evropsko središče maribor
TRANSCRIPT
![Page 1: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/1.jpg)
Evropsko središče Maribor
Študijska smer: Fizioterapija
FIZIKA
Predavanja
3. del : Elektrika in magnetizem
![Page 2: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/2.jpg)
Elektrika in magnetizem
Električni tok: prevodniki, izolatorji,
generatorji, tokokrog
Baterija iz treh Leclanchéjevih
galvanskih elementov.
Zaporedna vezava dveh žarnic: a) fizična izvedba
b) nadomestna shema
Vzporedna vezava dveh žarnic: a) fizična izvedba
b) nadomestna shema
![Page 3: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/3.jpg)
Sheme elementov v električnih vezjih
![Page 4: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/4.jpg)
Primerjava električnega toka z vodnim obtokom:
a) generator, žica, stikalo, žarnica
b) črpalka, cev, pipa, cev z mivko
I= e/t
I = de/dt
smer I: +
Osnovni naboj:
Ase 19
0 106,1
Elektroliza raztopine modre galice
Električni tok
![Page 5: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/5.jpg)
Ioni in tok v raztopinah
• Potujoči kovinski ioni se nabirajo na katodi.
• S smerjo pozitivnih ionov je določena smer
električnega toka.
• Da se izloči 1 kmol enovalentne snovi, se mora
pretočiti točno določen naboj - Faradayev naboj.
eF = 9,6 · 107 As
e0 = 1,6 · 10-19 As
(osnovni naboj)
• Nosilci pozitivnega naboja so protoni,
negativnega pa elektroni.
ee = - e0 = - 1,6 · 10-19 As
ep = e0 = 1,6 · 10-19 As
![Page 6: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/6.jpg)
I – električni tok
n – gostota prostih elektronov v žici
v– povprečna hitrost elektronov
0e - osnovni naboj
Mikroskopska slika električnega toka po vodniku
0
1I mm
vn e S s
![Page 7: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/7.jpg)
Slika k izpeljavi izraza za gostoto toka
ionov: termično gibanje ni upoštevano
0nvej
j – gostota toka
n – število ionov v prostorninski enoti
v– povprečna hitrost ionov
0e - osnovni naboj
Potovanje nosilcev naboja in termično
gibanje. Gibanje nosilcev naboja je
demo urejeno: sestavljeno je iz
neurejenega termičnega gibanja in iz
urejenega potovanja od ene elektrode k
drugi. Pod “potovanjem” razumemo
povprečno gibanje nosilcev.
Mikroskopska slika toka v raztopinah
![Page 8: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/8.jpg)
Prenos naboja skozi celično membrano
![Page 9: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/9.jpg)
21 III OHPbSOSOHPbOPb 24422 222
1. Kirchhoffov izrek, (a) razvejišče
v električnem vezju, (b) analogija z
vodnim tokom.
Praznjenje in polnjenje akumulatorja, (a)
poln akumulator se prazni skozi žarnico, (b)
prazen akumulator polnimo z usmernikom.
Električni tok
![Page 10: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/10.jpg)
Električni tok skozi membrano živčnih vlaken
Primeri:
![Page 11: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/11.jpg)
Mehanizem prevajanja električnih signalov -
akcijskega potenciala - po živčnih vlaknih
![Page 12: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/12.jpg)
Prenos signala iz živčne do mišične celice
![Page 13: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/13.jpg)
Ohmov zakon
Tok je sorazmeren z napetostjo:
Vezje za ugotavljanje zveze
med tokom in napetostjo na
uporniku:
(a) vezje, (b) graf toka v
odvisnosti od napetosti.
IRU
A
V
I
UR
![Page 14: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/14.jpg)
U - električna napetost [enota V]: U= U1+ U2
a) zaporedna vezava:
Električno delo in moč
Električno delo: A = U.e [J]= [V]. [As]
Električna moč= P= A/t = U.e/t = U.I
RUIRIUP 22
![Page 15: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/15.jpg)
b) vzporedna vezava:
Električna napetost: U= U1= U2
![Page 16: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/16.jpg)
Zaporedna in vzporedna vezava upornikov
)11
(2121
21RR
UR
U
R
UIII
)11
(1
21 RRR
R= R1+R2
Zaporedna vezava uporov: Vzporedna vezava uporov R1 in R2
![Page 17: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/17.jpg)
Notranji upor generatorja Rn
=
notranji
upor
nggen UUU
napetost med
priključkoma
generatorja,
ko teče tok
gonilna napetost
(napetost med priključkoma,
ko ne teče tok)
padec napetosti
znotraj generatorja
(Un =Rn . I)
![Page 18: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/18.jpg)
Specifični upor(ζ)
Upor vodnika (žice) je odvisen od snovi iz katere je vodnik (to nam
poda specifični upor), od preseka (S) in njegove dolžine (l).
S
lR
l
SR
Specifični upor je odvisen od temperature. Podatek za posamezno
snov najdemo v fizikalnih priročnikih.
m
mm2
Sestavil: mag. Simon Ülen, prof.
![Page 19: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/20.jpg)
Izmenični tok in napetost
tII
tUU
sin
sin
0
0
Sinusna izmenična napetost in sinusni
izmenični tok.
Tretja krivulja (spodaj) prikazuje časovni
potek moči, ki jo pri takem toku prejema
upornik. Zeleno pobarvana ploskev kaže
delo v enem nihajnem času.
![Page 21: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/21.jpg)
Izmenične napetosti nesinusnih oblik
Pravokotno nihajoča, žagasta in trikotna napetost
![Page 22: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/22.jpg)
Električno polje
Naelektrena telesa in električne sile
P1oščati kondenzator
napolnimo ga tako, da ga
priključimo na usmernik.
Razelektritev kondenzatorja z
nihajočo kroglico.
![Page 23: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/23.jpg)
Telesi z enakim nabojem se odbijata, z nasprotnim privlačita
(a) E1ektrična odbojna sila,
(b) privlačna sila.
Merjenje električne sile, ki deluje
na naelektreno kroglico v polju
ploščatega kondenzatorja.
![Page 24: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/24.jpg)
3. Električno polje okrog neskončno velike ravne plošče
1. Električno polje okrog točkastega naboja
2. Električno polje 2 točkastih nabojev
Slike električnega polja
![Page 25: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/25.jpg)
e
FE
Električna poljska jakost:
5. Električno polje ploščatega kondenzatorja
Za posamezne primere lahko izpeljemo enačbo za izračun jakosti el. polja
![Page 26: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/26.jpg)
Površinska gostota naboja: e/S
l
UE
S
e 0
000
l
UE
S
e 00
VmAs /109,8 12
0
zrak
izolator
Influenčna konstanta
ε - dielektričnost snovi
Izolator v električnem polju.
(a) Napetost med p1oščama
praznega kondenzatorja. (b)
Napetost med elektrodama,
ko vmesni prostor
zapolnimo s ploščo iz pleksi
stekla.
![Page 27: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/27.jpg)
Električni pretok: EdSde 0/
Električni pretok v snopu silnic je enak naboju, iz katerega te
silnice izvirajo in nasprotno enak naboju v katerem ponikujejo
Coulombov zakon: 2
04 r
eeeEF
Električno polje naelektrene kroglice:
2
04 r
eE
Sila, s katero točkasto naelektreno telo privlači ali
odbija drugo tako telo, je obratno sorazmerna s
kvadratom medsebojne razdalje ter sorazmerna z
nabojema
![Page 28: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/28.jpg)
Influenca (prerazporeditev naboja)
Z influenco naelektrimo dve kroglici (a) ter dve kovinski p1ošči (loparja) (b, c, č, d).
a)
b)
![Page 29: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/29.jpg)
Faradayeva kletka
Faradayeva kletka na dva načina: a) votla nenaelektrena kovinska krogla v
zunanjem električnem polju; b) pozitiven točkast naboj e je znotraj
nenaelektrene krogle
![Page 30: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/30.jpg)
Porazdelitev električnega naboja v tipični celici
![Page 31: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/31.jpg)
Kapaciteta kondenzatorja
e= CU
l
S
El
ES
El
S
S
e
SEl
eS
U
eC 00
2
2
1CUWe Energija v kondenzatorju:
![Page 32: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/32.jpg)
Mehanska analogija polnjenja kondenzatorja
Polnjenje kondenzatorja skozi upornik (a)
in ustrezni poskus z vodo (b).
![Page 33: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/33.jpg)
Magnetno polje
Magnetno polje magnetov
Magnetno polje paličastega magneta (a) in Zemlje (b). Južni magnetni pol Zemlje je
blizu severnega tečaja, severni magnetni pol pa blizu južnega tečaja.
b)
![Page 34: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/34.jpg)
Magnetno polje električnega toka
(a) Magnetno polje ob ravni žici, v kateri je tok
(b) Slika polja, ki jo napravijo opilki.
(a) Magnetno polje dolge tuljave
(b) Slika magnetnega polja, ki ga pokažejo opilki
![Page 35: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/35.jpg)
Magnetna sila
F= I l B (če tok pravokoten na B)
B – gostota magnetnega polja
Enota za B: 1 T (tesla)
2111
m
Vs
Am
Ntesla
(a) Žica pod vplivom magnetne sile.
(b) Kako določiti smer magnetne
sile? ODGOVOR:
![Page 36: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/36.jpg)
sinIlBF
BlIF
Mejna primera:
1) Na vodnik, ki je vzporeden s
silnicami, ne deluje
magnetna sila
2) Če je vodnik pravokoten na
silnice magnetnega polja,
potem je F=IlB
Magnetna sila na vodnik toka (v splošnem)
![Page 37: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/37.jpg)
Navor magnetnih sil
sinM NISB
N – število ovojev tuljave
S= a.b tuljave
![Page 38: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/38.jpg)
Uporaba magnetnih sil
Model kolektorskega elektromotorja
![Page 39: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/39.jpg)
Magnetni pretok in induktivnost
IL
LI
N
N
l
SNL
2
0 Induktivnost dolge tuljave z
N ovoji in presekom S
Med B in I velja sorazmerje: tako je za tuljavo z N ovoji in dolžino l:
l
NIB 0
AmVs /1026,1 6
0
Indukcijska konstanta
SBBS
cos
![Page 40: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/41.jpg)
Indukcija
Indukcija pri premikanju
vodnika
Inducirani tok se s svojim magnetnim poljem upira vzroku
svojega nastanka Lenzovo pravilo
![Page 42: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/42.jpg)
Inducirana napetost - indukcija
lvBU i
mi
dU
dt
Splošni indukcijski zakon:
i mU t Sunek inducirane napetosti je enak spremembi
magnetnega pretoka
![Page 43: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/43.jpg)
Uporaba indukcije
Magnetno zaviranje
(a) Model dinamostroja, (b) časovni potek napetosti.
![Page 44: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/44.jpg)
Lastna indukcija
m LI
mi
d dIU L
dt dt
Energija magnetnega polja: 2
2
1LIWm
![Page 45: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/45.jpg)
Transformator
Transformatorski pravili (v idealnem primeru-brez izgub):
1 1
2 2
U N
U N 1 2
2 1
I N
I N
![Page 46: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/46.jpg)
Primerjava količin, enot
in zakonov za stalno
električno in stalno
magnetno polje.
Med magnetnim in e1ektričnim
poljem je precej podobnosti.
Tabela, v kateri so zapisane
poglavitne količine, enote in
enačbe, to pregledno ponazarja
![Page 47: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/47.jpg)
Časovni potek nihanja v nihajnem
krogu.
Levo je za primerjavo prikazano
nihanje nihala na vijačno vzmet.
Električni nihajni krog
![Page 48: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/48.jpg)
0
4
tt
U = max
I = max
2
2e
CUW 0t
2
2m
L IW
0
2
tt
![Page 49: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/49.jpg)
Časovni potek električne in magnetne energije
v nihajnem krogu
(a) Časovni potek električne
energije We in (b) magnetne
energije Wm.
Vsota obeh energij je stalna.
![Page 50: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/50.jpg)
Vsiljeno nihanje nihajnega kroga
S pripravo, kjer smo dodali še ampermeter, s katerim merimo tok v
nihajnem krogu. Namesto ampermetra lahko uporabimo tudi šibko
žarnico, ki sveti tem močneje, čim večji je tok.
![Page 51: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/51.jpg)
(a) Shema nihajnega kroga.
(b) Resonančne krivulje za
tri različne vrednosti
upora nihajnega kroga.
Krivulje so narisane za
primer, ko ima tuljava
induktivnost 5.10-6
henryjev, kondenzator
kapaciteto 2.10-9 F in
amplituda napetosti, s
katero vsiljujemo nihanje
je 5 mV.
Resonanca nihajnega kroga
![Page 52: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/52.jpg)
Elektromagnetno sevanje nihajnega kroga
Dva nihajna kroga
ki sta v resonanci.
Poskusi z visokofrekvenčnim tokom. (a) Tlivka v visokofrekvenčnem
polju (f= 10 8Hz).
(b) Fluorescenčna cev, ki je lahko tudi neuporabna za običajno
razsvetljavo, sveti v visokofrekvenčnem polju. (c) Fluorescenčna cev
pod daljnovodom..
![Page 53: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/53.jpg)
Antena
Preobrazba nihajnega
kroga v dipolno anteno.
Preprost radijski oddajnik.
![Page 54: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/54.jpg)
EM valovanje dipolne antene
Od a) do č) zaporedne
trenutne slike električnih
silnic
d) V anteni ni naboja, tok
ima smer navzdol
![Page 55: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/55.jpg)
EM valovanje
Ravno EM valovanje
Stoječe elektromagnetno valovanje.
![Page 56: Evropsko središče Maribor](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022071612/6156fc3ca097e25c764fbb9e/html5/thumbnails/56.jpg)
Spekter EM valovanja
Pregled vseh vrst
elektromagnetnega
valovanja.