Škola Elektrotechniky - Part 1 - Význam a úlohy, historický vývoj, SI sústava, stavba atómu, elektrický náboj

Vítam Vás

Rád by som prezentoval svoje skriptá a znalosti tejto komunite. (Ponadávajte, alebo sa podakujte niektorým userom :-))

Pravidelne budem teraz uverejnovať jednotlivé časti elektrotechniky po prípade predmetov, ktoré budú userov zaujímať (stačí napísať). Za každú pripomienku, doplnenie som vopred vďačný. Bez dalších zbytočných rečí sa do toho teda pustíme :-).

Význam a úlohy elektrotechniky

Elektrotechnika je veda, ktorá skúma energiu, elektrické javy a vlastnosti.
Celý svet je založený na neustálych premenách energie.
Energia môže existovať v rôznych formách a má pre človeka obrovské využitie.
Vedný odbor elektrotechnika sa zaoberá konkrétne elektrickou energiou.

Elektrická energia má oproti iným druhom energii nespočetný rad výhod :

- elektrickú energiu možno pomerne ľahko a rýchlo prenášať na veľké vzdialenosti
- celkom jednoducho ju možno premeniť na iný druh energie
- zariadenia, ktoré premieňajú elektrickú energiu na mechanickú ( kinetickú ), tepelnú, svetelnú a iné, pracujú prakticky s najmenšími stratami, čiže dosahujú najväčšiu účinnosť
- elektrická energia má všestrannejšie uplatnenie pri rozvíjaní najvyššieho stupňa techniky – automatizácie ( moderné technologické postupy, kybernetika a robotika )
- pomocou elektrickej energie možno uskutočniť diaľkový prenos informácii v rôznych podobách, ktoré všeobecne nazývame dáta. Týmto využitím energie sa zaoberá rádiotechnika, telekomunikačná, informačná a výpočtová technika .
- využívaním elektrickej energie dosiahneme veľkú presnosť a rýchlosť vykonávaných úkonov, pohotovosť a bezpečnú prevádzku elektrických zariadení

Elektrická energia má však aj svoje nevýhody.
Najvýraznejšou nevýhodou je, že elektrická energia sa nedá uskladniť.
Nemožno ju teda vyrobiť do zásoby. Úlohou elektrotechniky je zlepšovanie pracovných podmienok človeka a zvyšovanie produktivity práce, ako základných prostriedkov rastu hospodárskeho, sociálneho a kultúrneho života ľudí.

Historický vývoj elektrotechniky

- kvantitatívny zákon pre elektrost. javy ( 1736 – 1860 ) – Charles August Coulomb
- teória silového pola, definícia elektr. náboja ( 1777 – 1855 ) – Carl Friedrich Gauss
- elektrický prúd a napätie ( 1737 – 1798 ) – Luigi Aloisio Galvani a Alessandro Volta
- magnetizmus ( 1777 – 1851 ) – Hans Christian Oersted
- elektromagnetizmus ( 1775 – 1836 ) – André Marie Ampere
- vzťah napätia a prúdu ( 1789 – 1854 ) – Georg Simon Ohm
- vetvenie elektrických prúdov ( 1842 – 1887 ) – Gustav Robert Kirchhoff
- elektromagnetické javy ( 1791 – 1867 ) – Michael Faraday
- určenie smeru indukovaných prúdov ( 1804 – 1865 ) – Heinrich Friedrich Emil Lenc
- dynamo ( 1816 – 1892 ) – Werner von Siemens
- elektromagnetické pole (1831 – 1879 ) – James Clarc Maxwell
- elektromagnetické vlnenie ( 1857 – 1894 ) – Heinrich Hertz
- elektrický oblúk ( 1761 – 1834 ) – V.V. Petrov
- fotoelektrický efekt ( 1839 – 1896 ) – A. G. Stoletov
- rádiotelegrafia ( 1859 – 1905 ) – A. S. Popov , Marconi
- trojfázový prúd ( 1862 – 1919 ) – M.O. Dolivo-Dobrovolskij
- elektrodynamika pohybujúcich sa telies ( 1905 ) – Albert Einstein

SI Sústava

Je to medzinárodná dohoda o jednotkách používaných v technickej praxi.

Má tri skupiny :

1. Základné jednotky :

2. Doplnkové jednotky:

a) Radián – jednotka rovinného uhla [ rad ]
b) Steradián – jednotka priestorového uhla [ sr ]

Odvodené jednotky:

Vznikli na základe vzťahu a majú pomenovanie na počesť významných vedcov napr.:
Newton [ N ] , Pascal [ Pa ] , W [ Watt ] .

V praxi sa používajú rôzne veľkosti veličín. Z toho vyplývajú rôzne označenia jednotiek.

3. Násobné jednotky:

a) Väčšie množstvo ako jedna:

10^1 = da Deka
10^2 = H Hekto
10^3 = K Kilo
10^6 = M Mega
10^9 = G Giga
10^12 = T Tera
10^15 = P Peta
10^18 = E Exa

b) Nižšie množstvo ako jedna:

10-^1 = d deci
10^-2 = c centi
10^-3 = m mili
10-^6 = μ mikro
10-^9 = n nano
10^-12 = p piko
10^-15 = f femto
10^-18 = a atto

Formy hmoty

Fyzikálne objekty a javy majú spoločnú vlastnosť - sú hmotné. Hmota je objektívna realita, ktorá existuje nezávisle od nášho vedomia.

Hmota má dve formy:

1. Látka
2. Pole

Vonkajšie pozorovateľné vlastnosti predmetov a javov sú určené vnútornou stavbou látky prípadne stavbou pola. Látky sú hmotné objekty zložené z diskrétnych ( samostatných ) častíc.

Pole

Gravitačné : pôsobenie hmotnosti → m ( kg )
Elektrické : pôsobenie elektrického náboja → Q ( C )
Magnetické : pôsobenie elektrického prúdu → I ( A )

Vlastnosti látok sa popisujú veličinami:

- skalárnymi: vyjadrujú iba jednu vlastnosť napr. m , V
- vektorovými: vyjadrujú viac vlastností napr. F¯

Stavba atómu

Bohrov model atómu :

Rovnakému počtu elektrónov v obale atómu musí prislúchať rovnaký počet protónov v jadre

Pásmový model atómu :

1. Izolant , nevodič :

a. Nepohyblivý elektrón drží veľká príťažlivá sila jadra.
b. Elektrón prijal energiu W < ΔW a dostal sa do zakázaného pásma. Tomuto sa hovorí, že elektrón je v excitovanom ( vzbudenom stave ). Elektrón uvolní energiu a vráti sa naspať. V zakázanom pásme nemôže elektrón volne existovať.
c. Volný elektrón sa chaoticky pohybuje po vodivostnom pásme.
d. Elektrón sa dostal von z látky.

2. Polovodič :

Polovodiče majú užšie zakázané pásmo ako izolanty.

3. Vodič :

Elektróny bez dodania elektrickej energie prechádzajú do vodivostného pásma za normálnych podmienok tlak, teplota a vlhkosť vzduchu.

Elektrická vodivosť je vlastnosť, o ktorej rozhoduje zaplnenie vodivostného pásma volnými elektrónmi.

Elektrický náboj

Je charakteristická vlastnosť častíc. Nedá sa vytvoriť ani zničiť.
Nositeľom náboja je:

- protón p = + 1,602 . 10-19 C
- elektrón e = - 1,602 . 10-19 C

Elektrický náboj označený Q [ C - Coulomb ] je zložený z určitého počtu častíc, dá sa deliť - rozdeľovať.

Q = n . e , Q = n . p [ C ]
n – počet častíc

Medzi elektrickým nábojom Q pôsobí sila : | + Q | a | - Q | → príťažlivá sila
| + Q | a | + Q | → odpudivá sila
| - Q | a | - Q | → odpudivá sila

Veľkosť sily určuje takzvaný Coulombov zákon:

F= ±k.(Q1.Q2)/r2 [ N , C^-2m^2.N , C , C , m^2 ]

Q1 , Q2 – rôzne náboje
r – vzdialenosť medzi nábojmi
k – konštanta, ktorá charakterizuje prostredie

ε – permitivita [ F.m^-1 - Farad na meter ]
ε = ε0.εr

Permitivita je látková konštanta , ktorá opisuje izolačné vlastnosti dielektrika (statického pole) , alebo
vzťah medzi vektormi elektrického pola a elektrickej indukcie .

- permitivita vzduchu a vákua je to konštanta ,ε0 = 8,85 . 10^-12 F.m-1
- relatívna permitivita, bezrozmerné číslo, udávané v tabuľkách. Vyjadruje, koľkokrát sa elektrická sila zmenší v prípade, že telesá s elektrickým nábojom sú namiesto vo vákuu umiestnené v inom látkovom prostredí, alebo koľkokrát sa zväčší kapacita kondenzátora, ak sa umiestni medzi elektródy dielektrikum.

ko = 1 / (4.pi.ε0)

Usmernený pohyb elektrónov = tok elektrónov = elektrický prúd I [ A ].
Elektrický prúd je množstvo elektrického náboja, ktoré prejde prierezom vodičom za určitý čas.

I = Q / t [ A - Ampér , C , s ] C = A . s
_________________________________________________
Ospravedlnujem sa, že som to upol aj sem. Chcel som novú miestnosť elektrotechnika, kde by som pravidelne uverejnoval svoje články, ale po dohode a zvážení bola najlepšia alternatíva toto (aj ked rozdiel je evidentný).
Krym mal velmi dobrú poznámku ohladne zdrojov, pozabudol som nich:

Elektrotechnika 1 - Tomáš Hajach, Miroslav Tuma a Eva Steliarová
Základy elektrotechnika - Franko L., Tomáš Hajach
Teoretická elektrotechnika - Kneppo L., Benda
Elektrotechnika I fyzikálne základy - Hlávka