Основи на електротехника PDF

Основи на електротехника Дел 1 Електростатика е дел од општата електромагнетна теорија каде што се изучуваат само електричните појави во услови кога тие се набљудуваат како неподвижни (статички) и временски непроменливи. Електрицитет или електричен полнеж постои на тела помеѓу кои делува електрич...

Основи на електротехника Дел 1 Електростатика е дел од општата електромагнетна теорија каде што се изучуваат само електричните појави во услови кога тие се набљудуваат како неподвижни (статички) и временски непроменливи. Електрицитет или електричен полнеж постои на тела помеѓу кои делува електрична сила. Апсолутна вредност на количината електрицитет која ја носат електронот или протонот се нарекува елементарен квант на електричен полнеж. Принцип за зачувување на електрицитет: Вкупната количина на електрицитет во издвоен систем не се менува со време. Кулонов закон: \- Силата помеѓу два точкести електрични полнежи е одбивна ако се од ист вид или привлечна ако се од различен. \- Силата е во правец на линија која поминува низ двата електрични полнежи. \- Интензитетот на силата е правопропорционален на производот на двата електрични полнежи, а обратнопропорционален на квадратот на нивното меѓусебно растојание. Електрично линеарна средина е со непроменливи електрични особини без оглед на електричната сила и електричните полнежи на телата. Силата со која два електрични полнежи меѓусебно делуваат не се менува поради присуство на трет електричен полнеж. Принципот на суперпозиција важи за линеарни електрични средини. (Ова овозможува решавање на резултантна сила) Електричниот полнеж го модифицира просторот околу себе воспоставувајќи определена физичка појава во просторот, која ја нарекуваме електрично поле. Електрично поле е особина на просторот околу електрични полнежи. Електричниот полнеж е особина на материјални честички. Основен експеримент со кој се утврдува дали во просторот е воспоставено електрично поле е во тој простор да се донесе неподвижно наелектризирано тело и доколку може да се измери електрична сила која делува врз телото, само тогаш утврдуваме дека постои електрично поле. Векторот на јачина на електрично поле го карактеризира полето од аспект на неговата способност да делува со сила врз електричен полнеж внесен во него. Во хомогено електрично поле векторот Е е подеднаков во сите точки од просторот. Линија на вектор на јачина на електрично поле е замислена линија повлечена на таков начин да тангентата во секоја нејзина точка е со правец еднаков на векторот на електрично поле во таа точка. Линиите се насочени во насоката на Е. Бројот на линии кои поминуваат низ единица површина нормална на линиите е правопропорционален на интензитетот на полето. Линии на вектор на електрично поле: \- Тие се непрекинати \- Секоја линија има почеток на позитивниот електричен полнеж и крај на негативниот електричен полнеж \- Линиите никогаш не се сечат Позитивна насока на нормалата на површината се означува со единичен вектор n чиј правец е нормален на површината. Флуксот на даден вектор е пропорционален на бројот на линии на векторот кои поминуваат низ површината. Гаусов закон: Вкупниот излезен флукс на векторот на јачина на електрично поле низ произволна затворена површина во вакуум е еднаков на вкупниот електричен полнеж опфатен во затворената површина поделен со пермитивноста на вакуумот. Позитивна вредност на извршена работа = Движењето се врши под дејство на силите на електричното поле. Негативна вредност на извршена работа = Движењето се врши под дејство на други (надворешни) сили. Конзервативност на електростатско поле - работа на силите на електростатското поле по затворен пат е еднаква на нула. Безвртложност значи дека силите на електростатското поле не можат да поместат пробен полнеж по затворена патека. Работата на електричните сили при пренесување на пробен електричен полнеж од една точка во друга не зависи од обликот на патот туку само од положбата на крајните точки. Особина на безвртложност на електрично поле Работата на надворешна сила која ја совладува електричната сила е еднаква на работата на електричната сила во спротивна насока. Способност за вршење на работа се нарекува енергија. Енергијата е еднаква на работата која може да се изврши. Енергијата не може ниту да се содаде ниту да се изгуби, туку единствено може да се трансформира од еден вид во друг. Вкупната енергија кај сите појави останува непроменета. Електричниот потенцијал е скаларна карактеристика на електричното поле -- го опишува од аспект на потенцијалната енергија на електричото поле. Во електростатиката, разликата на потенцијали и напонот се идентични. Еквипотенцијална површина е составена од точки во полето кои се меѓусебно на еднаков потенцијал. Еквипотенцијални линии се пресек на еквипотенцијални површини со рамнината на цртежот. Векторот на јачина на електричното поле е нормален на еквипотенцијалните површини. Потенцијалот расте во насока спротивна од насоката на векторот на јачина на електрично поле Е. Електричен дипол е систем од два разноимени точкасти полнежи со иста апсолутна количина електричен полнеж поставени на многу мало меѓусебно растојание. Спроводниците се група на материјали кои поседуваат голема резерва на слободно подвижни електрични полнежи. Кога во внатрешноста на спроводниците постои електрично поле настанува насочено макроскопско движење на електрични полнежи кое го нарекуваме електрична струја. При електростатска рамнотежа нема вишок електрични полнежи во внатрешноста на спроводникот (Q=0). Вишокот електрични полнежи се распределени на површината од спроводникот. При електростатка рамнотежа нема електричното поле во внатрешноста на спроводникот.(E=0). Електричното поле постои од површината на спроводникот кон надворешниот простор. При електростатска рамнотежа на површината на спроводникот постои само нормална компонента на електричното поле, а потенцијалот е константен на површината и во внатрешноста на спроводникот. Појавата со која површините на спроводни тела се индуцираат електрични полнежи под дејство на надворешно електрично поле се нарекува електростатичка индукција. Фарадеев кафез е електростатичко засолниште и тоа е кога со затворање во метална обвивка е возможна потполна заштита на внатрешниот простор од надворешно електрично поле. Диелектрици се група на материјали кои имаат многу малку електрони на располагање за да се воспостави електрична струја под дејство на електрично поле и затоа се класифицираат како електрични изолатори. Нивни особини се хомогеност, линеарност и изотропност. Поларните молекули имаат постојан момент на дипол. Неполарни молекули немаат сопствен момент на дипол. Појавата на макроскопски голем број насочени електрични диполи во диелектриците се нарекува поларизација на диелектриците. Поларизацијата во случај на поларни молекули се нарекува диполна поларизација, а во случај на неполарни молекули електронска поларизација. Константата Xe се нарекува електрична сусцептибилност на диелектрикот. Таа е чист број, без димензија, поголем од 0 и е карактеристика на секој диелектрик. Овој број се користи за дефинирање на разни важни особини на диелектрикот. Воопштен Гаусов закон: Вкупниот излезен флукс на векторот на електрично поместување низ произволна затворена површина е еднаков на вкупниот електричен полнеж опфатен во затворената површина. Распределбата на полето зависи од геометриските карактеристики и електричните особини на средината. Напонот помеѓу телата зависи само од геометриските карактеристики на телата и електричните особини на средината. Кондензатор е систем на два спроводника кои се меѓусебно изолирани. Капацитивност е својство на кондензаторот да акумулира количество електрицитет на електродите при даден напон меѓу електродите. Електрично поле има само меѓу електродите на кондензаторите. Надвор од електродите интензитетот е 0. Енергијата ја дефинираме како способност да се изврши работа. Работата вложена во наелектризирањето на телата се трансформира во енергија на електричното поле кое тие го создаваат. Електричната енергија се содржи во електричното поле и е распределена во целиот простор во кој е воспоставено полето. Дел 2 Електричната струја е насочено макроскопско движење на електрични полнежи. Кондукциона струја е под дејство на електрично поле и средината во која е електрицитетот е во мирување, додека кај конвекционата целото наелектризирано тело се движи. Стационарна електрична струја по интензитет, правец и насока не се менува во текот на времето. Битен услов за да постои електрична струја е да има електрично поле во внатрешноста на спроводникот и спроводникот да нема ист потенцијал во сите точки. За одржување на електричната струја потребен е извор кој ќе ја одржува потенцијалната разлика. Целокупната енергија потребна за движење на електроните во електричната струја се претвора во топлинска. Особината на материјалите да се спротивставуваат на течењето на струјата е електрична отпорност на материјалот и се означува со симболот R. Различни материјали се спротивставуваат на електричната струја различно и оваа посебна карактеристика на секој материјал се нарекува специфична отпорност и се означува со симболот. Особина на материјалот да овозможува протекување на електрична струја се нарекува спроводност и истоимената физичка големина, која ја опишува, се бележи со симбол G. Моќност -- брзина на извршување на работата или брзина на трансформација на енергијата. Прв Кирхофов закон: Збирот на струите кои влегуваат во еден јазол е еднаков на нула. Електрично коло е систем на тела и средини кои создаваат затворен пат на електрична струја. Линеарни отпорници се оние кај кои релацијата на Омовиот закон не зависи од интензитетот на напонот и струјата. ЕМС на генераторот е количник на елементарната работа која ја извршуваат туѓите сили при пренесување на количество електрицитет низ генераторот од негативниот (N) до позитивниот (P) пристап. Референтната насока на струјата е усогласена со насоката на ЕМС според конвенција за генератори. Напонот меѓу приклучоците на идеален напонски извор е еднаков на ЕМС на генераторот. Втор Кирхофов закон: Збирот на сите напони во затворено струјно коло е еднаков на нула. Во случај на временски константна струја вкупниот флукс на векторот на густина на струјата низ затворена површина е нула. Моќност на генераторот -- брзината со која силите на туѓото поле ги трансформираат другите облици на енергија во работа на силите на електричното поле. Идеален напонски генератор е кога внатрешната отпорност е многу помала од потрошувачот (RS=0). Идеален напонски генератор е генератор кој одржува константен напон. Идеален струен генератор е кога внатрешната отпорност е многу поголема од потрошувачот (RS=). Идеален струен генератор е генератор чија струја е константна. Струјата е еднаква секаде во сериско коло. Напонот е еднаков во паралелно коло. При отворено коло: I=0 R= U=max При куса врска: I=max R=0 U=0 Јазол во електрична мрежа е точка во која се спојуваат три или повеќе елементи на електрично коло. Гранка е еден или повеќе елементи на електрично коло врзани сериски меѓу два јазли. Контура во мрежата е затворен пат кој се состои од гранки на мрежата. Стебло е поврзана низа на гранки кои ги поврзуваат сите јазли во мрежата, а притоа не формираат ниедна затворена контура. Теорема на суперпозиција: Во линеарна мрежа со повеќе извори, струјата во било која гранка е еднаква на алгебарскиот збир на струите, кои во таа гранка би ги создавале идеалните напонски или струјни генератори, кога во истата мрежа би делувале поединечно. Тевененова теорема: Примената на Тевененовата теорема ни овозможува произвлона мрежа во однос на два нејзини приклучоци да ја замениме со еквивалентен модел на реален напонски генератор. Според Тевененова теорема, Ет е еднакво на напонот меѓу приклучоците А и B кога колото е отворено. Додека пак, Rт е вкупната отпорност меѓу приклучоците A и B кога тие се отворени и кога сите извори во мрежата се исклучени. Нортонова теорема: Со примена на Нортонова теорема произволна мрежа може да се замени со еквивалентен реален струен генератор. Дел 3 Основната магнетна појава која може да се мери е магнетна сила, а нејзината распределба во просторот може да се претстави со линии на магнетни сили. Кога електричниот полнеж се движи во однос на набљудувачот во просторот покрај електрично поле настанува и магнетно поле. Особина на магнетното поле е да делува со сила врз други електрични полнежи кои се движат во однос на набљудувачот. Векторот на магнетната индукција го опишува магнетното поле од аспект на неговата способност да делува со сила врз други електрични полнежи во движење. Единствен начин да утврдиме постоење на магнетно поле е со мерење на сила врз електричен полнеж кој се движи во однос на набљудувачот. Био-Саваров закон: Векторот на магнетна индукција dB во одредена точка во потполност ја дефинира способноста на магнетното поле на еден струен елемент да делува со сила врз друг струен елемент во таа точка. Основните особини на линиите на векторот на магнетна индукција се: -линиите немаат почеток ни крај и се затвораат сами во себе -линиите не се сечат Амперов закон: Циркулацијата на векторот на магнетна индукција во вакуум по било кој затворен пат е еднаква на магнетната пермеабилност помножена со вкупната стационарна струја која поминува низ било која површина ограничена со тој затворен пат. Вкупниот излезен флукс на векторот на магнетна индукција низ било која затворена површина е еднаков на нула. Магнетниот флукс не зависи од обликот на површината туку само од контурата. Фарадеев закон: Индуцираната електромоторна сила во затворена контура е пропорционална на брзината на промената на флуксот низ контурата. Ленцов закон: Насоката на индуцираната електромоторна сила е таква да се спротивставува на причината која ја предизвикува. Појавата на индуцираната ЕМС по должината на спроводникот кој се движи во однос на набљудувачот во непроменливо магнетно поле се нарекува динамичка индукција. Електричен генератор е уред во кој кинетичката енергија се трансформира во електрична поради електромагнетната индукција. Електричен мотор е уред во кој се трансформира електрична во кинетичка енергија поради електромагнетна индукција. Трансформатор е електричен уред кој пренесува енергија помеѓу магнетно спрегнати кола со примена на статичка електромагнетна индукција. Меѓусебна индуктивност помеѓу две контури е мерка за меѓусебен флукс помеѓу контурите од струја во едната контура. Меѓусебна индуктивност е мерка за индуцирана ЕМС во една контура поради променлива струја во друга контура. Сопствената индуктивност е мерка на флуксот низ контура од струјата во контурата. Сопствената индуктивност е мерка за индуцирана ЕМС во контура поради произволно променлива струја во контурата. Индуктивноста зависи единствено од геометриските карактеристики на контурите и пермеабилноста на средината. Две контури се вели дека се меѓусебно спрегнати ако нивната меѓусебна индуктивност е различна од нула. Енергијата на магнетно поле е распределена во секоја точка во просторот каде постои магнетно поле.