ELEKTROTECHNIKA 1W1 – pro 4. ročník oboru M

ÚVOD DO PŘEDMĚTU Důvody proč je předmět přednášen: zajistit minimální úroveň znalostí z elektrotechniky – a to spíše praktických na základě „opakování“ dříve nabytých - pro komunikaci se specialisty – zejména pro techniky v technologických provozech. Technika – elektrotechnika – inženýrství (vztahy a vazby)

ÚVOD DO PŘEDMĚTU Základní principy elektřiny - teorie hmoty a učení o atomech - nositelem elektřiny jsou volné elektrony v jednotlivých atomech hmoty v posledních - tj. vnějších - valenčních sférách (vrstvách), které jsou k jádru poutány minimálními vnitroatomovými silami (vazbami) Podle elektrické vodivosti dané hmoty se hmota zařazuje do jedné ze tří vodivostních skupin - do vodičů, polovodičů a do isolantů.

ÚVOD DO PŘEDMĚTU Několik význačných světových a českých jmen: Ing. Dr. h. c. František Křižík (1847 až 1941) propagátor ss proudu a „elektrické“ dopravy, oblouková lampa a osvětlení, el. ovládací a signalizační zařízení Ing. Emil Kolben (1862 až 1943) propagátor střídavého proudu, výroba elektromotorů a alternátorů Ing. Josef Donát (1858 až 1937 zakladatel eltechnického závodu v Brně (pozdější součást Škodových závodů a pak EJF Brno) Josef Sousedlík (1894 až 1944) založil závod na výrobu elektromotorů, dnešní MEZ Vsetín

ÚVOD DO PŘEDMĚTU Několik dalších význačných světových a českých jmen: Werner von SIEMENS AMPÉR BROWN Thomas Alva EDISON

ÚVOD DO PŘEDMĚTU Alexandro Volta Faraday Joule Lens Nikola Tesla prof. Ing Hlávka a další ………

Názvosloví Elektrická zařízení == jsou všechna zařízení využí-vající ke své činnosti elektrickou energii. Elektrický zdroj == zařízení výrobního charakteru, jehož produktem (výrobkem) je elektrická energie. Elektrický spotřebič == zařízení spotřebovávající elektrickou energie, kterou mění v jinou formu energie. Elektrické vedení (elektrické sítě) == slouží pro přenos elektrické energie od zdroje ke spotřebiči.

Názvosloví Stejnosměrný proud == nepřerušovaný tok elektronů od minus (-) pólu (kde je jich přebytek) k plus (+) pólu. Střídavý proud == Měnící se tok elektronů - frekvence změny směru toku je frekvencí proudu. Obvyklý tvar je sinusový - definován amplitudou a periodou čili frekvencí.

Základní veličiny Elektrický náboj (el. množství) = množství elektronů přebývající (na záporné elektrodě) a chybějící (na kladné elektrodě) / množství 6,25 * 1018 elektronů / - Coulomb ( též Ampérsekunda či Ampérho-dina) --- Q [C As Ah]

Základní veličiny Elektrický proud = tok elektronů mezi místem s nadbytkem a místem s nedostatkem elektronů - proud 1 Ampéru vyloučí za 1 sekundu 1,118 mg stříbra - Ampér --- I [A ] nebo [C / s]

Základní veličiny Elektrické napětí = rozdíl potenciálů čili hodnot elektrických nábojů dvou různých míst - zdroj 1 Volt vykoná ve spotřebiči práci 1 joule, pokud spotřebičem projde elektrický náboj 1 Cou- lombu - Volt --- U [ V ]

Odvozené veličiny Elektrický odpor - 1 Ohm je odpor sloupce rtuti o průřezu 1 mm2 a délky 1063 mm - Ohm --- R [  ] Ekvivalentem je elektrická vodivost - vztah G = 1 / R = (  * S ) / l … l = délka - Siemens --- G [ S ]

Odvozené veličiny Ohmův zákon U = R * I I = U / R Vystihuje vzájemnou závislost tří základních veličin: - NAPĚTÍ - PROUD - ODPOR Vyjádřena funkčním trojúhelníkem : z něhož plynou tři rovnice:  U = R * I I = U / R R = U / I (případně G = I / U )

Odvozené veličiny Elektrická práce - Joule nebo Wattsekunda - A [ J nebo Ws ] Elektrický výkon / příkon (vydaná / spotře-bovaná elektrická energie) - Watt --- P / N [ W ] Účinnost = poměr dodané (spotřebované) a využité (odevzdané) energie - vztah  = P / N [ - , W , W ]

Odvozené veličiny: Měrný (specifický) odpor = ztráta části energie při pohybu volných elektronů projevující se jako odpor vodiče působící proti průchodu elektrického proudu – vztah: R = (  * l ) / S [ Ohm ; Ohm*mm2/m ; m ; mm2 ] kde:  ... měrný odpor vodiče - je představován odporem vodiče délky l = 1 metr a průřezu S = 1 mm2 Ekvivalentem je měrná vodivost - vztah:  = 1 /  [ m / ( Ohm * mm2 )]

Odvozené veličiny: Druh materiálu Měrný odpor Měrná vodivost stříbro 0,0164 61 měď 0,0175 57 hliník 0,0285 35 ocelový drát 0,13 – 0,5 7,7 – 2 nikelin 0,4 2,5 uhlík 50 0,02

Závislost odporu na teplotě Odpor i měrná vodivost závisí na teplotě hmoty (se stou-pající teplotou roste rychlost kmitání elektronů v atomové mřížce) - vztah: R = R20 + R nebo R =  * R20 * (  - 20 ) kde:  ..... teplota [ o C ] R20 ... měrný odpor při teplotě 20 o C  ...... teplotní součinitel odporu materiálu - daný hodnotou ve o C (udává poměrné zvětšení či snížení hodnoty odporu při změně teploty o 1 o C).

Závislost odporu na teplotě Hodnota odporu při dané teplotě  je dána vztahem: R = R20 * ( 1 +  * (  - 20 ) ) [  , , 1 / o C , o C] S klesající teplotou odpor vodiče klesá až ke stavu "supra-vodivosti" - při teplotách velice blízkých ABSOLUTNÍ NULE (0 o K) – odpor je pak rovněž blízko hodnoty „0“ [Ω] – ve vodiči pak není procházejícímu proudu kladen prakticky žádný odpor, ve vodiči tedy nevznikají prakticky žádné ztráty a vodič se rovněž nikterak neohřívá.

Základní tepelné účinky J. P. Joule (angličan) + A. Lenc (rus) – zákon o tepelném působení = množství tepla vyvinutého elektrickým proudem I je dáno vztahem: Q = R * I2 * t [ J , Ω , A , sec ]

Základní tepelné účinky Po dosazení z Ohmova zákona: Q = ( U2 / R ) * t = U * I * t [ J , V , Ω , sec , V , A , sec ] Podle soustavy SI je hlavní jednotkou tepla Joule, což je teplo, které se vyvine za 1 sekundu ve vodiči, kterým projde stálý proud 1 A, při napětí na vodiči 1 V. Je též definováno, že množství tepla potřebné k ohřátí 1 litru vody o 1 o C je právě 4 186,8 J.

Úbytek napětí na vodiči Na vodiči spojujícím zdroj a spotřebič vzniká úbytek napětí – jeho velikost je dána vlastním odporem vodiče v závislosti na druhu materiálem, z něhož je vodič vyroben a na jeho délce: Uz = Up – Uk kde: Up ... je napětí na počátku vedení (a tedy je shodné s napětím na svorkách zdroje) Uk ... je napětí na konci vodiče (tj. u spotřebiče - zátěžného odporu)

1W1 To byla úvodní přednáška