiaal on füüsikaline suurus, mis võrdub mingisse elektrostaatilise välja punkti asetatud elektrilaengu potentsiaalse energia ja laengu suuruse suhtega. Kui me tähistame potentsiaali tähega φ, siis
kus Wp on laengu potentsiaalne energia ja q on laengu suurus.
Potentsiaal on skalaarne suurus. Kui kahe laengu poolt tekitatud elektriväljade potentsiaalid on vastavalt
ja , siis nende väljade kogupotentsiaal
Elektriliseks pingeks nimetatakse elektrivälja kahe punkti potentsiaalide vahet ning see on füüsikaline suurus, mis näitab, kui palju tööd tuleb teha, et
Pinget tähistatakse U tähega.
Laengu nihutamiseks ühest punktist teise teeb elektriväli tööd, mille suurus jagades laengu suurusega saame potentsiaalide vahe.

Alalisvool . Ohmi seadus
ALALISVOOL on laengute korrastatud liikumine.
Alalisvoolu SUUND – positiivsete laengute liikumise suund.
Alalisvoolu TUGEVUS – ajaühikus juhi ristlõiget läbinud laeng Voolutugevuse ühik on amper (A)
OHMI SEADUS VOOLURINGI OSA KOHTA
U – pinge juhi otstel
I – voolutugevus
R – juhi takistus
Takistuse ühik on oom: 1Ω = 1V / 1A
Juhi takistus oleneb juhi materjali eritakistusest ρ, juhi pikkusest l ja ristlõike pindalast S
Temperatuuri tõustes juhi takistus kasvab: R0 – juhi takistus temperatuuril 0ºC
OHMI SEADUS KOGU VOOLURINGI KOHTA
EMJ – vooluallika elektromotoorne jõud
Rs – vooluallika sisetakistus
Rv – ahela välistakistus
Alalisvoolu töö: A = IUt (Joule’i-Lenzi seadus)
Alalisvoolu võimsus: N = IU

Kirchhoffi seadused.
Kirchoffi esimene seadus
Vooluahela punkti, kus ühendatakse mitu juhet , nimetatakse hargnemispunktiks ehk sõlmeks. Kirchhoffi esimene seadus on seadus vooludest hargnemispunktis:
Hargnemispunkti suubuvate voolude summa on võrdne sealt väljuvate voolude summaga . I1 + I2 = I3 + I4 , ehk, kui viia kõik voolud võrrandi ühele poole: I1 + I2 - I3 - I4 = 0
Kirchoffi teine seadus
Vooluringis toimivate elektromotoorjõudude summa on võrdne kõigi selle kontuuri takistustel esinevate pingelangude algebralise summaga. E1+E2=U1+U2+U3+U4

Takistus. Juhtivus . Takistite ühendusviisid ja skeemide teisendamine .
Takistuseks ehk elektritakistuseks nimetatakse juhi omadust avaldada elektrilaengute liikumisele takistavat mõju. Takistuse mõõtühikoks on oom.
Takistusühik 1 oom on sellise juhi takistus, mille otstele rakendatud pinge 1 volt korral läbib juhti vool tugevusega 1 amper.
Alalisvoolu korral on juhi takistus arvutatav valemiga:
kus l on juhi pikkus meetrites, A ‒ juhi ristlõike pindala ruutmeetrites ja ρ ‒ materjali eritakistus oom-meetrites (Ω•m).
Elektrijuhtivus on elektriahelat või objekti iseloomustav suurus. Vastavalt lineaarsetele elektriahelatele kehtivale Ohm'i seadusele on juhtivus G võrdeline vooluga I ja pöördvõrdeline pingelanguga U : G = I / U
Juhtivus G on takistuse R pöördsuurus: G = 1 / R .
Alalisvoolu puhul on tegemist alalisvoolujuhtivusega G : G = I / U .
Siinuselise vahelduvvoolu puhul on tegemist vahelduvvoolujuhtivusega, mis üldjuhul on kompleksjuhtivus Y : Y = I / U .
Takistite ühendusviisid ja skeemide teisendamine

Keemilised alalisvooluallikad. Sisetakistus.
Sisetakistus on elektrienergia allika, näiteks keemilise vooluallika iseenda takistus laengukandjate liikumisele ehk elektrivoolule. Sisetakistus on määratav allika sisepingelangu ja koormusvoolu jagatisena.
Alalisvooluahelas on elektriallika klemmipinge (positiivse ja negatiivse elektroodi vaheline pinge)
kus E on allika elektromotoorjõud, I ‒ koormusvool ja Rs ‒ allika sisetakistus.
Seega sisetakistus
Keemilised vooluallikad on vooluallikad, millega saadakse elektrivoolu redoksreaktsioonide kulgemisel vabaneva energia arvel. Nad jagunevad 3 rühma: galvaanielementideks, akudeks ja kütuselementideks, kuigi kahel viimasel on sarnasusi galvaanielementidega, milles on elektrienergia saamiseks võimalik ainult ühekordne elektrokeemiliselt aktiivsete ainete kasutamine, sest nende ainete läbireageerimise järel muutub galvaanielement vooluallikana kasutamiskõlbmatuks. Galvaanielementide hulka kuuluvad näitkes Volta ja Leclanche’i element. Akud on seadised elektrienergia salvestamiseks. Ka neid on erinevat tüüpi: pliiakud, leelisakud, tsink-hõbeelemendid jne. Kütuseelement on erilist tüüpi galvaanielement, milles toimub kütuse aeglane oksüdatsioon („leegita põlemine”) ja reaktsioonil vabaneva energia eraldumine elektrienergiana. Inimene kasutab keemilisi vooluallikaid igapäevaelus väga aktiivselt ja tõenäoliselt ei kujutaks me oma elu ilma nendeta ettegi – keemilised vooluallikad on muutnud inimese eluviisi liikuvamaks, sest elektritehnika on muutunud tänu keemilistele vooluallikatele teisaldatavaks.

Mõõtmised alalisvooluahelas. Mittelineaarsed alalisvooluahelad
Elektrotehnikas ja elektroonikas on kasutusel ka mitmesugused mittelineaartakistid. Mittelineaartakistitakistus sõltub välismõjuritest
• temperatuurist ( termotakisti : termistor ja posistor )
• pingest ( varistor )
• valguskiirgusest (fototakisti)
• magnetväljatugevusest (Halli andur )
• mehaanilisest deformatsioonist (tensotakisti)
Pinge-voolu tunnusjooneks nimetatakse graafikut, mis iseloomustab voolu sõltuvust pingest
I f (U)
Lineaartakisti pinge-voolu tunnusjoon on sirge (a), mis läbib koordinaatide algpunkti ( origo ). Võrdluseks on joonisel metallniidiga hõõglambi tunnusjoon (b), mis kaldub alla, ja süsiniidiga hõõglambi tunnusjoon (c), mis kaldub üles.
Elektriahelat, milles on kas või üks mittelineaarne osa ( takisti , element), nimetatakse mittelineaarseks. Kuna mittelineaarelemendi takistus pole konstantne , siis ei saa niisugust elementi sisaldavat ahelat arvutada Ohmi seaduse järgi. Kui elemendi (või elementide) pinge-voolu tunnusjoon(ed) on teada, võib kasutada näiteks graafilist meetodit.
Vaatleme kahe jadamisi ühendatud mittelineaarse elemendiga elektriahelat, mille pinge-voolu tunnusjooned on teada. Ahela arvutamiseks vaadeldakse nende tunnusjooni ühises koordinaatteljestikus. Jadaühenduses läbib mõlemat elementi sama vool I , pinge moodustub
aga osapingete summast 1 2 U U U ,
Kahe mittelineaarse elemendi rööpühenduse korral on elementide pinged võrdsed ja üldvool võrdub haruvoolude summaga
1 2 I I I .

Magnetvoog . Magnetväli . Magnetiline induktsioon
Magnetvoog on füüsikaline suurus, mis näitab magnetvälja suutlikkust läbida vaadeldavat pinda.
kus

on magnetvoog;
on pinna magnetinduktsioon ;
on pinna pindala;
(beeta) on nurk pinna normaali ja magnetvälja suuna vahel.

On mateeria üks eksisteerimisvorme.Tema põhiomaduseks on mõjutada liikuvaid laenguid- elektrivoolu.
Magnetväli esineb elektrivoolu ümber. Iga liikuv elektrilaeng tekitab enda ümber magnetvälja. Magnetvälja iseloomustab voolielemendile (L∆l) mõjuv jõud, mida nim. magnetinudktsiooniks.
Magnetinduktsioon ehk B- vektor näitab jõudu, mis mõjub ühikulise vooluga ja ühikulise pikkusega juhtmelõigule selle juhtmega ristuvas magnetväljas. B=F/ L∆l
B-vektori suund on voolu siina ja juhtme mõjuva jõu suunaga risti.

Aheldusvoog. Enda- ja vastastikuse induktsiooni elektromotoorsed jõud. Vahelduvvooluahelad ja neis toimuvad nähtused
VASTASTIKUNE INDUKTSIOON
Ajas muutuv voolutugevus poolis 1 tekitab muutuva magnetvoo, mis läbib pooli 2, tekitades seal indutseeritud elektromotoorse jõu:
Ja vastupidi: kui vool läbib pooli 2, tekib indutseeritud EMJ poolis 1:
Induktiivsus M on defineeritud kui võrdetegur, mis seob omavahel voolutugevust ja magnetvoogu:
Siin N2 ja N1 on keerdude arv poolis 2 ja poolis 1.
Induktiivsus M oleneb ainult poolide geomeetriast: suurusest , kujust , keerdude arvust, omavahelisest orientatsioonist, keerdude tihedusest.
Kui poolid asuvad aines, siis oleneb M aine magnetilistest omadustest.
Induktiivsuse ühik on henri.
1H = 1 Wb/A = 1V·1s / 1A
ENESEINDUKTSIOON
Muutuv magnetväli indutseerib elektromotoorse jõu ka samas juhis, mida läbib teda tekitav vool.
N keeruga pooli induktiivsus on
ja temas indutseeritav elektromotoorne jõud on
kus Φ on voolutugevuse I poolt tekitatud magnetvoog.

Perioodilised pinged, voolud ja elektromotoorjõud
Vahelduvpinge on perioodiliselt muutuva polaarsusega pinge. Kõige laiemalt on kasutusel siinusfunktsiooni kohaselt muutuv vahelduvpinge ‒ siinuspinge.
Vahelduvpinget iseloomustavateks põhisuurusteks on hetkväärtus u, efektiivväärtus U ja amplituudväärtus Um. Siinuspinge efektiivväärtus: U = .
Muutuva suuruse väärtus mingil hetkel kannab nimetust hetkväärtus ja seda tähistatakse
väiketähega. Seega on i voolu hetkväärtuse tähis, u pinge hetkväärtuse tähis jne.
Perioodiliselt muutuva suuruse suurimat hetkväärtust nimetatakse maksimaalväärtuseks ehk
amplituudiks ja tähistatakse suurtähega koos indeksiga m. Vooluamplituudi tähis on siis Im ja
pingeamplituudil Um. Ajavahemikku, mille vältel muutuv suurus teeb ühekordselt läbi kõik oma muutused, nimetatakse perioodiks , tähistatakse tähega T ja mõõdetakse sekundites.
Perioodide arvu sekundis ehk perioodi pöördväärtust nimetatakse vahelduvvoolu sageduseks ja
tähistatakse tähega f. Sageduse mõõtühikuks on herts (Hz) saksa füüsiku Heinrich Hertzi (1857-1894) auks.
f = 1:T , kus
f sagedus hertsides (Hz)
T periood sekundites (s)
Üks herts tähendab ühte perioodi sekundis.
Elektromotoorjõud (lühend emj) on põhjus, mis tekitab ja säilitab vooluringis (s. o kinnises juhtivas kontuuris) elektrivoolu. Elektromotoorjõud E on võrdne tööga W, mida teevad kõrvaljõud, s.t mitte-elektrilise päritoluga energiaallikad , elektrilaengu q ümberpaigutamiseks kogu vooluringi ulatuses:
Elektromotoorjõu mõõtühik on volt. Elektromotoorjõud on 1 volt, kui 1 kuloni suuruse laengu ümberpaigutamiseks vooluringis tehakse 1 džaul tööd.
Elektromotoorjõu mõistet kasutatakse peamiselt seoses elektromagnetilise induktsiooniga ja elektrokeemiliste vooluallikatega

Vahelduvvoolu parameetrid . Siinus -elektromotoorjõu saamine vahelduvvoolugeneraatoris.