BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA

1. BRODSKA ELEKTROTEHNIKA I ELEKTRONIKA ZABILJEŠKE S PREDAVANJA 6 Napomena: kompletno gradivo je u literaturi, ovo su samo bitne natuknice

2. ELEKTROSTATIKA • Eksperimentima je utvrđeno da se raznoimeni električni naboji privlače, a istoimeni odbijaju. Ako se radi o točkastim nabojima sile među nabojima mogu se izraziti Coulombovim zakonom: • Prostor u kojem se osjeća djelovanje nabijenih tijela naziva se električnim poljem (naboj mijenja svojstva prostora – moderni pristup!).Električno polje iskazuje se mehaničkom silom na naboj koji je unešen u to polje. Što je točkasti naboj?

3. ELEKTRIČNO POLJE Električno polje usamlje-nog točkastognaboja je radijalno. Iznos jakosti električnog polja usam-ljenog točkastog nabo-ja, u zraku je:

4. Električno polje Električno polje je homogeno ako ima u svakoj točki jednaku jakost, pravac i smjer. U suprotnom je nehomogeno. Homogeno električno polje Električno polje između vodiča i Zemlje Tok električnog polja određen je izrazom: Skup silnica kroz promatranu površinu predstavlja tok električnog polja.

5. GAUSSOV ZAKON Obuhvaćeni naboj Obuhvaćeni naboj može biti jedan ili više točkastih naboja, ali može biti i linijski naboj (integral po krivulji), površinski naboj (integral po površini) ili volumni naboj (integral po volumenu).

6. ELEKTRIČNA INFLUENCIJA Električna influencija je pojava razdvajanja raznoimenih naboja na vodljivom tijelu u električnom polju bez izravnog fizičkog dodira s nekim nabijenim tijelom.Ako se u električno polje nekoga pozitivno nabijenog vodiča postavi nenabijeno vodljivo tijelo, na njemu će doći do razdvajanja električnih naboja: slobodni elektroni koji se nalaze u nenabijenom vodljivom tijelu premjestit će se na onu stranu tog tijela koja je bliža pozitivno nabijenom vodiču, a s druge strane tog tijela prevladat će pozitivni naboj atomskih jezgri.

7. ELEKTRIČNA INFLUENCIJA • Kao mjera influencijskog djelovanja služi veličina koja se naziva vektorom električnog pomaka ili električnom indukcijom: • U unutarnjosti nabijenih tijela nema električnog polja.Ako se se u unutarnjost jednog vodiča postavi drugi nenabijeni vodič,a zatim vanjski vodič nabije, vanjski vodič ne može nikako djelovati na unutarnji vodič. Vanjski vodič tako štiti unutarnjega od raznih stranih električnih polja. Na taj način se mogu zaštititi cijele prostorije, s tim što čak ne moraju biti potpuno oklopljene vodičem, nego samo okružene gustom metalnom mrežom (Faradayev kavez).Na sličan način štite se građevine gromobranskom zaštitom prema Zemlji.

8. POLARIZACIJA DIELEKTRIKA Električne vodiče karakterizira prisutnost slobodnih nositelja naboja koji se pod djelovanjem vanjskog električnog polja mogu gibati u vodiču. Izolatori ili dielektrici su oni materijali kod kojih se naboji ne mogu premještati s jednog mjesta na drugo, jer je za njih karakteristično da slobodnih nositelja električnog naboja gotovo nemaju. Elementarni električni naboji od kojih je sastavljen izolator pod djelovanjem vanjskog električnog polja mogu se pomaknuti samo na mikroskopski male udaljenosti (ne mogu napustiti svoje atome ili molekule) osim kod izuzetno jakih električnih polja kad dolazi do uništenja (proboja) izolatora. Proboj kondenzatora, probojni napon i kapacitet su bitne karakteristike

9. POLARIZACIJA DIELEKTRIKA Nepolarni atom izvan(a) i u električnom polju (b,c)

10. POLARIZACIJA DIELEKTRIKA Dva su tipa izolatora: • koji su neutralni u nepobuđenom stanju, nepolarni (Ako se takav atom postavi u vanjsko električno polje, doći će do djelovanja elektrostatičkih sila i do njegove deformacije.Pod tim djelovanjem jezgra i elektronski omotač dobit će novi ravnotežni položaj. Nastaje el. dipol), • koji zbog svoje građe već imaju električni dipolni moment bez djelovanja vanjskog polja, polarni. Polarne molekule bez djelovanja električnog polja i pod njegovim djelovanjem

11. POLARIZACIJA DIELEKTRIKA Djelovanjem vanjskog električnog polja dipoli se orijentiraju u smjeru električnog polja. U unutarnjosti dielektrika će se po dva kraja susjednih dipola međusobno kompenzirati (pozitivni s negativnim). Nekompenzirani će ostati samo oni naboji dipola uz rub dielektrika, uz metalne ploče, koji ne mogu napustiti izolator. To su vezani naboji. Polarizacija dielektrika djeluje na elektrostatičke pojave. Kratkotrajno pomicanje naboja u izolatoru čini struju dielektričnog pomaka. Ukupna gustoća električnog pomaka D do koje dolazi u dielektriku sastoji se iz dva dijela. Prvi dio D0 je kao i u vakuumu, a drugi dio P (polarizacija, vektor) je dio koji nastaje usljed dielektrične polarizacije, koji je, također, razmjeran jakosti električnog polja. električna susceptibilnost; sposobnost dielektrika da bude polariziran

12. DIELEKTRIČNA ČVRSTOĆA Dielektrik je u električnom polju izložen djelovanju njegovih sila, zbog čega dolazi do polarizacije dielektrika. Polarizacija je to više izražena što je jače električno polje. Kad vanjska sila električnog polja postane jača od unutarnjih sila koje povezuju atomske jezgre i elektrone u elektronskim omotačima, dolazi do ionizacije, tj. takva jača vanjska sila otrgne neke elektrone iz elektronskog omotača, te atomi tada postaju pozitivni ioni. Ti elektroni i pozitivni ioni kreću se pod djelovanjem električnog polja u dva suprotna smjera: elektroni suprotno smjeru električnog polja, a + ioni u suprotnom. Na taj način izolator gubi svoja izolacijska svojstva. Pojava se naziva probojem dielektrika (izolatora). Napon pri kojemu nastupi proboj naziva se probojni napon, a jakost električnog polja u trenutku proboja dielektrika je dielektrična čvrstoća.

13. RASPODJELA NABOJA NA VODIČU Električni se naboj raspoređuje po površini vodiča. Ta raspodjela može biti jednolika ili nejednolika. Električno polje unutar šuplje metalne kugle jednako nuli, a da je naboj na kugli jednoliko raspoređen.Ako je kugla izrađena od nevodiča i cijela nabijena pozitivnim nabojem, polje unutar nje bilo bi linearno (pravac od središta do r = R), a izvan nje kao na slici ispod. Slična je situacija i na vodičima nepravilna oblika: veća im je gustoća naboja na onim dijelovima koji imaju manji polumjer zakrivljenosti.

14. RASPODJELA NABOJA NA VODIČU S obzirom na činjenicu da u stvarnosti nema idealnih izolatora, što znači da i oni imaju određenu manju količinu slobodnih električnih naboja, doći će do gibanja tih naboja ako se izolator nađe u jakom električnom polju šiljka nekog vodiča.Ti naboji koji se udaljuju od šiljka nakon izlaska iz tankog sloja izolatora uz šiljak, kao čestice materije, tvore određenu zračnu struju.Ta zračna struja naziva se električni vjetar, a sama pojava djelovanje ili učinak šiljka. Kod vrlo jakih polja ubrzani naboji mogu imati dovoljno veliku energiju da sudarajući se ioniziraju druge atome. Ta pojava može izazvati proboj, tj. pojavu iskre. Jasno, do proboja će najprije doći oko šiljastog dijela vodiča, jer je tu polje najjače.Učinak šiljka prvi je uočio i iskoristio Benjamin Franklin¸za izradbu uzemljenog gromobrana, gdje se postupno naboj oblaka isprazni.

15. ELEKTRIČNI POTENCIJAL Električno polje djeluje na sve naboje koji se nalaze u tom polju. Djelovanje se iskazuje tako da električno polje nastoji pomaknuti električne naboje koji se nađu u njemu. Iz toga proizlazi da u svakoj točki električnog polja postoji određena potencijalna energija. Ako je taj naboj slobodan, pomaknut će se. W = Q  Električni potencijal je radnja koju bi valjalo izvršiti da se jedinični naboj prenese iz neke točke izvan polja u neku točku polja.Da bi se potencijali mogli uspoređivati, potrebno je odabrati neko mjesto kojemu će potencijal biti referentan. Kao nulti električni potencijal uzima se potencijal površine Zemlje.

16. ELEKTRIČNI POTENCIJAL Može se zaključiti da napon ne ovisi o izboru referentne točke.

17. Potencijal, ekvipotencijale, napon Ekvipotencijalne plohe (pune crte) i silnice električnog polja (isprekidane crte) usamljenog pozitivnog točkastog naboja i raznoimenih točkastih naboja Napon je razlika potencijala: Veza potencijala i električnog polja:

18. ELEKTRIČNI KAPACITET, KONDENZATORI Električni kapacitet je sposobnost vodiča da na sebe primi stanovitu količinu elektriciteta ili, sasvim općenito, to je veličina koja izražava fizikalno svojstvo kombinacije vodiča da na sebi akumulira električni naboj. Kondenzatori su naprave koje imaju sposobnost pohrane električne energije. To svojstvo imaju bilo koja dva vodiča međusobno odvojena dielektrikom. Na temelju toga može se govoriti o prirodnim i umjetnim kondenzatorima. Prirodni kondenzatori su bilo koja dva vodljiva tijela ili dijela nekog elektrouređaja odvojena izolatorom, npr. zrakom, zatim kombinacija zemlja - vodič električne struje, itd. Vodiči kondenzatora nazivaju se elektrodama (oblogama). Kako su elektrode kondenzatora na različitim potencijalima, između njih postoji električno polje. Probojni napon je granični napon iznad kojeg će kondenzator biti uništen.

19. Kondenzatori Prema tehnologiji izradbe kondenzatori se mogu podijeliti na više skupina: film/folija, metalizirani film, keramički, elektrolitski i tantal. pločasti valjkasti kuglasti

20. KONDENZATORI Vrijede I i II Kirchhoffov zakon!!! Elektrostatska energija: