Page 1

561

16 BαΣικΗ ΗλεκΤρολογια και ΗλεκΤρονικΗ Ο ηλεκτρισμός είναι μια μορφή ενέργειας. Σε σύγκριση με άλλες μορφές ενέργειας όπως η θερμότητα, το φώς, η μηχανική και η χημική ενέργεια, έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα: • Υψηλές ποσότητες ενέργειας μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις μέσω των ηλεκτροφόρων καλωδίων και στις πιο απομακρυσμένες περιοχές. • Μπορεί να μετατραπεί εύκολα σε άλλες μορφές ενέργειας, π.χ. θερμότητα σε συστήματα θέρμανσης, φώς σε λαμπτήρες πυράκτωσης, μηχανική ενέργεια σε ηλεκτροκινητήρες και σε χημική ενέργεια όταν φορτίζουμε συσσωρευτές εκκίνησης. • Η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλες μορφές ενέργειας, είναι σε ένα μεγάλο βαθμό μη ρυπογόνος. Η γενική αρχή για την κατανόηση των ηλεκτρολογικών διαδικασιών είναι το μοντέλο του ατόμου του Bohr (Σχ. 1). Το άτομο είναι το μικρότερο, χημικά αδιαίρετο σωματίδιο ενός στοιχείου. H

Li

C

Διδακτικό Πεδίο 11

Τα ηλεκτρόνια μετακινούνται με μεγάλη ταχύτητα (περίπου 2,200 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο) σε κυκλικές ή ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα του ατόμου (Σχ. 2). Οι φυγόκεντρες δυνάμεις που ασκούνται με αυτό τον τρόπο από τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, αντισταθμίζονται από την ελκτική δύναμη των θετικά φορτισμένων πρωτονίων. Τα σωματίδια της ύλης με διαφορετικά ηλεκτρικά φορτία έλκονται μεταξύ τους, ενώ τα σωματίδια με το ίδια ηλεκτρικά φορτία απωθούν το ένα το άλλο.

Στην περίπτωση που ο πυρήνας του ατόμου περιέχει τον ίδιο αριθμό πρωτονίων με τον αριθμό ηλεκτρονίων που περιφέρονται γύρω του, τότε το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο προς το εξωτερικό περιβάλλον. Ηλεκτρόνιο

O Πυρήνας

Ηλεκτρόνιο Πρωτόνιο Νετρόνιο

He

Be

Ηλεκτρόνιο (–)

N

Ne

Πυρήνας ατόμου (+)

Σχήμα 1: Δομή των ατόμων

Τα θεμελιώδη συστατικά του ατόμου είναι ο πυρήνας του ατόμου και τα ηλεκτρόνια. Ο πυρήνας του ατόμου αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια . Τα πρωτόνια είναι σωματίδια της ύλης με θετικό φορτίο. Ένας πυρήνας υδρογόνου για παράδειγμα, αποτελείται από μόνο ένα πρωτόνιο. Έχει τη μικρότερη ποσότητα θετικού φορτίου, το στοιχειώδες φορτίο (θετικό). Τα νετρόνια είναι σωματίδια της ύλης που δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια είναι σωματίδια της ύλης με αρνητικό φορτίο. Ένα ηλεκτρόνιο έχει τη μικρότερη ποσότητα αρνητικού φορτίου, το στοιχειώδες φορτίο (αρνητικό). Τα ηλεκτρόνια είναι οι φορείς των αρνητικών στοιχειωδών φορτίων, τα πρωτόνια είναι φορείς των θετικών στοιχειωδών φορτίων. Τα αντίστοιχα στοιχειώδη φορτία έχουν το ίδιο μέγεθος.

Σχήμα 2: Η δομή ενός ατόμου λιθίου

Εκτός από τα ηλεκτρόνια που είναι δεσμευμένα στον πυρήνα του ατόμου, σε κάθε ύλη υπάρχουν και εκείνα τα ηλεκτρόνια που προσωρινά αποχωρίζονται από την τροχιά τους και είναι σε θέση να κυκλοφορούν ελεύθερα μεταξύ των ατόμων. Τα ηλεκτρόνια αυτά είναι γνωστά ως «ελεύθερα» ηλεκτρόνια. Εφόσον καμία εξωτερική ενέργεια δεν εφαρμόζεται στην ύλη, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται τυχαία, δηλαδή δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστεί μία συγκεκριμένη κατεύθυνση κίνησης (Σχ. 3).

Ελεύθερο ηλεκτρόνιο

Ένωση ατόμου

Σχήμα 3: Τυχαία κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Οι ηλεκτρικές διεργασίες εξαρτώνται από την ύπαρξη και την κινητικότητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Ο ηλεκτρισμός δεν δημιουργείται, αλλά είναι παρών σε κάθε υλικό.


562

16 Βασική ηλεκτρολογία και ηλεκτρονική

16.1 Ηλεκτρική Τάση (Διαφορά δυναμικού)

16.2 Ηλεκτρικό ρεύμα

Η τάση υπάρχει όταν υπάρχει διαφορά στην ποσότητα των ηλεκτρονίων μεταξύ δύο σημείων, π.χ. στους πόλους ενός συσσωρευτή. Το ποσό της τάσης εξαρτάται από το μέγεθος της διαφοράς της ποσότητας των ηλεκτρονίων. Η τάση παράγεται από το διαχωρισμό του φορτίου στους δύο πόλους της πηγής (Σχ. 1).

Το αίτιο παραγωγής του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η ηλεκτρική τάση.

Ηλεκτρική γραμμή

Πηγή τάσης

Ηλεκτρική γραμμή

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κατευθυνόμενη κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Ηλεκτρικό κύκλωμα (Σχ. 3). Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να ρέει μόνο σε ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα. Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται τουλάχιστον από τη πηγή τάσης, τον καταναλωτή και τις ηλεκτρικές γραμμές (αγωγοί). Το ηλεκτρικό κύκλωμα μπορεί να κλείσει ή να ανοίξει με ένα διακόπτη. Οι διακόπτες συνήθως εμφανίζονται σε ανενεργή κατάσταση (ανοικτοί) στα διαγράμματα κυκλωμάτων. Κατεύθυνση ρεύματος Διακόπτης

Σχήμα 1: Παραγωγή τάσης από διαχωρισμό φορτίου

Στον αρνητικό ακροδέκτη υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρονίων, στον θετικό ακροδέκτη έλλειμμα ηλεκτρονίων.

Καταναλωτής

Πηγή τάσης

Ηλεκτρική γραμμή (αγωγός) Κίνηση ηλεκτρονίων

Σχήμα 3: Ηλεκτρικό κύκλωμα

Μεταξύ του αρνητικού και του θετικού ακροδέκτη, υπάρχει μια τάση εξισορρόπησης των ηλεκτρονίων, δηλαδή, όταν οι δύο πόλοι συνδεθούν (εξωτερικά), τα ηλεκτρόνια ρέουν από τον αρνητικό πόλο μέσω του καταναλωτή προς τον θετικό πόλο παράγοντας με τον τρόπο αυτό ηλεκτρικό έργο (ΣΧ. 2).

ασφάλειες (Σχ. 4). Αυτές συνδέονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα. Οι ηλεκτρικές ασφάλειες γραμμής προστατεύουν τις ηλεκτρικές γραμμές από υπερφόρτωση και βραχυκυκλώματα. Οι ασφάλειες εξοπλισμού προστατεύουν μεμονωμένα είδη εξοπλισμού π.χ. ΕCUs (μονάδες ηλεκτρικού ελέγχου), ραδιόφωνα σε περίπτωση βλάβης. 15 A

Πηγή τάσης

Καταναλωτής 10 A

Ροή ηλεκτρονίων Συμβατική φορά του ρεύματος

Σχήμα 2: Η ροή ηλεκτρονίων στο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Η τάση είναι η προσπάθεια εξισορρόπησης των διαφορετικών ποσοτήτων φορτίου. Δηλαδή, αποτελεί την αιτία για τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος.

Οι ακροδέκτες ενός εναλλακτήρα, δηλαδή μιας γεννήτριας παραγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος, δεν έχουν καθόλου τάση όταν αυτός είναι εκτός λειτουργίας, δηλαδή τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα στις περιελίξεις, ώστε αυτές (οι περιελίξεις) να είναι ηλεκτρικά ουδέτερες. Εάν ο εναλλακτήρας ενεργοποιηθεί, τότε τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται στον αρνητικό πόλο με αποτέλεσμα να προκύπτει ένα πλεόνασμα ηλεκτρονίων σε σύγκριση με το θετικό πόλο και έτσι να παράγεται τάση. Η μονάδα της τάσης (U) είναι το βολτ (V).

Σχήμα 4: ασφάλειες τήξης σε αυτοκίνητα.

αγωγιμότητα ηλεκτρονίων (Σχ. 5). Εμφανίζεται σε όλους τους ηλεκτρικούς αγωγούς που είναι κατασκευασμένοι από μεταλλικό υλικό. Τα άτομα του μετάλλου απελευθερώνουν ηλεκτρόνια. Αυτά τα «ελεύθερα» ηλεκτρόνια μπορούν να μετακινηθούν εύκολα, μεταξύ των σταθερών ατόμων του μεταλλικού αγωγού (καλωδίου). Εάν το ηλεκτρικό κύκλωμα είναι κλειστό, όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αγωγού και του καταναλωτή ωθούνται σε κατευθυνόμενη κίνηση, ως αποτέλεσμα της τάσης που εφαρμόζεται. Έτσι το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει.

Σχήμα 5: κατευθυντήρια κίνηση ελεύθερων ηλεκτρονίων.


16 Βασική ηλεκτρολογία και ηλεκτρονική

563

αγωγιμότητα ιόντων (Σχ. 1). Αυτή επιτρέπει στο ρεύμα να μεταφέρεται από την κατευθυνόμενη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων της ύλης (ιόντα). Τα θετικά ιόντα αναφέρονται ως κατιόντα, επειδή κινούνται προς το αρνητικό ηλεκτρόδιο, τη κάθοδο. Τα αρνητικά ιόντα αναφέρονται ως ανιόντα, επειδή κινούνται προς το θετικό ηλεκτρόδιο, την άνοδο. Οι αγωγοί ιόντων είναι χημικές ενώσεις που διαχωρίζονται σε θετικά και αρνητικά στοιχεία.

O διαχωρισμός των αερίων, σε αρνητικά και θετικά σωματίδια της ύλης, αναφέρεται ως ιονισμός. Μπορεί να προκληθεί από ακτινοβολία, θέρμανση ή ηλεκτρικά πεδία. Εάν το μίγμα αέρα-καυσίμου ιονιστεί από το ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο στο κενό μεταξύ των ηλεκτροδίων ενός αναφλεκτήρα, τότε γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμο και ο σπινθήρας περνάει από πάνω (Σχ. 1). Ηλεκτρόδιο γείωσης

Κατιόν Ανιόν

Ένταση ρεύματος I. Είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ρέουν μέσω του εμβαδού της διατομής του αγωγού ανά δευτερόλεπτο. Η μονάδα της έντασης ρεύματος I είναι τα αμπέρ (Α).

Πυκνότητα ρεύματος J. Αυτή είναι το ρεύμα Ι που ρέει ανά τετραγωνικό χιλιοστό του εμβαδού της διατομής ενός αγωγού A ή S.

J=

H μονάδα της πυκνότητας ρεύματος J είναι το αμπέρ ανά τετραγωνικό χιλιοστό (A/mm2)

I A

Η επιτρεπόμενη πυκνότητα ρεύματος στις ηλεκτρικές γραμμές εξαρτάται ιδίως από την ψυκτική ικανότητα της επιφάνειας του αγωγού (Πίνακας 1). Οι λεπτοί αγωγοί έχουν μεγαλύτερη επιφάνεια σε σχέση με το εμβαδόν της διατομής του αγωγού, απ’ ότι οι χοντροί αγωγοί και επομένως μπορούν να μεταφέρουν περισσότερο ρεύμα ανά mm2 του εμβαδού διατομής του αγωγού. Πίνακας 1: Χωρητικότητα των ηλεκτρικών γραμμών χαλκού (μονόκλωνοι στους 30 °C) J σε A/mm2

1,0

Ιmax σε Α 19

2,5

32

12,8

6,0

54

9,0

16,0

98

6,1

A σε mm2 Κεντρικό ηλεκτρόδιο

Σχήμα 1: ιονισμός στο μπουζί

Η φορά της ροής των ηλεκτρονίων. Στην πηγή της τάσης υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρονίων στον αρνητικό ακροδέκτη και έλλειμα ηλεκτρονίων στον θετικό ακροδέκτη. Εάν ο αρνητικός ακροδέκτης δια μέσου ενός καταναλωτή συνδέεται με το θετικό ακροδέκτη της πηγής τάσεως, τότε τα ηλεκτρόνια από τον αρνητικό πόλο, ρέουν στο εξωτερικό ηλεκτρικό κύκλωμα μέσω του καταναλωτή, στο θετικό πόλο της πηγής τάσης (Σχ. 2).

A Συμβατική φορά του ρεύματος

16.2.2 Τύποι ρεύματος Συνεχές ρεύμα (DC, Σύμβολο –). Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, στο οποίο η τάση και η αντίσταση είναι σταθερές, ρέει συνεχές ρεύμα, όταν ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων κινείται προς την ίδια κατεύθυνση ανά δευτερόλεπτο (Σχ. 3).

Ρεύμα I

16.2.1 Φορά ρεύματος

19,0

Χρόνος t

Σχήμα 3: Συνεχές ρεύμα

εναλλασσόμενο ρεύμα (AC, Σύμβολο ~). Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, στο οποίο η τάση και η αντίσταση είναι σταθερές, το εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει, όταν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια κινούνται συνεχώς στην ίδια απόσταση, προς και από τις δύο κατευθύνσεις (Σχ. 4).

Ροή ηλεκτρονίων Κίνηση ηλεκτρονίων

Συμβατική φορά του ρεύματος. Λόγω του ότι παλαιότερα δεν ήταν γνωστή η παραγματική φορά της ροής των ηλεκτρονίων, αποφασίστηκε στην ηλεκτρολογία ότι η κατεύθυνση του ρεύματος να είναι από το θετικό προς το αρνητικό (Σχ. 2).

Ρεύμα I

Σχήμα 2: Συσσωρευτής ως αντλία ηλεκτρονίων

Χρόνος t Κίνηση ηλεκτρονίων Περίοδος

Σχήμα 4: εναλλασσόμενο ρεύμα


564

16 Βασική ηλεκτρολογία και ηλεκτρονική

16.3 Ηλεκτρική αντίσταση Είναι χρήσιμο να ξεχωρίσουμε τους δύο συναφείς όρους, σε αυτόν τον τομέα της ηλεκτρολογίας. • «Ηλεκτρική αντίσταση», η οποία παραπέμπει στις φυσικές ιδιότητες για την αγωγή ηλεκτρικού ρεύματος, στην ύλη. • «Ηλεκτρικός αντιστάτης», ο οποίος παραπέμπει σε ένα ηλεκτρικό εξάρτημα της ηλεκτρολογίας και της ηλεκτρονικής.

μοκρασία η τιμή της αντίστασης μπορεί να αυξηθεί (PTC αντιστάτης) ή να μειωθεί (NTC αντιστάτης), ανάλογα με την εφαρμογή της. αντιστάτες PTC. Αυτοί άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα καλύτερα σε μια ψυχρή κατάσταση από ό,τι σε μια θερμή κατάσταση, δηλαδή αυξάνεται η αντίσταση τους όταν αυξάνεται η θερμοκρασία. Αυτά τα υλικά είναι γνωστά ως αντιστάτες PTC1), δεδομένου ότι έχουν ένα θετικό συντελεστή θερμοκρασίας (Σχ. 1). Αντιστάτες PTC είναι τα περισσότερα μέταλλα.

16.3.1 H ηλεκτρική αντίσταση της ύλης Όταν εφαρμόζεται μια τάση σε ένα ηλεκτρικό αγωγό, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν πλέον να ρέουν χωρίς αντίσταση. Ο περιορισμός της ροής των ηλεκτρονίων είναι γνωστός ως ηλεκτρική αντίσταση R. Η ηλεκτρική αντίσταση R είναι η παρεμπόδιση της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό και εκφράζεται σε ohms (ομ) (Ω).

ειδική ηλεκτρική αντίσταση ρ. Κάθε αγώγιμο υλικό έχει τη δική του χαρακτηριστική ειδική ηλεκτρική αντίσταση ρ. Για παράδειγμα, ο χαλκός έχει μία αντίσταση 0,01789 Ω για ένα μήκος αγωγού 1 m και εμβαδό διατομής αγωγού 1mm2.

Η αντίσταση των αντιστατών PTC αυξάνεται όσο αυξάνεται και η θερμοκρασία.

Η αυξημένη αντίσταση στους PTC αντιστάτες προκαλείται από την αύξηση της θερμικής ταλάντωσης των ατόμων και των μορίων, στο υλικό του αγωγού. Αυτή μειώνει την αγωγιμότητα του υλικού, δηλαδή εμποδίζει την ροή των ηλεκτρονίων. αντιστάτες NTC. Μεταφέρουν το ηλεκτρικό ρεύμα καλύτερα καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, παρά όταν πέφτει. Αυτά τα υλικά είναι γνωστά ως αντιστάτες NTC2), δεδομένου ότι έχουν αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας (Σχ. 1). Αντιστάτες NTC είναι ο άνθρακας, μερικά κράματα μετάλλων, όπως και τα περισσότερα υλικά ημιαγωγών.

H ειδική ηλεκτρική αντίσταση ρ είναι η αντίσταση ενός αγωγού, με εμβαδόν διατομής 1 mm2 και μήκος 1m.

l=

1 t

Μονάδα:

m

X # mm 2

Έτσι η αριθμητική τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του χαλκού είναι 56, και του αλουμινίου 36. Αυτό σημαίνει ότι για αγωγούς με τις ίδιες διαστάσεις, ο χαλκός άγει το ηλεκτρικό ρεύμα περίπου 1,5 φορές καλύτερα από το αλουμίνιο ( 56:36  1.5). αντίσταση αγωγού R. Η αντίσταση R ενός αγωγού είναι υψηλότερη, όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική ηλεκτρική αντίσταση και το μήκος του αγωγού, και όσο πιο μικρό είναι το εμβαδόν της διατομής του αγωγού Α. t#l R= A

Η μείωση της αντίστασης των NTC αντιστατών, προκαλείται από την αποκόλληση των ηλεκτρονίων από τους δεσμούς τους, στα άτομα και μόρια, με αποτέλεσμα να υπάρχουν περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια διαθέσιμα για τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος. Έτσι αυξάνεται η αγωγιμότητα των υλικών, δηλαδή η ροή των ηλεκτρονίων παρεμποδίζεται σε μικρότερο βαθμό. Σύμβολο Αντιστάτης (NTC) Αντιστάτης R

Στην ηλεκτρολογία, δηλώνεται πιο συχνά η ηλεκτρική αγωγιμότητα κ αντί της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης ρ. Είναι η αντίστροφη τιμή της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης.

Η αντίσταση των αντιστατών με NTC μειώνεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία.

NTC

PTC

Θ

Αντιστάτης (PTC)

Θ

Η μονάδα της αντίστασης R είναι το Ωμ (Ω).

αντίσταση και θερμοκρασία Η τιμή της αντίστασης του υλικού ενός αγωγού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Καθώς αυξάνεται η θερ-

Θερμοκρασία Θ (παλιό θ)

Σχήμα 1: Τιμή αντίστασης ανάλογα με την θερμοκρασιακή μεταβολή 1) 2)

PTC = Positive Temperature Coefficient = Θετικός Συντελεστής Θερμοκρασίας NTC = Negative Temperature Coefficient= Αρνητικός Συντελεστής Θερμοκρασίας


16 Βασική ηλεκτρολογία και ηλεκτρονική

565

16.3.2 αντιστάτες Υπάρχει διαχωρισμός μεταξύ σταθερών αντιστατών και μεταβλητών αντιστατών. Τα σύμβολα για τα πιο σημαντικά είδη αντιστατών φαίνονται στο Σχ. 1.

Αντιστάτης

Αντιστάτης με σταθερές λήψεις

Μεταβλητός αντιστάτης

Στην ηλεκτρολογία αυτοκινήτων, τα ποτενσιόμετρα χρησιμοποιούνται συχνά για τη μέτρηση των γωνιών περιστροφής, σε μηχανικά εξαρτήματα, π.χ. στο σύστημα ηλεκτρονικού ελέγχου της πεταλούδας γκαζιού, δηλαδή ποτενσιόμετρο στην πεταλούδα γκαζιού (Ποτενσιόμετρο θέσεως πεταλούδας). Σε αυτήν την περίπτωση, η γωνία περιστροφής του ολισθητήρα μετατρέπεται σε τιμή τάσης και παρέχεται στην ΕCU (μονάδα ηλεκτρονικού ελέγχου).

16.3.3 Ηλεκτρική συμπεριφορά των υλικών Συνεχώς μεταβλητός αντιστάτης με κινητή επαφή

Αντιστάτης με κινητή επαφή

Σταδιακά μεταβλητός αντιστάτης με κινητή επαφή

Σχήμα 1: Τα σύμβολα των αντιστατών.

Σταθερές αντιστάσεις. Η τιμή αντίστασης των σταθερών αντιστατών καθορίζεται με την κατασκευή. Εναλλακτικές τιμές αντίστασης μπορούν να αποκτηθούν, συνδυάζοντας διαφορετικές αντιστάσεις σε σειριακή σύνδεση, παράλληλη σύνδεση, ή μικτό κύκλωμα αντιστάσεων. Μεταβλητοί αντιστάτες. Η επιθυμητή τιμή αντίστασης των μεταβλητών αντιστάσεων μπορεί να ρυθμιστεί, με ολισθητήρες (δρομείς) ή μεταβλήτες επαφές. Συχνά συνδέονται σε σειρά με τον καταναλωτή ,για να προσαρμόσουν την τάση λειτουργίας. Ποτενσιόμετρο (Σχ. 2). Η συνολική αντίσταση της τροχιάς ολίσθησης είναι μεταξύ των συνδέσεων Α (αρχή) και Ε (τέλος). Η τιμή αντίστασης μεταξύ των σημείων σύνδεσης S και E, μπορεί να ρυθμιστεί απείρως, μεταξύ του μηδενός και της συνολικής αντίστασης, χρησιμοποιώντας την κινητή επαφή (τερματικό S). Αν μια τάση U εφαρμοστεί στα σημεία σύνδεσης A και E, η τάση U2 μπορεί να αξιοποιηθεί, μεταξύ των σημείων σύνδεσης S και Ε. Η τάση U2 μπορεί απείρως να ρυθμιστεί μεταξύ του μηδενός και της εφαρμοζόμενης τάσης U, χρησιμοποιώντας την κινητή επαφή. R1

R2

Σύμβολο

R1 A

A

R2 S U2

E

U

S U2

E

U R + R2 U = 1 R2 U2

Σχήμα 2: Ποτενσιόμετρο

Η συνολική τάση U είναι ανάλογη της U2 όπως και η συνολική αντίσταση R1 + R2 είναι ανάλογη της αντίστασης του κλάδου R2.

Τα υλικά μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με την ηλεκτρική συμπεριφορά τους ως εξής : • Αγώγιμα υλικά, π.χ. ο χαλκός, το αλουμίνιο • Μονωτικά υλικά π.χ. τα πλαστικά, η πορσελάνη • Ημιαγώγιμα υλικά π.χ. το πυρίτιο, το σελήνιο αγώγιμα μεταλλικά υλικά. Άγουν το ηλεκτρικό ρεύμα πολύ καλά, αφού περιέχουν έναν μεγάλο αριθμό ελεύθερων ηλεκτρονίων. Έχουν μια μικρή τιμή αντίστασης στη ροή του ρεύματος. Μονωτικά υλικά. Είναι υλικά τα οποία δεν άγουν σχεδόν καθόλου το ηλεκτρικό ρεύμα. Έχουν υψηλή αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα, δηλαδή έχουν μια ηλεκτρική αγωγιμότητα σχεδόν μηδενική. Οι μονωτικές ιδιότητες ενός υλικού είναι; • Σταθερή αντίσταση (αντίσταση διαρροής) • Διηλεκτρική αντοχή Ημιαγώγιμα υλικά. Έχουν πολύ χαμηλότερη αγωγιμότητα από εκείνη του ηλεκτρικών αγωγών, αλλά υψηλότερη από εκείνη των μονωτών. Σε χαμηλές θερμοκρασίες έχουν τις ιδιότητες των μονωτικών υλικών. Σε θερμοκρασίες υψηλότερες από τη θερμοκρασία δωματίου, η ηλεκτρική τους αντίσταση μειώνεται σημαντικά. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΚΕφΑΛΑΙΩΣΗΣ 1 Δώστε τα σύμβολο και τις μονάδες τάσεως, ρεύματος και πυκνότητας ρεύματος. 2 Πώς αντιλαμβάνεστε τον όρο τάση; 3 Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ του συνεχούς ρεύματος και εναλλασσόμενου ρεύματος; 4 Τι λειτουργίες εκτελούν οι ασφάλειες; 5 Πώς αντιλαμβάνεστε τον όρο πυκνότητα ρεύματος; 6 Ποιες είναι οι συνέπειες από μια πυκνότητα ρεύματος που είναι πάρα πολύ υψηλή σε μια ηλεκτρική γραμμή; 7 Πώς ορίζεται η ειδική ηλεκτρική αντίσταση; 8 Πώς αλλάζει η αντίσταση των αντιστατών με PTC, όταν η θερμοκρασία αυξάνεται;


566

16 Βασική ηλεκτρολογία και ηλεκτρονική

16.4 ο νόμος του Ohm (Ωμ) Σε ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα, η εφαρμοζόμενη τάση U παράγει ένα ρεύμα I μέσω του αντιστάτη R (Σχ. 1). Η αναλογία της τάσης U σε βολτ και του ρεύματος I σε αμπέρ, δίνει την αντίσταση R σε ωμ. Ο κανόνας αυτός είναι γνωστός ως νόμος του Ωμ. Μονάδα: A =

U R

Πίνακας 2: ρεύμα ανάλογα με την αντίσταση

V X

A V

I

U

Σχήμα 1: Μετρούμενες μεταβλητές του ηλεκτρικού κυκλώματος

R

Πίνακας 1. Αν μια απευθείας μεταβλητή τάση U εφαρμοστεί στους αντιστάτες R1 = 2 Ω και R2 = 1 Ω, λαμβάνονται διαφορετικές μετρήσεις ρευμάτων I1 και I2 για κάθε αντιστάτη, με την ίδια τάση U. Πίνακας 1: ρεύμα ανάλογα με την τάση Αντίσταση

U σε V

0

2

4

6

8

10

R1 = 2 Ω

I1 σε Α

0

1

2

3

4

5

R2 = 1 Ω

I2 σε Α

0

2

4

6

8

10

Αν τα ρεύματα I1 και I2 παρουσιαστούν γραφικά σε συνάρτηση της τάσης U, θα προκύψουν δύο ευθείες γραμμές με διαφορετικές κλίσεις. Το διάγραμμα δείχνει ότι: • Το ρεύμα I είναι ανάλογο της τάσης U (I  U). • Μια χαμηλότερη αντίσταση στην ίδια τάση U οδηγεί σε υψηλότερο ρεύμα I^ δηλαδή το ρεύμα αυξάνεται πιο γρήγορα.

Τάση

R σε Ω

U1 = 5 V

I1 σε Α Βραχυκύ- 2.5 1.25 0.83 0.675 0.5 κλωμα

0

2

V2 = 10 V I2 σε Α Βραχυκύκλωμα

5

4

2.5

6

1.66

8

1.35

10

1.0

Αν τα ρεύματα I1 και I2 παρουσιαστούν γραφικά σε συνάρτηση της αντίστασης R1, δημιουργούνται δύο καμπύλες με μορφή υπερβολής. Το διάγραμμα δείχνει ότι: • Όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση R, σε σταθερή τάση U1, τόσο χαμηλότερο γίνεται το ρεύμα I. • Το ρεύμα I είναι αντιστρόφως ανάλογο της αντίστασης R (I  1/R).

5 A 4

U2 > U1

3

I

I=

Πίνακας 2. Εάν μια συνεχής σταθερή τάση U1 = 5 V ή U2 = 10 V, εφαρμοστεί αντίστοιχα στους αντιστάτες R1 και R2, λαμβάνονται διαφορετικές μετρήσεις των ρευμάτων I1 και I2, για τις τιμές αντίστασης του ιδίου μεγέθους R1 ή R2.

2

U1

U2

1 0

0

2

4

6

8 Ω 10

R Σχήμα 3: Το Ι ως συνάρτηση του R

16.5 ισχύς, έργο, απόδοση

10 A 8

R2

R2 < R1

16.5.1 Ηλεκτρική ισχύ με συνεχές ρεύμα Η ηλεκτρική ισχύς P είναι το γινόμενο της τάσης U και του ρεύματος I.

I2

6

I

R1

4

I1

P=U

2 0

0

2

4

6 U

Σχήμα 2: Το Ι ως συνάρτηση του U

8

10 V 11

I

H μονάδα της ηλεκτρικής ισχύος είναι το βατ (Watt, W).

1 βατ είναι η ισχύς ενός ρεύματος με 1Α (αμπέρ) σε τάση του 1V (βολτ). 1 W = 1 V  1A = 1J/s = 1 Nm/s

6-E-151__Δειγμα__Τεχνολογια Αυτοκινητων Οχηματων  
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you