Škola

PrílohaVeľkosť
mm.png10.47 KB

Elektrotechnika

1. Materiály

Vodiče vedú elektrický prúd. Obsahujú voľné nosiče náboja. Patria sem:

  1. kovy - obsahujú voľné elektróny,
  2. elektrolyty = vodivé roztoky - obsahujú ióny.

Kovy na vodiče:

  1. Meď (elektrotechnicá obsahuje 99 % Cu) - na elektrické vedenia v automobiloch alebo budovách.
  2. Hliník (elektrotechnický) - na kryty a fólie. Hliník sa láme pri ohýbaní, deformuje pri tlaku. Nie je vhodný na často namáhané vedenia.
  3. Oceľ - rámy, karoséria, vysokonapäťové vedenia

Špeciálne kovy:

Elektrolyty:

  • Kyselina sírová, 10 % roztok - štartovacie autobatérie
  • LiBF4 - lítiové batérie
  • soľ NaCl - spôsobuje elektrolytickú koróziu kovových častí

Izolanty nevedú elektrický prúd, pretože neobsaujú voľné nosiče náboja. Prímesy sú látky zvyšujúce vodivosť izolantov, napríklad uhlík, voda.

Prírodné materiály:

  • sklo - žiarovky, obrazovky, sklá
  • guma - priechodky, tlmiče otrasov
  • tkaniny - izolačná páska
  • papier - tesnenia, kondenzátory
  • elektroizolačné laky - izolácia vodičov v cievkach

Umelé hmoty:

  • polyvynilchlorid PVC - izolácia vodičov, podlahy
  • bakelit - kryty
  • polyetylén PE - zátky do Pb batérie
  • keramika - izolátory vysokého napätia
  • polypropylén - nádoba Pb batérie
  • polyamidy - silón, nylón, dedrón - vlákna, rúčky
  • polystyrén PS - tepelná izolácia, kondenzátory
  • silikón - olej, vazelína, guma, plasty - sú veľmi odolné
  • plexisklo - farebné kryty
  • akrylát
  • epoxidové živice - lepenie a zalievanie častí

Vrstvené materiály = lamináty

  • sklolaminát - sklenená textília a epoxid - kryty, dosky
  • kuprexit - sklolaminát s naplátovanou medenou vrstvou - dosky plošných spojov
  • preglejka - zlepené drevené dýhy s vláknami otočenými o 90 stupňov. - krabice

Nebezpečné materiály

  • Azbest - obsahuje mikrovlákna, ktoré vo väčšom množstve spôsobujú opuchy až smrť, predovšetkým pri ich rezaní a vdychovaní, ochrana pri rezaní: dýchací prístroj, prípadne okuliare, rukavice a odsávanie do filtra.
  • Kamenná a sklenená vata - obsahuje vlákna, ktoré sa zapichujú do kože, pri vírení a vdýchnutí prachovej vaty môže sa vlákna zapichojú do dýchacích ciest. Ochrana pri manipulácii s prachovou vatou: dýchací prístroj, rukavice, ochranný umelohmotný plášť
  • Ťažké kovy, napríklad ortuť, olovo arzán, kadmium... - sú jedovaté ako prvky aj ich zlúčeniny, spôsobuju otravu a usadzujú sa v tele. Ortuť sa vyparuje pri teplote nad 20 C, je nebezpečné vdychovať jej výpary.
  • PVC = polivinychlorid - pri horení vzniká jedovatý dioxin. Ochrana: Pri požiari urýchlene opustiť budovu, v prípade zadymenia sa prikrčiť k podlahe kde je menej jedovatého dymu.
  • Kyseliny a zásady - leptajú kožu, materiály, sliznice. Pri požití rozvrátia vnútorné prostredie. Ochrana: Dostatočne vetrať, mať ochranné rukavice, okuliare alebo plášť, po požití vypiť vodu, vyzvracať a zbytky kyseliny zneutralizovať napríklad sódou bikarbónou.

Zariadenia obsahujúce nebezpečné materiály treba odviesť na zberné dvory.

PrílohaVeľkosť
grecka_abeceda.gif7.91 KB
ELK01opakovanie.odt30.55 KB
ELK01opakovanie.pdf74.73 KB

2. Jednosmerný prúd

1. Elektrónová teória

Stavba atómu: Atómové jadro obsahuje protóny s kladným elektrickým nábojom p+ a neutróny bez elektrického náboja n0. V jadre je 99% hmotnosti atómu. Obal atómu obsahuje elektróny so záporným nábojom. V kovoch elektróny z vrchných vrstiev obalu sú slabo viazané a uvoľnia sa.

Elektrický stav telesa je daný pomerom kladne a záporne nabitých častíc. Elektricky neutrálna častica (atóm, molekula) má rovnaký počet kladne a záporna nabitých častíc. Ión je častica s rôznym počtom protónov a elektrónov. Katión je kladne nabitý ión, má menej elektrónov. Anión je záporný ión.

Elektrický náboj vyjadruje množstvo elementárnych nábojov v telese. Elementárny náboj je najmenší, ďalej nedeliteľný náboj, náboj elektrónu alebo protónu. Náboj Q je súčet nábojov telesa, Q = n.e- . Silové vzájomné pôsobenie nabitých častíc je sprostredkované elektrickým poľov. Rovnako nabité častice sa odpudzujú, rôzne priťahujú.

2. Elektrický obvod

Časti elektrického obvodu:

  1. zdroje elektrickej energie - napríklad batérie, elektrická sieť, alternátor
  2. vodiče - napríklad elektrické káble, kovová konštrukcia, plošný spoj, elektrolyt
  3. spotrebiče - napríklad žiarovka, motor, prístroj

Elektrický prúd je usporiadaný pohyb nosičov náboja, elektrónov alebo iónov, od (-) ku (+) pólu zdroja. Dohodnutý smer je opačný, od (+) ku (-).

Podmienky vzniku prúdu:

  1. elektrické napätie a
  2. neprerušované vodivé spojenie medzi pólmi zdroja

Schematické značky:

Kreslenie náučných schém obvodov:

Vodiče sa kreslia rovnobežne s okrajmi papiera rovnako hrubými čiarami. Výnimočne, ak to schéma vyžaduje, možno kresliť šikmé čiary, alebo zvýrazniť dôležité vodiče inou hrúbkou alebo farbou.

Smer napätia a prúdu sa kreslí šípkou od (+) do (-) pólu zdroja. Napätie s otvorenou a a prúd s dutou šípkou.

Označenie súčiastok a ich hodnoty sa píšu nad a pod vodorovnú značku,  a vľavo a vpravo ku zvislej značke.Obrázok č. 1:  Schémy

 

a) obvod so žiarovkou        b) označovanie súčiasok           c) schodiskový vypínač

2. Veličiny

Základné veličiny

  • Napätie U vzniká medzi telesami v rôznom elektrickom stave, napríklad medzi kladne a záporne nabitým telesom. Jednotkou napätia je Volt, V. 1 Volt
  • Prúd je pohyb nabitých častíc. Jednotkou je Ampér, A. 1 Ampér predstavuje náboj 1 Coulumb prenesný za 1 sekundu cez prierez vodiča.
  • Prúdová hustota J = I / S, jednotka A/m2,  I - prúd vo vodiči, S - prierez vodiča
  • Intenzita elektrického poľa E = U / d , jednotka V/m, U - napätie medzi dvoma bodmi poľa. d - vzdialenosť bodov

Ohmov zákon

Závislosť prúdu od napätia na rezistore je lieárna. Môžeme ju vyjadriť vzťahom, ktorý sa nazýva Ohmov zákon:  I = U / R , kde R je odpor rezistora 

Príklad: Žiarovka má odpor 2 300 Ω a je pripojená na napätie 230 V. Aký prúd ňou tečie?

I =  U / R = 230 V / 2 300 Ω = 0,1 A

Úpravou Ohmovho zákona dostaneme ďalšie vzorce:

U = R . I

R = U / I

Príklad:  Vodič má odpor 0,1 Ω a tečie ním prúd 20 A. Aký úbytok napätia je na vodiči?

U  = R . I = 0,1 Ω . 20 A = 2 V

Príklad:  Aký je odpor žiarovky s údajmi: 12 V, 100 mA?

R  = U / I = 12 V /  0,1 A = 1,2 Ω

Odpor kovového vodiča

môžeme vypočítať:

R  = ρ . l / S    kde l - je dĺžka vodiča [m], S - je prierez vodiča [m2] a ρ - je merný odpor materiálu [Ω.m], pre meď ρ = 0,017 8 Ω.m, hliník: ρ = 0,028 5 Ω.m.

Príklad:  Vypočítajte odpor medeného vodiča, ktorý má dĺžku 10 m a prierez 1 mm2.

R  = ρ . l / S = 0,0178 Ω.m . 10 m / 0,000 001 m2 =

Tepelné účinky prúdu:

Výkon P zariadenia je energia odoberaná za jednotku času. Jednotkou je Watt, W = Joule za sekundu, J/s. U elektrických zariadení je výkon P = U . I ... [W, V, A]

Príklad 1: Aký výkon má žiarovka 12 V, 2 A ?

P = U . I = 12 V . 2 A = 24 W 

Príklad 2: Aký prúd odoberá ohrievač s výkonom 2 kW z elektrickej siete s napätím 230 V?

P = U . I ... potom I = P / U = 2 000 W / 230 V = 8,7 A

Účinnosť zariadenia ε vyjadruje pomer medzi užitočnou a odobranou prácou.

ε = Pu / P

Príklad 1: Koľko wattov svetla vyrobí 60 W žiarovka, ak má účinnosť 2 %?

Pu = P . ε = 60 W . 2 % = 60 W . 0,02 = 1,2 W svetla

Príklad 2: 60 W obyčajná žiarovka má účinnosť 2 %, 10 W power LED má účinnosť 20 W. Ktorá žiarovka svieti silnejšie?

Vypočítame si svetelný výkon, teda užitočný výkon: Pu = P . ε

obyčajná žiarovka: Pu = 60 W . 2 % = 60 W . 0,02 = 1,2 W svetla

power LED žiarovka: Pu = 10 W . 20 % = 10 W . 0,2 = 2 W svetla.

Power LED v tomto prípade bude svietiť silnejšie

Elektrická práca W je energia odobraná zariadením zo zdroja energie. Jednotka je kilowatthodina, kWh.

W = P . t

Príklad 1: Akú prácu vykonal 2 kW ohrievač za 10 hodín?

W = P . t = 2 kW . 10 hod = 20 kWh

Príklad 2: Koncová cena elektrickej energie napríklad 0,15 eur/kWh. Koľko stojí prevádzka 6 žiaroviek v domácnosti, ak každá žiarovka má 60 W a priemerne svietia 1 000 hodín za rok?

P = 6 . 60 W = 360 W

W = P . t = 360 W . 1 000 hod = 360 000 Wh = 360 kWh

cena = 360 kWh . 0,15 eur/kWh = 54 eur/rok = 54/12 eur/mes = 4,5 eur/mes zálohovo

Niekedy sa práca udáva v MJ. Prepočet na kilowatthodiny je:

1 kWh = 3,6 MJ

Odvodenie tohto vzťahu:

Vieme že W.s = J

1 kWh = 1 000 W . h = 1 000 W . 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ

Príklad: Ročná spotreba tepla na vykurovanie domácnosti za rok 2002 bola 40 GJ. Kolkoje to kWh?

1 kWh = 3,6 MJ ... 1 MJ = 1/3,6 kWh ... 1 GJ = 1/3,6 MWh

40 GJ = 40 / 3,6 kWh = 11 MWh

Zdroje napätia

  1. Elektrochemické zdroje
    • Galvanické články - vyrábajú el. energiu chemickými reakciami
      • Voltov článok - dva rôzne kovy a elektrolyt
      • suchý salmiakový článok = alkalický článok - uhlíková elektróda (+), zinková nádoba (-), elektrolyt salmiak
    • Akumulátory - ukladajú elektrikú energiu (nabíjajú sa)
      • olovený - elektródy Pb, PbO, elektrolyt 10 % H2SO4
      • zinkový - Zn, NaOH
      • NiCd a NiMH - rýchle nabíjanie a dlhá životnosť, ale malá kapacita a pamäťový efekt - nutnosť formátovať
      • Li-ion - bez pamäťového eketu, ale životnosť len 500 nabíjaní a starnutie 3 roky, nebezpečenstvo výbuchu
      • Li-pol - vyššia kapacita ale veľmi malá životnosť 1 rok, nepoužívajú sa
      • Li-nanofosfát - vysoká kapacita, životnosť, odoberaný prúd, krátke nabíjanie, zatiaľ vysoká cena
    • Palivové články - priame zlučovanie paliva (napríklad H2 a O2) na katalyzátore elektródy.
  2. Mechanické - alternátor a dynamo
  3. Fotoelektrické - na kalkulačkách a družiciach
  4. Tepelné - ako detektory teploty

Rozmery batérií (suché, NiCd a NiMH): AA - tužkové, AAA - mikrotužky

Vlastnosti zdrojov:

Kapacita C vyjadruje množstvo náboja, ktoré možno z akumulátora odobrať. C = I . t , I - odoberný prúd, t = čas odoberania prúdu. Táto hodnota je orientačná, pretože závisí od odberaného prúdu, teploty a veku akumulátora.

Príklad:  Akumulátor má kapacitu 60 Ah. Ako dlho z neho môžeme odoberať prúd žiarovkami s odberom 5 A?

C = I . t  ... t = C / I = 60 Ah / 5 A = 12 hod   Poznámka: motor nenaštartujeme už pri čiastočne vybitej batérii, čiže skôr ako za 12 hod.

Vnútroný odpor Ri určuje maximálny odoberaný prúd z akumulátora. Spôsobuje pokles svorkového napätia pri väčších odberoch.

PríkladNanofosfátový Li-Ion článok má vnútorný odpor 10 mΩ, napätie 3,3 V. Aké je jeho svorkové napätie pri maximálnom odoberanom prúde 120 A?

Pokles napätia na vnútornom odpore: ?Ui = I . Ri = 120 A . 0,01 ? = 1,2 V

Svorkové napätie: Us = U - ?Ui = 3,3 V - 1,2 V = 2,1 V

4. Výpočty obvodov

Kirchoffove zákony umožňujú počítať prúdy a napätia v obvode. Uzol je miesto vodiveho spojenia viacerých vodičov. Vetva je časť obvodu medzi dvoma uzlami. Slučka je uzatvorená časť obvodu bez ďalších vetiev.

1. Kirchoffov zákon: Súčet prúdov ktoré vstupujú do uzla sa rovná súčtu prúdov, ktoré vystupujú z uzla.

2. Kirchoffov zákon: V slučke sa súčet napätí zdrojov rovná súčtu úbytku napätí na rezistoroch.

Obr. Kirchoffove zákony:

   

 a) 1. Kirchoffov zákon      b) 2. Kirchoffov zákon

Spájanie rezistorov:

a) sériové: výsledný odpor R = R1 + R2

b) paralelné: sčítava sa vodivosť: G = G1 + G2   čiže   1/R = 1/R1 + 1/R2

c) zmiešané: postupne sa zapojenie zjednodušuje, najprv sa riešia čisto paralelné alebo sériové zapojenia. Na obrázku najprv riešime paralelné zapojnie: 1/R12 = 1/R1 + 1/R2 , a potom sériové: R + R12 + R3

d) trasfigurácia trojuholníku na hviezdu sa robí výpočtom:

Elektrolýza

Elektrolyt je elektricky vodivý roztok. Obvykle je tvorený vodou v ktorej sú rozpustené látky tvoriace po rozpustení ióny, napríklad kuchynská soľ, kyseliny, zásady.

Otázky na opakovanie

  1. Najkreslite náučnú schému existujúceho elektrického zapojenia.
  2. Rezistor s odporom 100 Ohm je pripojený na napätie 12 V. Vypočítajte veľkosť prúdu ktorý ním tečie.
  3. Napíšte po 1 názve pre a) jednorázové batérie b) akumulátory c) mechanické zdroje.
  4. Elektrický ohrievač má výkon 2,3 kW pri napätí 230 V. Aký prúd odoberá?
  5. Cena elektrickej energie je 0,15 eur/kWh. Elektrický bojler má výkon 2 kW a ohrievame ním vodu 5 hodín. Koľko eur stojí ohriatie vody v bojléri?
  6. Spotreba energie je uvedená 36 GJ. Vypočítajte koľko je to MWh.
  7. Žiarovka má účinnosť 3% a výkon 100 W. LED má účinnosť 20 % a výkon 20 W. Ktorý zdroj vyrobí viac wattov svetla?
  8. Kapacita akumulátora je 40 Ah. Zapnuté svetlá majú odber 10 A. Za koľko hodín sa vybije akumulátor?
  9. Vnútorný odpor zdroja je 0,1 Ohm, Vnútorné napätie je 12 V. Aké bude svorkové napätie pri odbere 10 A?
  10. Signalizačná LED má pracovať pri napätí 3 V a prúde 10 mA. Chceme ju pripojiť na napätie 12 V. Vypočítajte potrebnú veľkosť predradného odporu R.
  11. Na jednu poistku sú paralelne zapojené 3 žiarovky, každá odoberá prúd 1 A. Minimálne na koľko ampérov musí byť poistka?
  12. Vypočítajte výsledný odpor zapojenia 3 rezistorov, z ktorých každý má 100 Ohmov:
  13. Linky

PrílohaVeľkosť
kirchoffov1.png964 bajtov
kirchoffov2.png802 bajtov
schematicke_znacky.png4.15 KB
zapojenier.png11.64 KB
ELK02JednosmernyPrud.odt44.84 KB
ELK02JednosmernyPrud.pdf85.07 KB
2kirchzakon.png1.4 KB
LEDaR.png1.37 KB
schemy.png17.65 KB

3. Elektrostatické pole

Obsah

  1. Veličiny elektrostatického poľa
  2. Kondenzátory
  3. Výpočet kapacity kondenzátora
  4. Spájanie kondenzátorov
  5. Otázky na opakovanie
  6. Linky

1. Veličiny elektrostatického poľa

Sila, ktorou na seba pôsobia nabité telesá s nábojmi Q1 a Q2 možno vypočítať:

F = Q1 . Q2 / r2 .....  r - vzdialenosť medzi telesami

Telesá s rovnakým nábojom sa odpudzujú, s opačným nábojom sa priťahujú. 

Príklad 1: Dva nabité telesá s nábojmi 1 C a -2 C sú vzdialené 1 cm. Akou silou sa priťahujú? 

F = Q1 . Q2 / r2 =  1 C . 2 C / 0,01 m = 2 C2 / 10-2 m = 200 N

Intenzita elektrického poľa je daná pomerom rozdielov potenciálov φ medzi dvoma bodmi elektrostatického poľa a vzdialenosťou d týchto bodov:

E = (φ1 - φ2) / d = U / d

Jednotkou intenzity elektrického poľa je volt na meter, V/m. 

Príklad 2: Medzi eletródami sviečky je napätie 30 000 V a vzdialenosť 1 mm. Vypočítajte intenzitu elektrického poľa.

E = U / d = 30 000 V / 1 mm = 30 000 000 V/m

Kapacita je schopnosť viazať elektrický náboj pri danom napätí:

C = Q / U

Jednotkou kapacity je Farad, značka F. Menšie jednotky sú pikofarad pF, nanofarad nF, mikrofarad μF, milifarad mF.

Príklad 3: Kondenzátor 1 000 μF je nabitý na 12 V. Vybíjame ho cez LED prúdom 10 mA počas 0,5 sekudy. Na akú hodnotu poklesne napätie na kondenzátore?

C = 1 000 μF = 1 mF = 10-3 F

t = 0,5 s

I = 10 mA = 10-2 A

U = 12 V

odvedený náboj z kondenzátora Q = I . t = 10-2 A . 0,5 s = 5 . 10-3 C = 0,005 C  

C = Q / U ... pokles napätia U = Q / C = 0,005 C / 0,001 F = 5 V

Napätie na kondenzátore U = 12 V - 5 V = 7 V 

2. Kondenzátory

Rozdelenie podľa zmeny kapacity

  1. pevné
  2. nastaviteľné (trimre)
  3. meniteľné (ladiace)

Rozdelenie podľa dielektrika

  1. plynné (vzduch)
  2. kvapalné (elektrolyt)
  3. pevné (plast, sklo)

Kondenzátory pevné:

  • elektrolytické - hliníková nádobka (-) v ktorej je tekutý elektrolyt, AlO elektróda (+)
  • tantalové - elektrolytické s tuhým elektrolytom
  • zvitkové papierové
  • metalizovaný papier (MP)
  • polystyrolové
  • polystyrénové
  • metalizovaný polystyrén
  • polyetyléntereftálatové
  • polyesterové
  • keramické (doskové, rúrkové)
  • sľudové (doskové)
  • sklenené

Z elektrických parametrov sú najdôležitejšie kapacita a najvyššie dovolené napätie. Ďalšie dôležité údaje sú: izolačný odpor, stratový činiteľ, teplotný súčiniteľ, indukčnosť. U elektrolytických kondenzátorov je dôležitý zvyškový prúd, u meniteľných priebeh a súbeh. Vývody sú buď axiálne, alebo radiálne. Pre plošné spoje je dôležitý u radiálnych  vývodov rozstup.

 

Označovanie pevných kondenzátorov:

Označovanie kondenzátorov číselným kódom:

3. Výpočet kapacity kondenzátora

Výpočet kapacity platňového kondenzátora podľa jeho rozmerov:

C = ?  . S / d ... ? - permitivita materiálu dielektrika, S - plocha platní, d - vzdialenosť platní

? = ?r . ?0 ...... ?r - relatívna permitivita dielektrika, ?0 - permitivita vákua, ?0 = 8,854 . 10-12 F/m 

Príklad 4: Platňový kondenzátor s keramickým dielektrikom s ?r = 2 má rozmery: S = 1 cm2 a d = 0,1 mm. Vypočítajte jeho kapacitu.

C = ?  . S / d = ?r . ?0 . S / d = 2 . 8,854 . 10-12 F/m . 1 . 10-4 m2 / 10-4 m = 18 . 10-12 F = 18 pF

4. Spájanie kondenzátorov

Obrázok č. 2: Rozloženie náboja a napätia, spojenie kondenzátorov

a) Paralelné spojenie (veďla seba, obrázok 2a): Pretekajúci prúd zanechá na kondenzátoroch náboje. Pri paralelnom spojení sa tieto náboje sčítavajú. Q = Q1 + Q2 + Q3. Keďže C = Q / U = (Q1 + Q2 + Q3) / U = C1 + C2 + C3. Pri paralelnom spojení je výsledná kapacita súčtom kapacít spájaných kondenzátorov: C = C1 + C2 + C3.

b) Sériové spojenie (za sebou, obrázok 2b): Prechádzajúci prúd zanechá rovnako veľké náboje na kondenzátoroch, pretože Q = I . t. Napätie sa na kondenzátoroch rozloží v opačnom pomere ako sú ich kapacity, pretože U = Q / C. Súčet napätí na kondenzátoroch sa rovná napätia na nich prevedeného:

U = U1 + U2 + U3 = Q / C1 + Q / C2 + Q / C3

U/Q =  1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3

1 / C =  1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3

Pri sériovom spojení je prevrátená hodnota výslednej kapacity súčtom prevrátených hodnôt spájaných kondenzátoroch.

Príklad 5: Vypočítajte výslednú kapacitu 3 kondenzátorov 10 ?F, 20 ?F, 30 ?F spojených podľa obrázku č. 2 a) paralelne, b) sériovo

a) C = C1 + C2 + C3 = 10 ?F + 20 ?F + 30 ?F = 60 ?F

b) 1 / C =  1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3 = 1/10 + 1/20 + 1/30 = (6 + 3 + 2)/60 = 11/60 ... C = 60/11 = 5,5 ?F

c) Zmiešané spojenie (príklad je na obrázku č. 3): postupne riešime len paralelne alebo len sériovo spojené časti. 

Obrázok č. 3: Príklady zmiešaného spojenia kondenzátorov

Príklad 6:  Vypočítajte výslednú kapacitu zapojení kondenzátorov podľa obrázku č. 3 a) a b). C1 = 10 ?F, C2 = 20 ?F, C3 = 20 ?F.

a)  C2 a C3 sú radené sériovo: 1/C23 = 1/C2 + 1/C3 = 1/20 + 1/20 = 2/20 ... C23 = 20/2 ?F = 10 ?F

C1 a C23 sú radené paralelne: C123 = C1 + C23 = 10 ?F + 10 ?F = 20 ?F

b)  C2 a C3 sú radené paralelne: C23 = C2 + C3 = 10 ?F + 10 ?F = 20 ?F

 C1 a C23 sú radené sériovo: 1/C123 = 1/C1 + 1/C23 = 1/10 + 1/20 = 2/20 + 1/20 = 3/20 ... C123 = 20/3 ?F = 7 ?F

5. Otázky na opakovanie

  1. Vypočítajte silu ktorou sa priťahujú 2 platne kondenzátora nabité nábojom +10 mC a -10 mC vzdialené od seba 0,1 mm.
  2. Sviečka zapaľovania má elektródy vzdialené 1,25 mm a indukčná cievka pre ňu vytvorí napätie 30 kV. Vypočítajte intenzitu poľa medzi elektródami. Je dostatočná pre vznik iskry?
  3. Akú kapacitu a na aké napätie možno pripojiť kondenzátor označený 10 M / 48 V ?
  4. Vymenujte 4 typy kondenzátorov.
  5. Aký náboj viaže kondenzátor 10 μF pri napätí 12 V?
  6. Vypočítajte napätie na kondenzátore označenom 10 G, ktorý je nabíjaný prúdom 10 mA počas 10 sekúnd.
  7. Vypočítajte kapacitu platňového kondenzátora, ak S = 1 cm2, d = 0,1 mm, μr = 10, μo = 8,854.10-12.
  8. Vypočítajte výslednú kapacitu dvoch kondenzátorov 10 μF a 20 μF zapojených a) sériovo a b) paralelne.
Linky

 Pasívne súčiastky

PrílohaVeľkosť
elk32.png2.95 KB
elk33.png1.67 KB
elk34.png1.47 KB
elk35.png853 bajtov
elk36.png4.65 KB

4. Magnetizmus

Obsah

    Linky
  1. Magnety
  2. Elektromagnety
  3. Veličiny magnetického poľa - [úvod] , [kruh] , [Um] , [H] , [P1] , [P2]
  4. Rozdelenie magnetických látok podľa zosilnenia magnetického poľa
  5. Magnetizačná krivka
  6. Silové pôsobenie magnetického poľa na vodič s prúdom
  7. Elektromagnetická indukcia
  8. Magnetické materiály
  9. Slovník
    Otázky na opakovanie

Linky

  1. Magnet: http://cs.wikipedia.org/wiki/Magnet
  2. Magnety v strojárstve: http://www.magcentrum.cz/

1. Magnety

Magnety priťahujú iné magnety alebo magnetické materiály - oceľ, liatinu, nikel, kobalt, neodým...

Magnet je objekt, ktorý v priestore vo svojom okolí vytvára magnetické pole. Môže mať formu permanentného magnetu alebo elektromagnetu. Permanentné magnety nepotrebujú k vytváraniu magnetického poľa žiadnu vonkajšiu energiu. Vyskytujú sa prirodzene v niektorých nerastoch, ale dajú sa tiež vyrobiť. Elektromagnety potrebujú k vytvoreniu magnetického poľa elektrickú energiu.

Siločiary magnetického poľa sú myslené čiary zobrazujúce smer nulovej pôsobiacej sily, teda smer kompasu. Sú to uzatvorené krivky, prebiehajú v okolí magnetu aj v jeho vnútri. Siločiary sa zobrazia napríklad pomocou železných pilín rozsypaných na sklo, pod sklom je tyčový magnet.

Severný pól kompasu je ten ktorý sa natočí k severnému pólu Zeme. Severný pól magnetu je ten, na ktorý ukazuje kompas ako na severný. Dohodnutý smer siločiar je zo severného do južného pólu.

Siločiary tvoria trojrozmerný útvar. Siločiary sú myslené, môže ich byť nekonečný počet. Ich tvar a smer je však presne daný.

2. Elektromagnety

V okolí vodiča s prúdom je magnetické pole. Siločiary tvoria kružnice. Zvinutím vodiča do špirály sa polia spoja a vytvoria elektromagnet, ktorý má siločiary podobné ako trvalý magnet.

Ampérovo pravidlo pravej ruky pre vodič s prúdom: Ak položíme pravú ruku na vodič s prúdom tak, že vztýčený palec ukazuje smer prúdu, potom prsty v uzatvorenej dlani ukazujú smer siločiar magnetického poľa.

Ampérovo pravidlo pravej ruky pre cievku: Ak položíme pravú ruku na cievku s prúdom tak, aby prsty ukazovali smer prúdu v cievke, tak vztýčený palec ukazuje severný magnetický pól cievky.

3. Veličiny magnetického poľa

Intenzita magnetického poľa H vyjadruje hustotu magnetického poľa. V cievke H = n . I / d ... n - počet závitov cievky, I - prúd v cievke, d - dĺžka cievky. Jednotkou v sústave SI je Ampér na meter (A/m). Jednotkou v systéme CGS je Oersted (Oe). 1 kOe = 79,5 kA/m.

Príklad: Vypočítajte intenzitu magnetického poľa v cievke so 100 závitmi, prrúdom 1 A dĺžkou 10 cm. n = 100, I = 1 A, d = 10 cm = 0,1 m H = n . I / d = 100 . 1 A / 0,1 m = 1 000 A/m

Magnetická indukcia vyjadrujé silové pôsobenie magnetov. Jednotka je v SI Tesla (T). Jednotkou v CGS je Gauss (G). 1 G = 0,000 1 T. Magnety používané v praxi majú indukciu 0,01 T - 100 T. Vzťah medzi intenzitou a indukciou je: B = µ . H µ - je permeabilita prostredia, čo je magnetická vlastnosť látky. µ = µr . µ0 µ0 je permeabilita vákua, je to konštanta, µ0 = 4 . π . 10-7 = 12,56 . 10-7 µr je relatívna permeabilia, popisuje zosilnenie magnetického poľa v látke. U magnetických materiálov je rádovo µr = 1 000.

Príklad: Vypočítajte veľkosť magnetickej indukcie v cievke s kovovým jadrom s ur = 1000, ak cievka má 1000 závitov, dĺžku 1 cm a tečie ňou prúd 1 A. µr = 1 000, µ0 = 12,56.10-7, n = 1 000, d = 1 cm = 0,01 m, I = 1 A H = n . I / d = 1 000 . 1 A / 0,01 m = 100 000 A/m B = µ . H = µr . µ0 . H = 1 000 . 12,56.10-7 . 100 000 = 125,6 T

Magnetický indukčný tok Φ = B / S ..... Φ - indukčný tok [Weber, Wb], B - je indukcia [Tesla, T], S - prierez jadra [meter štvorcový, m2]

Príklad: Vypočítajte indukčný tok v cievke s indukciou 1 Tesla, a prierezom jadra 1 cm2.

Φ = B / S = 1 T / 0,000 1 m2 = 10 000 Wb

4. Rozdelenie magnetických látok podľa zosilnenia magnetického poľa

  1. Diamagnetické - mierne zoslabujú magnetické pole. µr < 1 , napr. Al, CaO, Pt.
  2. Paramagnetické - mierne zosiľnujú magnetické pole. µr > 1 , napr. H2, H2O, Cu, grafit.
  3. Feromagnetické - veľmi zosiľňujú µr >> 1, napríklad válcovaný plech dosahuje µr = 5 000. Feromagnetikum je materiál so spontánnou magnetizáciou. Obsahuje jeden alebo viac druhou rovnako orientovaných magnetických atómov v krištalickej mriežke (na rozdiel od ferimagnetík, kde sú magnetické momentyv opozícii). Výsledkom je veľký celkový magnetický moment. AlNiCo a Re/Co sú feromagnetické materiály.
  4. Ferimagnetické = ferity - materiál so spontánnou magnetizáciou, µr >> 1. Obsahuje aspoň dva druhy atómov v kryštalickej mriežke, ktoré majú rôzne veľké magnetické momenty smerujúce proti sebe a tým pádom jeden z nich prevažuje (na rozdiel od antiferomagnetík, kde sa magnetické momenty úplne rušia). Výsledkom je celkový magnetický moment podobný ako u feromagnetík.

5. Magnetizačná krivka feromagnetickej látky

Magnetizácia je jav kedy pôvodne nezmagnetizovaný materiál vložený do magnetického poľa stávajú tiež magnetickým. Týmto spôsobom sa vyrábajú trvalé magnety.

a) Krivka prvotnej magnetizácie - vyjadruje závislosť H a B pri magnetizovaní ešte nezmagnetizovanej látky. Pri určitej intenzite magnetického poľa H sa materiál magneticky nasýti a B sa už ďalej nezvyšuje. BS je indukcia nasýtenia materiálu.

b) Hysterézna slučka - popisuje opakovanú magnetizáciu a demagnetizáciu materiálu. Pri odstránení vonkajšieho magnetického poľa, materiál ostáva čiastočne zmagnetizovaný, je v ňom zbytková = remanentná indukcia Br. Materiál sa dá odmagnetovať privedením určitého opačného magnetického poľa, je to koercitívna intenzita Hc. Remanencia je schopnosť uchovávať magnetické pole, koercivita je schopnosť odolávať demagnetizácii.

Curie teplota (čítaj Kiri teplota) je teplota nad ktorou materiál už nie je magnetický.

6. Silové pôsobenie

Na vodič s prúdom v magnetickom poli pôsobí sila. Prúdová slučka je vlastne tvorená dvoma vodičmi s prúdom s opačným smerom, a vytvára krútiaci moment. Tento princíp sa využíva v elektromotoroch.

Silovo na seba pôsobia aj dva vodiče s prúdom, pretože v okolí vodičov s prúdom sa vytvára magnetické pole. Ak prúd tečie rovnakým smerom, priťahujú sa, ak rôznym, odpudzujú sa.

Veľkosť pôsobiacej sily na vodič s prúdom v magnetickom poli možno vyrátať: F = B . I . d ..... pričom B - indukcia (T), I - prúd vo vodiči (A), d - dĺžka vodiča (m).

Príklad: Vypočítajte veľkosť pôsobiacej sily dlhý 2 m, ktorým tečie prúd 100 A umiestnený v magnetickom poli s indukciou 100 T. F = ? d = 20 m I = 100 A B = 10 T F = B . I . d F = 10 T . 100 A . 20 m = 20 000 N ("2 ton")

6. Elektromagnetická indukcia

Vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli sa indukuje napätie (a). V slučka otáčajúcej sa v magnetickom poli vzniká striedavé napätie (b), pretože smer a rýchlosť pohybu sa menia podľa funckie sínus, ktorá vyplýva z kruhového pohybu. Tento princíp sa využíva v elektrických generátoroch, ako je automobilový alternátor, dynamo na motorke, alternátor v elektrárni.

Veľkosť indukovaného napätie U = B . d . v ..... pričom B - indukica (T), d - dĺžka vodiča (m), v - rýchlosť pohybu vodiča (m/s).

Príklad: Vypočítajte veľkosť indukovaného napätia vo vodiči s dĺžkou 10 m, ktorý sa pohybuje v magnetickom poli s indukciou 2 T s rýchlosťou 1 m/s. U = ? B = 2 T d = 10 m v = 1 m/s U = B . d . v U = 2 T . 10 m . 1 m/s U = 20 V

7. Straty v magnetických materiáloch

Hysterézne straty súvisia so šírkou hysteréznej slučky. Pri magnetizácii sa časť energie premení na telo (natáčanie domén). Čím je širšia magnetizačná krivka, tým sú väčšie straty. Straty sú väčšie u magneticky tvrdých materiálov. Straty rastú aj s frekvenciou.

Vírivé prúdy sú uzatvorené slučky s prúdom, ktoré sa tvoria na základe elektromagnetickej indukcie pri zmene magnetického poľa vo vodivom materiály. Na obmedzenie vírivých prúdov sa používajú lakované plechy alebo ferity.

8. Magnetické materiály

8.1. Magneticky mäkké materiály majú úzku hysteréznu slučku. Dajú sa ľahko zmagnetizovať aj demagnetizovať. Sú to materiály:

  1. Magneticky mäkké železo - technické, kremičité
  2. Magneticky mäkké ferity - spekaním oxidov kovov (Fe, Ni, Zn, Mn, Mg), ide o keramiku, sú elektricky nevodivé a preto v nich nie je problém s vírivými prúdmi. Majú veľmi úzku až pravouhlú hysteréznu slučku. Použitie na feritové toroidné jadrá transformátorov a tlmiviek.
  3. zliatiny Fe:
    • Fe-Ni - Permalloy je magneticky mäkká zliatina Fe s 30 až 80 % Ni a ďalšími prímesami. Má vysokú počiatočnú permeabilitu. Používa sa na jadrá transformátorov, magnetické tienenia káblov, magnetické senzory, magnetické záznamové a snímacie hlavy, časti elektromagnetu - jadro a pohyblivá kotva, pólové nástavce magnetov, v krokových motoroch.
    • Fe-Ni-Mo - Supermalloy je zliatina 76 % Ni, 16 % Fe, 5 % Mo a ďalšími prímesami, pripravuje sa žíhaním vo vodíkovej atmosfére a kontrolovaným ochladzovaním, aby prebehla správne krištalizácia. maximálna permeabilita. Používa sa v malých jadrách elektromagnetických mechanizmov (nízkoprúdových transformátoroch, magnetických zosilovačoch, krokových motoroch a i.) pracujúcich na nízkych frekvenciách rádov do 10 kHz.
    • Fe-Co - permendur 49 % Co . Používa sa na pólové nástavce elektromagnetu.
Mendelejevova tabuľka chemických prvkov Poznámky: Thermoperm, (MoFe203), mumetal, armco

8.2. Magneticky tvrdé materiály sa používajú na výrobu trvalých magnetov. Majú širokú hysteréznu slučku, teda veľkú koercivitu. Dajú sa ťažko zmagnetizovať aj odmagnetizovať. Sú to materiály:

  1. Feritové (keramické) magnety - obsahujú 80 % železa a 20 % bária alebo stroncia. Tieto suroviny sú lacné a dostupné vo veľkých množstvách, preto aj magnety z nich vyrobené sú pomerne lacné. Feritové magnety sa vyrábajú lisovaním. Sú tvrdé a krehké. Opracovanie sa robí brúsením diamantovým kotúčom, režú sa vodným lúčom. Sú odolné voči vplyvom počasia a neoxidujú. Nie sú citlivé na odmagnetovanie a za normálnych podmienok si udržujú permanentný magnetizmus. Sú odolné voči väčšine chemikálií a rozpúšťadiel. Rozsah pracovných teplôt od -40 ?C do + 250 ?C.
  2. Magnety zo vzácnych zemín Sú to vysokoenergetické magnety s veľkým obsahom kovov zo vzácnych zemín, ako napríklad kobalt Co, samárium Sm a neodymum Nd. Tieto magnety sú silnejšie ako ferity a preto môžu byť menšie, 1/6 objemu.
    a) SmCo Výroba pozostáva z lisovania v magnetickom poli a následnom spekaní. SmCo je krehký a tvrdý materiál. Magnetizované sú výlučne v jednom smere. Tieto magnety sú veľmi odolné voči pôsobeniu demagnetizačného poľa. Prevádzková teplota je do cca + 250 ?C.
    b) Neodym - NdFeB V súčastnosti je to najsilnejší typ magnetu s vynikajúcimi magnetickými vlastnosťami, ako je remanencia a energetická hustota. Neodymové magnety sú dodávané iba v anizotropnom vyhotovení. Maximálna prevádková teplota je v rozmedzí +80 ?C až +130 ?C. Neodymové magnety v súčastnej dobe sú používané v impulzných motoroch, vretenových motoroch, bezkartáčových motoroch, magnetronoch, reproduktoroch, senzoroch, relé, nástrojoch atď.
  3. ALNiCo magnety - sú zmesou hliníka, niklu, železa, medi a titánu. Vyrábajú sa lisovaním alebo spekaním. Magnetované môžu byť len v axiálnom smere. Majú vysokú remanenciu, avšak malú koercivitu. To určuje veľkú dĺžku magneizačného smeru. Optimálny priemer magnetu k jeho dĺžke je 1 : 4. Predĺžený tvar je výhodou v spojení s jazýčkovými relé. Magnetické pole AlNiCo magnetov môže byť vplyvom demagnetizácie oslabené. AlNiCo je tvrdý materiál a opracúva sa iba brúsením. Prevádzková teplota je od -270 ?C do + 400 ?C. Majú vysokú odolnosť voči kyselinám a rozpúšťadlám.
  4. Plastomagnety sú plasty s primiešaným magnetickým práškom. Sú pružné, dajú sa obýbať, zvinovať, dierovať a tvarovať bez straty svojich magnetických vlastností. Sú odolné voči korózii, preto nepotrebujú žiadnu povrchovú úpravu. Vyrábajú sa kaladrovaním v hrúbkach od 0,4 do 8 mm. Môžu byť potlačované sieťotlačou. Delia sa na dva typy: izotrop a anizotrop. Izotrop sa používa hlavne do tesnení chladničiek, oceľových dvier a tesnení okien, na magnetické školské tabule, pri výrobe televízorov atď. Anizotrop je používaný vo vretenových motoroch, motoroch s vysokou presnosťou, magnetických zobrazovačoch, zdravotníctvo atď.
  5. Tekuté magnety sú koloidná zmes zložená z magnetického prášku (väčšinou magnetit) zomletého na jemný prach (v priemere 10 nm) a tekutého nosiča, ktorý obsahuje navyše činidlo zabraňujúce zhlukovaniu magnetických častíc. Tekuté magnety sa skladajú približne z 5 % magnetických častíc, 10 % činidla a 85 % kvapaliny (na vodnej ale organickej báze).

Materiály používané v automobilovom priemysle:

Slovník

Anizotropia - fyzikálna vlastnosť, ktorá v prípade permanentných magnetov spôsobuje rozdiely v množstve magnetickej energie nevyhnutnej na magnetizáciu magnetu v rôznych smeroch.

Curie teplota (čítaj Kiri teplota) - prechodová teplota, nad ktorou ktorou feromagnetické alebo ferimagnetické materiály strácajú spontánnu magnetizáciu a stávajú sa paramagnetickými.

Demagnetizačná krivka - druhý kvadrant hysteréznej slučky. Táto časť slučky obsahuje z technického hľadiska najdôležitejšie charakteristiky permanentných magnetov.

Ferimagnetikum - materiál so spontánnou magnetizáciou. Obsahuje aspoň dva druhy atómov v kryštalickej mriežke, ktoré majú rôzne ceľké magnetické momenty smerujúce proti sebe a tým pádom jeden z nich prevažuje (na rozdiel od antiferomagnetík, kde sa magnetické momenty úplne rušia). Výsledkom je celkový magnetický moment podobný ako u feromagnetík.

Feromagnetikum - materiál so spontánnou magnetizáciou. Obsahuje jeden alebo viac druhou rovnako orientovaných magnetických atómov v krištalickej mriežke (na rozdiel od ferimagnetík, kde sú magnetické momentyv opozícii). Výsledkom je veľký celkový magnetický moment. AlNiCo a Re/Co sú feromagnetické materiály.

Gauss (G) Jednotka zo systému CGS pre magnetickú indukciu a magnetickú polarizáciu. 1 G = 0,000 1 T

Hysterézna slučka - závislosť magnetickej indukcie alebo magnetizácie/polarizácie od intenzity magnetického poľa. Magnetické pole cykluje od nuly do plus maxima a potom zas do mínus maxima, prechádza teda piatimi kvadrantami. Hysterézna slučka materiálov s nelineárnou permeabilitou vykazuje nelineárny charakter. Krivky sú obyčajne symetrické vzhľadom na počiatok súradnicového systému. Hysterézna slučka charakterizuje základné vlastnosti permanentných magnetov. Bs - saturačná magnetická indukcia, Br - remanentná magnetická indukcia, Hc - koercívna sila.

Intenzita magnetického poľa - reprezentácia magnetické poľa vyjadrená v jednotkách A/m (ampér / meter), [Si] alebo Oe (oersted) [CGS].

Ireverzibilná zmena - čiastočná alebo úplná strata magnetizácie. Môže sa vyskytnúť, ak je magnet vystavený vysokým teplotám alebo demagnetizačnému poľu. Magnetizácia nemôže byť obnovená samovoľne, ale opätovným magnetizovaním, pokiaľ nedošlo k zmenám v štruktúre materiálu.

Izotropia - magnetické vlastnosti sú rovnakú vo všetkých smeroch. Materiály s kubickou symetriou sú magneticky izotropné. Izotropné materiály majú nižšiu kopercivitu ako anizotropné a preto majú tiež nižší energetický súčin.

Koercivita Tiež sa nazýva koercívna sila. Je to schopnosť permanentného magnetu odolávať demagnetizácii externým magnetickým poľom a tiež vlastným demagnetizačným poľom. Existujú dva typy koercivity: 1. "skutočná" koercivita, jednoducho nazývaná koercivita - znamená magnetické pole pri ktorom je celková indukcia v magnete nulová. 2. "vnútorná" koercivita - znamená pole, pri ktorom je celková polarizácia nulová (vektory polarizácie individuálnych magnetických domén sa vzájomne rušia).

Magnetická indukcia (hustota magnetického toku) - reprezentácia magnetického poľam vyjadrená v jednotkách T (tesla) [SI] alebo G (gauss) [CGS]. 1 T = 1 Wb/m2.

Magnetický obvod otvorený Obvod, v ktorého časti sa magnetický tok uzatvára vzduchom.

Magnetický obvod uzatvorený Obvod, ktorým prechádza magnetický tok po uzatvorenej ceste, napríklad magnetickou oceľou.

Magnetický tok - tok magnetického poľa plochou. Jednotkou magnetického toku je Wb (Weber).

Magnetizácia Celkový magnetický moment materiálu. Po aplikovaní dostatočne silného magnetického poľa už magnetizácia ďalej nerastie, pretože všetky momenty sú už orientované do rovnakého smeru. Magnetizácia korešponduje s polarizáciou.

Magnetizačná krivka Charakteristika materiálu v závislosti na magnetizujúcom poli zobrazená podobným spôsobom ako hysterézna slučka. Magnetizačná krivka je zreteľne nelineárna pre materiály s nelineárnou permeabilitou. Pre mäkké magnetické materiály je dôležitá takzvaná krivka prvotnej magnetizácie permanentných magnetov, ale pre prevádzku permanentných magnetov je dôležitý druhý kvadrant, t.j. demagnetizačná krivka.

Magnetoplast Magnet v ktorom je magnetický materiál (ferit alebo Re/Co) rozptýlený v plastickej matrici. Účelom je vytvoriť ohybné magnety, ktoré je možno jednoduch obrábať.

Maximálny enenrgetický súčin Bod maximálneho súčinu B a H na magnetizačnej krivke, určuje optimálny pracovný bod permanentného magnetu. Magnet, ktorý pracuje v tomto bode, poskytuje najväčší výkon na jedotku objemu.

Oersted (Oe) Jednotka zo systému CGS pre intenzitu magnetického poľa. 1 kOe = 79,5 kA/m.

Permeabilita Pomer magnetickej indukcie a intenzity magnetického poľa. Dá sa povedať, že je to schopnosť materiálu "viesť" magnetický tok (magnetická vodivosť). Celková permeabilita je vztiahnutá k permeabilite vákua pomocou relatívnej permeability. Hodnota permeability vákua v systéme Si je: mí0 = 4.pí.10-7 T/A.m-1.

Permeancia Sklon pracovnej priamky. Je určený geometriou magnetického obvodu, inými slovami celkovou demagnetizáciou v magnetickom obvode.

Pracovný bod Je definovaný na demagnetizačnej krivke pracovnou priamkou.

Pracovná priamka Priamka s negatívnym sklonom s počiatkom v (0,0) súradnicového systému demagnetizačnej krivky, pretínajúca demagnetizačnú krivku v pracovnom bode magnetického obvodu. Eklon priamky je určený tvarom magnetu alebo magnetického obvodu.

L/D - pomer priemeru a dĺžky magnetu.

Ba, Ha - hodnoty magnetickej indukcie B a koercitívnej sily H v pracovnom bode magnetu.

Polarizácia Na všetky praktické účely je ekvivalentná magnetizácia. Polarizácia J je termín z Kennellyho systému jednotiek a meria sa v [T], pričom magnetizácia M patrí do Sommerfeldovho systému a meria sa v [A/m] (obidva systémy patria do SI). Polarizácia je takmer vždy použitá v technických aplikáciach, pričom magnetizácia je častejšie používaná vo vedeckých kruhoch. Zámena týchto dvoch termínov sa nepovažuje za chybu.

Remanencia Zvyšková magnetizácia po odstránení magnetizujúceho poľa. Korešponduje s pomerom doménových momentov, ktoré zostali orientované v jednom smere. Saturačná magnetizácia/polarizácia - maximálna možná hodnota magnetizácie pre určitý materiál.

Stabilita Odolnosť magnetov proti zmene magnetického momentu s časom (viď stárnutie) alebo proti vplyvu zmien teploty. Magnety sú niekedy umelo "vystárnuté" tým, že sa vystavujú pôsobeniu teplotných cyklov alebo demagnetizačných cyklov.

Stárnutie Úbytok magnetického momentu s časom, obyčajne ide o zlomky percenta počas niekoľkých rokov.

Tekutý magnet - koloidná zmes zložená z magnetického prášku (väčšinou magnetit) zomletého na jemný prach (v priemere 10 nm) a tekutého nosiča, ktorý obsahuje navyše činidlo zabraňujúce zhlukovaniu magnetických častíc. Tekuté magnety sa skladajú približne z 5 % magnetických častíc, 10 % činidla a 85 % kvapaliny (na vodnej ale organickej báze).

Tesla (T) Jednotka systému SI pre magnetickú indukciu 1 T = 10 000 G.

Vnútorná koercitívna sila Demagnetizačné magnetické pole, pri ktorom magnetizácia/polarizácia klesne na nulu.

Weber (Wb) Jednotka zo systému SI pre magnetický tok.

Stratený tok Magnetický tok, ktorý uniká mimo obvod. Na rozdiel od elektrických obodov, je v magnetických obvodoch strata bežná, pretože neexistuje izolácia (materiál s nulovou magnetickou vodivosťou) pre jednosmerné magnetické pole. Magnetické pole je schopný blokovať len ideálny supravodič.

Otázky na opakovanie

  1. Aký je rozdiel zloženia a mechanických vlastností feritových a kovových magnetov? Čo je to feromagnetická látka. Čo je to Courieho teplota?
  2. Nakreslite tyčový magnet a elektromagnet, vyznačte magnetické póly, siločiary magnetického poľa a ich smer.
  3. Cievka má 1 000 závitov, tečie ňou prúd 0,1 A, jadro má prierez 1 cm2 a relatívnu permeabilitu 1 000. Vypočítajte intenzitu magnetického poľa H, indukciu B a indukčný tok Φ v cievke.
  4. Nakreslite hysteréznu slučku, vyznačte remanentnú (zbytkovú) indukciu Br a koercívnu intentenzitu Hc.
  5. Vodič s dĺžkou 2 metre je umiestnený v magnetickom poli s indukciou 2 Tesla a tečie ním prúd 1 A. Vypočítajte veľkosť sily, ktorá pôsobí na vodič.
  6. Vodič s dĺžkou 4 metre sa pohybuje v magnetickom poli s indukciou 5 Tesla rýchlosťou 2 m/s. Vypočítajte veľkosť indukovaného napätia vo vodiči.
  7. Ako sa konštrukčne znižujú straty vírivými prúdmi a hysterézne straty v elektrických strojoch?

Známkovanie, 1 správna otázka = 1 bod:

  1. : 7 - 8 bodov
  2. : 5 - 6 bodov
  3. : 3 - 4 body
  4. : 2 - 3 body
  5. : 0 - 1 bod

Indukčnosť rôznych tvarov vodičov: http://members.chello.cz/mstrocka/indukcnost/Indukcnost.html

PrílohaVeľkosť
VMPuvod.png227.73 KB
VMPnapätie.png151.5 KB
VMPkruh.png52.25 KB
VMPintenzita.png153.95 KB
VMPintenzitaPriklad.png143.71 KB
VMPintenzitaP2.png213.28 KB

5. Striedavý prúd

Obsah

    Linky
  1. Vznik a veličiny striedavého prúdu - [vznik] , [veličiny]
  2. Rezistor, kondenzátor a cievka v obvode striedavého prúdu
  3. Fázory
  4. Reaktancia, impedancia
  5. Rezonancia
  6. Výkon v obvode striedavého prúdu - [elk5] , [PQS] , [PQSvypocet] , [opakovanie]
  7. 3-fázová sústava - [3fsUvod] , [3fs] , [3fsOdvodenie] , [3fsOpakovanie]
  8. Výkon v 3-fázovej sústave
  9. Otázky na opakovanie

Linky

1. Vznik a veličiny striedavého prúdu

Perióda T je čas, kedy striedavý prúd prejde všetkými hodnotami. Pre slučku je to čas otočenia o 360?.

Frekvencia f je počet peród za sekundu. f = 1 / T. Jednotka je Hertz, Hz. Napríklad pri frekvencii 50 Hz je v 1 sekunde 50 períód. U motorov sa tiež udávajú otáčky, jednotka otáčky za minútu, ot/min = RPM.

Príklad: V sieti je frekvencia 50 Hz. Vypočítajte periódu

T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 0,02 s = 20 ms

Príklad: Elektromotor sa otočí 50x za sekundu. Koľko otáčok má za minútu?

50 Hz = 50 ot / s = 50 . 60 ot /min = 3 000 ot / min = 3 000 RPM

Uhlová rýchlosť ω je uhol otočenia alebo períody ktorý sa zmení za určitý čas ω= 2 . π / T = 2 . π . f. Jednotka je radián za sekundu, rad/s. Uhlová rýchlosť sa používa pri výpočtoch iných veličín, ako je napríklad reaktancia.

Efektívna hodnota striedavého napätia Uef alebo prúdu Ief je rovnaká ako jednosmerná hodnota s rovnakými tepelnými účinkami. Uef = 1 / √(2) . Umax = 0,7 . Umax

Príklad: V sieti je efektívne napätie 230 V. Vypočítajte jeho maximálnu hodnotu.

Umax = Uef . √(2) = 230 V . 1,4 = 310 V

2. Rezistor, kondenzátor a cievka v obvode striedavého prúdu

Na rezistore napätie a prúd nie sú posunuté. Na cievke sa prúd posúva za napätie o +90?. Na kondenzátore sa prúd posúva pred napätie o -90?.

3. Fázory

Fázor je vektor striedavého prúdu alebo napätia vyjadrený v polárnych súradniciach, teda veľkosťou a uhllom. Fázory sa používajú pri výpočtoch zložitých obvodov striedavého prúdu obsahujúce veľa kondenzátorov, cievok a rezistorov. Počítajú sa výsledné napätia a impednacie. Sčítať môžeme fázory iba pre napätie alebo prúdy s rovnakou frekvenciou.

Fázový posun ϕ je uhol medzi dvoma fázormi.

Príklad: Skladanie fázovo posunutých napätí:

4. Reaktancia, impedancia

Reaktancia X je prekážka, ktorý kladú cievka alebo kondenzátor striedavému prúdu. Jednotka je Ohm, ?. Prúd vypočítame podľa Ohmovho zákonu I = U / X

Pre cievku: XL = ω . L ..... L - je indukčnosť cievky, jednotka Henry [H]

Čím je väčšia frekvencia a indukčnosť cievky, tým má väčšiu reaktanciu a tým menší prúd cez ňu tečie.

Príklad: Cievku s indukčnosťou 2 H (tlmivka na neónkach) pripojíme na 230 V. Vyhodí 16 A istič? Aký prúd odoberá?
XL = ω . L = 2 . π . f . L = 2 . 3,14 rad . 50 Hz . 2 H = 314 rad/s . 2 H = 628 ?. I = U / X = 230 V / 628 ? = 0,37 A

Indukčnosť cievky L je schopnosť cievky uchovať energiu magnetického poľa. Jednotka je Henry, H. Indukčnosť sa využíva v zapaľovacích cievkach, kedy po prerušení prúdu vzniká vysoké napätie. Indukčnosť cievky rastie s počtom závitov N, prierezom jadra S, relatívnou permebilitov materiálu jadra ?r a klesá z jej dĺžkou d.
L = ? . N2 . S / d

Príklad: Vypočítajte indukčnosť cievky s 1000 závitmi, prierezom 1 cm2, dĺžkou 2 cm a so železným jadrom s relatívnou permeabilitou ?r = 500.

Pre kondenzátor: XC = 1 / ?.C ..... C - je kapacita kondenzátora [Farad, F], ? - je uhlová rýchlosť [rad/s]

Príklad: Kondenzátor s kapacitou 100 nF pripojíme na 230 V. Môžeme pred neho zapojiť LED diódu na 10 mA? Aký prúd bude tiecž kondenzátorom?
? = 2 .? . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s; C = 100 nF = 10-7 F
XC = 1 / ?.C = 1 / (314 rad . 10-7 F) = 31 800 ?
I = U / X = 230 V / 31 800 ? = 0,007 2 A = 7,2 mA

RLC obvod je zložený z rezistorov, kondenzátorov a cievok. Impedancia Z je prekážka, ktorú kladie RLC obvod prechádzajúcemu prúdu. Jednotka je Ohm, ?. Impedancia sériového RLC obvodu je zložená z fázorov: odpor, reaktancia kondenzátora, reaktancia cievky. Viď obrázok 4. Podľa pravouhlého trojuholníka: Z = ?(R2 + (XL - XC)2) . Prúd prechádzajúci obvodom vypočítame podľa Ohmovho zákona I = U / Z.

Príklad 5: Sériový RLC obvod R = 100 ?, L = 2 H, C = 10 ?F je pripojený na striedavé napätie 12 V / 50 Hz. Vypočítajte veľkosť prechádzajúceho prúdu.

?  = 2 . ? . f = 2 . 3,14 rad . 50 Hz = 314 rad/s

XL = ? . L =  314 . 2 = 628 ?

XC = 1 / ?.C = 1 / 314.10-2 = 319  ?

Z = ?(R2 + (XL - XC)2) = ?(1002 + (628 - 319)2) = ?(10 000 + 95 481) = ?105 481 = 324 ?

I = U / Z = 12 V / 324 ? = 0,037 A = 37 mA

5. Rezonancia

Rezonancia je jav kedy sa v RLC obvode reaktancia kondenzátora rovná reaktancii cievky. V paralelnom RLC obvode tečie minimálny prúd obrázok 5a. V sériovom RLC obvode tečie maximálny prúd I = U / R. Frekvenciu, pri ktorej nastáva rezonancia vypočítame: 

XL = XC

? . L = 1 / ?.C

?2 = 1 / L.C

? = 1 / ?(L.C)

2 . ? . f = 1 / ?(L.C)

f = 1 / 2??(L.C)

Príklad 6: RLC obvod má R = 100 ?, L = 0,1 H, C = 100 nF. Vypočítajte rezonančnú frekvenciu.

f = 1 / 2??(L.C) = 1 / 6,28.?(0,1 . 10-7) = 1 / 6,28.?(10-8) = 1 592 Hz

Obrázok č. 5: Rezonančné obvody 

 

6. Výkon v obvode striedavého prúdu

4. Činný a jalový výkon

Činný výkon P = U . I . cos ?  [W]

Jalový výkon Q = U . I . sin ?  [var]

Zdanlivý výkon S = U . I [VA]

Činný výkon je užitočný výkon - teplo na ohrievači, svetlo na žiarovke, pohyb motora. Meriame ho wattmetrom. Výkon je maximálny, ak má záťaž čisto odporový charakter, ? = 0. Cos ? sa nazýva účinník. Tieto údaje sú často uvedené na elektrospotrebičoch. Jalový výkon vzniká pri pripojení kapacitnej alebo indukčnej záťaže. Tento výkon si vymmieňa zdroj a zátaž. Jakový výkon nevykonává prácu. Zdanlivý výkon vypočítame z nameraných hodnôt prúdu a napätia. Udáva hornú medzu výkonu.

Vzťah mezi týmito veličinami udáva trojuholník výkonov, riešime ho pomocou Pytagorovej vety. S^2 = P^2 + Q^2 = U?I? cos? + U?I sin? = U.I (cos?? + sin??) = U.I .

S jalovým výkonom sa stretávame pri elektromotoroch. Tento výkon zbytočne zaťažuje vedenia. Veľkoodberatelia majú za povinnosť kompenzovať jalový výkon (indukčná zátaž) pridaním paralelných kondenzátorov. 

Príklad 7: Elektromotor má na štítku údaje: 4 kW, cos ? = 0,9. Určte činný, jalový a zdanlivý výkon.

Činný výkon: P = 4 kW

Zdanlivý výkon: S = U . I = P / cos ?  = 4 kW / 0,9 = 4,44 kW

účinník: cos ? = 0,9 ..... fázový posun ? = arccos 0,9 = 25,84?

Jalový výkon Q = U . I . sin ? = 4,44 kW . sin 25,84? = 4,44 kW . 0,436 = 1,94 kW

Príklad 8: Firma má elektromotor 230 V, 10 kW, cos ?  = 0,85. Vypočítajte veľkosť kondenzátora potrebného pre kompenzovanie jalového výkonu.

cos ? = 0,85 ..... ? = 31,79? ..... sin ? = 0,523

S = P / cos ? = 10 kW / 0,85 = 11,76 kW

Q = S1 . sin ?  = 11,76 kW . 0,523 = 6,15 kW

jalový prúd Ij = Q / U = 6,15 kW / 230 V = 26,8 A

XL = U / Ij = 230 V / 26,8 A = 8,58 ?

XL = XC ..... XL  = 1 / ?.C ..... C = 1 / ?.XL = 1 / (2.?.50 Hz . 8,58 ?) = 0,000 37 F = 370 ?F

7. Trojfázová sústava

Vznik 3-fázového napätia

Priebeh 3-fázového napätia

Zapojenia

  1. Hviezda
  2. Značenie vodičov:
    L1, L2, L3 ? fázové vodiče
    N ? nulak

    Značenie napätí:
    Uf ? fázové napätie
    Uz? združené napätie

    Medzi fázami a nulakom je fázové napätie Uf. Medzi fázami je združené napätie Uz. Fázami tečie fázový prúd If.
    Uz = odmocnina(3) . Uf = 1,73 . Uf

    Príklad: Fázové napätie je 230 V. Vypočítajte združené napätie.
    Uz = 1,73 . Uf = 1,73 . 230 V = 400 V

  3. Trojuholník
  4. Na fázach je iba združené napätie.

    8. Výkon v 3-fázovej sústave

    Výkon na odporovej záťaži pri pripojení združeného napätia oproti fázovému je 3x vyšší.

    Uz = √3 . Uf --> Pz = Uz^2 / R = (√3 . Uf)^2 / R = 3 . Uf^2 / R = 3 . Pf

    Otázky na opakovanie

    1. Elektromotor má 1500 otáčok za minútu. Koľko krát sa otočí za sekundu?
    2. Efektívna hodnota striedavého napätia je 230 V. Vypočítajte maximálnu hodnotu.
    3. Vypočítajte reaktaciu cievky s indukčnosťou 3 Henry.
    4. Vypočítajte prúd, korý bude tiecť kondenzátorom s kapacitou 100 nF pripojeným na striedavé napätie 230 V.
    5. Nakreslite fázorový diagram pre sériový RLC obvod.
    6. Elektromotor má na štítku napísané: 1 kW, cos ϕ = 0,85. Aký je jeho činný, jalový a zdanlivý výkon?
    7. Nakreslite zapojenie sekundárnej cievky transformátora do hviezdy, označte fázové a združené napätia, a vodiče L1, L2, L3 a N.
    8. Nakreslite zapojenie sekundárnej cievky transformátora do trojuholníka, označte združené napätia, a vodiče L1, L2, L3.
PrílohaVeľkosť
elk51.png1.99 KB
elk52.png5.24 KB
elk53.png2.73 KB
elk55.png3.4 KB
trojuholnik.png3.26 KB
hviezda.png4.64 KB
IndukovanySinus.png42.12 KB
VelicinyStriedavehoPrudu.png125.05 KB
PQS.png48.21 KB
elk5.png176.09 KB
PQSvypocet.png74.06 KB
elk5opakovanie.png53.83 KB
3fs.png32.43 KB
3fsOdvodenie.png35.27 KB
3fsUvod.png83.15 KB
3fsOpakovanie.png33.79 KB

6. Elektrotechnické schémy

Obsah

  1. Pravidlá kreslenia schém
  2. Rozdelenie schém
  3. Čítanie schém
  4. Štandardné elektrotechnické značky
  5. Popis značiek
  6. Domáca úloha
  7. Linky

1. Pravidlá kreslenia schém

Schémy na výkrese sa musia kresliť prehľadne, značky podľa STN, vlastné značky v legende, čiary rovnako hruné a rovnobežné s okrajom papiera, v zvláštnych prípadoch aj šikmo. Prístroje sa kreslia v základnej polohe - v stave pokoja, alebo vypnuté. Formáty výkresov A0 až A4 sa kresli na ležato, A5 na stojato. Vpravo dole je rohová pečiatka.

2. Rozdelenie schém

  1. Vysvetľujúce - zľahčujú štúdium činností zariadení, používajú sa na štúdium činnosti zariadení, používajú sa pri údržbe, oprave alebo navrhovaní zariadení.
    • bloková - znázorňuje vzťahy medzi blokmi, prenos energie sa kreslí čiarami
    • prehľadová - znázorňuje základné usporiadanie zaiadení, napríklad prehľad strojov vo fabrike
    • náučná (obdvodová) - je úplná schéma, ktorá zahrňuje všetky časti zariadenia. Používajú sa vo vyučovaní a vysvetľovaní činnosti obvodov.
  2. Zapojovacie schémy - obsahujú všetky podrobnosti na zapojenie. Kreslia sa v nich rôzne druhy vodičov, inštalačných rúrok a podobne. Svorky a prístrojové miesta sa kreslia podľa skutočnej polohy, sú vyznačené čísla svoriek a farby vodičov.
  3. Situačné schémy - zakresľujú sa do stavebných a strojárskych výkresov, tak aby sa dalo určiť kde bude umiestnené elektrické zariadenie. V strojníckych presne, v stavebných môže chýbať výška umiestnenia nad podlahou.

Obrázok č. 1: Schémy -

a) bloková, b) prehľadová, c) d) zapojovacia

3. Čítanie schém

Schému začíname čítať od zdroja napätia alebo vstupu signálu. Sledujeme prechod prúdu cez spotrebič až naspäť od zdroja, ale prechod signálu od vstupných po výstuné svorky.

4. Štandardné elektrotechnické značky

Rozmery značiek: rezistor 1:3 (4 x 12 mm), kondenzátor 1:4 (2 x 8 mm)

5. Popis značiek:

Pri vodorovných nad a apod, pri zvyslích vpravo a vľavo.

6. Domáca úloha

Vytvorte 3 schémy: náučnú, zapojovaciu a blokovú. Odovzdajte na výkrese alebo kancelárskom papieri A4. Schémy môžete nakresliť ručne ceruzou alebo atramentom, alebo na počítači, napríklad v programe Q-CAD, alebo DIA. Schémy môžete vytlačiť alebo ukázať ako súbor na počítači v škole.

7. Linky

PrílohaVeľkosť
elk101.png3.36 KB
elk102.png1.48 KB
elk103.png18.19 KB
schemy.png43.27 KB

7. Elektrické stroje

Obsah

Elektrické stroje sú zariadenia pracujúce s elektrickou energiou. Môžeme ich rozeliť podľa rôznych kritérií, napríklad:

  • pohyblivé (motory, generátory) a nepohyblivé (transformátory)
  • jednosmerné a striedavé
  • nízkonapäťové a vyskonapäťové
  • výkonové a prístrojové

1. TRANSFORMÁTORY

Využitie transf.: zváranie, elektrická rozvodná sústava, nabíjačky, napájacie zdroje zariadení.

1.1. Princíp a časti transformátora

Transformátor je nepohyblivý elektrický stroj, ktorý mení veľkosti striedavých napätí a prúdov. Príklady použitia v praxi: http://www.klasici.sk/sites/default/files/TransformatorPrax.png

  1. Primárne vinutie (vstupná cievka) vytvára meniace sa magnetické pole privedeným striedavým prúdom. Je navinuté na jadre a je od neho elektricky izolované.
  2. Jadro prenáša energiu pomocou meniaceho sa magnetického poľa. Je vyrobené z magneticky mäkkého materiálu. Na zníženie strát vírivými prúdmi sa používajú lakované tenké plechy alebo ferit. Jadro môže mať tvar obdĺžnikov alebo môže byť toroidné = kruhové. Maximálny výkon transformátora je daný aj prierezom jadra a frekvenciou prúdu.
  3. Sekundárne vinutie (výstupná cievka) je tiež navinuté na jadre. Indukuje sa v ňom striedavý prúd.

1.2. Transformátorové plechy

Transformátorové plechy sa vyrábajú z kremíkovej ocele šírky 0,35 a 0,5 mm. Existuje niekolko tvarov plechov:

  • Plechy EI, nazývané taky úsporný řez, lze vyrábět vysekáváním bez odpadu. Jsou nejrozšířenější. Kladou se na sebe buď střídavě pro síťové transformátory, nebo shodně pro tlumivky a transformátory se stejnosměrným sycením. V takovém případě se do mezery vkládá nemagnetický materiál určité tloušťky.
  • Tvar EE se používá zejména u miniaturních transformátorků.
  • Tvar M se využívá hlavně pro tlumivky. Vzduchová mezera je vytvořena již při výrobě plechu.
  • Tvar LL a UI se používá u plochých transformátorů. Všechny vinutí jsou často rozděleny na poloviny.
  • Výrobně odlišné jsou jádra tvaru C. Transformátorový plech tvaru dlouhého pásku je svinut do tvaru obdélníku se zaoblenými rohy a příčně rozříznut. Plochy řezu se musí hladce zabrousit. Takové provedení jádra transformátoru umožňuje o polovinu vyšší sycení, tím i vyšší přenášený výkon. Vinutí jsou rozdělena na poloviny.
  • Podobný způsob výroby mají toroidní jádra. Jádro zůstává vcelku, má proto nejvýhodnější magnetické vlastnosti. V amatérských podmínkách je navinutí takového transformátoru velmi obtížné.

1.3. Výpočet transformátora

Prevod transformátora p je pomer počtu závitov výstupnej N2 a vstupnej N1 cievky. Od prevodu transformátora závisí pomer výstupných a vstupných napätí a prúdov: p = N2 / N1 = U2 / U1 = I1 / I2 . Podľa prevodu delíme transformátory na znižujúce napätie p < 1, zväčšujúce p > 1 a oddeľovacie p = 1.

Príklad: Transformátor má vinutia: N1 = 2 300, N2 = 120, U1 = 230 V. Aké bude výstupné napätie U2?

U2 = U1 . N2 / N1 = 230 V . 120 / 2 300 = 12 V

Počet závitov na 1 Volt sa ráta: n = 45 / S ..... n - počet závitov [-], S - prierezu jadra [cm2]

Príklad: Transformátor 230 V / 12 V má jadro s prierezom 10 cm2. Koľko závitov treba pre cievky?

  • počet závitov pre 1 volt: n = 45 / S = 45 / 10 = 4,5 závitov na volt
  • cievka 230 V: n1 = 230 . 4,5 = 1 035 závitov
  • cievka 12 V: n2 = 12 . 4,5 = 54 závitov

Prierez jadra závislý od výkonu, frekvencie a tvaru jadra sa počíta: S = (6 až 8 ) √(P/(k.f)) ... Koeficient 6 až 8 je daný tvarom plechu, pre M-plechy je 6-7, pre EI plechy 7-8. Konštanta k je činiteľom tvaru jadra, a pre plášťové jadro (M, EI) je =1, pre jadrový tvar (toroid, C) =2.

Príklad: Vypočítajte prierez jadra a počty závitov pre transformátor 230 V / 75 V pre výkon 3 kW (zváranie) a frekvenciu 1 kHz.

  • S = (6 až 8) √(P/(k.f))
  • S = 7 . √(P/(1.f)) = 7 . √(3000 W / 1000 Hz) = 7 . √3 = 12 cm2
  • záv/1V = 45 / S = 45 / 12 = 3,75
  • n1 = 3,75 záv/V . 230 V = 863 záv
  • n2 = 3,75 záv/V . 75 V = 281 záv

1.4. Trojfázový transformátor

A. Rozmiestnenie vinutí:

B. Vnútorné zapojenie vinutí:

C. Zapojenie transformátora:

D. Hodnoty:

  • Združené napätie: Uz = Uf . √3
  • Výkon pri zapojení sekundáru trojuholník alebo hviezda na tej istej záťaži: Pt = Ph . 3

Príklad: Uz = 230 V . 1,73 = 400 V

Príklad: Ph = 1 kW, Pt = 1 kW . 3 = 3 kW

2. ELEKTROMOTORY A GENERÁTORY

Elektromotor je pohyblivý elektrický stroj, ktorý premieňa elektrickú energiu na mechanický pohyp. Generátor naopak premieňa mechanickú prácu na elektrickú energiu.

2.1 Synchrónne stroje

Princíp: Magentické polia vinutí statora aj rotora otáčajú rovnakou otáčavou rýchlosťou, t.j. synchrónne.

Prevádzka:

  1. V motorickej prevádzke statorové vinutie pretekané trojfázovým prúdom vytvorí vo vŕtaní stroja otáčavé magnetické pole, ktoré rotuje synchrónnou frekvenciou, teda frekvenciou napájacej siete. Rotorové vinutie (nazývané aj budiace vinutie) vytvára magnetický dvojpól, ktorého polarita je stála. Rotor sa nachádza vo vŕtaní stroja, teda pole statora interaguje s poľom rotora, čoho výsledkom je otáčanie rotora synchrónnymi otáčkami. Pri zaťažení sa otáčky rotora nezmenia, iba vznikne odchýlka rotorového poľa voči statorovému (rotor zaostáva za statorom), vyjadrená pomocou záťažného uhla. Zvyšovaním budiaceho prúdu v budiacom vinutí sa zvyšuje výkon synchrónneho motora (zvýšením mechanického krútiaceho momentu na hriadeli stroja) a znižuje sa magnetizačný výkon (nazývaný tiež jalový výkon) odoberaný zo siete, potrebný na vytvorenie a udržanie magnetického poľa statora. V tzv. prebudenej prevádzke stroj neodoberá zo siete magnetizačný výkon, ale ho do nej generuje.
  2. Generátorová prevádzka:Ak otáča poháňací stroj (napr. turbína) nabudený rotor, indukujú sa v jednotlivých cievkach statora striedavé napätia, sínusového priebehu, ktoré sú v jednotlivých cievkach vzájomne časovo posunuté o 120°. Ak pripojíme k svorkám statora trojfázovú záťaž (tzn., že alternátor zaťažíme), vinutím statora bude prechádzať striedavý elektrický prúd. Prechodom striedavého trojfázového prúdu vinutím statora, vzniká rovnako ako u asynchrónneho stroja otáčavé magnetické pole s otáčkami ns1, ktoré majú rovnakú rýchlosť otáčania ako rotor a jeho magnetické pole, sklz (rozdiel otáčok) stroja je teda nulový. Preto sa stroj nazýva synchrónny. Generátor produkuje činný elektrický výkon, ktorý rastie so zvyšovaním budiaceho prúdu, pritom magnetizačný výkon pre statorové pole môže byť zo siete odoberaný alebo do siete generovaný tiež v závislosti od budenia.

Frekvencia svorkového napätia generátora je priamo úmerná otáčkam rotora podla vzťahu: f = ns . p / 60 ... kde ns - počet otáčok za minútu [min-1, RPM], p - počet polov [-]. Otáčky rotora elektromotora je daná vzťahom: ns = 60 . f / p

Príklad: Vypočítajte počet otáčok 4-polového elektromotora pripojeného na sieť 50 Hz.

ns = 60 . 50 / 4 = 750 RPM

2.2. Alternátor

Alternátor je synchrónny generátor, ktorý vyrába striedavý prúdu. Turboalternátory sú poháňané parou alebo plynovou turbínou a hydroalternátory vodnou turbínou. Automobilový alternátor obsahuje viac vinutí a usmerňovač, preto dodáva jednosmerný prúd.

Konštrukcia automobilového alternátora:

Pólové nádstavce sú vysunuté pliešky jadra (elektro)magnetu, ktoré môžu nahradiť viacej (elektro)magnetov.

2.3. Krokový motor

Klasické synchronne elktromotory sa v praxi používajú málo. Používajú sa špeciálne motory - krokový motor a servomotor.

Krokový motor je špeciálny druh viacpólového synchrónneho motora. Využíva sa predovšetkým tam kde je potrebné presne riadiť nie len otáčky, ale aj konkrétnu polohu rotora. Používajú sa v presnej mechanike (harddisk, DVD), regulačnej technike (posilovač riadenia auta), robotike a pod. Servomotor je výkonový krokový motor.

Základný princíp krokového motora je - prúd prechádzajúci cievkou statora vytvorí magnetické pole, ktoré pritiahne opačný pól magnetu rotora. Motor je schopný v tejto polohe presne stáť. Vhodnou kombináciou zapojenia cievok vznikne rotujúce krokové magnetické pole, ktoré nielen otáča rotorom, ale zabezpečuje aj jeho presnú polohu voči statoru. Kvôli prechodovým javom je rýchlosť otáčania motora limitovaná. Pri jej prekročení motor začne strácať kroky.

2.4. Synchrónny kompenzátor

Synchrónny kompenzátor je vlastne synchrónny motor pracujúci naprázdno, dodávajúci len jalový výkon, čim výrazne odbremení alternátory v elektrárňach a prenosové vedenia. Používa sa na riadenie napätia a kompenzáciu účinníka v sieti. Sú umiestnené vo väčších rozvodniach, kde sú vybavené regulátorom budiaceho napätia na udržiavanie konštantného napätia v danej časti prenosovej sústavy.

2.5. Komutátor

Komutátor je rotačný mechanický prepínač vinutí rotora. Umožňuje otáčanie sa rotora, ak stator ma stacionárne magnetické pole.

Časti komutátora:

  1. lamely - kovové plôšky na otáčajúcom sa valci, k lamelám sú prispájkované jednotlivé vinutia
  2. kefky - privádzajú prúd na lamely, sú pružne pritlačené

2.6. Jednosmerný elektromotor

  1. Motor s permanentným magnetom v statore: Stator tvorí permanentný magnet. Rotor tvorí elektromagnet s pólami. Elektrický prúd do cievok rotora je privádzaný cez komutátor. Komutátor je rotačný prepínač vinutí, viď predchádzajúce učivo. Výkon motora je daný veľkosťou magnetu, preto sa používa iba pre malé motorčeky ? v modelárstve, hračkách, ventilátoroch. Motor možno napájať iba jednosmerným napätím. Smer otáčania motora sa dosiahne prepólovaním motora, čiže zmenou polarity napájacieho napätia.
  2. Motor s elektromagnetom v statore: Stator je tvorený elektromagnetom ktorý môže mať ľubovoľnú veľkosť. Motor sa používa vo veľkých strojoch. Elektromotor možno napájať aj striedavým napätím, pretože prepólovaním statora sa prepóluje aj rotor a motor sa otáča stále tým istým smerom. Smer otáčania motora nemožno meniť prepólovaním motora.

Zapojenie statora a rotora:

U sériovo zapojeného statora sa krútiaci moment motora slabne s otáčkami, stojaci motor má najväčší záber. Motor sa používa ako štartér v aute, alebo ako trakčný pohon ? vlak, metro, električka, trolejbus.

U paralelne (derivačne) zapojeného statora sú otáčky menej závislé od záťaže motora. Navyše je možné prúd statora samostatne regulovať. Preto sa tento typ motora používa v strojoch, kde sú požadované rovnomerné otáčky.

2.7. Dynamo

Dynamo sa skladá zo statora tvoreného magnetom alebo elektromagnetom a rotora s vinutím a komutátorom. Konštrukčne sa v podstate jedná o jednosmerný elektromotor používaný k opačnému účelu.

Až do nástupu polovodičových usmerňovačov bolo dynamo najvýznamnejším zdrojom elektrickej energie. Komutátor funguje ako mechanický usmerňovač, prepína vinutia rotora tak, aby boli kolmé na smer magnetického poľa.

Zapojenie vinutí dynama:

Podla spôsobu zapojenia statora delíme dynamá na:

  1. dynamo s permanentným magnetom
  2. dynamo s cudzím budením - budiaci prúd zaisťovalo iné menšie dynamo
  3. derivačné dynamo - budiace vinutie zapojené paralelne so záťažou, vhodné pre malé prúdové odbery
  4. sériové dynamo - budiace vinutie zapojené do série so záťažou.
  5. kompaudné dynamo - kombinácia derivačného a sériového dynama. Jednalo sa o bežný typ v doprave a u strojov, kde je veľmi premenlivá záťaž.

2.8. Asychrónny elektromtor

Konštrukcia: je jednoduchá, motor je spoľahlivý. Stator obsahuje trojfázové vinutie, ktoré vytvára otáčajúce sa magnetické pole. Rotor obsahuje klietku nakrátko, čo sú hrubé vodiče na koncoch skratované pospájaním. Rotor sa otáča pomalšie ako točivé pole statora, preto sa v ňom indukuje prúd a vzniká točivá sila.

Sklz S je pomer rozdielu otáčok rotora a magnetické poľa, ku otáčkam poľa rotora, sa nazýva a vyjadruje sa v %. Sklz je minimálny pri nezaťaženom motore, sila rotora je slabá, motor odoberá malý prúd. So záťažou rastie sklz, sila aj odoberaný prúd. Názov asynchrónny elektromotor vznikol z faktu ze otáčky rotora nikdy nebudú synchrónne s otáčajúcim sa poľom, budú nižšie.

S = 100 % . (ns - n) / ns ... kde ns - sú synchrnne otáčky pola statora, n - otáčky rotora

Sklz 2-plového motora je 10 %. Vypočítajte otáčky rotora.

ns = 60 . f / p = 60 . 50 / 2 = 1 500 min-1

S = 100 % . (ns - n) / ns ...

Používa sa v domácnostiach, priemysle, doprave. Jeho výkon sa pohybuje od stoviek wattov až do mnoho sto kilowattov. Postupne vytláča sériový elektromotor, používaný hlavne v pohonoch dopravných zariadení. Jednosmerné napájanie je elektronicky pretransformované na striedavé).

Zapojenie 3-fázového asynchrónneho elektromotora

Zapojenie 3-fázového motora pre správny smer otáčania:

Zapojenie do trojuholníka D:

Zapojenie do hviezdy Y:

Štítok elektromotora:

Výkon 3-fázového elektromotora

Na štítku elektromotora je vyznačené na aké napätie je jeho vinutie. Napríklad:

  • 400 Δ = je pre združené napätie 400 V, treba ho zapojiť do trojuholníka,
  • 230 Y = je pre fázové napätie 230 V, treba ho zapojiť do hviezdy.

Výkon elektromotora závisí od jeho vinutia a pripojeného napätia.

  1. Vinutie je pre trojuholník, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na normálny výkon
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na 1/3 výkon
  2. Vinutie je pre hviezdu, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na 3-násobný výkon (zhorí)
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na normálny výkon

Zdôvodnenie:

P = U^2 / R
Uz = √3 . Uf
Uf = 1/√3 . Uz

1.b) Pf = Uf^2 / R = (1/√3 . Uz)^2 / R = 1/3 . Uz^2 / R
2.a) Pz = Uz^2 / R = (√3 . Uf)^2 / R = 3 . Uf^2 / R

Pripojenie 3-fázového asynchrónneho elektromotora

Motor funguje aj bez nulaku, preto je jedno či je transformátor zapojený do trojuholníka alebo do hviezdy. Pri zapojení vinutí motora do trojuholníka sa združené napätie rozloží na vinutiach na fázové napätie.

2.9. Vytvorenie točivého magnetického pole pomocou kondenzátoru a 1 fázy

Zapojenie 1-fázového elektromotoru s kondenzátorom:

Zapojenie 3-fázového motoru s kondenzátorom. Rozbehový moment motoru se sníži o 30-40% a výkon poklesne na 70-80%:

Výpočet kapacity kondenzátora: C = 109 . P . tg ϕ / (2 . π . f . U2) ... [μF, W, -, Hz, V]

Príklad: Vypočítajte kapacitu kondenzátora potrebného na pripojenie elektromotora s výkonom 100 W a účinníkom 0,85 na 1 fázu s napätím 230 V.

  • cos ϕ = 0,85 ... ϕ = 31,8° ... tan ϕ = 0,62
  • C = 109 . P . tg ϕ / (2 . π . f . U2) = 109 . 100 W . 0,62 / (2 . 3,14 . 50 Hz . (230 V)2 ) = 3 732 μF = 3,7 mF = 3,7 G

2.10. Lineárny elektromotor

- je mnohopólový rozvinutý elektromotor. "Stator" je roztiahnutý do dĺžky, nehýbe sa. "Rotor" sa pohybuje nad statorom, vznáša sa. Prúd sa privádza do statora alebo rotora pomocou káblov. Lineárny asynchrónny elektromotor sa používa na pohon vlakov, napríklad rýchlovlak Maglev pri Hamburgu v Nemecku. Lineárny servomotor sa používa v posilovačoch riadenia auta a v CNC strojoch.

3. Otázky na opakovanie

  1. Vymenujte časti transformátora a napíšte na akom fyzikálnom princípe fungujú.
  2. Nakreslite vnútorné zapojenie transformátora hviezda - trojuholník, Yd.
  3. Akú funkciu majú tieto časti alternátora: rotor, stator, pólové nástavce, diódový mostík, regulátor?
  4. Akú funkciu má komutátor a je časti: lamely a kefky?
  5. Vypočítajte počet otáčok 4-pólového elektromotora pripojeného do siete 50 Hz.
  6. Aký je rozdiel vo vlastnostiach medzi sériovým a derivačný (paralelným) zapojením jednosmerného elektromotora a dynama?
  7. Bude sa točiť jednosmerný elektromotor ktorý má vinutý rotor aj stator, ak ho pripojíme na striedavý prúd? Ako sa dá potom zmeniť smer otáčania?
  8. Na čo je klietka v asynchrónnom elektromotore? Treba ju napájať prúdom?
  9. Nakreslite zapojenie asnychrónneho elektromotora do trojuholníka a hviezdy.
  10. Na elektromotore je tento štítok:

    Vypočítajte činný, jalový a zdanlivý výkon.

  11. Možno elektromotor z predchádzajúceho príkladu zapojiť do trojuholníka a do hviezdy? Aký bude mať výkon elektromotor v týchto zapojeniach?
  12. Uveďte príklad použitia lineárneho elektromotora, servomotora a krokového motora.

Linky

  1. Výpočet transformátora: http://www.dmaster.wz.cz/postupy/trafo/trafo.htm , http://pandatron.cz/?217&vypocet_trafa , http://svetelektro.com/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&p=63518 , programy: http://www.ussoft.cz/ .
  2. Učebný text na wikipédii: http://sk.wikipedia.org/wiki/Elektromotor
  3. Synchronny elektromotor: http://www.elektrotechnika.6f.sk/index.php?option=com_content&view=artic...
  4. Animácia výroby motorov: http://www.youtube.com/watch?v=yDLrGMyj5ZI
  5. Aasynchrónny elektromotor ... zapojenie: http://home.tiscali.cz/cz076422/zapoj/zapoj.htm , http://www.etmslovensko.sk/index.php/rubriky/energetika/449-oznaenie-vyv... , http://diskuse.elektrika.cz/index.php/topic,10219.0.html . výkon, sklz: http://referaty-seminarky.sk/asynchronne-stroje--mo-20/ , motorové kondenzátory: http://www.edunet.souepl.cz/~weisz/dilna/e_vyp/rozkond.php
  6. Lineárne elektromotor ... princíp lineárneho krokového motora: http://pavel.lasakovi.com/projekty/elektrotechnika/linearni-motor/ , ukážka činnosti lineárnych krokových motorov: http://www.youtube.com/watch?v=TPCgbfWZ6IQ , ukážka princípu levitácie a pohybu lineárneho motoru: http://www.youtube.com/watch?v=IPkaWKk2Hio

Doplniť prečo a ako sa mení krútiaci moment sériového a derivačného elektromotora. Prečo je odmocnina 3 na výkon. Vypočítať ukážkovo jeden štítok.

PrílohaVeľkosť
hviezda.jpg7.87 KB
lom.jpg10.84 KB
tramsformator1.gif6.98 KB
transformator2.jpeg1.87 KB
transformator3.jpg2.01 KB
transformator4.png16.69 KB
transformator10kV.jpg22.61 KB
transformatorVVN.jpg33.56 KB
trojuholnik.jpg10.45 KB
TransformatorCastiZnacka.png51.89 KB
TransformatorPrax.png667.5 KB
ZapojenieVinuti3fTransformatora.png12.17 KB
hoduhol.png34.26 KB
ZapojenieJednosmernehoElektromotora.png22.29 KB
Komutator.png86.63 KB
PrincipDynama.png202.85 KB
ZapojenieDynama.png33.12 KB
AutomobilovyAlternatorKonstrukcia.png126.81 KB
HistorickyAlternator.png313.35 KB
3fTransformator.png16.64 KB
AsynchronnyElektromotor.png241.98 KB
LineranyMotor.png229.3 KB
Zapojenie3fElektromotora.png2.6 KB
Zapojenie3fElektromotoraTrojuholnik.png8.88 KB
Zapojenie3fElektromotoraHviezda.png10.39 KB
StitokElektromotora.jpg181.38 KB
TvarJadraTransformatora.PNG5.09 KB
3FazovyStroj.png50.74 KB
stitok2.jpg24.92 KB
Pripojenie3fae.png14.52 KB

1. Elektrické stroje

1.Transformátor

Transformátor je netočivý elektrický stroj, ktorý mení veľkosti striedavých napätí a prúdov.

Využitie: elektrická sústava, zváranie, spájkovačka, nabíjačky, zdroje LED.

Časti transformátora - princíp:

  1. Vstupná cievka - vytvára meniace sa magnetické pole v jadre privedeným striedavým prúdom.
  2. Jadro - je teleso z magnetického materiálu. Prenáša energiu medzi cievkami pomocou striedavého magnetického poľa.
  3. Výstupná cievka - indukuje sa v nej striedavý prúd zo striedavého magnetického poľa jadra.

Jadro je obvykle zo železných lakovaných plechov alebo z feritu. Tvar môže mať ako obdĺžnik, dvojitý obdĺžnik alebo toroid = pneumatika. Veľkosť výkonu transformátora je daná prierezom jadra a frekvenciou striedavého prúdu.

Značka transformátora:

2. Prevod transformátora

Prevod transformátora n je číslo určujúce pomer napätia na výstupnej a vstupnej cievke U2 a U1, a je rovné pomeru závitov týchto cievok N2 a N1.

n = N2 / N1 = U2 / U1

Podľa hodnoty n rozdeľujeme transformátory na:

  • zväčšujúce napätie n > 1
  • zmenšujúce napätie n < 1
  • oddeľovacie n = 1

Príklad:

Transformátor má na vstupnej cievke 230 V a 400 závitov. Na výstupnej cievke má 40 závitov. Vypočítajte napätie na sekundárnej cievke:

n = N2 / N1 = 40 / 400 = 0,1

n = U2 / U1

U2 = n . U1

U2 = 0,1 . 230 V = 23 V

Záver: Na výstupnej cievke je napätie 23 V.

3. 3-fázový transformátor

3-fázový transformátor obsahuje jadro s 3-ma stĺpikmi pre dvojice cievok pre jednotlivé fázy. Vstupné cievky sa označujú ako U, V, W, výstupné ako u, v, w.

obrázok 1

Cievky (polovice) transformátora možno zapojiť:

A) do hviezdy (Y, y):

obrázok2

B) do trojuholníka (D, d)

obrázok 3

C) lomenej hviezdy (Z, z)

4. SYNCHRÓNNE STROJE

Motorová prevádzka:

Napätie v jednotlivých fázach je posunuté o 1/3 periódy = 120 stupňov. Ak cievky pre jednotlivé fázy umiestnime do kruhu s odstupom 120 stupňov, vznikne točivé magnetické pole. Magnet alebo elektromagnet sa bude otáčať v tomto poli rovnakou rýchlosťou ako sa otáča pole. Cievky vytvárajúce pole sa nazývajú stator, otáčajúci sa (elektro)magnet sa nazýva rotor. Vinutia v oboch častiach sú uložené v plechovej konštrukcii, ktorá vedie magnetické pole. Rýchlosť otáčania, teda počet otáčok za minútu RPM závisí od počtu sád vinutí statora:

  • 1 sada = 50 otáčok za sekundu = 3000 RPM
  • 2 sady = 25 otáčok za sekundu = 1500 RPM
  • 3 sady = 1000 RPM
  • 4 sady = 750 RPM

Sila/výkon ktorou pôsobí točiaci sa magnet je úmerná posunu smeru severu magnetu a okamžitému smeru otáčajúceho sa poľa, takzvaný záťažový uhol φ. Pri veľkom φ sa motor zastaví.

Generátorová prevádzka:

Ak (elektro)magnet rotoru točíme, napríklad pomocou turbíny elektrárne, vzniká v rotore 3-fázové napätie. Napätie / výkon generátora je priamo úmerná prúdu na rotore.

5. ASYNCHRÓNNE ELEKTROMOTORY

Ak umiestnime kovový predmet do otáčajúceho sa magnetického poľa, indukujú sa v ňom prúdy, ktoré vytvárajú vlastné magnetické pole a predmet sa začne otáčať. Rýchlosť otáčania je menšia ako rýchlosť poľa, inak by sa v predmete neindukoval prúd. Rotor asnchrónneho elektromotora obsahuje hrubé vodiče spojené krúžkami, čím vznikne klietka. Výkon elektromotora je úmerná sklzu, čo je pomer otáčania rotora a poľa statora. Pri mechanickom zablokovaní motora, keď stojí, môže motor zhorieť. Tento elektromotor možno zapojiť do trojuholníka aj do hviezdy.

Zapojenie do trojuholníka D:

Zapojenie do hviezdy Y:

Štítok elektromotora:

6. Výkon 3-fázového elektromotora

Na štítku elektromotora je vyznačené na aké napätie je jeho vinutie. Napríklad:

  • 400 Δ = je pre združené napätie 400 V, treba ho zapojiť do trojuholníka,
  • 230 Y = je pre fázové napätie 230 V, treba ho zapojiť do hviezdy.

Výkon elektromotora závisí od jeho vinutia a pripojeného napätia.

  1. Vinutie je pre trojuholník, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na normálny výkon
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na 1/3 výkon
  2. Vinutie je pre hviezdu, pripojíme naňho:
    • združené napätie (400 V) = pôjde na 3-násobný výkon (zhorí)
    • fázové napätie (230 V) = pôjde na normálny výkon

Zdôvodnenie:

P = U^2 / R
Uz = √3 . Uf
Uf = 1/√3 . Uz

1.b) Pf = Uf^2 / R = (1/√3 . Uz)^2 / R = 1/3 . Uz^2 / R
2.a) Pz = Uz^2 / R = (√3 . Uf)^2 / R = 3 . Uf^2 / R

7. Komutátorový elektromotor

Komutátorový elektromotor využíva príťažlivú magnetickú silu rotora a statora. Krútivý moment je len v určitej plohe vinutia. Aby sa mohol motor krútiť, vinutia treba prepínať.

Komutátor je otáčajúci sa prepínač vinutí. Obsahuje medené plôšky = lamely, na ktoré sú pritlačené 2 kefky (uhlíky) na protiľahlej strane. Pri otáčaní sa prepínajú vinutia. Na kefky je privedené napätie.

Ak je stator tvorený trvalým magnetom (malé motorčeky), motor možno napájať len jednosmerným prúdom. Pri zmene polarity sa motor otáča opačne.

Ak je stator tvorený elektromagnetom = je vinutý, motor možno napájať striedavým aj jednosmerným napätím. Pri zmene polarity napätia sa motor otáča stále jedným smerom.

9. Automobilový alternátor

Je to v princípe synchrónny generátor, to znamená že rotor je tvorený elektromagnetom, ktorý v statore induje napätie s rovnakou uhlovou frekvenciou akou sa otáča rotor.

Nemá stabilné otáčky, a aby vytváral stabilné napätie, treba regulovať prúd v statore pomocou regulátora.

Pracuje aj pri nízkych otáčkach, preto má viac sád vinutí a elektromagnet rotora má pólové nástavce, ktorými vytvára viac severných a južných pólov rotora.

Striedavý 3-fázový prúd statora je usmernený diódovým usmerňovačom:

obrázok

Fázory

V XY súradnicovej sústave je bod definovaný dvojicou hodnôt [x, y]. V polárnej súradnicovej sústave je bod definovaný vzdialenosťou od stredu a uhlom oproti referenčnej priamek prechádzajúcej stredom.

- - - obrázky XY súastavy a polárnej sústavy - - -

Fázor je otáčajúci sa vektor vyličiny v polárnej súradnicovej sústave. Fázory sa zakresľujú nehybné a je medzi nimi uhol posunu.

- - - orázky fázoru U a I v polárnej sústave, a priebeh u a i, pre cievku a kondenzátor

9. ÚČINNÍK cos(φ)

Polárne súradnice vyjadrujú bod na ploche momocou vzdialenosti od stredu a uhlu natočenia okolo stredu.

-- obr. 1 --

Fázor je vektor U, I, alebo P striedavého prúdu vyjadrený v polárnych súradniciach. Uhol 360 stupňov vyjadruje periódu striedavého napätia. Fázory U, I, P sa otáčajú, ale zakresliť ich možno stacionárne s ich vzájomnými uhlovými posunmi.

-- obr. 2 --

Činný výkon P [W] je taký, ktorý koná prácu.

Jalový výkon Q [VA] je taký, ktorý sa bez úžitku vracia späť do siete fázovo posunutý. Vzniká napríklad na indukčnosti elektromotora.

Zdanlivý elektrický výkon S (var) je vektorový súčet činného a jalového výkonu.

Účiník cos(φ) [%] je pomerem činného a zdanlivého výkonu. Uhol φ je medzi fázormi P a S.

-- obr. 3 --

Príklkad 1: Elektromotor má na štítku 1,1 kW a cosφ = 0,87. Vypočítajte činný výkon = užitočná práca, a zdanlivý výkon = odoberaný zo siete.

činný výkon P = 1,1 kW
Zdanlivý výkon S = P / cosφ = 1,1 kW / 0,87 = 1,26 kVA

Odvodenie vzorca:
cosφ = P / S // x S
S . cosφ = P // : cosφ
S = P / cosφ

Príklad 2: Elektromotor má na štítku: 380 V, 0,73 A, 180 W. Určte činný a zdanlivý výkon.
S = 277,4 VA
P = 180 W
cosφ = 180 : 277 = 0,65

Otázky na opakovanie

  1. Aké časti má transformátor a akú majú funkciu?
  2. Nakreslite zapojenie transformátora do hviezdy a do trojuholníka. Vyznačte fázy, vyrovnávací vodič, fázové a združené napätie.
  3. Akú sú otáčky synchrónneho elektromotora pri 1,2,3 a 4 sadách vinutí?
  4. Aký je princíp činnosti synchrónneho, asynchrónneho a komutátorového elektromotora. Akým napätím ich možno napájať?
  5. Nakreslite zapojenie svorkovnice asynchrónneho elektromotora do trojuholníka a hviezdy.
  6. Podľa štítku určte činný a zdanlivý výkon, a účinník.
  7. Na štítku dvoch motorov sú údaje 400V Δ a 230V Y . Koľkokrát väčší alebo menší výkon bude mať motor pri zapojení do trojuholníka a do hviezdy?
  8. Aké časti má automobilový alternátor a akú majú funkciu? Nakreslite zapojenie 3-fázového usmerňovača.
  9. Nakreslite fázory U, I, P, Q, S pre elektromotor.

8. Elektrické prístroje

Obsah

    Linky
  1. Spájacie
  2. Spínacie
  3. Istiace
  4. Ochranné
  5. Rozvádzače
  6. Otázky na opakovanie

Linky

  1. http://elektronika-me-hobby.michal-kolesa.cz/
  2. Motorové spúšťače: http://www.aplik.sk/sk/Produkty/Motorove-spustace.alej
  3. Elektrické prístroje NN a VN: http://ssjh.sk/dexorix/zae-84.html
  4. Elektroinštalácia: http://cs.wikipedia.org/wiki/Elektroinstalace
  5. Ističe - ukážka: http://www.e-hess.sk/?hess=produkt&url=istic-e6000e

Kontaky stykom prenášajú prúd. Jeden kontakt je pevný a druhý pohyblivý. Kontaky sa opotrebúvajú opaľovaním oblúkom a mechanickým oderom. Oblúk vzniká pri vypínaní väčších prúdov. Pred oblúkom chráni zhášacia (deionizačná) mriežka a chladenie.

1. Spájacie

Zásuvka je súčiastka určená na pripojenie elektrických spotřebičov k elektrickej sietí alebo inému zdroju prúdu. Zásuvka tvorí nepohyblivú čásť zásuvkového spojenia. Protikusom je vidlica (zástrčka). Zásuvka je pevne spojená so stenou budovy, rozvadzača alebo stroja. Vidlica je súčasťou pohyblivého prívodu (káblu) k inému elektrickému zariadeniu, alebo je priamo čásťou tohto zariadenia (zásuvkový adaptér). Spojka je pohyblivá zásuvka, montovaná na predlžovací kábel a možno do nej zasunúť vidlicu. Prívodka je zabudovaná napevno do steny, alebo stroja, má ale kolíky ako vidlica a možno na ňu nasunúť spojku na konci predlžovacieho prívodu. Rozbočnica rozvetvuje obvod, vytvára viac prípojných miest. Svorky spájajú časti obvodu napevno. Môžu ich aj rozvetvovať.

Zapojenie sieťových zásuviek, L - je fáza, N - nulak, PE - ochranný vodič, PEN - uzemnený nulak:

2. Spínacie

Spínač alebo vypínač je súčiastka určená na spojenie alebo rozpojenie elektrického okruhu. Vyhotovenie môže mať ako mechanické, elektromagnetické, elektronické hydraulické alebo tlakovzdušné zariadenie.

Odpájač sa používajú na zapájanie a odpájanie elelktrických obvodov bez zaťaženia a na viditeľné odpojenie elektrického zariadenia od napätia. Používa sa v stave, keď bol obvod už predtým vypnutý vypínačom. Ide o bezpečnostnú funkciu pri práci na vypnutom (odpojenom) elektrickom zariadení. Vyhotovenie môže mať nožové, rotačné, sklápacie a nožnicové (pantografické).

Prepájač sa podobá nožovým odpájačom; možno nimi oddelene spínať dva rôzne nazaťažené elektrické obvody.

Stýkač je to diaľkovo ovládaný prístroj určený pre časté a krátkodobé spínanie väčších prúdov, motorov. Musí zapínať 8-12 násobok menovitého prúdu a vypínať 6-8 násobok menovitého prúdu.

3. Istiace

- chránia obvody pred skratom a preťažením.

Ističe sú samočinné istiace prvky chrániace obvod pred nadprúdom. Istič má menovitý prúd, po jeho presiahnutí odpojí kontakty. Menovité prúdy sú odstupňované, napríklad 1, 2, 3, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 63 A. Istič má 2 spúšte ktoré odpájajú kontakty: 1. Elektromagnetická spúšť reaguje hneď (desatiny sekundy) na skrat a je tvorená elektromagnetom. 2 Tepelná spúšť reaguje s oneskorením (minúty) na malé nadprúdy a je tvorená bimetalom. Okrem hlavných kontaktov istič má aj vedľajšie (opaľovacie) kontakty, ktoré šetria hlavné kontakty pred oblúkom. Oblúk je zhášaný v zhášacej komore (deionizačnej mriežke), do ktorej opaľovacie kontakty ústia. Vypínací prúd ističa je vyšší ako menovitý, možno ho nastaviť. Charakteristiky ističov sú označené písmenami: B - pre ochranu vedení, C - pre zariadenia všeobecne, D - pre zariadenia s vysokými prúdovými nárazmi. Napríklad označenie ističa C 20 znamená menovitý prúd 20 A a chrakteristiku C.

Poistky chránia obvod pred naprúdom. Obsahujú tavný drôtik, ktorý sa pri určitom prúde pretaví a takto rozpojí obvod. Tavný drôtik sa nesmie opravovať, prepálenú poistku treba vymeniť. Podľa času vypnutia sa poistky delia na: pomalé S (slow), normálne T (time), rýchle F (fast).

Výhoda poistiek je že sú malé, lacné a okamžite vypínajú pri nižšom prúde ako ističe. Výhodou ističa je opakované zapnutie obvodu, netreba kupovať nové poistky, a možnosť nastaviť vypínací prúd.

4. Ochranné

- chránia obvod a ľudí pred nebezpečným prúdom a prepätím.

Prúdový chránič - vypína ak prúd tečie mimo elektrický obvod. Pre ochranu ľudí má byť citlivosť 0,03 A, vypne za 0,2 s.

Zvodič prepätia má za účel odviesť vysoké napätie, obvykle z blesku, do zeme. Obsahuje iskriská alebo varistory. Funkčnosť varistoru je signalizovaná svetlielkom. Časť s varistorom je vymeniteľná. Pri údere blesku sa môže v elektroinštalácii indukovať nebezpečné napätie, je to takzvaný nepriamy úder blesku.

Triedy zvodičov:

  1. zvodič bleskového prúdu
  2. zvodič prepätia
  3. obmedzovač prepätia

Spúšťač elektromotra - obsahuje stýkač, ktorým sa zapína a vypína elektromotor. Obsahuje aj istič, ktorý chráni elektromotor pred skratom, preťažením a behom na 2 fáze. Možno zvoliť veľkosť prúdu spúšťača. Jemný spúšťač elektromotora obsahuje elektroniku na obmedzenie záberových prúdov pri spúšťaní. Záberové prúdy možno obmedziť aj frekvenčným meničom. Ide o drahé prístroje (aj s displejom). Funkcie teda sú - zapínanie, istenie a obmedzenie rozbehového prúdu elektromotora.

5. Elektrické rozvádzače

Rozvádzač je konštrukčný celok, na ktorom sa sústreďujú všetky elektrické prístroje podľa potrieb ovládaného zariadenia. Napríklad domový rozvádzač obsahuje poistky, ističe, schodiskový časovač a elektromer. Konštrukčne môže byť rozvádzač v ráme, môže mať predný panel s prístrojmi alebo dvierka. Vysokonapäťové rozvádzače môžu byť na posuvnom podvozku, aby sa uľahčil prístup k nim.

Otázky na opakovanie

  1. Nakreslite zapojenie 3 vodičovej 1-fázovej a 4 a 5 vodičovej 3-fázovej zásuvky.
  2. Na čo je určený vypínač, prepínač, odpájač, prepájač a stýkač?
  3. Na čo je určená elektromagnetická a tepelná spúsť ističa?
  4. Aké rozdielné vlastnosti majú ističe a poistky?
  5. Za akých podmienok odpojí prúdový chránič chránený obvod?
  6. Akú funkciu má zvodič prepätia?
  7. Akú funkciu má spúšťač elektromtora?
  8. Uveďte príklad, čo môže obsahovať elektrický rozvádzač.
6. Meracie prístroje Podľa veličiny: ampérmeter, voltmeter, wattmeter, kWh-meter Podľa určenia: - pracovné - v teréne, napríklad vo výrobe - metrologické - na overenie meranej veličiny, bežne sa nepoužívajú - etalóny - podľa nich sú zhotnené miery, alebo meracie prístroje, napríklad etalón 1 kg Podľa výstupu - zobrazovacie (ukazovacie, indikačné) - ukazujú aktuálnu hodnotu - zapisovacie (registračné) - zapisujú namerané hodnoty, napríklad barograf - integračné (kumulatívne) - zapisujú meranú hodnotu integráciou, napríklad výkon (kW) x čas (hod) = energia (kWh), príklad merača: spotreby elektriny Podľa charakteru meraného údaja - analógové - údaje sú spojitou funkciou meranej veličiny - digitálne (číslicové) - poskytujú údaje v číslicovej forme Podľa styku s meraným médiom - dotykové - priamy styk s meraným prostredím (vodičom) - bezdotykové - neprichádzajú do styku s meraným médiom, napríklad kliešťový bezdotykový ampérmeter
PrílohaVeľkosť
PrudovyChranic.png90.94 KB
ZvodicBleskovehoPrudu.jpg39.88 KB

2. Elektrické prístroje

1. Vodiče

Elektrické káble obsahujú:

  • vodiče - dôty pre pevné káble, alebo lanká pre pohyblivé káble
  • izolácie - lak, PVC, PE
  • výstuž - oceľový drôt
  • elektromagnetické tienenie - medená alebo hliníková rúrka alebo úplet odtieni vysokofrekvenčné žiarenie a nízkofrekvenčnú elektrickú (NF) zložku, krútenie vodičov potlačí NF magnetickú zložku a presluch medzi káblami.
    • Prierez vodiča musí byť dostatočný aby sa v danom prostredí uchladil a neroztavila sa alebo nezhorela izolácia. Vodič musí odolať maximálnemu povolenému prúdu aj krátkodobému skratu.

      Farebné značenie vodičov

      Holé vodiče:

      • krajný (fázový): oranžová s doplnkovým označením čierne priečne pruhy = poradie fázy
      • stredný (neutrálny): svetlomodrý
      • ochranný: zelenožltý

      Izolovaný v striedavej sústave

      • fáza: čierny, hnedý, šedý
      • stredný (neutrálny): svetlomodrý
      • ochranný: zelenožltý

      Izolovaný v jednosmernej sústave

      • kladný pól: červený
      • záporný pól: tmavomodrý
      • stredný (neutrálny): svetlomodrý
      • ochranný: zelenožltý

      2. Ochranné zariadenia

      Poistky sú určené na jednorázové prerušene obvodu, ak ním tečie niekoľkokrát o pár desiatok percent väčší ako povolený po dobu niekoľkých minút, až po niekoľkokrát väčší prúd po dobu zlomku sekundy. Obsahujú tavný drôtik, ktorý sa prechádzajúcim veľkým prúdom roztaví. Poistky sa nesmú opravovať, vymieňajú sa. Poistky sa používajú tam, kde nedochádza často k nadprúdom alebo je k dispozícii malý priestor, napríklad v osobnom aute.

      Ističe fungujú rovnako ako poistky, ale možno ich znova zapnúť a majú väčšie rozmery. Používajú sa tam, kde sa naprúd vyskytuje častejšie, napríklad v domácnostiach. Hodnota povoleného prúdu je vyznačená na ističi, spolu s rýchlosťou reakcie, pre domácnosti je to B.

      Príklad1: V domácnosti je zásuvkový istič na 16 A. Spočítajte prúd, ktorý by sa zo zásuviek odoberal po pripojení všetkých spotrebičov v domácnosti.
      elektrická rúra: 10 A rýchlovarná konvica: 10 A
      práčka: 10
      vysávač: 3 A
      televízor: 1 A
      počítač: 1 A
      spolu: 35 A

      Prúdový chránič odpája obvod ak prúd tečie mimo obvod. Má malý vypínací prúd, pre ochranu ľudí 0,03 A, pre stroje 0,1 A.

      Zvodič prepätia

      Rozbehové zariadenia elektromotorv

      3. Elektrické siete

      a) Vodiče a napätia na transformátore v zapojení hviezda:

      Označenie vodičov: L1, L2, L3 - fázy, N - vyrovnávací vodič = nulak

      Označenie napätí: Uf - fázové napätie, medzi fázou a nulakom. Uz - združené napätie, medzi dvoma fázami

      b) Typy sietí:

      Siete majú transformátor zapojený do hviezdy. Obsahujú 3 fázy: L1, L2, L3. Jednotlivé typy sietí sa líšia zapojením spoločného bodu transformátora.

      Okrem siete IT majú všetky siete spoločný bod transformátora uzemnený.

      TNC má zo spoločného bodu vyvyedený kombinovaný vodič PEN, ktorý má funkciu neutrálneho N aj ochranného PE vodiča.

      TNS má zo spoločného bodu vyvedené dva vodiče, neutrálny N a ochranný PE.

      TN-C-S má zo spoločného bodu vyvedený 1 vodiče PEN, ktorý sa ďalej, napríklad v dome, rozvetvuje na samostatné vodiče N a PE. Ide o kombináciu sietí TNC a TNS.

      TT má vyvedený len vodič N. Vodič PE je uzemnený a nie je spojený s N.

      IT má izolovaný uzol. PE je uzemnený.

      c) Zapojenie zásuviek

      1-fázové zásuvky:

      2-vodičové zapojenie sa nachádza v starších budovách, fáza sa dávala vľavo a nulak vpravo, aby správne fungovala ochrana osôb. V novostabnách musí byť 3 vodičový rozvod so samostatným ochranným vodičom. Istia sa pracovné vodiče, ochranný vodič nesmie byť istený ani nijak prerušený.

      3-fázové zásuvky:

      4. Ochrany

      Ľudí zabíja prúd nad 0,1 A po dobu nad 1 sekundu, a škodí im silné elektromagnetické pole. Vodiče sa rýchlo prehrejú a poškodí sa ich izolácia, ak nimi tečie prúd niekoľkokrát vyšší ako je povolený.

      1) Ochrana ĺudí pred nebezpečným dotykom

      a) Opatrenia

      • Izolácia spotrebičov a káblov zabráni nebezpečnému dotyku.
      • Vodivé pospájanie kovových krytov a konštrukcií zabráni vzniku rozdielu napätía medzi nimi.
      • Poloha mimo dosah ľudí zabráni nebezpečnému dotyku.

      b) Prístroje - vyhodnocujú nežiadúci prúd a zareagujú. Prúd sa uzatvára podľa typu siete, cez ochranný vodič alebo cez zem.

      • Ističe alebo poistky: Ochranný vodič je pripojený na kovovú kostru. Ak sa na kostru dostane fázové napätie, tak nastane skrat a ten vypne prístroj. Ak prúd tečie cez zem, musí byť uzemnenie dostatočne kvalitné, aby vznikol dostatočne veľký prúd. Ochrana nemusí fungovať, ak je prerušené vodivé spojenie medzi pospájanými chránenými časťami, naopak s uzemnením môže vzniknúť nebezpečný rozdiel napätí.
      • Prúdový chránič vypne, ak prúd nad 0,03 A tečie mimo obvod. Uzemnenie nemusí byť kvalitné.
      • Bleskoistky zvedú vysoké napätie.
      • Dopytový odpojovač vypne napätie, ak sa neodoberá žiaden prúd. Tým sa dočasne odstráni nebezpečné napätie aj pole.

      2) Ochrana káblov:

      • Ističe alebo poistky vypnú ako bolo popísané. Ochrana funguje aj pri prerušení pospájania kovových častí.
      • Kovová trúbka zabráni vysokofrekvenčnému rušeniu dátových káblov.
      • Rôzny počet krútení na meter zabráni rušeniu medzi jednotlivými pármi vodičov v dátovom kábli.
      • Feritová rúrka na vodiči zabráni VF vyžarovania do kábla z prístroja.

      3) Tienenie - zabráni vyžarovaniu elektromagnetického poľa.

      • Kovová trubička, doska alebo náter odtieni vysokofrekvenčné žiarenie, a elektrickú zložku nízkofrekvenčného poľa. Pre nízke frekvencie musí tienenie uzemnené, a nesmie byť spojené s neutrálnym vodičom. Magnetické NF tienenie sa realizuje špeciálnymi feromagnetickými zliatinami.
      • Krútenie vodičov obmedzí magnetickú zložku poľa.

      Príklad 1: Aký odpor musí mať uzemnenie, aby sa cez neho vypol istič na 16 A pri napätí 230V?
      R = U : I = 230 V : 16 A = 14 Ohmov.
      Odpoveď: Uzemnenie musí mať odpor menší ako 14 Ohmov.

      Príklad 2: Aký odpor musí mať uzemnenie, aby sa cez neho vypol prúdový chránič na 0,03 A pri 230 V?
      R = U : I = 230 V : 0,03 A = 7667 Ohmov.
      Odpoveď: Uzemnenie musí mať odpor menší ako 7 kiloOhmov.

      Príklad 3: Cesta poruchového prúdu cez poistky, vodič PE, PEN, alebo zem.

      Príklad 4: Domová inštalácia

      Príklad 5: Svorkovnica pre osvetlenie

      Meracie prístroje

      Voltmeter má veľký vstupný odpor, aby neovplyvňoval merané napätie. V multimetri má spoločnú svorku s ohmmetrom.

      Ampérmeter ktorý meria priamo, má malý vstupný odpor, aby neovplyvňoval meraný prúd. Zapája sa medzi prerušený vodič obvodu. V multimetri má samostatnú svorku. Nesmie sa zapojiť na zdroj napätia, lebo vznikne skrat a prístroj sa poškodí. Kliešťový ampérmeter meria prúd nepriamo, kliešte prístroja sa uzatvoria okolo meraného vodiča.

      Wattmeter

      Osciloskop

      Chyby merania

PrílohaVeľkosť
Zapojenie3fazovychZasuviek.png15.91 KB
SietPriklad1.png15.44 KB
ZapojenieSvorkovniceSvetla.png13.23 KB

9. Elektrická energia

Obsah

    Linky
  1. Elektrická energia - výroba, označovanie napätí, používané napätia, rozvodná sieť
  2. Bezpečnosť - značenie vodičov: príklad, farebné a kódové, izolácia, nulovanie, zemnenie, pospájanie, prvá pomoc, hasenie požiaru, nebezpečný prúd, bezpečné napätia
  3. Siete - význam písmen, pripojenie poruchových zariadení, zapojenie zásuviek
  4. Otázky na opakovanie

Linky

1. Elektrická energia

Výroba elektrickej energie

Bloková schéma elektrárne: a) tepelná, b) jadrová

  • Tepelná elektráreň - spaľovaním paliva (uhlie, plyn, biemasa) vzniká z vody para, tá roztáča turbínu spojenú s alternátorom. V chladiacej veži sa voda skvapalní. Spustenie tepelnej elektrárne trvá niekoľko dní.
  • Jadrová elektráreň - princíp ako tepelná, ale na ohrev sa používa jadrový reaktor. Kôli radiácii je teplo predávané cez výmenník tepla, sú oddelené 2 okruhy s vodou - primárny a sekundárny.
  • Vodná elektráreň - na turbínu ( http://sk.wikipedia.org/wiki/Turb%C3%ADna ) je pripojený alternátor. Velké vodné elektrárne sa stavajú prehradením riek, malé pomocou malých vodných stavieb ...
  • Fotovoltaika - priama premena slnečného svetla na elektrické napätie na kremíkových (monokrištalických, alebo polykryštalických) článkoch. Vhodné na domáce použitie, masovému nasadeniu bránia dimenzovanie prenosovej sústavy a fakt že všetky fotovoltaické elektrárne musia byť zálohované inými elektrárňami, ktoré môžu pracovať aj bez svetla.
  • Veterná elektráreň - na veternú turbínu (...) je pripojený alternátor. Vhodné iba na miesta kde často fúka vietor (more, vrchol kopcov, velké roviny).
  • Iné tepelné elektrárne - slnečná (koncentruje slnečné svetlo zrkadlami a zohrieva tekutinu), hydrotermálna (geologické vrty).

Označovanie napätí:

  • MN - malé napätie - do 50 V
  • NN - nízke napätie - do 600 V
  • VN - vysoké napätie - do 30 kV
  • VVN - velmi vysoké napätie - do 170 kV
  • ZVN - zvlášť vysoké napätie - do 800 kV
  • UVN - ultravysoké napätie - nad 800 kV

Používané napätia:

  • do 12 V - spotrebiče na batérky a akumulátory
  • 230 / 400 V - domácnosti a podzemné vedenia
  • 30kV - vzdušné vedenia pre mestá
  • 170 kV - diaľkové vedenia
  • 400 kV - medzištátne vedenia

Rozvodná elektrizačná sústava:

  1. dipečing - riadi elektrickú sústavu, zapína vodné elektrárne v čase odberových špičiek, zapína diaľkovo spotrebiče na nízku tarifu (bojler, elektrické kúrenie) v čase malej spotreby, presmeruje energiu pri poruchách časti sústavy
  2. elektráreň - alternátor vyrába energiu s napätím 10 000 V, preto sa transformuje v elektrárni na vysoké napätie
  3. diaľkové vedenia - stožiare, keramické izolátory, oceľové laná - vodiče
  4. transformátory - na stĺpoch, na zemi, v špeciálnych domčekoch
  5. rozvodne - rozvetvujú elektrické vedenia pri mestách
  6. podzemné vedenia 230 V / 400 V v mestách a dedinách
  7. rozvodná skrinka pred domom pripája podzemné vedenie a obsahuje poistky
  8. ističe a poistky v dome - istia jednotlivé okruhy v bytoch, vchodoch, spoločných priestoroch
  9. rozvodná skrina pre skupinu bytov v bytovom dome
  10. vedenia v stenách, staršie hliníkové, alebo novšie medené
  11. svorkovnice, vypínače a zásuvky
  12. pohyblivé prívody spotrebičov a predlžovačky, sú zo splietaných medených vodičov s kvalitnou izoláciou
  13. spotrebiče - napríklad práčka, žehlička, mikrovlnka, počítač, elektrický sporák, vŕtačka, flexka, cirkulárka, vodné čerpadlo>

2. Bezpečnosť pri práci s elektrickým prúdom

Zapojenie sekundáru transformátora do hviezdy, označenie vodičov a napätí:

L1, L2, L3 - fázy, N - nulak, Uf - fázové napätie, Uz - združené napätie

Príklad označenia odičov:

Ukážka zapojenia farebných vodičov do zásuviek:

Izolácia:

  • pracovná - umožňuje činnosť elektrických zariadení, materiál sú bežné plasty (PVC, PE, XLPE, PP, PTFE...), laky, smalt, opradenia bavlnou
  • ochranná - vytvára základnú ochranu pred úrazom elektrickým prúdom, je to pracovná izolácia alebo kryty
  • doplnková - zvyšuje stupeň ochrany, sú to ďalšie kryty a zábrany

Niektoré zariadenia majú kovový kryt. V prípade poruchy sa môže na kryt dostať fázové napätie a ohroziť život človeka. Preto sa kovový kryt pripája na ochranný vodič.

Nulovanie - poruchový prúd tečie cez ochranný vodič späť do zdroja. Vytvorí sa skrat a ten vypne ističe alebo positky. Nulovanie je starší názov pre ochranu samočinným odpojením od zdroja v sieti TNC, TNS, TN-C-S. Pôvodne sa na nulovanie používal chránený nulak PEN, preto sa používal názov nulovanie.

Zemnenie - poruchový prúd tečie cez zem naspať do uzemneného uzla zdroja, alebo tečie medzi dvoma uzemnenými zariadeniami. Poruchový prúd vypne ističe alebo poistky. Vzhľadom na odpor uzemnenia možno chrániť obvody len do 10 A. Zemnenie je starší názov pre ochranu samočinným odpojením od zdroja v sieti TT, IT.

Pospájanie - všetky kovové predmety sa vodivo pospájajú. Takto nemôže medzi nimi vzniknúť rozdiel napätí.

Prvá pomoc pri úraze elektrickým prúdom:

  1. Prerušíme elektrický prúd - vypnene stýkač, alebo ističe
  2. Obnovíme zastavené životné funkcie - umelé dýchanie cca 16 vdychov za minútu, masáž srdca - silné stláčanie hrudného koša niekoľkokrát za sebou, a to celé niekoľkokrát za minútu.
  3. Zavoláme prvú pomoc, telefón 155.

Hasenie požiaru spôsobeného elektrickým prúdom:

  1. Vypnúť elektrické napätie - stýkač alebo ističe.
  2. Použiť snehové alebo pieskové hasiace prístroje. Pieskové narobia škodu, radšej snehové. Nepoužívať vodné, hrozí zásah elektrickým prúdom.
  3. Privolať požiarnikov 150.

Nebezpečný prúd je pre človeka 10 mA. Spôsobuje smrť za niekoľko sekúnd z dôvodu fibrilácie srdca a rozkladu elektrolytov. Odpor ľudského tela je rôzny, 800 Ω až 2 000 Ω. Závisí od miesta dotyku, dráhy prúdu a psychického stavu (nervózny človek sa potí a zvyšuje sa vodivosť pokožky).

Príklad: Aký prúd tečie ľudským telom pri napätí 230 V a odpore tela 1 000 Ω?

I = U / R = 230 V / 1000 Ω = 230 mA

Bezpečné napätia boli stanovené pre dané prostredia na:

  • 48 V - pre bezpečné prostredie - suché, izolované zariadenia
  • 24 V - pre nebezpečné prostredia - vlhké, kovové zariadenia
  • 12 V - pre zvlášť nebezpečné prostredia - mokré, vodivé roztoky a kovové zariadenia

3. Siete

Význam písmen označujúcich siete:

Prvé písmeno: T alebo I určuje vzťah uzla sekundárneho vinutia napájacieho transformátora k uzemneniu. Ak je uzol sekundárneho vinutia napájacieho transformátora uzemnený, potom je prvé písmeno T (od španielskeho slova terre = zem). Ak uzol sekundárneho vinutia napájacieho transformátora uzemnený nie je, je izolovaný, potom je prvé písmeno I (od španielskeho slova isolution).

Druhé písmeno: T alebo N určuje vzťah neživej časti k uzemneniu. Ak je neživá časť uzemnená, potom je druhé písmeno T (terre). Ak uzemnená nie je, potom je spojená s vodičom N a druhé písmeno je N.

Tretie písmeno: C alebo S určuje vzťah medzi vodičom PE a N. Ak sú zlúčené do jedného vodiča PEN, tak je tretie psmeno C (od španielskeho slova combination). Ak sú vodiče samostatné, tak je tretie písmeno S (od španielskeho slova separation).

Pripojenie poruchových zariadení:

Vodič PE je ochranný vodič. Má za úlohu zvádzať poruchový prúd. Vodič N je pracovný (neutrálny) vodič. Má za úlohu viesť bezporuchový (prevádzkový) prúd (uzatvárať obvod). Vodič PEN je kombinovaný vodič, ktorým v bezporuchovom stave preteká prevádzkový prúd, avšak pri poruche odvádza z kostry poruchu.

Poruchový prúd má vypnúť istiace zariadenie. Vypínací prúd sa vedie v jednotlivých sietiach takto:

  • TNC - cez vodič PEN
  • TNS - cez vodič PE a N
  • TN C-S v jednotlivých častiach siete cez PEN alebo PE a N (rozdelený vodič PEN na PE a N sa dalej nesmie spájať),
  • TT - cez zem pričom PE je vlastne uzemnenie zariadenia,
  • IT - kedže nie je uzemný uzol zdroja, nemôže vzniknúť nebezpečný prúd mimo obvodu a preto treba mať strážcu izolácie, ak sú pripojené na IT sieť 2 zariadenia, môže tiecť prúd medzi nimi, čím sa vypne jedno zariadenie

Zapojenie jednofázových zásuviek v jednotlivých typoch sietí:

Otázky na opakovanie

  1. Vymenujte časti tepelnej, jadrovej a vodnejelektrárne.
  2. Vymenujte časti elektrickej rozvodnej sústavy.
  3. Nakreslite zapojenie sekundárneho vinutia transformátora do hviezdy a do trojuholníka, označte vodiče L1, L2, L3, N, vyznačte fázové a združené napätie.
  4. Napíšte ktoré vodiče a s akou farbou sú pod kódovým označením 5C a 3C.
  5. Ako sa vedie poruchový prúd v jednotlivých sietiach?
  6. Nakreslite zapojenie 1-fázovej zásuvky v jednotlivých sietiach.
PrílohaVeľkosť
elk91.png2.09 KB
elk92.png2.88 KB
elk93.png1.6 KB
zasuvky.gif3.56 KB
zasuvky.png4.67 KB
TypySieti.png4.58 KB

10. Základy elektroniky

Obsah

    Linky
  1. Vedenie prúdu v rôznych prostrediach
  2. Polovodiče
  3. Spôsoby výroby PN prechodu
  4. Dióda
  5. Voltampérová vharakteristika diódy
  6. Druhy diód
  7. Zapojenia so spínacími diódami
  8. Bipolárny tranzistor
  9. Zapojenia tranzistora
  10. Prúdový zosilovací činiteľ tranzistora
  11. Unipolárny tranzistor
  12. Tyristor
  13. Triac
  14. Diac
  15. Senzory - fotoodpor, fotodióda, fototranzistor, CCD, snímač pohybu
  16. Zobrazovacie zariadenia - LCD, LED, LD
  17. Otázky na opakovanie

Linky

  1. Násobič napätia: http://alzat.spseke.sk/zdroje/nasob/nasobice.htm

1. Vedenie prúdu v rôznych prostrediach

  1. Vo vákuu elektrickému prúdu = pohybu nabitých častíc nič nekladie prekážku, častice sa pohybujú bez straty energie. Napríklad slnečný vietor vo vesmíre, urýchlovač častíc, CRT obrazovka.
  2. V plynoch tečie prúd až po ionizácii plynu. Plyn sa obvykle ionizuje napätím medzi elektródami. Ionizovaným plynom preteká prúd ako vodičom. Príkladom sú výbojky používané na osvetlenie, alebo blesk.
  3. V izolantoch prúd netečie, pretože izolanty neobsahujú voľné nosiče náboja. Prúd začne tiecť až pri určitej vykoje intenzite elektrického poľa anastáva prieraz izolantu. Každý izolant z určitého materiálu a určitej hrúbky má svoju elektrickú pevnosť vyjadrenú v kV.
  4. Vodiče sú materiály ktoré obsahujú voľné nosiče náboja a vedú prúd s pomerne malými stratami. Vodičmi sú obvykle kovy a elektrolyty. Zahrievaním vodiča klesá jeho vodivosť, pretože sa zvyšujú zrážky nosičov náboja s okolitými atómami, dochdáza k strate ich pohybovej energie a elektrický prúd sa mení na teplo.
  5. Polovodiče sú látky, ktorých vodivosť má hodnotu medzi kovmi a izolantmi.

2. Polovodiče

Čisté polovodiče sú kremík Si a germánium Ge. Tepelný pohyb polovodičov spôsobuje uvoľňovanie elektrónov z atómov polovoiča. Vznikajú voľné elektróny a diery (miesta s kladným nábojom odkial sa uvoľnil elektrón). Zahrievaním polovodiča sa zvyšuje jeho vodivosť, pretože sa s rastúcou teplotou uvoľňuje viac elektrónov.Prímesové polovodiče obsahujú atómy ktoré dodávajú voľné elektróny alebo diery, preto zvyšujú vodivosť polovodiča. Polovodiče typu N majú prebytok voľných elektrónov. polovodiče typu P majú prebytok dier.

3. Spôsoby výroby PN prechodu

  • bodový - privarenie kovového drôtu ku kryštálu
  • zliatinový - na monokrištál N sa položí legujúci materiál P, zahreje sa, vznikne zliatinový prechod
  • difúzny - vzniká difúziou - P legovaním? do monokryštálu N z plynnej fázy (cca 1?m/hod)
  • fotolitografický - možnosti: 1.) planárny prechod PN = selektívna difúzia s oxidovaným maskovaním; 2.) prechod PN v epitaxnej vrstve = a) epitaxný rast, alebo b) selektívna difúzia; 3.) odleptaný diferenciálny prechod - malá plocha prechodu

4. Dióda

Polovodičová dióda vzniká spojením dvoch polovodičov typu P a N. Na mieste spojenia vznikne PN prechod. Na PN prechode vzniká napätie. Pri pripojení napätia v záverneom smere sa prechod zväčšuje a dióda nevedie prúd. Při zapojení napätia v priepustnom smere prechod mizne a dióda vedie prúd.

5. Voltampérová charakteristika diódy

Voltampérová charakteristika znázorňuje závislosť napätia a prúdu na dióde. Pri zvyšovaní napätia v priepustnom smere z nuly na hodnotu kým zmizne napätie na PN prechode sa dióda postupne otvára, závislosť napätia a prúdu ni eje lineárne. Napätie pri ktorom sa dióda otvorí v priepustnom smere je typicky asi 0,7 V. Pri ďalšom zvyšovaní napätia už prúd diódou je lineárne závislý od napätia. V závernom mere diódou tečie iba veľmi malý záverný prúd. Pri veľmi veľkom závernom napätí nastane prieraz diódy a dióda sa otvorí. U obyčajných diód znamená prieraz zničenie diódy. Obvykle sú to tisíce voltov.

Obrázok: Voltampérová charakteristika: UBR - prierazné napätie, v závernom smere, UFmax -> IFmax je dané maximálnym príkonom, teplom ktoré môže vyžiariť bez poškodenia.

Obyčajné diódy sa používajú na usmernenie striedavého napätia. Frekvencia s ktorou môžu pracovať je daná ich konštrukciou. Čím širší je prechod, tým pracujúc s menšou frekvenciou ale zasa s väčším prúdom.

6. Druhy diód:

  • Usmerňovacia dióda je určená na výkonové usmernenie striedavého napätia. Pre väčšie prúdy majú diódy púzdro ktoré umožňuje pripojiž ich na chladič.
  • Detekčná dióda je určená na usmernenie vysokofrekvenčného prúdu v prenosovej technike.
  • Zenerova dióda je špeciálne navrhnutá diódy, ktoré sa prierazom nezničí. Jej prierazné napätie je konštručne nastavené na presnú hodnotu rádovo v desiatkách voltov. Zenerove diódy sa využívajú na stabilizáciu napätia. Diódu možno zničiť aj priepustnom smere, a to tak že ňou tečie väčší prúd ako je povolený. Dochádza k tepelnému zničeniu diódy. Výkonove diódy sa chladia a to umožní aby pracovali s väčšími prúdmi. Výkonové diódy sa používajú napríklad v alternátoroch alebo zváracích prístrojoch.
  • Varikap je dióda u ktorej sa využíva kapacita PN prechodu, ktorá sa mení v závislosti na napätí na varikape, teda od stupňa otvorenia diódy. Varikapy sa používajú v napäťovo riadených kmitavých obvodoch, napríklad v kanálovom voliči.
  • LED (light emited diode) - svetlo emitujúca dióda - je určená na osvetlenie a signalizáciu.
  • LD (laser diode) - laserová dióda - vyžaruje úzke svetelné spektrum (šírka 1 nm), využíva sa v prenosovej technike (optické káble).

7. Zapojenia so spínacími diódami

  1. Jednocestný usmerňovač je tvorený jednou sériovo zapojenou diódou, ktorá prepúšťa iba jednu polvlnu striedavého napätia. Usmernením vznikne pulzujúce jednosmerné napätie.
  2. Dvojcestný mostíkový usmerňovač
  3. Dvojcestný usmerňovač pre 3-fázové napätie
  4. Ochrna trsanzistora pred indukčnou záťažou: indukovaný prúd pri vypínaní indukčnej záťaže má opačný smer ako napájacie napätie, indukčná špička je vyskratovaná diódov, podobne ako pri odrušovaní komutátorového meotora.
  5. Odrušenie jednosmerného komutátorového elektromotora: Neustále prerušovanie a zapínanie cievok motora pri otáčaní rotora spôsobuje indukčné impulzy, ktoré sa pri nekvalitnom odrušení dostávajú do celej elektrickej sústavy a putujú po kábloch na veľké vzdialenosti. Rušenie môže byť širokospektrálne, od rádovo desiatok Hz po desiatky kHz. Odrušovacie diódy sú zapojené v závernom smere vzhľadom na napájacie napätie elektromotora. Diódy vyskratujú indukované napätie.
  6. Násobič napätia sa používa na získanie vyšších jednosmerných napätí rádovo stovky voltov až jednotky kilovoltov z nižšieho striedavého napätia. Sú vhodné pre malé zaťažovacie prúdy, jenotky až desiatky miliampér. Zapojenie najjednoduchšieho kaskádového násobiča napätia je znázornené na obrázku.

8. Bipolárny tranzistor

Tranzistor (angl. Transistor) - transfer rezistor. Obsahuje 3 elektródy: báza B, koletor C a emitor E.

U bipolárneho tranzistora sa na vodivosti sa podielajú elektróny aj diery, je tvorený dvoma prechodmi na jednom monokryštále, emitorový prechod sa obyvkle polarizuje v priepustnom a kolektorový v závernom smere

Štruktúra NPN a PNP tranzistora:

Princíp činnosti tranzistora:

Malým prúdom báze ovládame oveľa väčší prúd kolektoru

Zapojenie tranzistorov:

  • so spoločným emitorom SE
  • so spoločnoým kolektorom SC
  • so spoločnou bázou SB

Druhy tranzistorov:

  • univerzálne - zosilovacie stupne, Pc < 0,5 W, Uce < 50 V, Ic < 0,5 A
  • výkonové: Pc < stovky W, Uc < 150 V, Ic < desiatky A
  • vysokofrekvenčné
  • spínacie - optimalizované na rýchle zmeny

Značenie tranzistorov. Napríklad KC149.

Prvé písmeno

  • A (G) ? germániový tranzistor
  • B (K) ? kremíkový tranzistor

Duhé písmeno

  • C ? nízkofrekvenčné tranzistory
  • D ? nízkofrekvenčné výkonové tranzistory
  • F ? vysokofrekvenčné tranzistory
  • L ? vysokofrekvenčné výkonové tranzistory
  • S ? spínacie tranzistory
  • U ? spínacie výkonové tranzistory

Tratie písmeno priamo označuje technické parametre tranzistora.

5. Unipolárny tranzistor

Prúd vedú majoritné nositele náboja ? voľné eletróny alebo diery.

Typy:

  • FET (Field Effect Tranzistor) ? využíva objemové javy v kryštalickom polovodiči
  • JFET (Junction FET). Štruktúra:

Činnosť tranzistora JFET: šírka ochudobnenej oblastia a tým aj N-kanálu sa mení na základe potenciálu = napätia na G oproti S.

  • MOS FET (Metal Oxide Silicon (Semiconductor) = MIS (Metal Isulatro Semiconductor) ? vodivý kanál



Tepelný senzor

Súčiastky s viacerými prechodmi

  • Dvojbázová dióda ? vývody emitor, báza1, báza2.
  • Diak
  • Tyristor ? Má tri elektródy, anódu A, katódu K a riadiacu elektródu G. Prepúšťa prúd iba v jednom smere ak je otvorený. Tyristor sa otvorí privedením malého kladného napätia/prúdu na riadiacu elektródu G. Po odpojení napätia na G ostáva tyristor stále otvorený, dokiaľ nie je vypnuté napätie medzi A a K. Tyristor sa využíva v obvode striedavého prúdu, na fázové (oneskorené) spínanie spotrebičov. Vypína sa vždy při prechode striedavého napätia/prúdu nulou.
  • Triak ? je to obojmerný tyristor. Má tri elektródy, anódy A1 a A2 a riadiacu elektródu G. Prepúšťa prúd v oboch smeroch. Otvorí sa privedením napätia/prúdu akejkoľvek polarity na G. Uzatvorí sa prechodom nulou při striedavom napätí/prúde medzi A1 a A2. Využitie podobné ako tyristor, ale v obvode stačí jeden.
  • Optoväzobné prvky ? obsahujú vysielač svetla, napríklad LED a spínací prvok citlivý na svetlo. Ovládacia časť (s LED) a ovládaná časť(prvok citlivý na svetlo) sú od seba galvanicky oddelené.
  • Transil, trisil

Osvetľovacie zariadenia

  • Žiarovky obsahujú volfrámové vlákno. Vyššiu účinnosť majú halogénové žiarovky, ktoré obsahujú halogénový prvok ktorý sa vyparuje a ochladzuje vlákno, ktoré pracuje na vyššej teplote.
  • Tlejivky ? pri tlaku pod 10 kPa vzniká při napätí niekoľko 100 V katódové žiarenie. Malý odber prúdu, mikroampére, použitie jako detektory napätia.
  • Žiarivky ? při nižšom tlaku vzniká silné anódové žiarenie vo forme úzkych spektrálnych čiar, dosahuje aj UVB. Preto je na vnútornom povrchu sklenej banky nanesená svietiaca látka ? luminofor. Podľa chemického zloženia luminofora môže mať žiarivka požadovanú farbu a spektrum. Žiarivky sa používajú na osvetľovanie priestorov alebo na podsvecovanie LCD televízorov.
  • Výbojky ? pri vysokom tlaku nastáva výboj při ionizácii plynu. Robí sa to obvykle odparením kovov, preto chvíľu trvá kým sa výbojka naplno rozsvieti. Výboj prebieha v ich parách, plyn kovu svieti. Používa sa sodík (biele svetlo) a ortuť (oranžové svetlo).
  • LED žiarovky ? množstvo LED diód uzatvorené v priesvitnej banke.

Výhody osvetľovacích zariadení: 1. žiarovka ? spojité spektrum = príjemné svetlo, 2. žiarivka ? 4 x menšia spotreba jako žiarovka, 3. výbojka ? veľký výkon ? osvetlenie hál a štadiónov, 4. LED žiarovka ? 10 x nižšia spotreba jako žiarovka, životnosť 7000 hodín, možno často zapínať.

Nevýhody osvetľovacích zariadení: 1. žiarovka ? veľká spotreba, životnosť stovky hodín, 2. žiarivka ? bliká = stroboskopický efekt nebezpečný vo výrobnývh halách, chudobné čiarové spektrum, 3. výbojka ? treba čakať pár minút kým sa rozsvieti, 4. LED žiarovka ? lacnejšie blikajú, vysoká cena.

Zobrazovacie zariadenia

  • CRT ? vákuová obrazovka, obsahuje elektrónové delo, vychyľovacie cievky, masku a tienidlo = zobrazovaciu plochu s farebnými luminoformi. Elektrónový lúč je vychyľovaný cievkami a po riadkoch vykresľuje obraz na tienidle. Obraz je rozložený na body.
  • Plazmová ? obsahuje sieťkomôrok v ktorých vzniká výboj, ktorý rozsvecuje farebné luminofory nad nimi. Spotreba elektriny na úrovni CRT, sýte farby, väčší kontrast.
  • LCD ? tekuté kryštály prepúšťajú polarizované svetlo ak sa na nich pripojí napätie. LCD obrazovka je podsvietená žiarivkami alebo LED diódami, obsahuje sieť farebných fitrov a LCD filtrov. Otvorením LCD filtra sa rozsvieti jeden farebný bod.
  • OLED ? organické LED

Otázky na opakovanie

  1. Čo umožňuje viesť prúd vo vákuu, riedkom a hustom plyne, a v polovodiči? Uveďte praktické využitie vedenia prúdu v týchto prostrediach.
  2. Čo je čistý polovodič, typu N a P? Ako vzniká a zaniká PN prechod?
  3. Nakreslite Volt-Ampérovú charakteristiku diódy. Definujte alebo vyznačte: priepustný a nepriepustný smer, prierazné napätie, nelineárnu a lineárnu časť.
  4. Nakreslite jednocestný a dvojcestný 1-fázový, a 3-fázový usmerňovč pomocou diód. Aký má tvar vstupné a výstupné napätie na jednotlivých usmerňovačoch?
  5. Akým spôsobom pracuje tranzistor, aké ma elektródy a na čo sa používajú? Aký je rozdiel v princípe činnosti a odbere prúdu medzi tranzistorom riadeným prúdom a poľom, zatvoreným a vodivým?
  6. Za akých podmienok sa otvorí, vedie prúd a uzatvorí sa tyristor a triak? Akým smerom prepúšťajú prúd? Aké majú elektródy?
  7. Uveďte princíp činnosti a príklad použitia: fotoodpor, fotodióda, fototranzistor, CCD.
  8. Uveďte princíp činnosti a príklad použitia: LED, LD, LCD, plazmový televízor.
  9. Uveďte princíp činnosti a príklad použitia pre sondy: lambda, Hallova, tlaková, tepelná.
PrílohaVeľkosť
elk65.png33.74 KB
elk66.png26.77 KB
elk67.png57.84 KB
elk68.png121.88 KB
elk69.png49.78 KB
elk610.png49.76 KB
elk611.png56.64 KB
elk612.png115.38 KB
elk613.png132.5 KB
elk61.png13.38 KB
elk62.png11.89 KB
elk63.png19.37 KB
elk64.png42.54 KB
ZapojeniaSpinancichDiod.png85.15 KB

11. Impulzné obvody

1. Impulzy

Impulz je zmena fyzikálnej veličiny, napríklad napäťový alebo prúdový impulz. Periodický signál obsahuje pravidelne opakujúce sa impulzy.

Obrázok č. 1: Hore - Impulzy - jednotkový, skok, pravouhlý, sínusový, trojuholníkový. Dole - periodické signály - sínusový, pravouhlý.

Obrázok č. 2: Skladanie signálov s frekvenciami f a 3.f

Základným signálom je sínusový priebeh. Skladaním sínusových signálov možno vytvoriť akýkoľvek iný signál alebo impulz. Signály a impulzy sú zložené zo sínusových (harmonických) signálov, ktoré sú násobkom základnej frekvencie signálu f0. Nazývame ich harmonické zložky. Na obrázku č. 2. je ukážka zloženia signálov s frekvenciami f0 a 3.f0. Odstránením alebo čiastočným potlačením niektorých zložiek sa mení tvar pôvodného signálu. Napríklad odstránením vyšších harmonických zložiek pravoúhleho signálu vznikne signál so "zvlnenými rohmi", ako je na obrázku č. 2.

2. Filtre

Filtre odstraňujú harmonické zložky zo signálu a tým menia jeho tvar. Podľa prepúšťaných frekvencí ich delíme na:

  1. horná priepusť - prepúšťa frekvencie vyššie ako je medzná frekvencia filtra
  2. dolná priepusť - prepúšťa frekvencie nižšie ako medzná frekvencia
  3. pásmová priepusť - prepúšťa frekvencie medzi dvoma medznými frekvenciami
  4. pásmová zdrž - prepúšťa frekvencie vyššie a nižšie ako sú medzné frekvencie

Obrázok č. 3: Frekvenčné charakteristiky filtrov - horná, dolná a pásmová priepusť, pásmová zdrž

Vlastnosti filtrov:

  • Medzná frekvencia fm sa určuje pri poklese napätia alebo prúdu na polovicu pôvodnej úrovne harmonickej zložky.
  • Útlm a je pomer vstupnej a výstupnej úrovne signálu pri danej frekvencii. Napríklad napätia, prúdu, výkonu. Jednotkou útlmu je deciBell, dB.     a = 20 log (U1/U2), a = 20 log (I1/I2), a = 10 log (P1/P2)

    Príklad: Na výstupe a vstupe filtra sú napätia U2 = 0,1 V a U1 = 10 V. Vypočítajte útlm filtra:
    a = 20 . log (U1/U2) = 20 . log (10/0,1) = 20 . log (100) = 20 . 2 = 40 dB

  • Frekvenčná charakteristika - závislosť poklesu signálu od frekvencie, viď obrázok č. 3
  • Fázová charakteristika - vyjadruje posun signálov pri prechode filtrom. U ideálneho filtra by mal byť posun nolý pre všetky frekvencie, teda charakteristika je lineárna:

    Obrázok č. 4: Fázová charakteristika ideálneho filtra

Druhy filtrov:

  • pasívne elektrické - z pasívnych súčiasok - kondenzátory, cievky, rezistory
  • aktívne elektrické - obsahujú syntetickú indukčnosť a kapacitu
  • číslicové - pomocou programu
  • keramické  - princíp zvukového vlnenia

Články pasívnych filtrov:

Obrázok č. 5: a) T - článok, b) Pí - článok, c) príklad T horná priepusť, d) príklad Pí, dolmá priepusť 

3. Prechodné deje

Po privedení napäťového skoku na kondenzátor dochádza k jeho nabíjaniu. Možno vytvoriť integračný alebo derivačný článok. Časová konštanta t = 0,7.R.C

Obrázok 7: a) integračný článok, b) derivačný článok

4. Klopné obvody (KO)

Klopné obvody vytvárajú impulzy. Pracujú na princípe prechodných dejov, obsahujú kondenzátor alebo cievku.Rozdelenie KO podľa opakovania impulzov:

  • astabilný KO - neustále kmitá, nemá stabilný stav
  • monostabilný KO - má jeden stabilný stav, po privedení riadiaceho impulzu sa preklopí do druhého stavu a ponastavenom čase sa vráti späť do stabilného stavu
  • bistabilný KO - má 2 stabilné stavy, zotrváva v jednom z nich, po privedení riadiaceho impulzu sa preklopí do druhého stabilného stavu v ňom zotrvá znova do privedenia riadiaceho impulzu

Obrázok č. 6: a) KO, b) príklad zapojenia astabilného KO s RC väzbou

5. Operačný zosilovač (OZ)

Operačný zosilňovač je jednoduchý analógový integrovaný obvod s veľmi veľkým prúdovým a napäťovým zosilnením. Má veľký vstupný odpor a malý výstupný odpor. OZ sa vyrábajú vo forme integrovaného obvodu. Ak chceme použiť OZ ako zosilovač napätia, treba nastaviť požadovanú hodnotu zosilnenia. Preto sa používajú diferenciálne operačné zosilovače, ktoré majú dva vstupy - neinvertujúci (+) a invertujúci (-). Na invertujúci vstup sa cez odporový delič privedie signál z výstupu, čím sa nastaví presné zosilnenie. Zosilnenie A je dané pomerom výstupného a vstupného napätia: A = U2 / U1 = R2 / R1 . Invertujúci zosilovač mení polaritu zosilneného signálu, neinvertujúci zosilovač ju nemení.

Príklad: Vypočítajte zosilnenie DOZ ak R2 = 10 kΩ, R1 = 100 Ω. ..... A = R2 / R1 = 10.000Ω/100Ω = 100.



Obrázok č. 8: a) invertujúci zosilovač, b) neinvertujúci zosilovač

Integračný a derivačný zosilovač sa chová ako integračný a derivačný článok, s tým že signál zosilní. Rozdielový zosilovač zosilní rozdiel vstupných napätí.

Otázky na opakovanie

  1. Nakreslite pravouhlý a sínusový preiodický signál.
  2. Nakreslite skladanie sínusových signálov f a  3.f, ktoré obsahuje pravouhlý signál .
  3. Nakreslite graf pre hornú a dolnú priepusť.
  4. Nakreslite príklad zapojenia T a Pí článku.
  5. Vypočítajte útlm filtra, ak na výstupe a vstupe sú napätia U2 = 1 V a U1 = 10 V.
  6. Vypočítajte útlm filtra, ak na výstupe a vstupe sú výkony P2 = 10 mW a P1 = 100 mW.
  7. Čím sa líšia astabilný, monostabilný a bistabilný klopný obvod?
  8. Nakreslite priebeh napätia na integračnom a derivačnom článku.
  9. Aké vstupy a výstupy na diferenciálny zosilovač a na čo sa dajú použiť?

12. Číslicové obvody

Obsah

  1. Booleova algebra
  2. Hradlá
  3. Čítače
  4. Registre
  5. Pamäte

2.a. Hradlá

Základné logické funkcie:

  • OR - logický súčet; C = A or B; C je pravda ak A alebo B je pravda
  • AND - logický súčin; C = A and B; C je pravda ak A a zároveň B je pravda
  • NOT - negácie; C = not A; C je pravda ak A je nepravda, a naopak
Boolova algebra, minimalizácia logických funkcií, odvodené funkcie

Hradlá sú elektrické obvody, ktoré vykonávajú logické funkcie.

Klopný obvod sa preklápa do stabilných stavov, napríklad zapnutý alebo vypnutý, po privedení riadiaceho signálu. Bistabilný klopný obvod má 2 stabilné stavy, medzi ktorými sa preklápa po privedené riadiaceho signálu. Využitie takého obvodu je napríklad 1 bit statickej pamäte. Monostabilný klopný obvod má 1 stabilný stav v ktorom zotrváva. Po privedení riadiaceho signálu sa preklopí do druhého stavu a po určitom nastavenom čase sa preklopí späť. Využitie takéhoto obvodu je napríklad časovač, ale 1 bit dynamickej pamäte. Astabilný klopný obvod nemá stabilný stav a preklápa sa medzi 2 stavmi s nastavenými časmi po ktorých sa preklopí. Využitie takéhoto obvodu je oscilátor, čiže kmitavý obvod. Astabilný klopný obvod riadený krištálom má veľmi presnú frekvenciu a použiva sa ako hodinový obvod.

Register je pamäť so sériovým zápisom. Na vstup do registra sa privádzajú logické stavy a riadiace impulzy "zápis". Logické hodnoty sa posúvajú do vnútra registra za sebou. Pri privedení riadiaceho signálu "čítanie" z registra začnú vychádzať uložené logické hodnoty, a to v poradí ako boli zapísané, alebo odzadu.

Čítač počíta impulzy. Spätný čítač odpočítava impulzy od nastavenej hodnoty, a v spojení s hodinovým klopným obvodom môže mať funkciu stopiek.

Obrázok č. 6: Príklad zapojenia astabilného klopného obvodu



13. Osvetlenie

Obsah

  1. Svietidlá
  2. Vlastnosti svietidiel
  3. Osvetlenie
  4. Vlastnosti svetla
  5. Linky
  6. Úlohy na opakovanie

1. Svietidlá

ŽIarovka obsahuje wolframové vlákno stočené do špirály, teplota 2 500 °C = 2 800 K., banka z obyčajného skla ktoré pohlcuje UV žiarenie, vyplnená plynom bez kyslíka. Účinnosť okolo 2 %. Tepelná zotrvačnosť vlákna zabezpečí že žiarovka nebliká pri napájaní striedavým prúdom.

Halogénová žiarovka obsahuje halogén (jód alebo bróm) ktorý ochladzuje vlákno a umožňuje použiť vyššiu teploty vlákna. Pri vyššej teplote má menej žlté svetlo a vyššiu účinnosť, orientačne 3 %. Banka je z kremenného skla, ktoré prepúšťa UV žiarenie. Vydží vyššiu teplotu, ale nesmie byť zamastené, napríklad dotykom prstov, aby sa neprehrialo vlákno a nezničila sa žiarovka.

Výbojka využíva elektrický výboj v inertných plynoch He, Ne, Ar, Kr, Xe alebo parách kovov - Na, Hg. Výbojka má chudobné spektrum obsahujúce aj nebezpečné UV-B žiarenie. Preto niektoré výbojky majú na vnútornom povrchu sklenej nádoby chemickú látku, luminofor, ktorá pohlcuje žiarenie a vysiela vlastné kvalitnejšie svetlo. Farba svetla potom závisí od použitého luminoforu. Účinnosť výbojok je orientačne 10 - 20 %. V bežných výbojkách, takzvaných žiarivkách, sa používa jedovatá ortuť, preto žiarivky ktoré vyhadzujeme treba odniesť neporušené do obchodu kde ich predávajú, určite ich nerozbíjať a nevyhadzovať do kontajnera.

LED (light emited diode = svetlo emitujúca dióda) je dióda ktorá obsahuje určité polovodičové zlúčeniny ktoré pri prechode prúdu svietia. Podľa konštrukcie delíme LED na 4 typy:

Slnko - na vonkajší kraj atmosféry kolmo dopadá kolmo priemerne 1 360 W/m2 slnečného žiarenia, toto číslo sa nazýva slnečná konštanta. Viditeľné svetlo predstavuje 45 % tohto žiarenia. Vplyvom pohltenia, odrazu, rozptylu svetla dopadne na povrch Zeme 47 % svetla. Zemský povrch je v kolmom smere priamo osvetľovaný maximálne 290 W/m2 svetla, to je 190 000 luxov. Zem je rotujúca guľa, priemerné dopadajúce slnečné žiarenie je 343 W/m2.

Chemické osvetľovacie zariadenia:

Pätice, najbežnejšie:

2. Vlastnosti svietidiel

Svetelný tok Φ

Svetelný tok je svetelný výkon zdroja svetla. Jednotka je lumen, lm.
1 lm = 1,46 mW
(Historická) definícia: 1 lumen je svetelný tok vyžarovaný do priestorového uhlu 1 steradiánu bodovým zdrojom, ktorého svietivosť je vo všetkých smeroch 1 kandela.

Účinnosť

Účinnosť sa vyjadruje v lumenoch na Watt, lm/W, alebo v percentách %:
1 lm/W = 0,146 %
1 % = 6,85 lm/W
100 % = 685 lm/W

svietidloúčinnosť %účinnosť lm/W
žiarovka2 %14 lm/W
halogén3 %21 lm/W
bežná žiarivka 12 % - 16 %80 - 110 lm/W
žiarivka T5 20 %140 lm/W
5 mm LED10 %70 lm/W
power LED20 %140 lm/W

Ekvivalent 100 W žiarovky:

  • halogén: 67 W
  • bežná žiarivka: 12 - 17 W
  • žiarivka T5: 10 W
  • 5 mm LED: 20 W
  • power LED: 10 W

Príklad: Vypočítajte svetelný tok 100 W žiarovky.

  • účinnosť žiarovky: 2 %
  • svetelný výkon žiarovky: 2 % . 100 W = 2 W
  • svetelný tok fi = 2 W / 0,00146 W = 1 360 lm

Príklady svetelného toku zariadení:

  • 100 W žiarovka: 1360 lm
  • 60 W žiarovka: 710 lm
  • 25 Watt hálogénová žiarivka: 260lm
  • LED Cree X-RE R2 biela LED: 242lm@1000mA
  • 5mm/Superflux LED: 5lm
  • T8 15 Watt neon: 1350lm
http://www.uspornaziarovka.sk/pages/Sveteln%C3%BD-tok-%252d-p%C3%A1r-por...

Svietivosť I

Svietivosť je svetelný výkon vyžarovaný do priestorového uhla. Jednotkou je kandela, symbol cd. 1 cd = 1,46 mW/sr

Prvý krát bola definovaná ako svietivosť jednej sviečky. Candela je po latinsky sviečka. Súčasná definícia: Kandela je intenzita svetla (svietivosť) v danom smere zo zdroja, ktorý vyžaruje monochromatické žiarenie s frekvenciou 540x1012 Hz a má žiarivú intenzitu (žiarivosť) v tomto smere 1/683 W na jeden steradián. .

Príklad: Vypočítajte svietivosť 55 W halogénovej žiarovky.

  • svetelný výkon: 55 W . 3 % = 1,65 W
  • svetelný tok ? = 1,65 W / 0,00146 W = 1 130 lm
  • svietivosť I = 1 130 lm / 12,56 sr = 90 cd

Vyžarovací uhol

Vyžarovací uhol môžeme definovať ako uhol pod ktorým má žiarovka polovičnú svietivosti. Na nasledujúcom grafe možno odčítať vyžarovací uhol 120˚ = 1 steradián. Prepočet plošného uhla na priestorový môžete urobiť v tabuľke: http://www.zsmalinovpart.edu.sk/matika/AKIRE/MAT/PREMENY.XLS .

Všesmerový zdroj má 360˚ = 12,56 sr. Ak má zdroj menší vyžarovací priestorový uhol, potom svietivosť je 12,56 / uhol krát väčšia.

Príklad: Aká je svietivosť 55 halogénovej žiarovky v reflektore s vyžarovacím uhlom 60°?

  • svietivosť pri 360° je I = 90 cd
  • 60° = 1 sr
  • svietivosť pre 1 sr je I = 90 cd . 12,56 sr / 1 = 1 130 cd

3. Osvetlenie

Osvetlenie vyjadruje intenzitu osvetlenia plochy bez ohľadu na odrazivosť tejto plochy. Jednotka osvetlenia je lux, symbol lx. 1 lux je intenzita osvetlenia spôsobená svetelným tokom 1 lúmen dopadajúcim na plochu 1 m2. V prepočte je to 1 lux = 1,46 mW/m2 dopadajúceho svetla. Osvetlenie klesá s kosínusom uhla dopadu svetla na plochu.

Príklady intenzít osvetlenia:

  • jasný slnečný deň: 100 000 lx = 150 W/m2
  • zamračené počasie v lete: 20 000 lx = 30 W/m2
  • letný deň v tieni: 10 000 lx = 15 W/m2
  • operačný sál: 10 000 lx = 15 W/m2
  • osvetlenie v TV-štúdiu: 1 000 lx = 1,5 W/m2
  • osvetlenie kancelárie: 500 lx = 0,75 W/m2
  • osvetlenie chodby: 100 lx = 0,15 W/m2
  • osvetlenie ulice: 10 lx = 15 mW/m2
  • mesačný svit: 0,25 lx = 0,36 mW/m2
  • jasná hviezdna obloha: 0,001 lx = 1,5 μW/m2
  • zamračená nočná obloha bez cudzieho osvetlenia: 0,0001 lx = 0,15 μW/m2

Odporúčané osvetlenie (STN EN 12464-1) * http://www.poradca.sk/SubPages/OtvorDokument/Clanok.aspx?idclanok=78286 :

  • 20 - 120 lx: prechodné priestory, schodiská, chodby, WC, odkladacie priestory
  • 120 - 160 lx: chodby so zrkadlom
  • 200 - 500 lx: kúpeľne, detské izby, obývacia izba
  • 500 - 1000 lx: pracovné plochy kuchynskej linky a pracovne

Norma STN EN 12464-1 neudáva hodnoty minimálneho osvetlenia v bytových priestoroch, ale skôr odborná verejnosť odporúča určité hodnoty intenzity osvetlenia, pre tzv. svetelnú pohodu a zdravie v domácnosti.

Uvedené hodnoty sú len odporúčané a môže sa líšiť s individuálnymi potrebami. Netreba zabudnúť na kvalitu osvetlenia, t.j. rovnomerne rozložená intenzita osvetlenia a vyvarovania sa prílišných kontrastných rozdielov, čo vzniká pri bodových svetlách s úzkym uhlom vyžarovania. Pre ľudské oko je prirodzenejšia nízka a rovnomerne rozložená intenzita osvetlenia.

Iluminácia

Iluminácia je odrazený svetelný tok od povrchu. Jeho veľkosť závisí od odrazivosti a osvetlenia povrchu. Pri použití rovnakého svetelného zdroja sa svetlé steny môžu zdať lepšie osvetlené ako tmavé.

Farba plôch a smerovosť osvetlenia rozhodujú o iluminácii povrchov. Tu je ukážka:

Zosilnenie osvetlenia vďaka odrazivosť povrchov v miestnosti

Odrazivosť farieb, zdroj http://www.malna.wz.cz/vyber_barev.htm :

  • biela: 80 %
  • slonová kosť: 75 %
  • svetlo žltá: 60 %
  • svetlo zelená: 56 %
  • svetlo šedá: 53 %
  • svetlo modrá: 45 -59 %
  • svetlo ružová: 42 - 69
  • tmavo zelená: 10 - 20 %
  • červená: 16 %
  • hnedá: 15 -24
  • tmavomodrá: 9 %
  • čierna: 1 - 4 %

1. Odrazivosť ovplyvňuje ilumináciu povrchov miestnosti:

Príklad 1: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia oproti všesmerovému osvetleniu miestnosti ktorý má všetky povrchy (steny, strop, podlaha) biele s odrazivosťou 80 %.

0,81 + 0,82 + 0,83 + 0,84 + ... = 4 = 400 %

Príklad 2: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia stien oproti všesmerovému osvetleniu miestnosti 3 x 5 x 2,7 m. Miestnosť má svetlohnedú podlahu s odrazivosťou 25 % a biele steny s odrazivosťou 75 %. Plocha podlahy je 15 m2, stropy a steny majú spolu 63,6 m2, celkový povrch je 78,5 m2

podiel podlahy: 15 / 78,5 = 0,19 = 19 %
podiel stien a stropu: 63,6 / 78,5 = 81 %
priemerná odrazivosť miestnosti: 0,19 . 25 % + 0,81 . 75 % = 65,5 %

Priemerná iluminácia bude: 0,661 + 0,662 + 0,663 + 0,664 + .. = 2 = 200 %

Príklad 3: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia stien oproti osvetleniu všesmerovým osvetlením miestnosti z predchádzajúceho príkladu, ak je smerovo osvetlená len podlaha.

0,25 . 0,75 . (1 + 0,6651 + 0,6652 + ...) = 0,185 . 3 = 0,5625 = 56 %

Príklad 4: Vypočítajte koľkokrát je väčšia iluminácia stien oproti osvetleniu všesmerovým osvetlením miestnosti, ak sú biele steny z predchádzajúceho príkladu osvetlené bodovo.

0,8 . (0,6651 + 0,6652 + ...) = 0,8 . 3 = 2,4 = 240 %

4. VLASTNOSTI SVETLA

Farba svetla

Osvetlenie tej stej miestnosti oranžovým svetlom žiariviek alebo denným svetlom z výkonových LED.

Wienov posuvný zákon

Teleso s teplotou T vyžaruje žiarenie s maximálnym výkonom pre vlnovú dĺžku:

λmax = b / T ... kde b = 2,897 768 5(51) × 10–3 m K

Farebný diagram CIE

- obsahuje farby definované pomocou dvoch súradníc, x a y. Po obvode krivky tvaru luku sú sýte farby ako na dúhe, rozložené podľa vlnovej dĺžky. Bod E sú súradnice chromatického bieleho svetla, viď CCT. Trojuholník vyznačuje priestor ktorý umožňuje definovať RGB farby.

4.10. CCT - Teplota chromatickosti

- je teplota povrchu pomyselného vlákna žiarovky ktorý vydáva určitú farbu svetla. Čím vyššia teplota, tým studenšie svetlo, prevládajú kratšie vlnové dĺžky. Denné svetlo má teplotu chromatičnosti 5000 K. Zapadajúce slnko a žiarovky majú oranžové svetlo s teplotou 2700 K. Studené namodralé svetlo má 6500 - 8000 K.

Označovanie farieb bieleho svetla, ktoré používa firma Cree: http://www.klasici.sk/sites/default/files/ansiwhite.jpg

Príklady teploty svetelných zdrojov:

  • 1 500 K: sviečka
  • 2 680 K: 60W žiarovka
  • 3 000 K: Halogénová žiarovka
  • 5 500 K: Ranné/popoludňajšie slnko
  • 5 500 K: fotografické blesky; toto je zvyčajná farebná teplota používaná v profesionálnej fotografii
  • 6 000 K: jasné poludňajšie svetlo
  • 7 000 K: ľahko zamračená obloha
  • 8 000 K: oblačno, hmlisto (mraky zafarbujú svetlo do modra)
  • 10 000 K: silno zamračená obloha alebo len modré nebo bez slnka

Človek svoje vnímanie farieb prispôsobuje svetlu ? biely papier vníma ako biely, aj keď je vplyvom osvetlenia zafarbený.

4.11. Graf svetelnej pohody

- vyjadruje potrebnú intenzitu osvetlenia pri danej teplote svetelného zdroja, tak aby sa svetlo javilo ako prirodzené, nie ako tmavé alebo príliš silné.

4.12. CRI - Index podania farieb

- angl. Color Rendering Index, popisuje, ako dobre sa určitá množina štandardných farieb reprodukuje, keď ich osvetlí konkrétny zdroj svetla. Je to bezrozmerná jednotka v rozsahu od 0 do 100 Ra. Keď sa CRI približuje k 100, znamená to, že farby sa budú javiť s vysokou vernosťou a budú sa podávať presne, kým z nízkej hodnoty CRI vyplýva, že farby môžu nadobudnúť rôzne odtiene, alebo byť chromaticky nerozlíšiteľné pre pozorovateľa. Na osvetlenie pracovného stola stačí CRI = 70, na kvalitné osvetleni emiestnosti 80, pre galérie obrazov 98. Slnečné denné svetlo ma CRI = 100.

Príklad vnímania farieb pri rôznom CRI svetla:

Ukážka osvetlenia ulice ortuťovými výbojkami a LED žiarovkami:

Príklad vyžarovania vlnových dĺžok LED diódami Cree XM-L:

Spektrálne vyžarovanie rôznych polovodičových materiálov pre LED:

4.13. Oko

Sietnica oka obsahuje 3 typy farebných receptorov, červený R, zelený G a modrý B:

Citlivosť ľudského oka na vlnové dĺžky svetla:

4.14. Životnosť zariadení

Orientačné vyťaženie žiarovky v domácnosti je 1 000 hodín za rok.

  • žiarovka: 1 000 hod - po 1000 hod sa vlákno pretaví a žiarovka nesvieti
  • žiarivka: 8 000 - 10 000 hod
  • LED: 30 000 hod - po 30 000 hodinách by mala LED svietiť iba o 30 % menej.

Zásadné vplyvy určujúce životnosť LED sú tieto:

  • typ LED (5 mm LED, super flux LED, SMD LED, power LED)
  • výrobca (originál / napodobenina)
  • dodržanie elektrických parametrov (neprekročenie max. napätia a prúdu)
  • tepelný management (udržanie prevádzkovej teploty na minimálnej možnej úrovni)

5. Výpočet osvetlenia

5.1. Postup výpočtu

Zistíme si potrebné hodnoty:

  1. Zistím vlastnosti miestnosti: rozmery (d x š x v), farby na stenách, podlahe, strope a nábytku
  2. Určíme spôsob osvetlenia: všesmerové, lokálne alebo bodové
  3. Zvolíme osvetľovacie zariadenie. Údaje o zariadení by mali umožniť vypočítať svetelný tok zariadenia, teda počet lúmenov. Buď počet lúmenov udáva výrobca, alebo si ho vypočítame podľa elektrického výkonu a účinnosti zariadenia. Prepočet je 1 lm = 1,46 mW svetla.

Vypočítame:

  1. Vypočítame osvetlenú plochu miestnosti S. Pre všesmerové osvetlenie sú to steny, podlaha a strop.
  2. Zvolíme osvetlenie E alebo ilumináciu povrchu. Osvetlenie [lux] volíme podľa účelu miestnosti (odporúčané osvetlenie miestností) a farby osvetlenia (graf svetelnej pohody). Biele plochy miestnosti zosilňujú celkovú ilumináciu a to môžeme využiť pri šetrení, stačia slabšie alebo menej osvetľovacích zariadení. Napríklad pri bielych stenách a strope, a svetlo hnedej podlahe bude pri všesmerovom osvetlení iluminácia bieleho povrchu 2x väčšia ako jeho priame osvetlenie žiarovkami.
  3. Potrebný svetelný tok na osvetlenie miestnosti vypočítame: fí = E . S ... kde E - je osvetlenie [lux] a S - je osvetľovaná plocha [m2].
  4. potrebný počet zariadení: n = Emiestnosti / Ežiarovky ... kde Emiestnosti - je potrebný svetelný tok pre miestnosť [lm], a Ežiarovky - je svetelný tok osvetľovacieho zariadenia [lm]

5.2. Príklady výpočtov

Príklad 1: Osvetlenie haly LED čipmi.

Zistené hodnoty:

  1. miestnosť: hala 8 x 4 x 2,7 m, biele steny, svetlohnedá podlaha
  2. spôsob osvetlenia: všesmerové
  3. zvolené osvetľovacie zariadenie: LED dióda Cree XML U2, 560 lm pri 1,4 A a 2,0 V

Výpočet:

  1. osvetlená plocha miestnosti (steny, podlaha, strop): S = 8 . 4 + (8 + 4 + 8 + 4) . 2,7 + 8 . 4 = 130 m2
  2. zvolená iluminácia bieleho povrchu: 300 lux, vzhľadom na farby miestnosti stačí polovičné osvetlenie: 150 lux
  3. potrebný svetelný tok na osvetlenie miestnosti: 150 lux x 130 m2 = 20 000 lm
  4. potrebný počet zariadení: 20 000 lm / 560 lm/ks = 36 ks

Príklad 2: Osvetlenie kuchyne žiarovkami.

Zistené hodnoty:

  1. miestnosť: kuchyňa, rozmery 2,2 x 3,4 x 2,7 m, biele steny, svetlohneda podlaha
  2. spôsob osvetlenia: všesmerové
  3. zvolené osvetľovacie zariadenie: všesmerová žiarovka 60 W, 2700 K

Výpočet:

  1. osvetlená plocha miestnosti (steny, podlaha, strop): S = 2,2 . 3.4 + (2,2 + 3,4 + 2,2 + 3,4) . 2,7 + 2,2 . 3,4 = 45 m2
  2. zvolená iluminácia bieleho povrchu: 100 lux, vzhľadom na farby miestnosti stačí polovičné osvetlenie: 50 lux
  3. potrebný svetelný tok na osvetlenie miestnosti: 50 lux x 45 m2 = 2 250 lm
  4. svetelný tok žiarovky: 60 W . 2 % / 0,00146 W/lm = 820 lm
  5. potrebný počet zariadení: 2 250 lm / 820 lm/ks = 3 ks

Príklad 3: Osvetlenie bielej kuchynskej dosky 0,6 m x 2,0 m LED pásom s účinnosťou 20 % a teplotou svetla 6000 K.

Výpočet:

  1. plocha: 0,6 m x 2,0 m = 1,2 m2
  2. zvolené osvetlenie: 400 lux
  3. potrebný svetelný tok: 400 lux x 1,2 m2 = 500 lm = 500 lm x 0,001464 W/lm = 0,732 W
  4. elektrický výkon LED-iek: 0,732 W : 20 % = 3,66 W

1. Linky

6. Úlohy na opakovanie

  1. Prepočítajte na lúmeny: žiarovka 60 W, žiarivka 20 W, LED: 5 W.
  2. Vypočítajte účinnosť v % pre tieto zariadenia: žiarovka 27 lm/W, žiarivka 96 lm/W, LED 205 lm/W.
  3. Uveďte príklad teploty a vhodného osvetlenia (lux) pre teplé, denné a studené svetlo.
  4. Vypočítajte potrebný elektrický výkon LED žiaroviek s bielym svetlom s teplotou 6.000 K a účinnosťou 200 lm/W na všesmerové osvetlenie miestnosti 4 m x 8 m x 2,8 m s bielymi stenami a svetlohnedou podlahou.

Zdrojová tabuľka pre výpočet osvetlenia: http://www.klasici.sk/sites/default/files/VypocetOsvetlenia.ods .

PrílohaVeľkosť
TeplotaFarieb.png152.46 KB
PlanckovZakon.png92.32 KB
TeplotaSvetla2.png112.37 KB
GrafSvetelnejPohody.png130.36 KB
TeplotaSvetlaZiaroviek.png292.59 KB
cri.jpg26.58 KB
cri.png91.14 KB
ansiwhite.jpg395.35 KB
PrikladLambdaCRI.png44.35 KB
UkazkaOsvetleniaUliceVybojkovAleboLED.jpg103.95 KB
FarebneReceptoryOka.jpg65.58 KB
CitlivostFotoreceptorovOka.jpg89.58 KB
SpektrumRoznychMaterialov.JPG78.38 KB
CieColorSystem.png39.49 KB
FerebneOdtieneBateriek.jpg270.51 KB
LED.png201.77 KB
vybojky.png94.73 KB
halogen.png85.84 KB
ziarovka.png26.67 KB
ChemickeOsvetlenie.png306.3 KB
OsvetlenieZeme.png128.53 KB
OsvetlenieMiestnostiRoznymiZdrojmi.png942.05 KB
OsvetlenieVsesmeroveBodove.png574.15 KB
VelicinyPojmy.png39.01 KB
PrikladVyzarovacíUhol.png25.45 KB
Steradian.png49.55 KB
IluminaciaSmerovostFarbaOsvetlenia.png9.95 KB
PrikladyLumen.png114.79 KB
PrikladyCandela.png99.95 KB
SmerovostLumen.png186.49 KB
patice.png284.85 KB
IluminaciaSmerovostFarbaOsvetlenia.png7.77 KB
steradian.jpg16.72 KB
steradian2.jpg10.74 KB
DistribucnyDiagramSvietivost.gif10.63 KB
VypocetOsvetlenia.ods16.41 KB

14. Meranie

Otázky na opakovanie

  1. Definujte a uveďte príklad z praxe pre prístroje:
    • pracovný, metrologický, etalón
    • zobrazovacie, zapisovacie, kumulačné
    • analógové, digitálne
    • dotykové, bezdotykové
  2. Definujte jednotku deciBell (dB) pre napätie, prúd a výkon. Akú hodnotu má 1 dBmV?
  3. Popíšte činnosť osciloskopu:
    • Čo meria?
    • Načo má časovú základňu?
    • Aký vplyv má šírka pásma na presnosť zobrazenia?
    • Aký vplyv má vzorkovacia frekvencia na presnosť vykreslenia?
  4. Popíšte chyby merania
    • Ako vznikajú a ako ich možno potlačiť - presnosť meracích prístrojov, správnosť metódy, sústredenie človeka, štatistické zhodnotenie - odchýlky, vyradenie
    • V tabuľke vyraďte zle namerané hodnoty, vypočítajte priemernú hodnotu a odchýlky.
    • Ako ovplyvňuje veľkosť výslednej chyby pri sčítaní, odčítaní, násobení a delení veličín so známymi presnosťami v %?
  5. Popíšte meranie pomocou lacného multimetra. Kam sa zasúvajú farebné vodiče a na aký rozsah sa nastaví prepínač pri meraní jednosmerného alebo striedavého napätia alebo prúdu, alebo odporu?

15. Maxwellove rovnice

zdroj: https://sk.wikipedia.org/wiki/Maxwellove_rovnice

Maxwellove rovnice sú základné zákony elektromagnetického poľa. Možno ich zapísať buď v integrálnom alebo diferenciálnom tvare. V integrálnom tvare opisujú elektromagnetické pole v istej oblasti a v diferenciálnom tvare v určitom bode tejto oblasti.

Formulácia Maxwellových rovníc

Nižšie uvedený zápis je platný v jednotkách sústavy SI. V iných sústavách sa v zápise objavujú navyše konštanty ako napr. rýchlosť svetla c a 4 π (Ludolfovo číslo) v sústave CGS.

1. Maxwellova rovnica (zákon celkového prúdu, zovšeobecnený Ampérov zákon)

integrálny tvar:

c ⁡ H ⋅ dl = I + dΨ / dt
Ψ ≡ ∫S D ⋅ dS
I = ∫S j ⋅ dS

Cirkulácia vektoru H po ľubovolnej orientovanej uzavretej krivke c je rovná súčtu celkového vodivého prúdu I a posuvného prúdu d Ψ d t , uzavretého krivkou c, Krivka c a ľubovolná plocha S, ktorú krivka vymedzuje sú navzájom pravotočivo orientované.

diferenciálny tvar:

∇ × H = j + ∂D . ∂t

Rotácia vektoru intenzity magnetického poľa H je rovná hustote vodivého prúdu j a hustote posuvného (Maxwellovho) prúdu ∂ D ∂ t .

2. Maxwellova rovnica (Zákon elektromagnetickej indukcie, Faradayov indukčný zákon)

integrálny tvar

c ⁡E ⋅ dl = − dΦ . dt , Φ ≡ ∫S B ⋅ dS

Cirkulácia vektoru E po ľubovolnej orientovanej uzavretej krivke c je rovná záporne vzatej časovej derivácii magnetického indukčného toku prechádzajúceho plochou S, ktorá je ohraničená krivkou c. Krivka c a ľubovolná plocha S, ktorú krivka obopína, sú vzájomne orientované pravotočivo.

diferenciálny tvar

∇ × E = − ∂B . ∂t

Rotácia vektoru intenzity elektrického poľa E je rovná záporne vzatej časovej derivácii magnetickej indukcie B .

3. Maxwellova rovnica (Gaussov zákon elektrostatiky)

integrálny tvar

S D ⋅ dS = Q
Q = ∫V ρ . dV

Elektrický indukčný tok ľubovoľnou von orientovanou plochou S je rovný celkovému voľnému náboju v priestorovej oblasti V ohraničenej plochou S.

diferenciálny tvar

∇ ⋅ D = ρ

Divergencia vektoru elektrickej indukcie D je rovná objemovej hustote voľného náboja ρ. Ekvivalentná formulácia: siločiary elektrickej indukcie začínajú alebo končia tam, kde je prítomný elektrický náboj.

4. Maxwellova rovnica (Zákon spojitosti magnetického indukčného toku)

integrálny tvar

S B ⋅ dS = 0

Magnetický indukčný tok ľubovolnou uzavrenou orientovanou plochou S je rovný nule.

diferenciálny tvar

∇ ⋅ B = 0

Divergencia vektoru magnetickej indukcie B je rovná nule. Ekvivalentná formulácia: neexistujú magnetické monopóly (neexistujú magnetické náboje).

V Maxwellových rovniciach boli použité fyzikálne premenné:

Označenie - Význam - Jednotka SI
E - intenzita elektrického poľa - V/m
H - intenzita magnetického poľa - A/m
D - elektrická indukcia - C/m²
B - magnetická indukcia - T
ρ - hustota voľného náboja - C/m³
j - hustota prúdu - A/m²

Materiálové vzťahy pre materiály s lineárnou závislosťou

Pre širokú triedu materiálov možno predpokladať, že sú veličiny hustota polarizácie P (C/m2) a hustota magnetizácie M (A/m) vyjadrené ako:

P = χe ε0 E
M = χm H

a že pole D a B sú s E a H sú zviazané vzťahmi:

D = ε0 E + P = ( 1 + χe ) ε0 E = ε E
B = μ0 ( H + M ) = ( 1 + χm ) μ0 H = μ H

kde:

χe - je elektrická susceptibilita materiálu,
χm - je magnetická susceptibilita materiálu
ε - je elektrická permitivita materiálu
μ - je magnetická permeabilita materiálu

V nedisperznom izotropnom prostredí sú ε a μ skaláry nezávislé od času, takže Maxwellove rovnice prejdú na tvar:

∇ ⋅ ε E = ρ
∇ ⋅ μ H = 0
∇ × E = − μ∂ . H . ∂t
∇ × H = j + ε ∂E . ∂t

V homogénnom prostredí sú ε a μ konštanty nezávislé od polohy a možno teda ich polohu zameniť s parciálnymi deriváciami podľa súradníc.

Všeobecne môžu byť ε a μ tenzormi druhého stupňa, ktoré potom odpovedajú popisu dvojlomových (anizotropných) materiálov. Nehľadiac na tieto priblíženia však každý reálny materiál vykazuje istú materiálovú disperziu, kvôli ktorej ε alebo μ závisí na frekvencii.

Pre väčšinu typov vodičov platí medzi prúdom a elektrickou intenzitou Ohmov zákon v tvare

j = γ E
kde γ je merná vodivosť daného materiálu.

Maxwellove rovnice ako vlnové rovnice potenciálov

Ekvivalentne (a často s výhodou) možno vyjadriť Maxwellove rovnice pomocou skalárneho a vektorového potenciálu Φ, ktoré sú definované tak, aby platilo

B = ∇ × A E = − ∇ Φ − ∂ A ∂ t

E sa pritom nezmenia, ak od potenciálu Φ , alebo k A pričítame ∇ ξ, kde ξ je ľubovolná skalárna funkcia. Preto pre jednoduchosť výsledných rovníc môžeme navyše zvoliť tzv. Lorentzovu kalibračnú podmienku

∇ ⋅ A + ε μ ∂Φ / ∂t = 0

Maxwellove rovnice potom majú tvar vlnových rovníc v časopriestore

◻ Φ = − ρ ε
◻ A = − μ j

kde ◻ je d’Alembertov operátor.

V špeciálnej teórii relativity tvorí elektrický a magnetická potenciál dohromady štvorvektor nazývaný štvorptenciál A ν . D'Alembertov operátor je tiež možné zobecniť na štvorvektory. V tomto formalizme (a s predpokladom Lorenzovej podmienky) sa dajú všetky Maxwellove rovnice napísať pomocou jednej nehomogénnej vlnovej rovnici

◻ Aν = − μ Jν

kde Jν je elektrický štvorprúd a μ je permeabilita. Vo vákuu je štvorprúd nulový, takže rovnica sa stane homogénnou a jej riešenie zodpovedá šíreniu elektromagnetických vĺn.

16. Elektrické zariadenia motorových vozidiel

http://klasici.sk/old/skola/ss/mov/MOV4.htm

1. Druhy elektrických sústav

Podľa napätia:

  1. jednosmerné - sú najrozšírenejšie, dôvodom je použitie akumulátora
    • 6 V - malé motocykle
    • 12 V - osobné autoobily a veľké motocykle
    • 24 V - stredné a ťažké úžitkové automobily
  2. vyššie napätia
    • striedavé: ak nie je potrebný akumulátor
    • kombinované

Podľa počtu vodičov:

  1. 1-vodičová sústava - druhým vodičom je kovová kostra automobilu obvykle pripojená na záporný pól kvôli kratšiemu oblúku pri skrate a menšej korózii kostry
  2. 2-vodičová sústava - druhý vodič je privedený k riadiacej jednotke
  3. multiplex - informácie sa prenášajú do každého zariadenia po jednom spoločnom vodiči

2. Elektrické zariadenia

  1. zdroje elektrickej energie - akumulátor, alternátor, dynano, nabíjačka
  2. elektrická inštalácia - káble, poistky, svorky, zásuvky, spínacia skrinka a spínače
  3. spotrebiče
    • štartovacie zariadenia - elektromotor, ohrievač motora
    • zapaľovanie - mechanické alebo elektronické
    • prevádzkové spotrebiče - osvetlenie, signalizácia, stierače, ostrekovače, vykurovanie
  4. riadiace
    • regulátor alternátora - zabezpečí stabilné napätie alternátora
    • snímače - poloha kľukovky, lambda sonda, tlak v pneumatikách
    • mikroprocesor - riadiaci motor
    • systémy riadenia podvozku - ABS (proti šmyku), ASR (proti pretáčaniu kolies), BAS (regulácia brzdenia)
    • komfortné systémy - klimatizácia, centrálne uzamykanie, otvárenie okien, nastavovanie sedadiel, ovládanie svetiel a stieračov
    • komunikácia a médiá - tiesňové volania, navigácia, MP3, DVD, telefón, nočné videnie
    • senzorové ovládanie - automatické brzdenie, parkovanie, riadenie
    • informačné a diagnostické zaiadenia - o činnosti motora, vonkajšie informácie, zistenie príčiny poruchy
  5. elektrická výbava - náhradné žiarovky, poistky a sviečky

3. Elektrické schémy

Typy schém:

PrílohaVeľkosť
ZnackyElektrotechnickeAuto..gif5.15 KB

4. Olovený akumulátor

Časti

  • nádoba - tvrdená guma, alebo polypropylén
  • elektródy, dosky (-) - šedé hubovité olovo (Pb), (+) - hnedý oxid olovičitý (PbO2)
  • separátory
  • elektrolyt - vodou zriedená kyselina sírová (H2SO4) s koncentráciou 35% obj. v plne nabitom akumulátore, pri 20°C 1,285 g/cm3. Elektrolyt môže byť nasiaknutý do sklenej vaty (AGM) alebo ztužený do gelu.
  • pólové mostíky
  • zátky
  • kladný a záporný vývod - (+) je hrubší

Chemicky vratná reakcia

Vybíjaním sa hmota zápornej aj kladnej elektródy premieňa na síran olovnatý (PbSO4) a z elektrolytu ubúda kyselina sírová, a pribúda voda. Pri vybíjaní klesá koncentrácia elektrolytu, pri nabíjaní stúpa.

Celková reakcia vybíjania:

Pb + 2H2SO4 + PbO2 → 2PbSO4 + 2H + 2O

Táto reakcia prebieha aj s kyselinou, ktorá je disociovaná iba do 1. stupňa na H+ a HSO4−. Rovnice potom vyzerajú následovne:

Napätie

  • Menovité napätie jedného článku: 2 V, 6-článkovej batérie: 12 V - tá je uvažovaná ďalej
  • Napätie naprázdno nabitej: 12,6–12,8 V
  • Napätie naprázdno vybitej: 11,8–12,0 V
  • Napätie pri záťaži pri ktorom sa má ukončiť vybíjanie: 10,5 V
  • Všetky napätia sú platné pre 20 °C, v prípade zmeny teploty sa musia vhodne upraviť. Hodnota udržovacieho napätia sa môže líšiť v závislosti na výrobcovi. V prípade dobíjenia udržovacím napätím sa napätie musí presne nastaviť, pretože nízke napätí spôsobuje sulfatáciu pri ktorej sa na elektródach vykryštalizujesíran olovnatý, a vysoké napätie ich koróziu straty elektrolytu, čo významne skracuje životnosť akumulátorov.

  • Napätie pre občasné dobíjanie batérie: 14,2–14,5 V
  • Napätie, pri ktorom začína výrazná tvorba vodíku a kyslíku: 14,4 V
  • Po ukončení nabíjania batérie do plného nabitia, klesne napätie rýchlo na 13,2 V, a potom pomaly na 12,6 V.
  • Typy

    Podle technológie:

    • so zaplavenými elektródami – napríklad autobatérie – elektrolyt je volne nalaita kapalina mezi elektrodami
    • VRLA z anglického Valve Regulated Lead Acid – ventilem řízené olověné akumulátory; jde o označení zapouzdřených akumulátorů s výrazným omezením vývinu plynů; prakticky vůbec se nevyvíjí kyslík a jen ve velmi malé míře se vyvíjí vodík
      • AGM z anglického Absorbent Glass Mat – elektrolyt je nasáknut ve skelné vatě, která je mezi elektrodami
      • Gelové – elektrolyt je zahuštěný ve formě gelu

    Podľa použitia:

    • Záložné (standby) – napr. UPS, bezpečnostní systémy.
    • Štartovacie – autobatérie
    • Trakčné – golfový vozík, vysokozdvižný vozík

    Vlastnosti

    • Samovoľné vybíjanie akumulátora: 3-20% kapacity za mesiac, novšie typy batérií menej.
    • Cyklus je nabitie a následné vybitie batérie. Životnosť je daná počtom cyklov.
    • Životnosti ovplyvní:
      • hĺbka vybíjania
      • počet hĺbkových vybíjaní
      • spôsob nabíjania batérie
      • prevádzkové teploty
      • spôsob skladovania
    • Sulfatácia - je kryštalizácia PbSO4 na elektródach, čím sa obmedzuje prúd a kapacita batérie. Desulfatizovať možno batériu impulzami nabíjania a vybíjania, napríklad striedavé napätie usmernené diódou a batéria zaťažená žiarovkou.
    • Využiteľná kapacita je menšia ako údaj v ampárhodinách (Ah) napísaný na batérii, pretože batériu nemožno úplne vybiť, v zime klesá kapacita batérie, starnutím a sulfatáciou kapacita klesá tiež.
    • Rozdelenie batérií podľa určenia

      ŠTARTOVACIE BATÉRIE

      Olovené batérie určené pre štartovanie nie sú navrhnuté pre hlboké vybitie – majú veľký počet tenkých elektród kvôli čo najväčšej ploche a tým čo najväčšiemu prúdu, ale hlbokým vybitím môžu byť ľahko poškodenie. Opakované hlboké vybitie spôsobí stratu kapacity a významne zníži životnosť. Štartovacie batérie sa skladujú odpojené a mali by sa pravidelne dobíjať podľa doporučenia výrobca (napr. každé 3 mesiace), aby se predišlo sulfatácii.

      TRAKČNÉ BATÉRIE

      Špeciálne betérie navrhnuté na pohon napríklad manipulačnej techniky, golfových vozíkov, nožnicových plošín. Tieto batérie sú rozdelené na článkové 2V a na blokové 6V; 8V; 12V. Konštrukcia článku je najčastejšie mriežková olovená elektróda s vlisovanou aktívnou hmotou a ďalej medzi elektródami odděľujúce separátory. Konštrukcia blokové batérie je buď mriežková elektróda alebo trubková elektróda. Tieto batérie sú stavané na dlhodobé odoberanie energie a následne znovu nabitie. napr. manipulačná technika a batérie v nej je stavaná na 8 hod. prevádzku. Je nutné pre tieto trakčné batérie dodržanie cyklov a to nabitie na 100% a následné odobratie 80% a tak ďalej sa opakuje, tento úkon je jeden nabíjací cyklus. Štandardná trakčná článková batéria má 1500 nabíjacích cyklov a blokové batérie napríklad pre golfové vozíky od 400 do 1200 nabíjacích cyklov. tieto batérie ak su hlboko vybité - pod ostávajúcich 20% energie, sulfatujú a znižuje se daná kapacita batérie až do trvalého poškodenia, nesmú sa teda hlboko vybíjať a ďalej ani medzidobíjať.

PrílohaVeľkosť
BateriaZlozenie.png333.1 KB

5. Lítiová batéria

Lithium-iontová (Li-Ion) batéria je rozšírená v prenosnej elektronika a používa sa v elektromobiloch.

Technológia

Anóda je vyrobená z uhlíku, katóda je oxid kovu, a elektrolyt je lítiová soľ v organickom rozpúšťadle.

Základná zjednodušená chemická reakcia:

Li1/2CoO2 + Li1/2C6 ⇆ C6 + LiCoO2

Vo vnútri každej bežnej batérie je (battery packu) je čip, ktorý stráži stav a kontroluje priebeh nabíjania.

Zásoby lítia sa odhadujú na pokrytie výroby 10 miliárd automobilov. Pri odhadovanom počte automobilov a životnosti akumulátorov nemožno očakávať pokrytie spotreby do konca 21. storočia, ak se od polovice storočia budú vyrábať iba elektromobily.

Napätie

  • Menovité napätie článku podľa normy: 3,6 V, v USA 3,7 V, batérie 7,2 - 10,8 - 14,4 - 18 V, niektorí výrobcovia uvádzajú aj iné hodnoty.
  • Skutočné napätie: 3 – 4,2 V.
  • Pomocná elektronika zisťuje mieru vybitia podľa napätia batérie, prekročenie nabíjacieho a vybíjacieho napätia, odpojí batériu po nabití, napr. pri 4,2 V. Bráni tak zničeniu akumulátora a predlžuje jeho životnosť.

Výhody

  • Možno vyrobiť rôzne tvary.
  • Vysoká kapacita v malom objeme a hmotností. 200 Wh/kg, 530 Wh/l – 3x väčšia ako u Ni-MH.
  • Skoro žiadne samovybíjanie (do 5 %).
  • Nemá pamäťový efekt – možno je kedykoľvek nabíjať.
  • Netreba ju formátovať – niekoľkokrát nabíjať a vybíjať pred prvým použitím
  • Vysoké nominálne napätie: 3,6 V
  • Životnosť 500 – 1200 nabíjacích cyklov.

Nevýhody

  • Batéria starne, teda stráca kapacitu, bez ohľadu či sa používa alebo nie. Rýchlosť starnutia sa zvyšuje teplotou, väčším nabitím, vyšším vybíjacím prúdom.
  • Nebezpečie výbuchu alebo zapálenia pri nesprávnom používaní (skratovanie, nabíjanie na vyššiu kapacitu).
  • Vadí jej úplné vybitie. Keď se dostane pod napätie 2,8 V, je veľmi ťažké ju znovu „oživiť“, napríklad keď je dlho vybitá.

Ako predĺžiť životnosť

  • Skladujte a používajte ich pri nižších teplotách (5 - 15 °C).
  • Nenechávajte zbytočne dlho plne nabité nebo úplné vybité batérie stáť.
  • Neudržujte stále pri 100% nabití. Ideálne je udržiavať akumulátor medzi 20% - 80% kapacity. Pri 40% nabití je životnosť 3 x dlhšia.
  • Nevybíjajte do úplného vybitia. S hĺbkou vybíjania (DoD) se životnosť batérie znižuje. Občasné vybíjanie, ktoré je často doporučované, rekalibruje indikátor nabitia, ale životnosti batérie neprospieva.

6. Automobilový alternátor

Stator má na obvode plechy, v ktorých sú drážky. V drážkach je uložené pracovné vinutie, v ktorom sa indukuje napätie. Vinutie môže byť 3-ázové nebo 1-fázové. Trojfázové vinutí býva zapojené do hviezdy s vyvedeným stredným vodičom. Striedavé napätie sa usmerňuje usmerňovačom.

Rotor obsahuje kotvu, ktorá vytvára hlavné magnetické pole. Na obvode môžu byť elektromagnety s budiacim vinutím. Alebo je cievka vinutá v smere osi, magnetické póly sú vyvedené na obvod pomocou 12 pólových nástavcov z magneticky mäkkej oceli. Vinutie je vyvedené na konci rotoru na zberacie krúžky s povrchom z medi, od seba a od kostry izolované. Na krúžky dosadajú kefky, uhlíky, ktorým sa privádza prúd z regulátora. Kotva je poháňaná pomocou klíinového remeňa. Na oboch stranách osy sú guličkové ložiská.

Regulátor alternátora má za úlohu meniť budiaci prúd tak, aby alternátor vytváral požadované napätie pri rôznych otáčka. Pri nižších otáčkach dodáva väčší prúd, pri vyšších menší. Pracuje na princípe spätnej väzby, kedy sa sleduje výstupné napätie alternátora. Ak je vysoké, budiaci prúd sa zníži, ak je nízke, budiaci prúd sa zvýši.

Regulátor:

Usmerňovač:

Schéma:

PrílohaVeľkosť
alternator_konstrukcia.png210.53 KB
alternator_rebuilt.jpg71.58 KB
AlternatorVmotore.jpg52.72 KB
RegulatorSkoda.jpg8.66 KB
UsmernovacSkoda.jpeg7.09 KB
AlternatorSchema.gif6.93 KB
AlternatorSchema.gif7 KB

Otázky na opakovanie

  1. Aké napätia a počty napájacích vodičov sa používajú v automobiloch?
  2. Vymenujte elektrické zariadenia v motorových vozidlách:
    1. zdroje elektrickej energie
    2. elektrická inštalácia
    3. spotrebiče
    4. riadiace
    5. elektrická výbava
  3. Aký je rozdielmedzi blokovou, náučnou a zapojovacou schémou? Uveďte názov značiek:

  4. Olovený akumulátor: Vymenujte časti a použité materiály. Aké je menovité napätie článku a batérie? Ako sa mení napätie a kapacita v závislosti od nabitia, teploty vzduchu, sulfatácie? Ako sa líšia údržbou, prevádzkou a nabíjaním rôzne typy podľa technológie (so zaplavovanými elektródami, alebo ventilom riadené) a podľa účelu (štartovacie, trakčné, záložné)?
  5. Lítiová batéria: Vymenujte časti a materiály. Aké je menovité napätie článku? Prečo je potrebná pomocná elektronika v článku? Aké má výhody a nevýhody oproti olovenému článku? Ako možno predĺžiť životnosť?
  6. Automobilový alternátor: Čo obsahuje a akú majú funkciu jeho časti: stator, rotor, regulátor a usmerňovač.

  7. Dynamo: Vymenujte časti a ich funkciu. Aký je rozdiel v používaní pri sériovom, paralelnom a kombinovanom zapojení cievok statora a rotora?
PrílohaVeľkosť
ZnackyElektrotechnickeAutoBezPopisu.gif3.13 KB

Fyzika

1. Úvod

1. Medzinárodná sústava jednotiek SI

Systéme International d´Unites [systém enternasjonal dynité], alebo metrická sústava, je u nás uzákonená. V STN sú uzákonené tieto meracie jednotky:

A. Základné jednotky

Pozn.: Pre teplotu sa používa aj stupeň Celzia, °C.

B. Doplnkové jednotky na meranie uhlov - radián (rad) a streadián (sr).

C. Odvodené jednotky - odvodzujú sa zo základných jednotiek. Sú to napríklad m/s, W (watt), J (joule).

Vedľajšie jednotky - nepatria do SI, ale v praxi sa bežne používajú: tona, hodina, minúta, ...

Medzi číslom a značkou sa píše medzera, napr. 20 m. Rozmer fyzikálnej veličiny je zápis veličiny pomocou základných veličín, napr. pre rýchlosť dim v = s / t .... potom jednotka je m/s .

2. Násobky a diely jednotiek - predpony

predpona - názov = násobok číslo = násobok mocnina

Zväčšujúce predpony:

k - kilo = 1 000 = 103
M - mega = 1 000 000 = 106
G - giga = 1 000 000 000 = 109
T - tera = 1 000 000 000 000 = 1012
P - peta = 1015
E - exa = 1018
Z - dzéta = 1021
Y - yotta = 1024

Zmenšujúce predpony:

m - mili = 0,001 = 10-3
µ - mikro = 0,000 001 = 10-6
n - nano = 0,000 000 001 = 10-9
p - piko = 0,000 000 000 001 = 10-12
f - femto f = 10-15
a - atto = 10-18
z - zepto = 10-21
y - yokto = 10-24

Príklad: Vyjadrite bez predpony:

5 km = 5 000 m
100 MJ = 100 000 000 J
30 GW = 30.109 W = 3.10W
200 TJ = 200.1012 J = 2.1014 J
100 mA = 0,1 A
30 ?A = 30.10-6 A = 3.10-5 A
750 nm = 750.10-9 m = 7,5.10-7 m
100 pF = 100.10-12 F = 10-10 F

Príklad: S využitím predpôn vyjadrite:

12 000 A = 12 kA
0,016 m = 16 mm
200 000 000 W = 200 MW

PrílohaVeľkosť
zakladneSI.png9.42 KB

2. Mechanika - 2.1. Kinematika

Pojmy

Teleso môžeme niekedy nahradiť hmotným bodom. Hmotný bod má nulové rozmery a hmotnosť telesa, ktoré nahradzuje. Vzťažná sústava je skupina telies, na ktoré vzťahujeme pokoj alebo pohyb telesa. Pohyb telesa je relatívny. Teleso je v pokoji, ak nemení svoju polohu vzhľadom na okolité predmety, teleso je v pohybe, ak mení polohu vzhľadom na okolité predmety. Trajektória je čiara, ktorú opisuje hmotný bod pri svojom pohybe. Dráha je dĺžka trajektórie. Priemerná rýchlosť vp je podiel dráhy s a času pohybu t.

vp = s / t

Okamžitá rýchlosť v je rýchlosť telesa v danom okamihu na danom mieste. Jednotka je meter za sekundu, m/s .

Príklad 1: Akou priemernou rýchlosťou šiel automobil, ak prešiel 12 km za 5 minút?
s = 12 km = 12 000 m, t = 5 min = 5 . 60 s = 300 s
vp = s / t = 12 000 m / 300 s = 40 m/s = 40 . 3,6 km/h = 144 km/h

Príklad 2: Ako dlho trvá cesta autom na vzdialenosť 30 km priemernou rýchlosťou 90 km/h ?
s = 30 km, v = 90 km/h
v = s / t | . t
v . t = s | /v
t = s / v = 30 km / 90 km/h = 1/3 hod = 60/3 min = 20 min

V cestnej premávke sa používa jednotka km/h: 1 m/s = 3,6 km/h , a naopak: 1 km/h = 1/3,6 m.s-1 Odvodenie: 1 km/h = 1000 m / 3 600 s = 1/3,6 m/s ..... 1 / m.s-1 = 3,6 km/h

Príklad 3: Akú vzdialenosť prejde automobil za jednu sekundu pri rýchlosti 100 km/h ?
100 km / h = ( 100 / 3,6 ) m/s = 28 m

Klasifikácia pohybov

Podľa tvaru trajektórie:

  1. posuvný - body telesa opisujú rovnaké krivky
  2. otáčavý - body opisujú sústredené kružnice

Podľa okamžitej rýchlosti:

  1. rovnomerný - okamžitá rýchlosť sa nemení
  2. rovnomerne zrýchlený - okamžitá rýchlosť sa rovnomerne zväčšuje
  3. rovnomerný pohyb po kružnici - trajektória je kružnica, rýchlosť sa nemení

A. Rovnomerný pohyb

Teleso prejde za rovnaký čas rovnakú dráhu.

B. Rovnomerne zrýchlený pohyb

Teleso prejde za rovnaký čas stále väčšiu dráhu.

Rýchlosť pohybu rovnomerne rastie (klesá). Zrýchlenie je podiel prírastku rýchlosti a času zmeny rýchlosti. Jednotka je m/s2.
a = ?v / ?t
?v = rozdiel rýchlostí
?t = čas zmeny rýchlosti

Príklad: Aké zrýchlenie má auto, ak zrýchli z 0 na 100 km/h za 3,6 sekundy?
?v = 100 km/h = 100 / 3,6 m/s = 28 m/s
?t = 3,6 s
a = ?v / ?t = 28 m/s / 3,6 s = 7,8 m/s2 = 0,8 G

Gravitačné zrýchlenie pôsobí na všetky telesá nad povrchom zeme. Má hodnotu g = 9,81 m/s2 . Preto zrýchlenie môžeme vyjadrovať ako násobky g.

Voľný pád:

Príklad: Akú rýchlosť má padajúci kameň za 3 sekundy pádu?
g = ?v / ?t ..... ?v = g . ?t = 9,81 m/s . 3 s = 30 m/s = 30 . 3,6 km/h = 106 km/h

PrílohaVeľkosť
otacavy_pohyb.gif389 bajtov
posuvny_pohyb.gif556 bajtov
rovnomerne_zrychleny_pohyb.gif896 bajtov
rovnomerny_pohyb2.gif804 bajtov
volny_pad.gif447 bajtov

2.2. Dynamika

Vzájomné silové posobenie telies

Sila je vektorová veličina - má veľkosť a smer. Kreslí sa ako orientovaná úsečka.

Telesá na seba navzájom pôsobia silou. Napríklad teleso posobí na podložku tiažovou silou, a podložka naň posobí opačnou silou. Dynamický účinok sily sa prejavujú zmenu pohybu telesa vplyvom sily. Isac Newton [izak ňútn] bol vedec, ktorý sformuloval zákony súvisiace s účinkami síl.

I. Newtonov pohybový zákon - zákon zotrvačnosti

Každé teleso zotrváva v relatívnom pokoji, alebo v rovnomernom priamočiarom pohybe, kým nie je silovým posobením iného telesa nútené tento stav zmeniť.

Hybnosť telesa je súčin rýchlosti v a hmotnosti m telesa.
p = m . v

Príklad: Automobil má hmotnosť 1 000 kg a rýchlosť 72 km/h. Akú má hybnosť?
v = 72 km/h = 72 / 3,6 m/s = 20 m/s, m = 1 000 kg
p = m . v = 1 000 kg . 30 m/s = 30 000 kg.m.s-1

Príklad: Akú hybnosť má vlak s hmotnosťou 2 000 ton a rýchlosťou 36 km/h ?
m = 2 000 t = 2 000 000 kg, v = 36 km/h = 10 m/s
p = m . v = 3 000 000 kg . 10 m.s-1 = 30 000 000 kg.m.s-1

2. Newtonov pohybový zákon

Veľkosť zrýchlenia a, ktoré udeľuje sila F telesu hmotnosti m je priamo úmerná veľkosti tejto sily F (pri rovnakej hmotnosti telesa) a nepriamo úmerná hmotnosti telesa.
a = F / m ..... m - je takzvaná zotrvačná hmotnosť, je mierou zotrvačnosti telesa pri jeho zrýchľovaní.

Príklad: Na automobil s hmotnosťou 1 000 kg pôsobí motor silou 2 000 N. Aké má zrýchlenie?
m = 1 000 kg, F = 2 000 N
a = F / m = 2 000 N / 1 000 kg = 2 m.s-2
To znamená, že na rýchlosť 30 m/s = 108 km/h zrýchli za 15 sekúnd.

Tiažová sila G je príťažlivá sila, ktorou sú priťahované všetky telesá ku Zemi.
G = m . g

Príklad: Akou tiažovou silou posobí človek s hmotnosťou 90 kg na podlahu ?
m = 90 kg, g = 10 m.s-2 G = m . g = 90 kg . 10 m.s-2 = 900 kg.m.s-2 = 900 N

Tretí pohybový zákon - zákon akcie a reakcie

Každá akcia vyvolá rovnako veľkú reakciu opačného smeru.

Sily, ktorými navzájom na seba telesá posobia sú rovnako veľké, navzájom opačného smeru a súčasne vznikajú a zanikajú. Jedna sila sa nazýva akcia, druhá reakcia.

Príklady: spätný náraz pri strelných zbraniach, odstredivá a dostredivá sila.

Trecia sila Ft je brzdiaca sila, ktorá pôsobí na teleso. Teleso sa začne pohybovať, keď je prekonaná trecia sila.

Teleso urýchluje sila, ktorá je rozdielom pôsobiacej a trecej sily DF = F - Ft
a = DF / m = ( F - Ft ) / m

Príklad: Teleso má hmotnosť 100 kg. Pôsobí naň sila 300 N a trecia sila 100 N. Aké je zrýchlenie telesa?
m = 100 kg, F = 300 N, Ft = 100 N
a = ( F - Ft ) / m = (300 N - 100 N) / 100 kg = 200 N / 100 kg = 2 m.s-2

Príklad: Na automobil s hmotnosťou 1 600 kg pôsobí sila motora 2 000 N a trecia sila 400 N. Aké je zrýchlenie automobilu?
m = 1 600 kg, F = 2 000 N, Ft = 400 N
a = ( F - Ft ) / m = (2 000 N - 400 N) / 1 600 kg = 1 600 N / 1 600 kg = 1 m.s-2

PrílohaVeľkosť
akcia_reakcia.gif1.63 KB
trecia_sila.gif1.14 KB
vektor_sila.gif947 bajtov

2.3. Mechanická energia

Mechanická práca

Teleso koná mechanickú prácu W, ak pôsobí silou na iné teleso, ktoré sa pôsobením tejto sily premiestňuje po určitej trajektórii.

W = F . s ..... W - mechanická práca, F - sila, s - dráha. Jednotka mechanickej práce je Joule [džaul], J.

Mechanická energia

Mechanická energia telesa môže mať dva formy: 1. potenciálna energia Ep - je schopnosť telesa konať prácu, napr. stlačená pružina, alebo teleso vo výške 2. pohybová (kinetická) energia Ek - je schopnosť pohybujúceho sa telesa konať prácu

Tiažová potenciálna eneria

Ep = G . h = m . g . h

Príklad: Automobil má hmotnosť 2 000 kg a je na kopci vo výške 100 m. Akú má polohovú energiu?
m = 2 000 kg, h = 200 m, g = 10 m.s-2
Ep = m . g . h = 2 000 kg . 10 m.s-2 . 100 m = 2 000 000 J = 2 MJ
(na to je potrebná asi 0,2 l benzínu/nafty)

Kinetická energia

Ek = FG . h = m . g . 1/2 . g . t2 = 1/2 . m . g2 . t2 = 1/2 . m . v2
Ek = 1/2 . m . v2

Príklad: Automobil má hmotnosť 2 000 kg a rýchlosť 72 km/h. Akú má pohybovú energiu?
m = 1 000 kg, v = 72 km/h = 20 m/s
Ek = 1/2 . m . v2 = 0,5 . 2 000 kg . (20 m.s-1)2 = 1 000 . 400 J = 400 000 J = 400 kJ

Príklad: Koľko energie treba na vyzdvihnutie betónového bloku s hmotnosťou 2 tony do výšky 20 m ?
m = 2 t = 2 000 kg, h = 20 m
Ep = m . g . h = 2 000 kg . 10 m.s-2 . 20 m = 200 000 J = 200 kJ

Príklad: Aká je kinetická energia nákladného vlaku s hmotnosťou 2 000 ton pri rýchlosti 36 km/h ?
m = 2 000 t = 2 000 000 kg, v = 36 km/h = 10 m/s
Ek = 1/2 . m . v2 = 0,5 . 2 000 000 kg . ( 10 m.s-1 )2 = 1 000 000 . 100 J = 100 000 000 J = 100 MJ

Zákon zachovania mechanickej energie

Celková mechanická energia voľne padajúceho telesa sa počas pohybu nemení. Polohová energia (výška) sa mení na kinetickú (rýchlosť).

v bode 1 ..... E = Ep + Ek = 1 000 J + 0 J = 1 000 J
v bode 2 ..... E = Ep + Ek = 0 J + 1 000 J = 1 000 J

Výkon a účinnosť

Priemerný výkon P určíme ako podiel mechanickej práce W a času t za ktorý bola práca vykonaná.
P = W / t ..... Jednotkou je watt, W. Stroj má výkon 1 W, ak vykoná prácu 1 J za 1 s.

Príklad: Stroj vykoná prácu 10 000 J za 2 sekundy. Aký má výkon ?
P = W / = 10 000 J / 2 s = 5 000 W = 5 kW

Stroj premieňa dodanú prácu W0 na užitočnú prácu W. Účinnosť stroja ? je podiel užitočnej dodanej práce.
? = W / W0 ..... W - užitočná práca (J), W0 - dodaná práca (J)
? = P / P0 ..... P - užitočný výkon (W), P0 - dodávaný výkon (J)

Príklad: Z energie paliva 50 MJ vytvorí motor mechanickú energiu 15 MJ. Aká je účinnosť motora?
h = W / Wo = 15 MJ / 50 MJ = 0,3 = 30 %

Príklad: Aká je účinnosť elektromotora, ak odoberá zo siete 2 kW a premení na mechanickú prácu 1 800 W?
P = 1 800 W, Po = 2 kW = 2 000 W
h = P / Po = 1 800 W / 2 000 W = 0,9 = 90 %

Príklad: Aký je priemerný výkon stroja, ak za 1 hodinu vykonal prácu 3,6 MJ ?
t = 1 hod = 3 600 s
W = 3,6 MJ = 3 600 000 J = W / t = 3 600 000 J / 3 600 s = 1 000 W = 1 kW

PrílohaVeľkosť
1.gif1.33 KB
3.gif1.11 KB
4.gif1.05 KB
6.gif1.9 KB

2.4. Gravitácia

Vlastnosti gravitačného poľa: gravitačná sila je veľmi malá, kumuluje sa, nedá sa odtieniť.

Všeobecný gravitačný zákon: Dva hmotné body sa priťahujú rovnako veľkými silami opačného smeru.

Fg = k . m1 . mg / r2

gravitačná konštanta k = 6,67.10--11 N.m2

Príklad: Akou veľkou príťažlivou silou sa priťahujú dva olovené bloky každý s hmotnosťou 1 tona vzdialené od seba 10 cm?
m1 = m2 = 1 t = 1 000 kg, r = 10 cm = 0,1 m
Fg = k . m1.m2 / r2 = 6,67.10-11 N.m2. 1 000 kg . 1 000 kg / ( 0,1 m)2 = 0,007 N

Gravitačné zrýchlenie g určuje zrýchlenie všetkých telies v gravitačnom poli Zeme. Na povrchu Zeme má hodnotu g = 9,81 m.s-2 = 10 m.s-2

PrílohaVeľkosť
241.gif1.48 KB

2.5. Mechanika tuhého telesa

Moment sily

Moment sily M vyjadruje otáčavý účinok sily:
M = F . d ..... d - je rameno sily, je to kolmá vzdialenosť od stredu otáčania ku smeru sily (m), F - pôsobiaca sila (N). Jednotkou momentu sily je Newton meter (Nm).

Príklad: Aký krútiaci moment vyvolá sila 100 N pôsobiaca na kliešte s dĺžkou 20 cm?
d = 20 cm = 0,2 m, F = 100 N
M = F . d = 100 N . 0,2 m = 20 N.m

Momentová veta: Otáčavý účinok síl na tuhé teleso otáčavé okolo nehybnej osi sa ruší, keď vektorový súčet momentov všetkých síl vzhľadom na os otáčania je nulový:
M1 + M2 + M3 + .... + Mn = 0

Napríklad:

F1 . d1 = F2 . d2

Príklad: Aké protizávažie musí mať žeriav, ktorý dvíha závažie 10 ton s ramenom dlhým 20 m, pričom dĺžka ramena s protizávažím je 5 m?
M1 = M2
m1 . g . d1 = m2 . g . d2
m2 = ( m1 . d1 ) / d2 = 10 000 kg . 20 m / 5 m = 40 000 kg = 40 t

Skladanie síl

Sila je vektor. Má svoju veľkosť, smer a pôsobisko.

1. Skladanie rôznobežných síl - robíme pomocou rovnobežníka síl:

  1. Vektor = veľkosť a smer výslednej sily F určíme v rovnobežníku CF1F2 ako vektorový súčet
  2. Pôsobisko výsledej sily je v bode D.

Moment výslednice vzhľadom na ľubovoľnú os sa musí rovnať súčtu momentov zložiek vzhľadom na tú istú os.
M = M1 + M2 + ... + Mn
aby mala výslednica síl na teleso rovnaký otáčavý účinok ako ako sústava síl

2. Skladanie rovnobežných síl:

a) rovnakého smeru

F = F1 + F2
M1 = M2
F1. d1 = F2 . d2
d1 / d2 = F2 / F1

b) opačného smeru

F = F1 - F2
M1 = M2
F1. d1 = F2 . d2
d1 / d2 = F2 / F1

Ťažisko telesa

Ťažnica je priamka prechádzajúca ťažiskom telesa. Ťažisko je priesečník ťažníc. Poloha ťažiska je daná rozložením látky v telese.

Rovnovážna poloha je taká, v ktorej teleso zostáva v pokoji. Stabilita telesa je schopnosť zachovať si rovnovážnu polohu. Vzhľadom na stabilitu existujú polohy:

  1. stála (stabilná) - po vychýlení sa teleso vráti do pôvodnej polohy
  2. vratká (labilná) - po vychýlení sa výchylka ďalej zväčšuje
  3. voľná - po vychílení ostáva teleso v novej polohe

Jednoduché stroje

Páka je tyč, ktorá sa otáča okolo osi kolmej na tyč. Mení veľkosť sily.

Nakolnená rovina zviera s vodorovnou rovinou ostrý uhol = menej ako 45°. Sila potrebná na vytlačenie bremena je menšia ako sila potrebná na jeho zdvihnutie.

Pevná kladka obsahuje upevnené koleso a lano, príp reťaz. Mení len smer sily, nie jej veľkosť.

Skrutka obsahuje naklonenú rovinu zvinutú do skrutkovnice.

Koleso na hriadeli obsahuje koleso a hriadeľ, príp. kľuku.

Klin je trojboký hranol s jednou úzkou stenou - čelom. Malá sila pôsobiaca na úzku stranu (údery kladiva) vyvolá veľké sily pôsobiace na čelo.

Trecia sila pôsobí na teleso proti smeru pohybu.

  1. šmyková trecia sila - posun rovných plôch
  2. valivá odpor - trenie kolies
PrílohaVeľkosť
251.gif2.24 KB
2511.gif1.41 KB
2513.gif2.18 KB
2522.gif1.28 KB
2523b.gif1.33 KB
2532.gif1.22 KB
2533.gif1.03 KB
2534.gif1.02 KB
2535.gif1000 bajtov
2536.gif1.24 KB
2537.gif1.31 KB
2541.gif1.41 KB
2542.gif1.5 KB
2543.gif1.61 KB
2544.gif1.36 KB
2546.gif1.42 KB
skrutka.gif1.77 KB

2.6. Mechanika tekutín

Tekutiny - sú kvapaliny a plyny

Tlak v kvapaline

Pascalov zákon: Tlak vyvolaný vonkajšou silou na voľný povrch kvapaliny ja v každom mieste kvapalného telesa rovnako veľký.

Tlak p je spôsobený silou F, ktorá pôsobí na plochu S.
p = F / S

Príklad: Aký tlak vyvolá piest s plochu 10 cm2 ak naň pôsobí sila 1 000 N ?
S = 10 cm2 = 0,001 m2, F = 1 000 N
p = F / S = 1 000 N / 0,001 m2 = 1 000 000 Pa = 1 MPa

Hydraulické zariadenie sa používa na zväčšenie tlakovej sily. Obsahuje 2 valce rôzneho prierezu spojené trubicou.

p = F1 / S1 = F2 / S2

Druhá sila je toľkokrát väčšia, koľkokrát je väčšia druhá plocha: F2 = F1 . S2 / S1

Príklad: Hydraulické zariadenie má valce s plochou 10 cm2 a 10 m2. Na prvý piest pôsobí sila 1 000 N. Akou silou pôsobí druhý piest?
S1 = 10 cm2 = 0,001 m2, S2 = 10 m2, F1 = 1 000 N
F2 = F1 . S2/S1 = 1 000 N . 10 / 0,001 = 10 000 000 N (1 000 ton)

Hydrostatický tlak

Hydrostatická tlaková sila Fh pôsobí na teleso v hĺbke h. Je spôsobená hmotnosťou kvapliny nad telesom. Hydrostatický tlak phpôsobí na všetky telesá v kvapaline. Veľkosť tlaku závisí od hĺbky a hustoty kvapaliny:
ph = ? . h . g ..... ph - hydrostatický tlak (Pa), h - hĺbka (m), ? - hustota kvapaliny (kg/m3), g - tiažové zrýchlenie (m/s2)

Atmosferický tlak je tlak vzduchu. Na hladine mora má hodnotu 100 kPa.

Príklad: Aký tlak pôsobí v hĺbke 10 metrov pod hladinou vody?
hustota vody ? = 1 000 kg/m3, h = 10 m, g = 10 m.s-2
ph = ? . h . g = 1 000 kg.m-3. 10 m . 10 m.s3-2 = 100 000 Pa = 100 kPa

Archimedov zákon: Teleso úplne ponorené do kvapaliny je nadľahčované hydrostatickou vztlakovou silou, ktorej veľkosť sa rovná tiaži kvapaliny rovnakého objemu, ako je objem ponoreného telesa.
Fvz = ? . V . g ..... Fvz - vztaloková sila (N), ? - hustota vytlačenej kvapaliny (kg/m3), V - objem telesa (m3)

Vztlaková sila pôsobí aj v plynoch. Napríklad balóny, vzducholode.

Príklad: Akou vztlakovou silou pôsobí voda na ponorený sud s objemom 100 litrov?
Fvz = ? . V . g = 1 000 kg.m-3. 0,1 m3 . 10 m.s-2 = 1 000 N (100 kg)

Teleso v sa kvapline vznáša ak jeho hustota sa rovná hustote kvapaliny. Pláve, ak je menšia, klesne na dno, ak je väčšia.

Prúdenie tekutín

Tekutina - je plyn alebo kvapalina.

Rovnica spojitosti:

Súčin prierezu potrubia S a rýchlosť prúdenia v je rovnaký pre všetky prierezy. Preto v užších častiach potrubia tečie voda rýchlejšie. Napríklad tryska na záhradnej hadici.
S . v = konšt.
S1 . v1 = S2 . v1

Príklad: Hadica má prierez 2 cm2. Tečie ňou voda rýchlosťou 0,1 m/s. Na konci hadice je tryska s prierezom 0,2 cm2. Akou rýchlosťou vyteká voda z trysky?

Bernouliho rovnica:

Súčet pohybovej a tlakovej (potenciálnej) energie je pre každý prierez trubice rovnaký. Ek + Ep = konšt.

Preto je v užšej časti potrubia nižší tlak. Tlak môže byť menší ako atmosferický. Tento princíp využíva karburátor. Podtlak na konci trysky spôsobuje miešanie benzínu so vzduchom.

Využitie energie prúdiacej vody: vodné turbíny - výroba elektrickej energie.

Prúdnice znázorňujú trajektórie častíc prúdiacej tekutiny.

Laminárne prúdenie - prúdnice sú rovnobežné, nepretínajú sa.

Turbulentné prúdenie - prúdnice sa zvlňujú a tvoria víry.

Príklady: víry za automobilom, víry za rohmi budov, víry vo vodovodných potrubiach - "hučanie vody".

PrílohaVeľkosť
2611.gif1.22 KB
2612b.gif1.54 KB
2623b.gif1.27 KB
2631.gif1.06 KB
2632.gif1.18 KB
2633.gif1.34 KB
2634.gif1.55 KB
karburator.gif2.05 KB
2623c.gif1.3 KB
2623b.gif1.27 KB
2623a.gif1.26 KB

3. Molekulová fyzika

Teplota a jej meranie

Termodynamická teplota T je teplota telesa vyjadrená v Kelvinoch.

Kelvin K je 273,16-ta časť termodynamickej teploty trojného bodu vody.

Celziova teplota t sa definuje pomocou termodynamickej teploty T vzťahom:
t = ( T - 273,15 ) °C

Trojný bod vody je rovnovážny stav sústavy: ľad + voda + nasýtená para. Bola mu pridelená teplota Tr = 273,16 K = 0,01 °C.

Príklady:
0 K = -273,15 °C
0 °C = 273,15 K
100 °C = 373,15 K
20 °C = 293,15 K
-100 °C = 173,15 K
0 K = - 273,15 °C
373,15 K = 100 °C

Meranie teploty:

  • teplomery - ortuťový, liehový,
  • infrakamery

Teplotu telesa možno meniť:

  1. konaním práce (trenie bŕzd)
  2. výmenou tepla
  3. vedením - z teplejšieho na chladnejšie,
  4. žiarením - tepelné (ohrievač), svetelné (Slnko), UV, gama
  5. prúdením - prenos teplej látky
    • nútené, napríklad čerpadlom, ventilátorom,
    • samovoľné gravitačné, napríklad teplá voda stúpa hore. Samovoľné prúdenie je spôsobené nižšou hustotou zohriatej látky.

Tepelná vodivosť je schopnosť látky prenášať teplo vedením. Tepelné vodiče sú kovy. Tepelné izolanty sú umelé hmoty, drevo, sklo, neprúdiaci vzduch (napr. penový polystyrén).

Základné poznatky

Tepelný pohyb je neusporiadaný pohyb častíc.

Druhy tepelných pohybov:

  • kmitanie - pohyb okolo rovnovážnej polohy
  • difúzia - prenikanie častíc z jednej tekutiny do druhej
  • Brownov pohyb - pohyb častice po určitej trajektórii

Vnútorná energia sústavy sa skladá z tepelnej energie (pohyb častíc) a tlakovej energie (vzájomné silové pôsobenie častíc).

Teplo Q je zmena vnútornej energie sústavy telies. Hovoríme, že teleso prijalo (odovzdalo) teplo. Jednotka je Joule [džaul], J. Staršia jednotka pre prácu bola kalória, cal. 1 cal = 4,2 J .

Výhrevnosť paliva je množstvo tepla, ktoré možno uvoľniť spálením jednotkového množstva paliva (1 kg, 1 liter a pod). Napríklad benzín má 60 MJ/liter.

Plyny, tepelné stroje

Stavová rovnica pre ideálny plyn:
p . V / T = konšt.

Ak sa zmení jedna veličina, úmerne sa zmení aj iná.

Príklady:

  1. pri zvýšení teploty stúpne tlak (spaľovanie paliva vo valci motora),
  2. pri roztiahnutí plynu klesne teplota (výparník v chladničke),
  3. pri stalčení plynu stúpne teplota (stlačenie vzduchu vo valci naftového valca sa silne zahreje).

Tepelný stroj - premieňa tepelnú energiu na mechanickú. Princíp: pracovná látka pri rozpínaní (zväčovaní objemu) koná prácu.

Časť energie plynu sa premení na mechanickú prácu stroja. Účinnosť tepelného stroja ?

je podiel vytvorenej mechanickej práce W1 a dodanej práce W (energie paliva).
? = W1 / W ..... (%)

Účinnosť je vždy menšia ako 100 %. Účinnosť spaľovacieho motora je asi 30 %.

Rozdelenie tepelných strojov:

a) podľa pracovnej látky
- parné
- spaľovacie
b) podľa konštrukcie
- piestové - majú valec s piestom
- turbíny - obsahujú lopatky, ktoré sa roztočia priechodom plynu
- raketové - obsahujú otvor (trysku) ktorou uniká látka

Používajú sa dva typy piestových spaľovacích motorov:

  • zážihové (benzínové) - palivo sa zapaľuje iskrou, palivo je zmes vzduchu a benzínu, alebo zemného plynu,
  • vznetové (Dieselové, naftové) - do stalčeného silne zahriatého plynu sa vstrekuje palivo - nafta.

Tuhé látky

  • kryštalické - majú kryštalickú mriežku = pravidelné usporiadanie častíc na veľkú vzdialenosť. Napríklad monokryštály (kremeň, soľ) a polykraštalické látky (kovy, zeminy, íly),
  • amorfné - rozmiestnenie atómov je iba približne pravidelné, už na malú vzdialenosť sa porušuje. Napríklad sklo, živica, vosk, asfalt.

Topenie - je zmena kryštalickej látky na kvapalinu. Teplota topenia závisí od tlaku. Napríklad stlačený freón je kvapalina. Amorfné látky nemajú teplotu topenia, ale určitý rozsah teplôt pri ktorých sa topia.

Tuhnutie je premena kvapalného telesa na tuhé.

Skupenské teplo topenia Lt je teplo (energia) potrebné na roztopenie tuhého telesa na kvapalinu s tou istou teplotou a hmotnosťou.

Sublimácia je premena tuhého telesa na plynné. Napríklad ľad v mraze, gáfor pri bežnej teplote.

Teplotná rozťažnosť je zväčšovanie rozmerov aj objemu telies pri zvyšovaní teploty. Využitie rozťažnosti: teplomery, spájanie predmetov, dvojkov (bimetal) - pri zmene teploty sa ohne - žehlička, tepelné relé v stykači.

Deformácia tuhých telies

Deformácia je zmena tvaru a rozmerov spôsobená vonkajšími silami.

Pružná (elastická) deformácia - po skončení deformovania nadobudne telesom pôvodný tvar.

Tvárna (plastická) deformácia je trvalá.

Deformovať možno:

  • ťahom - 2 sily opačného smeru smerom von
  • tlakom - 2 sily opačného smeru do vnútra
  • ohybom - podopretie na koncoch, sila pôsobí kolmio v strede
  • šmykom - na hornú a dolnú podstavu telesa pôsobia sily opačného smeru
  • krútením - 2 silové dvojice s opačnými krútiacimi momentmi

Kvapaliny a plyny

Povrchové napätie je sila, ktorá vťahuje molekuly v povrchovej vrstve do vnútra kvapaliny. Táto vrstva sa chová ako pružná blanka.

Vyparovanie je premena kvapaliny na paru, prebieha pri akejkoľvek teplote. Vyparujúca sa kvapalina prijme skupenské teplo vyparovania, preto sa predmety, z ktorých sa odparuje ochladzujú.

Var - vyparovanie aj vo vnútri (bublinky). Teplota varu je vyššia pri vyššom tlaku.

Kondenzácia - para sa mení na kvapalinu.

Nasýtená vodná para je para, ktorá je v rovnovážnom stave so svojou kvapalinou, napr. v uzavretom priestore s vodou.

Vlhkosť vzduchu:

  1. absolútna vlhkosť F je hmotnosť pary m v danom objeme vzduchu V : F = m / V
  2. relatívna j - je podiel husoty vodnej pary a hustoty nasýtenej vodnej pary pri rovnakej teplote a tlaku j = rp / rs

Relatívna vlhkosť sa meria vlasovým vlhkomerom.

Teplota rosného bodu je teplota, pri ktorej sa prehriata vodná para stane nasýtenou, pri ďalšom znižovaní teploty kondenzuje.

PrílohaVeľkosť
adiabaticka expanzia.gif1.3 KB
deformacia krutenim.gif1.65 KB
deformacia ohybom.gif1.6 KB
deformacia smykom.gif1.54 KB
deformacia tahom.gif1.26 KB
deformacia tlakom.gif1.32 KB

4. Mechanické kmitanie a vlnenie

Kmitanie

Periodický pohyb je pravidelne opakujúci sa pohyb. Napríklad pohyb piestu motora, otáčanie kolesa, pohyb stieračov. Kmit je pohyb z ľubovoľnej východiskovej polohy cez všetky polohy. Okamžitá výchylka y je vzdialenosť od rovnovážnej polohy 0. Amplitúda výchylky ym je najväčšia hodnota výchylky. Sínusoida je krivka, ktorá znázorňuje kmitanie telesa na časovej osi.

Netlmené kmitanie je kmitanie bez zmeny amplitúdy.

Tlmené kmitanie je kmitanie s postupným zmenšovaním amplitúdy. Po určitom čase tlmené kmitanie zanikne.

Vlnenie

Vlnenie je šírenie kmitania prostredím. Častice môžu kmitať priečne alebo pozdĺžne na smer šírenia:

  1. priečne vlnenie
  2. pozdĺžne vlnenie

V kvapalinách a plynoch sa šíri len pozdĺžne vlnenie. V pevných látach sa šíria obe druhy vlnenia.

Vlnová dĺžka ? je vzdialenosť dvoch najbližších bodov, ktoré majú rovnakú výchylku z rovnovážnej polohy. Napríklad dva vrcholy vlny.

Príklady vlnových dĺžok:

  • rádiové vlny (100 MHz) - 3 m
  • viditeľné svetlo - menej ako 1 mm

Rýchlosť šírenia vlnenia je rôzna v rôznych prostrediach. Čím je hustejšie prostredie, tým je vyššia rýchlosť.

Príklady rýchlosti zvuku:

  • vzduch: 340 m/s
  • oceľ: 5 000 m/s

Príklad: Za aký čas prejde zvuk vzdialenosť 1 km vo vode a vo vzduchu ?
v = s / t ... t = s / v
vzduch: t = s / v = 1 000 m / 340 m/s = 3 s
voda: t = s / v = 1 000 m / 1 000 m/s = 1 s

Akustika

Zvuk je mechanické vlnenie. Tón je zvuk s nemennou frekvenciou. Výška tónu je jeho frekvencia. Základný tón v technickej praxi je 1 kHz. Základný hudobný tón, komorné a1 je 440 Hz. Človek vníma zvuky od 16 Hz do 20 kHz.

Infrazvuk je zvuk s frekvenciou menšou ako 16 Hz, napr. otrasy, zemetrasenie.

Ultrazvuk je zvuk s frekvenciou väčšou ako 20 kHz. Používa sa na vyhľadávanie chýb v materiáloch, čistenie predmetov, v diagnostike v lekárstve a pod.

Intenzita zvuku je veľkosť tlakových zmien. Jednotka W.m-2. Prah počuteľnosti je minimálna intenzita, ktorú človek počuje. Prah bolestivosti je tlak, ktorý vyvoláva boleť a poranenie sluchu. Proti hluku sa používajú chrániče sluchu.

Hladina intenzity zvuku, tzv. hlasitosť, je podiel danej intenzity a prahu počuteľnosti. Jedotka je decibel, dB. h = 10 . log p/pmin [dB]

Píklady, pre 1 kHz:

  • prah počuteľnosti: 0 dB = 10-12 W / m2,
  • prah bolestivosti: 130 dB = 10 W / m2.

Farba tónu je ovplyvnená primiešanými tónmi, ktoré sú násobkov základného tónu. Farba tónu umožňuje rozoznať rôzne zdroj zvuku - klavír, trúbka. Človek najlepšie počuje 1 kHz.

PrílohaVeľkosť
kmitavy pohyb gulicky.gif2.47 KB
pozdlzne vlnenie.gif1.38 KB
priecne vlnenie.gif1.62 KB

5. Optika - 5.1. Svetlo ako vlnenie

Podstata svetla

Svetlo je elektromagnetické vlnenie.

Zložky elektromagnetického vlnenia sú na seba kolmé:

  • elektrická - popisujeme ju vektorom E - intenzita elektrického poľa,
  • magnetická - popisujeme ju vektorom B - magnetická indukcia.

Rýchlosť šírenia svetla vo vákuu c = 3.108 m/s = 300 000 km/s .Vo vzduchu je rýchlosť svetla skoro rovnaká v = c. V iných prostrediach je rýchlosť menšia.

Vlnová dĺžka ? svetla je vzdialenosť, ktorú prejde svetlo v prostredí počas jednej periódy. Viditeľné svetlo odbsahuje vlnenia s dĺžkami vo vzduchu od 400 nm - 800 nm.

Frekvencia elektromagnetického vlnenia: f = c / l .

Príklad: Akú vlnovú dĺžku má elektromagnetické vlnenie vysielača rádia OK s frekvenciou 100 MHz?
f = 100 MHz = 100.106 Hz = 108 s-1
f = c / ? .... ? = c / f = 108 / 08 s-1 = 3 m

Príklad: Akú je frekvencia svetla s vlnovou dĺžkou 600 nm?
? = 600 nm = 600.10-9 m = 6.10-7 m
f = c / ? = 3.108 m/s / 6.10-7 m = ( 1015 / 2 ) s-1 = 5.1014 Hz = 500.1012 Hz = 500 THz

Spektrum

Spektrum elektromagnetického vlnenia je obsah vlnových dĺžok. Podľa vlnových dĺžok rozdeľujeme spektrum:

Infračervené žiarenie = tepelné žiarenie, je EM vlnenie s l > 800 nm. Zdrojom tepelného žiarenia sú všetky objekty na zemi. Vlnová dĺžka závisí od teploty telesa. Pomocou infračervených kamier možno vidieť objekty aj v noci.

Ultrafialové žiarenie (UV) je EM vlnenie s l < 400 nm. UVA je vlnenie s väčšími vlnovými dĺžkami. Zabíja vírusy a vytvára v koži človeka vitamín D. Zdrojom UV je slnko, alebo UV neónové trubice. UVB je UV s kratšími vlnovými dĺžkami. Je nebezpečné, spôsobuje rakovinu kože. Jeho zdrojom je slnko, ale je pohlcované atmosférou.

Rontgenove žiarenie - je EM vlnenie s dĺžkami 0,01 nm - 4 nm. Vyrába sa umelo pomocou rongenových trubíc. Frekvenciu vyžarovaného Rongenoveho žiarenia možno meniť zmenou napätia na trubici.

  • tvrdé Rongenové žiarenie má kratšie vlnové dĺžky. Je veľmi prenikavé, málo sa pohlcuje v materiáloch. Preniká aj kovmi, preto sa používa v defektoskopii (kontrola súčiastok, zvarov) a pri lekárskom snímkovaní.
  • mäkké Rontgenove žiarenie má dlhšie vlnové dĺžky. Pohlcuje sa v materiáloch a preto sa používa v lekárstve pri ničení nádorov (ožarovanie).

Určitá dávka Rongenového žiarenia spôsobuje rakovinu. Preto sa pri práci s Rontgenovými prístrojmi musíme chrániť oloveným plášťom, alebo sa skryjeme za stenu s vrstvou bária. Tieto materiály pohlcujú Rongenove žiarenie.

Gama žiarenie je EM žiarenie s veľmi krátkymi vlnovými dĺžkami. Je súčasťou kozmického žiarenia a vzniká pri jadrových reakciách (jadrové elektrárne, jadrové výbuchy). Gama žiarenie je veľmi prenikavé a veľmi škodlivé. Dá sa pohltiť len veľkou vrstvou vody, či vzduchu. Atmosféra pohlcuje vesmírne gama žiarenie.

Šírenie svetla

Svetlo sa šíri priamočiaro. Lúč svetla je úzky zväzok vychádzajúci zo zdroja svetla. Optické prostredie je materiál, v ktorom sa môže šíriť svetlo. Napríklad vzduch, sklo, voda, vákuum. Svetlo sa šíri v rôznych prostrediach rôznou rýchlosťou. Absolútny index lomu n0 je pomer rýchlosti šírenia svetla vo vákuu a v danom prostredí: n0 = c / v

Keďže v < c, tak je vždy n0 > 1. Napríklad: voda 1,33, oleje 1,47 - 1,50, sklá 1,51 - 1,76, diamant 2,42.

Prostredia s mešou rýchlosťou svetla sa označujú ako opticky hustejšie, majú väčší index lomu.

Príklad: Aká je rýchlosť šírenia svetla vo vode a v skle?
a) voda ... n0 = 1,33 ... n0 = c / v ... v = c / n0 = 300 000 km/s / 1,33 = 226 000 km/s
b) sklo ... n0 = 1,6 ..... n0 = c / v ... v = c / n0 = 300 000 km/s / 1,6 = 188 000 km/s

Odraz svetla

Kolmica dopadu je priamka kolmá na plochu prechodu dvoch prostredí a prechádza miestom dopadu svetelného lúča. Uhol dopadu a uhol odrazu je rovnaký.

Príklad: Na spätné zdrkadlo v automobile hľadíme pod uhlom 30°. Pod akým uhlom voči bočnej časti auta musí byť nastavené spätné zrkadlo, aby sme videli priamo za seba ?

Lom svetla

Snelow zákon: pomer sínusu uhla dopadu a sínusu uhla lomu sa rovná pomeru rýchlosti šírenia svetla v oboch prostrediach. Tento pomer sa nazýva relatívny index lomu n dvoch prostredí.
n = sin ? / sin ? = v1 / v2 = n02 / n01 .

Pri prechode svetla z opticky hustejšieho do opticky redšieho nastáva lom ku kolmici a > b. Pri prechode svetla z opticky redšieho do opticky hustejšieho nastáva lom od kolmice a < b.

Medzný uhol je taký, pri ktorom uhol lome je 90°. Závisí od indexu lomu n.
n = sin ? / sin 90° = sin ?m
sin ?m = n02 / n01 ... pre vzduch n02 = 1 a určitý materiál je sin ?m = 1 / n0

Príklad: Pod akým uhlom by sa leskli dopravné značky, keby mali sklenený povrch s n0 = 1,6?
sin ? = 1 / n0
sin ? = 1 / 1,6
? = arcsin 0,625
? = 39° od kolmice

Rozklad svetla hranolom, spektrum

Index lomu závisí od frekvencie svetla. To sa prejavuje ako rozklad svetla na hranole:

Spektrum bieleho svetla:

Farby hranolového svetla majú vždy rovnaké poradie: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová, fialová. Biele svetlo je zložené zo svetiel jednoduchých farieb. Zdrojom bieleho svetla je napr. Slnko, alebo žiarovka. Monochromatické svetlo obsahuje jednu farbu svetla. Jej zdrojom je napr. sodíková výbojka so žltým svetlom. Číry (bezfarebný) predmet prepúšťa všetky farby. Farebný priehľadný predmet má farbu svetla, ktoré prepúšťa. Farebný nepriehľadný predmet má farbu svetla, ktoré odráža. V odrazenom svetle sa predmet javí ako biely ak odráža všetky farby, ako čierny ak neodráža žiadne farby. Červený sa javí ak odráža červené svetlo, modrý ak odráža modré svetlo, atď.

Interferencia a ohyb svetla.

Pri dopade svetla na rozhranie prostredí sa svetlo čiastočne odrazí a čiastočne prenikne do prostredia. Pri dopade na tenkú vrstvu porovnateľnú s vlnovou dĺžkou svetla (100-ky nm) sa odrazená vlna skladá s pôvodonou. Takto môže dôjsť k zosilneniu určitej farby. Takáto tenká vrstva sa javí ako farebná pod učitým uhlom. V praxi sa tenké vrstvy používajú ako ochranný prvok na doklady alebo bankovky.
PrílohaVeľkosť
em_vlnenie.gif2.97 KB
lom.gif476 bajtov
odraz.gif450 bajtov
rozklad_svetla_hranolom.gif929 bajtov
spektrum.gif1.75 KB
spektrum_bieleho_svetla.gif2.99 KB

5.2. Zobrazenie zrkadlom a šošovkou

Základné body sústavy sú: optický stred 0, ohnisko F a optická os.

Zobrazenie zrkaldom

- spĺňa zákon odrazu

  1. Rovinné zrkadlo - obraz je neskutočný, rovnako veľký ako predmet, priamy.

    Kútový odrážač odráža svetlo do smeru, z ktorého prišlo. Sú to na seba kolmé zrkadlá.
  2. Duté guľové zrkadlo - odráža vonkajšou časťou guľovej plochy. Odráža lúče smerom ku optickej osi. Svetlo žiarovky v ohnisku zrkadla sa zobrazí ako válec. Ak je žiarovka umiestnená za ohniskom smerom ku zrkadlu, vznikne rozbiehajúci sa kužeľ svetla. Ak je žiarovka medzi ohniskom a stredom, vzniká zbiehajúci sa kužeľ. Rovnaké vlastnosti má aj parabolické zrkadlo.
  3. Vypuklé guľové zrkadlo - odráža vnútornou časťou guľovej plochy. Odráža lúče smerom od optickej osi. Zobrazené predmety sú zmenšené a neskutočné. Vzdialené predmety (automobil, alebo chodec) sú viditeľné na zrkadle z akéhokoľvek uhla.

Šošovky

- spĺňajú zákon lomu. Spojky lámu lúče ku kolmici, rozptylky od kolmice.

  1. Spojky - dvojvypuklá, ploskovypuklá, dutovypuklá, značka
  2. Rozptylky - dvojdutá, ploskodutá, vypuklodutá, značka

Plochá šošovka - napr. v reflektoroch:

Zobrazenie šošovkou

Ohnisková vzdialenosť f šošovky závisí od indexu lomu skla a od polomerov zakrivení plôch šošovky. Otická mohutnosť D je určená prevrátenou hodnotou ohniskovej vzdialenosti. Jednotou je dioptria. Pre spojky má kladnú hodnotu, pre rozptylky zápornú.

D = 1 / f

Príklad: Vypočítajte ohniskovú vzdialenosť šošovky s optickou mohutnosťou 2 dioptrie.

F = 1 / D = 1 / 2 dioptrie = 0,5 m

a) Spojka

Pravidlá pre zobrazovanie spojkou:

  1. Lúče prechádzajúce rovnobežne s optickou osou sa zobrazia v obrazovom ohnisku šošovky:
  2. Lúče prechádzajúce ohniskom sa zobrazia ako rovnobežné s optickou osou:
  3. Lúče prechádzajúce optickým stredom prechádzajú bez zmeny smeru.

Podľa týchto pravidiel premietne bod spojka takto:

b) rozptylka

Pravidlá pre zobrazovanie rozptylkou:

  1. Lúče prechádzajúce rovnobežne s optickou osou sa zobrazia v smere prechádzajúcom predmetovým ohniskom:
  2. Lúče prechádzajúce v smere obrazového ohniska sa zobrazia v smere rovnobežnom s optickou osou.
  3. Lúče prechádzajúce optickým stredom prechádzajú bez zmeny smeru.

c) Chyby šošoviek

- prejavujú sa pri hrubších šošovkách:

  1. Otvorová chyba - lúče sa lámu viac pri okrajoch šošovky, chyba sa prejavuje pri zobrazovaní na väčšie vzdialenosti. Odstránenie chyby: clona, alebo sústava rozptyliek a spojok z rôzneho skla.
  2. Farebná chyba - rôzne zaostrovanie rôznych farieb svetla. Odstránenie: sústava spojok a rozptyliek z rôzneho skla.

Ľudské oko

Optickú sústavu ľudského oka tvoria:

Optická sústava vytvára na sietnici skutočný, zmenšený a prevrátený obraz. Akomodácia je schopnosť zmeny optickej mohutnosti = zakryvenia šošovky, aby oko zaostrilo na rozdielne vzdialené predmety. Zdravé oko môže zaostriť aj na veľmi vzdialené body. Hovoríme, že jeho vzdialený bod je v nekonečne. Blízky bod je najmenšia vzdialenosť na ktorú oko dokáže zaostriť, obyčajne je to asi 10 cm. Krátkozraké oko nedokáže zaostriť na vzdialené body. Optická sústava vytvára obraz pred sietnicou. Chybu možno napraviť rozptylkou. Ďalekozraké okno nedokáže zaostriť na blízke body. Optická sústava oka vytvára obraz za sietnicou. Chyba sa dá odstrániť spojkou. Konvenčná zraková vzdialenosť d sa označuje hodnota 25 cm, pri ktorej akomodácia zdravého ľudského oka pomerne ľahká a dlhodobá.

Optické prístroje

Optické sústavy sú súčasťou mnohých prístrojov: fotoaparát, ďalekohľad, premietací prístroj.

Zorný uhol t pozorovného predmetu je uhol, ktorý zvierajú lúče od okrajov predmetu do oka.

a) Lupa

- zväčšuje zorný uhol malých blízkych predmetov. Lupa je spojná šošovka s malou ohniskovou vzdialenosťou. Pozorovaný predmet dávame medzi šošovku a jej predmetové ohnisko. Obraz je skutočný, priamy a zväčšený.

Uhlové zväčšenie g je podiel uhla t´ pod ktorým nám lupa umožňuje vidieť predmet a zorného uhla t.

g = t´ / t

Uhlové zväčšenie je závislé od ohniskovej vzdialenosti šošovky.

g = d / f d - je konvenčná zraková vzdialenosť 25 cm. Pre zväčšenie treba aby f < 25 . Bežné lupy majú ohniskovú vzdialenosť 2 až 5 cm, ich uhlové zväčšenie je 5 až 12 . Špeciálne konštrukciu umožňujú až zväčšenie 20 . Väčšie zväčšenie možno dosiahnúť len sústavou šošoviek.

Príklad: Aké zväčšenie má lupa s ohniskovou vzdialenosťou 5 cm ?

g = f / d = 25 cm / 5 cm = 5

b) Mikroskop

c) Ďalekohľad

PrílohaVeľkosť
chyby_sosoviek.gif1.46 KB
lupa.gif995 bajtov
mikroskop.gif2.08 KB
oko.gif1.33 KB
sosovka1.gif730 bajtov
sosovka2.gif661 bajtov
sosovka3.gif671 bajtov
sosovka4.gif663 bajtov
sosovka5.gif631 bajtov
sosovka6.gif551 bajtov
sosovky.gif1.87 KB
zorny uhol.gif531 bajtov
zrkadlo1.gif1.29 KB
zrkadlo1b.gif673 bajtov
zrkadlo2.gif1.4 KB
zrkadlo3.gif1.47 KB
plocha_sosovka.gif308 bajtov

5.3. Fotometria

Pojmy

Žiarivý tok je podiel žiarivej energie W prechádzej zvolenou plochou a času t. Jednotka je Watt. Intezita vyžarovania je žiarivý tok vystupujúci z plochy 1 m2. Jednotka je W/m2.

Svietivosť zdroja I má jednotku kandela, cd. Svietivosť zdroja sa určuje pomocou etelónov porovnávacou metódou.

Svetelný tok F je svetelná energia prechádzajúca istou plochou za čas 1 s. Jednotkou je lumen, lm. Lumen sa definuje ako svetelný tok vyžarovaný bodovým zdrojom so svietivosťou 1 cd do priestorového uhla veľkosti 1 steradiánu. Steradián, sr je veľkosť priestorového uhla, ktorýna guľovej ploche s polomerom 1 m vymedzuje plochu 1 m2.

Osvetlenie E je podiel svetelného toku DF dopadajúceho na predmet a plochy DS na ktorú dopadá. Jednotkou je lux, lx.

E = DF / DS = I / r2 S - osvetlená plocha r - vzdialenosť od zdroja, m Osvetlenie je závislé od uhla dopadu: E = I . cos a / r2

Príklad: 60 W žiarovka má svietivosť 400 lm. Aké je osvetlenie vo vzdialenosti 2 m?
E = I / r2 = 400 lm / 4 m2 = 100 lx

Technika a hygiena osvetlenia

Žiarovka obsahuje volframové vlákno v sklenenej nádobe. Využitie: osvetlenie miestností, svetlá v automobile, kontrolky. Väčšie žiarovky napájané striedavým napätím svietia nepretržite vzhľadom na tepelnú zotrvačnosť vlákna. Schematická značka pre jednovlákovú a dvojvláknovú žiarovku:

Žiarovky vyžarujú väčšinu svetla vo forme infračerveného svetla, preto má malú svetelnú účinnosť. Ich spektrum je spojité:

Halogénová žiarovka pracuje pri vyšších teplotách, v nádobe je prvok, ktorý pri vyšších teplotách vracia odparený wolfrám späť na vlákno.

Žiarivka je sklenená trubica obsahujúca neón alebo argón a dva elektródy, Využitie: osvetlenie miestností, reklama. Žiarivky na 50 Hz nesvietia nepretržite, ale blikajú. To môže vyvolať stroboskopický efekt. Preto sa v dielňach musia kombinovať so žiarovkami. Schematická značka:

Žiarivky vyžarujú svetlo len niektorých vlnových dĺžok, väčšinou vo viditeľnej oblasti. Preto majú veľkú svetelnú účinnosť. Ich spektrum je čiarové:

Tlejivka ako žiarivka, ale tlak pod 5 kPa, Využitie: kontrolky. Schematická značka:

Dnes sú tlejivky už nahradené LED diódami.

Výbojka obsahuje inertný plyn s vyšším tlakom a sodík alebo ortuť, ktoré po zahriati žiaria vo výboji. Použitie: Osvetlenie miest a hál.

Odporúčané osvetlenie: schodiská a chodby 20 lx, sklady 40 lx, práca v dielni 100 lx, mechanické práce 200 lx. Osvetlenie slnečným svetlom je 100 000 lx. Plošný zdroj svetla obsahuje matný kryt. Nepriame osvetlenie je tvorené odrazom svetla od stien alebo od stropu.

PrílohaVeľkosť
spektrum1.gif922 bajtov
spektrum2.gif577 bajtov
uhol osvetlenia.gif504 bajtov
znacka ziarovka.gif1.09 KB
znacka ziarovka2.gif175 bajtov
zn_neonka.gif1008 bajtov
zn_tlejivka.gif943 bajtov

5.4. Kvantová optika

Vonkajší fotoelektrický jav

Pri dopade svetelného žiarenia s dostatočnou frekvenciou (krátkou vlnovou dĺžkou) na povrch niektorých kovov sa z ich povrchu uvoľnujú elektróny. Tento jav sa nazýva vonkajší fotoelektrický jav. Svetlo sa z tepleho telesa (vlákno žiarovky, slnko) uvoľňuje v dánkach (kvantách) s určitou energiou. Tieto dávky sa nazývajú fotóny. Veľkosť energie fotónu závisí len od jeho frekvencie. Na fotoemisiu elektrónui z kovu treba fotón - svetlo s určitou minimálnou frekvenciou. Fotoelektrické javy sú elektrické zmeny vyvolané osvetelním látky, napríklad zmena odporu, alebo emisia elektrónov. 1. vonkajší fotoelektrický jav - uvoľnenie elektrónov z povrchu 2. vnútorný fotoelektrický jav - uvoľnené elektróny sa stanú voľnými elektrónmi v kove a vytvárajú napätie na rozhraní osvetlených vzájomne sa dotýkajúcich polovodičov. Súčiastky využívajúce fotoelektrické javy: Fotorezistor - veľkosť odporu klesá s osvetlením, obsahuje sulfid kadmiový CdS, používa sa ako snímač osvetlenia, napr. pre súmrakový spínač. schematická značka: Fotodióda -
PrílohaVeľkosť
fotorezistor.gif557 bajtov
znacka - fotorezistor.gif260 bajtov

6. Jadrová fyzika

1. Štruktúra atómu

Atóm hélia :

Jadro atómu obsahuje tieto jadrové častice (nukleóny):

  • protóny p+ - s kladným elektrickým nábojom,
  • neutróny n0 - bez elektrického náboja

Elektrónový obal obsahuje elektróny e- so záporným nábojom. Pomer hmotnosti elektrónu a protónu (alebo neutrónu) je približne 1 : 1 000. V Mendelejovej sústave prvkov sú uvedené pre každý prvok 2 čísla ZXA:

  • X - protónové číslo, je to počet protónov v jadre, rôzne chemické prvky majú rôzne protónové číslo.
  • Z - nukleónové číslo, je to počet nukleónov = počet protónov + počet neutrónov. Izotopy sú atómy s rovnakým počtom protónov ale s rozličným počtom neutónov. Napríklad: vodík 11H , deutérium 21D a trícium 31T, uhlík 1212C, 1412C, urán 23592U, 23892U.

2. Modely atómu

1. planetárny model - elektróny obiehajú po kruhových dráhach okolo jadra 2. kvantový model - elektrón sa vyskytuje v určitom mieste priestoru s určitou pravdepodobnosťou. Graf pravdepodobnosti výskytu elektrónu v závislosti od vzdialenosti od jadra. - hlavné, vedľajšie a magnetické kvantové číslo elektrónu

3. Spektrálna analýza

  • rovnica pre vyžarovanie energie pri prechode medzi hladinami
  • čo je to čiarové spektrum, prečo vzniká
  • príklady využitia spektrálnej analýzy
Rádioaktivita - rozdiel medzi štiepnou a termonukleárnou reakciou ? prvky, podmienky vzniku, väzbová energia - a , b , g žiarenie - polčas rozpadu - zákon zachovania elektrického náboja, hmotnosti e energie, nukleónov, hybnosti Jadrové reakcie - štiepenie uránu (235, 92) + n (1, 0) - čo je to reťazová reakcia a kritická hmotnosť Jadrový reaktor časti a ich význam Rádionuklidy Výroba plutónia: 23892U + 10n --> 23992U 23992U --> 23993Np + 0-1e 23993Np --> 23994Pu + 0-1e Využitie rádionuklidov: - kontrola zvarov - stopovanie v lekárstve - kontrola činnosti vysokej pece

Ochrana pred rádioaktívnym žiarením

Škodlivé účinky: - koža - rozpad, vredy, nádory, vypadávanie vlasov - krv - leukémia, anémia, - generačné orgány - poškodenie, - vnútorné orgány - nádory pľúc. kostí Účinky závisia od druhu žiarenia a od dávky (množstva enegrie pohltenej tkanivom). Ožiarenie sa udáva v Rontgenoch alebo v Remoch. Spôsoby ochrany: - olovený plášť - báriová omietka - skrátenie času a zväčšnie vzdialenosti od žiariča Značka pre označenie rádioaktívnych zariadení alebo priestorov:
PrílohaVeľkosť
stavba_atomu.gif1.14 KB

7. Vesmír

Vzdialenosti vo vesmíre

Astronomická jednotka - priemerná vzdialenosť Zeme od Slnka.
1 AU = 150 miliónov kilometrov

Svetelný rok - vzdialenosť, ktorú prejde svetlo za jeden rok.
1 ly = 1016 m

Parsek - vzdialenosť, pri ktorej vidíme vzdialenosť 1 AU pod uhlom 1 sekunda.
1 pc = 3,3 ly

Meter a jeho násobky a diely.

Slnečná sústava

  • Slnko - 99,86 % hmoty slnečnej sústavy, okolo neho objehajú planéty v jednej rovine po eliptických dráhach,
  • vnútorné planéty - malé planéty s pevným povrchom - Merkúr, Venuša, Zem, Mars
  • pásmo planétok (asteroidy) - množstvo malých planétok, najväčší je Ceres - priemer 1 000 km
  • vonkajšie planéty - veľké plynné planéty s prstencami - Jupiter, Saturn, Neptún, Urán
  • vonkajšie pásmo planétok
  • Oortov mrak - množstvo komét, siaha do 1/3 vzdialenosti k najbližšej hviezde
  • Štruktúra vesmíru

    Galaxie a ich centrálne hviezdy, kopy galaxií, hmloviny, spektrálny posun

    Klasická a moderná fyzika

    Newton, Faraday, Maxwell

    Interakcie, polia

PrílohaVeľkosť
slnecna_sustava.gif4.92 KB

Fázový diagram vody

PrílohaVeľkosť
Phase diagram of water.svg16.51 KB

Matematika

Matematika pre učebný odbor Výroba konfekcie: plán.ods

PrílohaVeľkosť
TematickyPlanMatematikaVyrobaKonfekcie.ods11.35 KB

1. Prirodzené a celé čísla

Číselný odbor je množina čísel, na ktorej je bez obmedzenia možné používať sčítavanie a násobenie, a výsledok patrí do tohto odboru.

Prirodzené čísla vyjadrujú počet. Napríklad počet kolies na aute, alebo počet gombíkov na košeli. Značka oboru je "N". N = {0, 1, 2, 3, ...} Číselná os: ...

Celé čísla sú prirodzené čísla, ktoré obsahujú aj záporné čísla. Značka oboru je "Z". Z = {..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ...} . Číselná os...

2. Racionálne čísla

Racionálne čísla možno vyjadriť ako zlomok a/b, pričom b nie je 0. a - je čitateľ, b - je menovateľ. Značka oboru je "Q". Napríklad: 1/2, 3/4... Ukážka https://www.montemama.sk/images/com_hikashop/upload/AR5-zlomky.jpg .

3. Reálne čísla

Reálne čísla - medzi ktorýmikoľvek dvoma číslami je nekonečne mnoho čísel, hodnoty môžu byť neobmedzene veľké v kladných aj záporných hodnotách. Značka oboru je R.
R = {-∞ ... +∞}
∞ - značka "nekonečno"

4. Prednosť operácií

Číselný výraz je príklad zapísaný pomocou čísel, znakov počtových operácií a zátvoriek.

Napríklad:
5 + 3
(5 – 4) * 2

Výraz v zátvorke má vždy prednosť. Ak vo výraze nie sú zátvorky, násobenie a delenie má vždy prednosť pred sčítaním a odčítaním.

Príklad:
4 – 2 * 3 = 2 – 6 = 4
( 4 – 2 ) * 3 = 2 * 3 = 6
( 4 + 2 ) * ( 1 + 3 ) = 6 * 4 = 24

5. Dosadzovanie za premenné

P r e m e n n é sú písmená vo výrazoch. Môžeme za ne dosadiť číslo.

Príklad:
3 . x + 2
x = 5
3 . 5 + 2 = 15 + 2 = 17

Opačný výraz k danému výrazu dostaneme tak, že v pôvodnom výraze všetky znamienka zmeníme na opačné.

Príklad:
3 . b - 8
opačný výraz: -3 . b + 8

O d č í t a ť výraz znamená pričítať opačný výraz.

Príklad:
(8 . a – 9) – (3 . a – 5) = 8 . a – 9 – 3 . a + 5 = 5 . a – 4

Porovnanie výrazov:

Výrazy upravíme na najmenší možný počet členov

Ak majú výrazy všetky členy rovnaké (aj so znamienkami), tak sa rovnajú.

N á s o b e n i e a d e l e n i e v ý r a z u č í s l o m

Násobiť výraz číslom znamená vynásobiť týmto číslom každý člen výrazu.
Príklad:
Vynásobte výraz 7h + 8 číslom 3
3 * (7h + 8) = 21h + 24

Deliť výraz číslom znamená vydeliť týmto číslom každý člen výrazu.

Príklad:
Vydeľte výraz 12a – 24 číslom 2.
(12a – 24) : 2 = 12a : 2 – 24 : 2 = 6a + 12

V y n í m a n i e p r e d z á t v o r k u

najväčšieho spoločného deliteľa všetkých členov výrazu napíšeme pred zátvorku v zátvorke zostanú členy, ktoré sme týmto deliteľom vydelili.

Príklad:
Upravte výraz vyňatím najväčšieho spoločného deliteľa pred zátvorku:

81u + 9 = 9 * (9u + 1)
64 – 8b = 8 * (8 – b)

6. Opakovanie

  1. Vyjadrite ako reálne čísla: 1/2 , 2/10
  2. 3 . (2 + 1) = ?
  3. Dosaďťe x = 2 a vypočítajte 2 - (3 + x) = ?
  4. Odstráňte zátvorky: 3 . (6 + 5x) =

7. Rozklad na prvočísla

Prvočíslo je prirodzené číslo, ktoré je väčšie ako 1 a ktorého jedinými deliteľmi sú 1 a ono samo..

Úloha: Nájdite 5 prvočísel:
Riešenie: 2. 3. 5, 7, 11.

Zložené čísla sú prvočísla, ktoré nie sú prvočíslami s výnimkou čísla 1. Môžeme ich vyjadriť ako súčin prvočísel tak, že ich skúšame deliť prvočíslami.

Úloha: Vyjadrite pomocou prvočísel prvých 5 zložených čísel:
Riešenie:
4 = 2 . 2
6 = 2 . 3
8 = 2 . 2 . 2
9 = 3 . 3
10 = 2 . 5

8. Rozšírenie alebo krátenie zlomkov

https://pohodovamatematika.sk/rozsirovanie-a-kratenie-zlomkov-uprava-zlo...

Úloha na zopakovanie:

  • Napíšte prvých 5 prvočísel.
  • Rozložte na prvočísla číslo 24.
  • V akom tvare možno zapísať zlomok 3/5 ?

Podiel sa nezmení, ak delenca i deliteľa vynásobíme tým istým číslom rôznym od nuly. Napríklad 4:5 = 8:10 = 40:50 = … Zlomok je iný zápis delenia, preto to platí aj pre ne. Hovoríme o rozširovaní zlomku.

Úloha na precvičenie: Rozšírte zlomky číslom uvedeným v zátvorke:

  1. 3/7 = ... (3)
  2. 5/2 = ... (7)
  3. 8/9 = ... (5)

Využitie rozširovania zlomkov je napríklad pri rýchlejšom určení hodnoty zlomku. Napríklad:

  1. 5 / 25 = (4 . 5) / (4 . 25) = 20/100 = 0,2
  2. 3 / 5 = ...
  3. Koľko minút je 5 / 15 hodiny? (5 . 4) / (15 . 4) = 20 / 60 = 20 minút
  4. Koľko minút je 4 / 30 hodiny? ...

Ako môžeme násobiť čitateľa i menovateľa zlomku tým istým číslom a hodnota sa nezmení, platí to i opačne. Hodnota zlomku sa nezmení, ak čitateľa i menovateľa vydelíme tým istým číslom rôznym od nuly. Hovoríme o krátení zlomku.. Krátenie zlomkov má zmysel najmä v zjednodušení zlomku. Napríklad:

  1. 150 / 250 = 150/10 / 250/10 = 15 / 25 = 15/5 / 25/5 = 3 / 5
  2. 40 / 50 = ...

A čo so zlomkom 4 / 5 ? Je možné tento zlomok krátiť ďalej? Nie. Lebo čísla 4 a 5 sú nesúdeliteľné, čiže nemajú spoločného deliteľa. V takomto prípade hovoríme, že sme zlomok upravili na základný tvar.

Úlohy na precvičenie: Upravte dané zlomky na základný tvar:

  1. 10 / 20 = ... / ...
  2. 4 / 6 = ... / ...
  3. 50 / 5 = ... / ...
  4. 15 / 9 = ... / ...
PrílohaVeľkosť
rozsirenie1.png538 bajtov

9. Sčítanie a odčítanie zlomkov

Pri sčítaní alebo odčítaní zlomkov treba nájsť spoločný menovateľ, aby bolo možné sčítať alebo odčítať celočíselné čitatele. To možno spraviť napríklad vynásobením menovateľov. Príklady:

1/3 + 1/4 = 4/12 + 3/12 = (4 + 3)/12 = 7/12

3/10 + 4/20 = 60/200 + 40/200 = 100/200 = 1/2

Aby nebol menovateľ príliš veľké číslo, môžeme nájsť najmenší spoločný menovateľ, a to tak, že menovatele rozložíme na prvočísla, a vynásobeníme ich, ak sa neopakujú. Napríklad:

1/6 + 3/4 = 1/(2.3) + 3/(2.2) = ?

najmenší spoločný menovateľ 2 . 2 . 3 = 12

2/12 + 9/12 = 11/12

Príklady na precvičenie:

  1. 1/2 + 1/3 =
  2. 1/10 + 1/20 =
  3. 3/4 + 1/2 =
  4. 2/10 + 3/100 =

10. Násobenie a deleneie zlomkov

Pri násobení zlomkov sa násobia čitatele a menovatele násobených zlomkov. Napríklad:

(1 / 2) x (2 / 3) = (1 . 2) / (2 . 3) = 2 / 6 = 1 / 3
(2 / 3) x (5 / 7) = (2 . 5) / (3 . 7) = 10 / 21

Pri delení zlomkov vzniká zložený zlomok. Delenie zlomkom je to isté ako násobenie obráteným zlomkom. Preto zložený zlomok možno zjednodušiť tak že menovateľom bude súčin prvého a menovateľa druhého zlomku, a menovateľom bude súčin menovateľa prvého a čitateľa druhého zlomku. Napríklad:

(1 / 2) : (2 / 3) = (1 . 3) / (2 . 2) = 3 / 4
(3 / 5) : (2 / 7) = (3 . 7) / (5 . 2) = 21 / 10 = 2,1

11. Opakovanie

  1. Koľko hodín je 3/8 dňa?
  2. 1/2 + 1/4 =
  3. 1/2 x 2/5 =
  4. 1/2 : 2/3 =

12. Percentá

Percento je stotina z celku. Je to spôsob ako vyjadriť časť celku (čiže zlomok) pomocou celého čísla. Zápis napr. „45 %“ (45 percent) je v skutočnosti iba skratka pre zlomok 45/100, tzn. desatinné číslo 0,45. Názov pochádza z per cento, znamenajúceho (pripadajúci) na sto.

Príklady použitia

  • 15 % zvýšenie ceny – Po tomto zvýšení stojí daná vec 1,15-násobok pôvodnej ceny; ak bola predtým cena 100 €, po zvýšení bude stáť 115 €.
  • 15 % zľava – Po zľave stojí vec 0,85-násobok = (1 − 0,15) pôvodnej ceny; ak pred zľavou stála 100 €, po zľave stojí 85 €.
  • 10 % ľudí… – Na každých 100 ľudí pripadá 10 ľudí, ktorí…
  • 100 % istota – Úplná istota
  • 50 % = 50/100 = 1/2 = polovica
  • 200 % = 200/100 = dvojnásobok
    • Hmotnostné a objemové percento

      anglické skratky:

      • v/v (volume/volume – objem podielu/objem celku) objemové percento
      • w/w (weight/weight – hmotnosť podielu/hmotnosť celku) hmotnostné percento
      • w/v (weight/volume – hmotnosť podielu/objem celku)

      Príklad: Aké je percento cementu je v betóne, ak na 1 m3 štrkopiesku treba 300 kg cementu, na 1 m3 betónu treba 1,2 m3 štrkopiesku, 1 m3 betónu váži 2400 kg?

      • 2000 kg štrkopiesku a 360 kg cementu -> 360 kg / 2400 kg = 0,15 = 15 % w/w (hmotnostných)
      • 1,2 m3 štrkopiesku a 0,22 m3 cementu -> 0,22 m3 / 1 m3 = 0,22 = 22 % v/v (objemových)
      • 1,2 m3 štrkopiesku a 360 kg cementu -> 360 kg / 1 m3 = 0,36 = 36 % w/v
      • Nedorozumenia

        Percentuálny bod

        Percentuálny bod je jednotka aritmetického rozdielu dvoch hodnôt udaných v percentách. Napríklad v situácií, keď úroková sadzba je 20 %, niekto povie, že „úroková sadzba sa zvýši o desať percent“, môže to znamenať dve odlišné veci:

        • Úroková sadzba sa zvýši na 22 % – čiže pôvodných dvadsať plus desať percent z dvadsiatich.
        • Úroková sadzba sa zvýši na 30 % – čiže pôvodných dvadsať plus hodnota desať, o ktorú sa má zvýšiť hodnota 20 = percentuálny bod

        Základná hodnota

        Ak sa číslo zvýši o nejaké percento, a potom sa o to isté percento zníži, výsledkom nebude pôvodná hodnota.

        Napríklad, ak sa cena najprv zvýši o 10 %, a potom o 10 % klesne, nebude výsledkom pôvodná cena. Druhých desať percent sa odčítava zo zvýšenej hodnoty. (c × ((100 + x) / 100)) × ((100 − x) / 100) = c + [(c × x) / 100] - [(((c × x) / 100) × x) / 100] ≠ c Podobne, ak sa cena zníži o 80 %, nič nebráni tomu, aby sa znížila o ďalších 80 % (a napriek tomu nebude záporná). A naopak, akékoľvek zvýšenie nezabráni tomu, aby po 100 % znížení nespadla na nulu.[6]

13. Mocniny

14. Odmocniny

16 Opakovanie

Normovanie

Rozpočet domácnosti

  • príjmy a výdavky
  • rozpočet
  • normované množstvo

Účtovníctvo

kniha - 1. Účtovné doklady

Obsah

  1. Úvod
  2. Druhy a členenie účtovných dokladov
  3. Náležitosti účtovných dokladov
  4. Spracovanie, obeh a úschova účtovných dokladov
  5. Hlavné zásady účtovnej dokumentácie
  6. Kontrolné otázky

1. Úvod

Účtovný doklad je dokument - písomnosť, kde sa zachytáva druh hospodárskej operácie, miesto a čas jej uskutočnenia, údaj o množstve, peniazoch a ďalšie doklady.

Účtovná doklady okrem toho, že dokladujú (dokumentujú) účtovné zápisy, overujú uskutočnené účtovné zápisy, overujú uskutočnené obchodné prípady, ktoré ovplyvňujú stav majetku podniku a jeho záväzkov, jeho náklady a výnosy, výdavky a príjmy.

Každý účtovný zápis musí byť doložený účtovným dokladom.

Bez účtovného dokladu sa nesmie účtovať.

2. Druhy a členenie účtovných dokladov

Účtovné doklady sa od seba líšia účelom, na ktorý boli vystavené, obsahom a miestom vystavenia. Niektoré obsahujú vznik jednej hospodárskej alebo účtovnej operácie, iné dokumentujú celý súbor účtovných prípadov.

Druhy dokladov podľa účelu:

  1. preukazné doklady - overujú vykonanie hospodárskej operácie (Prijatá faktúra za materiál, príjmový pokladničný doklad, výpis z bankového účtu o náhrade dodávateľom a pod.);
  2. príkazno-preukazné doklady - sú doklady, ktorých súčasťou je aj overenie, ako sa príkaz na uskutočnenie danej operácie splnil, i keď postupne, v časovom odstupe (výdajka materiálu po vystavení a po výdaji materiálu).

Druhy dokladov podľa obsahu:

  1. externé (vonkajšie) účtovné doklady - vznikajú zo styku podniku s vonkajším okolím (faktúry, výpisy z bankových účtov). Tieto doklady môžu byť prijaté, v prípade že ich podnik dostal od iného subjektu, alebo vydané, ak ich podnik posiela svojim obchodným partnerom.
  2. interné - (vnútorné) doklady - vyplývajú z vnútornej činnosti podniku (výdajka, odpisovaný plán, zúčtovacia a výplatná listina).

Druhy dokladov podľa podľa počtu zachytených účtovných prípadov:

  1. jednotlivé účtovné doklady - obsahujú iba jeden účtovný prípad (jednotlivá faktúra, výdajka);
  2. zberné účtovné doklady - zhrňujú viac jednotlivých dokladov, ktoré zachytávajú rovnaké hospodárske operácie, aby sa mohli zaúčtovať jednou položkou. Zberný údajový dokladmôže zahrňovať jednotlivé účtovné doklady denne, najviac však za jeden kalendárny mesiac (výkazy spotreby materiálu podľa výdajok).

3. Náležitosti účtovných dokladov

Každý účtovný doklad musí obsahovať základné údaje, ktoré sa označujú ako náležitosti účtovných dokladov.

Jednotlivé účtovné doklady musia mať podľa zákona č. 563/91 Zb. o účtovníctve (paragraf 11) tieto náležitosti:

  1. označenie účtovného dokladu, ak z jeho obsahu nevyplýva aspoň nepriamo, že ide o účtovný doklad.
  2. opis obsahu účtovného prípadu a označenie jeho účastníkov, ak z účtovného dokladu nevyplýva aspoň nepriamo
  3. peňažnú sumu alebo údaj o množstve a cene,
  4. dátum vyhotovenia účtovného dokladu
  5. dátum uskutočnenia účtovného prípadu, ak nie je zhodný s dátumom vyhotovenia účtovného dokladu,
  6. podpis osoby zodpovednej za účtovný prípad a osoby zodpovednej za jeho zúčtovanie; tieto podpisy možno nahradiť iným preukazným spôsobom.

Uvedené náležitosti sú záväzné a bez nich sa nemôže doklad považovať za účtovný doklad, na základe ktorého sa robia účtovné zápisy.

Účtovné doklady sa musia vyhotoviť bez zbytočného odkladu hneď po zistení skutočností, ktoré sa nimi dokladujú.

4. Spracovanie, obeh a úschova účtovných dokladov.

Spracovanie účtovných dokladov

Každý účtovný doklad, či už vystavený alebo prijatý, sa musí skontrolovať zo stránky vecnej a formálnej správnosti.

Preskúmavanie vecnej správnosti spočíva v tom, že sa zisťuje správnosť všetkých údajov obsiahnutých v účtovných dokladoch.

Pri preskúvaní správnosti údajov v účtovných dokladoch sa zisťuje súlad obsahu účtovných dokladov so skutočnosťou, t.j. správnosť uvedeného množstva a ceny, dodržiavanie zmluvných podmienok, ako ja počtová správnosť číselných údajov uvedených v dokladoch a pod.

Za správnosť hospodárskych operácií sú priamo zodpovední pracovníci, ktorí tieto operácie podľa svojich právomocí nariadili alebo schválili.

Vecná správnosť účtovných dokladov sa musí preskúmať pred ich zaúčtovaním.

Preskúmavanie formálnej správnosti vykonávajú len účtovnícki pracovníci, ktorí skúmajú skúmajú úplnosť predpísaných náležitostí účtovného dokladu a dodržanie zásad o úprave dokladov (negumované, neprepisované).

Z formálnej stránky sa musia všetky účtovné doklady preskúmať vždy pred ich zaúčtovaním.

Chyby zistené v účtovných dokladoch pri preskúmavaní treba opraviť účtovným spôsobom.

Zistená chyba musí ostať aj po oprave čitateľná, s pripojeným dátumom a podpisom pracovníka, ktorý chybu opravoval.

Preskúmaný účtovný doklad sa môže zaúčtovať. Pred zaúčtovaním sa označí účtovacím predpisom, kde sa určia účty, ktorých sa operácia týka, a uvedie sa suma, podpis a dátum. Účtovací predpis môže byť vyhotovený ako samostatný lístok, ktorý sa pripojí k účtonému dokladu, alebo už je na účtovnom doklade priamo vytlačený (napríklad príjemka, pokladničné doklady), alebo sa formou pečiatky dáva na doklad.

Účtovací predpis môže mať takúto podobu:

Obeh účtovných dokladov

Cesta dokladu od vyhotovenia až po uloženie v archíve sa nazýva obeh účtovného dokladu. Správny obeh dokladov urýchľuje ich spracovanie a uľahčuje kontrolu.

Dôležitou podmienkou presnosti a pohotovosti účtovníctva všetkých podnikateľských subjektov je podrobne vypracovaný a riadne dodržiavaný obeh účtovných dokladov.

Obeh účtovných dokladov obsahuje mená a podpisové vzory pracovníkov oprávnených schvaľovať obchodné a účtovné prípady a pracovníkov určených na preskúmanie prípustnosti týchto prípadov, prípadne spôsob nahradenia ich podpisov (kódom, pečiatkou).

Príklad:

Jednotlivé kroky obehu prijatej faktúry za materiál možno znázorniť na faktúre takto:

  1. Zápis do knihy prišlej pošty. Označenie dátumu príchodu.
  2. Očíslovanie faktúry podľa záznamu do knihy došlých faktúr.
  3. Kontrola vecnej správnosti faktúry pracovníkom, ktorý je za dodávku zodpovedný.
  4. Preskúmanie formálnej správnosti faktúry a opečiatkovanie dokladu účtovacím predpisom.
  5. Predkontácia dokladu do príručného archívu.
  6. Uloženie dokladu do účtovného archívu.

Úschova účtovných dokladov

Účtovné doklady sú dôležitým účtovným preukazným materiálom. Musia sa preto starostlivo uschovávať, aby sa mohli použiť pri kontrole a pri objasnení neskôr vzniknutých nejasností.

Do konca účtovného roka sa uschovávajú doklady v príručnom archíve. Po ročnej uzávierke účtovných kníh sa účtovné doklady ukladajú do účtovného archívu, a to na obdobie určené zákonom č. 563/91 Zb. o účtovníctve (paragraf 31 a 32).

V účtovnom archíve sa účtovné doklady archivujú v súboroch (napríklad podľa účtovných období, druhov a čísel). Uložené účtovné doklady sa zapisujú do viazanej archívnej knihy.

Po uplynutí uschovacej lehoty sa účtovné doklady z účtovného archívu vyraďujú. Vyradenie sa poznamená v archívnej knihe. Vyradenie účtovných dokladov sa nazýva skartácia.

5. Hlavné zásady účtovnej dokumentácie

Pri vykjonávaní účtovných zápisov a pri spracovaní účtovnej dokumentácie platia tieto hlavné zásady:

  1. Žiadny účtovný zápis sa nesmie spraviť bez účtovného dokladu (zásada dokladovosti).
  2. Účtovný doklad zabraňuje duplicite v zápisoch.
  3. Účtovný doklad musí byť čitateľný.
  4. Zistená chyba pri spracovaní dokladov musí ostať po oprave čitateľná, s dátumom a podpisom pracovníka, ktorý opravu urobil.
  5. Na každom doklade, ktorý prešiel formálnou a vecnou kontrolou, musí byť účtovací predpis - tzv. predkontácia.
  6. Po zaúčtovaní musí byť účtovný doklad v bežnom roku k dispozícii.
  7. Uschované doklady musia byť zabezpečené pred stratou a znehodnotením.
  8. Účtovné doklady sa musia archivovať podľa platných predpisov (zákon o účtovníctve č. 563/91).
  9. 5. Kontrolné otázky

    1. Čo je to účtovná dokumentácia?
    2. Čo je to účtovný doklad?
    3. Z akých hľadísk môžeme členiť účtovné doklady?
    4. Aké druhy dokladov poznáte podľa účelu?
    5. Aké druhy dokladov poznáte podľa obsahu?
    6. Ktoré sú jednotlivé doklady a ktoré zberné doklady?
    7. Charakterizujte jednotlivé druhy dokladov.
    8. Ktoré sú náležitosti účtovných dokladov?
    9. Z akých hľadísk skúmame účtovné doklady?
    10. Charakterizujte vecnú správnosť dokladu.
    11. Charakterizujte formálnu správnosť dokladu.
    12. Ktoré kroky sú nevyhnutné na zabezpečenie obehu účtovného dokladu?
    13. Čo je to predkontácia.
    14. Vysvetlite rozdiel medzi príručným archívom a účtovným archívom.
    15. Aké dlhé obdobie sa musia účtovné doklady archivovať?
    16. Vymenujte aspoň 3 hlavné zásady, ktoré sa uplatňujú pri spracovaní účtovnej dokumentácie.
PrílohaVeľkosť
TriedenieUctovnychDokladov.png14.74 KB
UctovaciPredpis.png3.56 KB

Otázky na opakovanie

Spávne sú odpovede a) , nesprávne sú b) a c).

  1. Čo musí obsahovať účtovný doklad?
    1. peňažnú sumu, miesto a čas
    2. podpis sekretárky a vrátnika
    3. fotku tovaru
  2. Kde a ako dlho sa uschovávajú účtovné doklady?
    1. do konca roka v príručnom archíve, po ročnej uzávierke do účtovného archívu
    2. počas dňa v pokladni, na konci smeny sa odnesú do archívu
    3. netreba ich uchovávať
  3. Obehu účtovného dokladu je napríklad:
    1. 1. Zápis do knihy prišlej pošty. Označenie dátumu príchodu. 2. Očíslovanie faktúry podľa záznamu do knihy došlých faktúr. 3. Kontrola vecnej správnosti faktúry pracovníkom, ktorý je za dodávku zodpovedný. 4. Preskúmanie formálnej správnosti faktúry a opečiatkovanie dokladu účtovacím predpisom. 5. Predkontácia dokladu do príručného archívu. 6. Uloženie dokladu do účtovného archívu.
    2. 1. Vystavenie faktúry. 2. Vklad peňazí do pokladne alebo prevod na bankový účet. 3. Vydanie pokladničného bloku alebo výpis z banky. 4. Dovoz tovaru, alebo vykonanie prác.
    3. Doklady neobiehajú. Po prijatí idú hneď do skladu dokladov.
  4. Čo nie je pravidlom účtovnej dokumentácie?
    1. chybu treba opraviť tak aby nebola viditeľná
    2. doklad musí byť čitateľný
    3. uschované doklady musia byť zabezpečené pred stratou a znehodnotením.
  5. Čo nie je pravidlom účtovnej dokumentácie?
    1. doklad musí byť vytvorený na počítači
    2. zápis sa nesmie spraviť bez dokladu
    3. chyba musí ostať po oprave čitateľná, s dátumom a podpisom pracovníka, ktorý opravu urobil
  6. Čo sa oceňuje obstarávacou cenou?
    1. Kúpa skladu, jeho zmontovanie a pohľadávky od predchádzajúceho vlastníka firmy.
    2. Kúpa materiálu, vlastná výroba a zabezpečenie pred poškodením.
    3. Predaj výrobkov.
  7. Čo sa oceňuje reprodukčnou obstarávacou cenou?
    1. Prírastky zvierat, dedičstvo, dar.
    2. Vlastná budova preradená z osobného vlastníctva, vlastné peniaze, pohľadávky.
    3. Zakúpený tovar, služby a tržby.
  8. Čo sa píše do knihy pohľadávok?
    1. Meno, čas vystavenie faktúry, suma, čas splatnosti.
    2. Stav bankového účtu, dlžná suma, výzva na zaplatenie.
    3. Zakúpený tovar, služby a tržby.
  9. Čo sa píše do knihy záväzkov?
    1. Meno, čas vystavenie faktúry, suma, čas splatnosti.
    2. Stav bankového účtu, dlžná suma, výzva na zaplatenie.
    3. Zakúpený tovar, služby a tržby.
  10. Vymenujte etapy prípravy a zostavenia účtovnej závierky.
    1. 1. zúčtovanie všetkých prípadov do peňažného denníka, inventarizácia, uzávierkové operácie, 2. uzatvorenie účtovných kníh, 3. zostavenie účtovných výkazov
    2. 1. výpočet zostatkov v knihe záväzkov a pohľadávok, 2. uzatvorenie účtovných kníh, 3. odnesenie dokladov do účtovného skladu
    3. odnesenie kníh do skladu
  11. Čo sa uzaviera v knihe pohľadávok, záväzkov a knihe sociálneho fondu?
    1. pohľadávky - neuhradená suma pohľadávok, záväzky - zostatok dlžôb podnikateľa
    2. sociálny fond - nevyplatené mzdy sa zapíšu do sociálneho fondu pre 1. mesiac nasledujúceho roka, zostatok fondu je na bežnom účte podnikateľa
    3. uvedené knihy sa neuzavierajú
  12. Čo obsahuje časť majetok vo výkaze o majetku a záväzkoch určenú pre závierku?
    1. hmotný a nehmotný investičný majetok, zásoby
    2. materiál, výrobky, stav na bankových účtoch
    3. dlhy podnikateľa

Skupiny pre úpravy: A, B, C . . . . . . .

PrílohaVeľkosť
TestUctovnictvoB.odt16.05 KB
TestUctovnictvoC.odt17.4 KB
TestUctovnictvoA.odt15.09 KB
TestUctovnictvoA1.pdf24.03 KB
TestUctovnictvoB1.pdf24.18 KB
TestUctovnictvoC1.pdf26.11 KB
TestUctovnictvoA2.pdf24.03 KB
TestUctovnictvoB2.pdf24.17 KB
TestUctovnictvoC2.pdf26.11 KB
TestUctovnictvoOdpovede.odt8.31 KB

referaty.sk - Účtovné doklady, zápisy a knihy

V účtovníctve platí zásada dokladovosti. Účtovné prípady sa dokladujú účtovnými dokladmi.
Účtovné doklady sú preukázateľné účtovné záznamy, na základe ktorých sa uskutočňujú účtovné zápisy. Účtovný doklad je prvotným záznamom hospodárskej a účtovnej operácie.

Funkcie účtovných dokladov:
1. dokladujú čiže dokumentujú účtovné zápisi
2. prostriedkom na overenie, čiže kontrolu správnosti zaúčtovania

Druhy účtovných dokladov:
1.Podľa obsahu:
a)Vonkajšie (externé) – vznikajú v styku s vonkajším okolím, môžu byť : I.) prijaté (dodávateľská faktúra, výpis z účtu)
II.)vydané (odberateľská faktúra)
b)Vnútorné (interné) – vyplívajú z vnútornej činnosti podniku, môžu byť:
I.)predtlačené formuláre (príjemka, výdajka...)
II.)doklady, ktoré nie sú predtalčené (všeobecné), napr. výpočet odpisov, rozdelenie výsledku hospodárenia.

2.Podľa počtu zachytených účtovných prípadov:
a.Jednotlivé účtovné doklady – slúžia na zachytenie jedného účtovného prípadu (PPD – príjmový pokladničný doklad, VPD – výdavkový pokladničný doklad, PFA – prijatá faktúra od dodávatela, VFA –vydaná faktúra odb.)
b.Zberné účtovné doklady – vznikajú zhrnutím viacerých dokladov rovnakého typu do 1 účt. dokladu. Zbernú účtovný doklad sa môže vystaviť na každý deň, alebo za dlhšie obdobie, ale max. na 1 kalendárny mesiac.

Náležitosti účtovných dokladov
Všetky doklady musia obsahovať náležitosti, ktoré sú stanovené zákonom o účtovníctve.
1. Slovné a číselné označenie účtovného dokladu
2. Obsah účtovného prípadu a označenie jeho účastníkov
3. Peňažnú sumu alebo údaj o množstve
4. Dátum vyhotovenia účtovného dokladu
5. Dátum uskutočnenia účt. prípadu, pokiaľ sa nezhoduje s bodom č. 4
6. Podpis osoby zodpovednej za účt. prípad, a zodpovednej za jeho zaúčtovanie
7. Označenie účtov, na ktorých sa účtovný prípad zaúčtuje

Spracovanie účtovných dokladov
Účtovné doklady musia byť vyhotovené:
- Čitateľne
- Prehľadne
- Trvale
Spracovanie ÚD (likvidácia)
1. Preskúmanie ÚD - po stránke vecnej
- po stránke formálnej
Preskúmanie po stránke vecnej znamená zistiť správnosť údajov – či je správne dodané množstvo, či je správne dodaný druh materiálu atď...
Za správnosť zodpovedá konkrétny pracovník, ktorý účtovný prípad nariadil alebo schválil.
Kontrola formálnej správnosti – účtovník kontroluje náležitosti účtovného dokladu.

2. Očíslovanie ÚD – ÚD sa musia dôsledne číslovať, ÚD sa rozdelia podľa jednotlivých druhov(napr. PPD, VPD, PFA...) a každý druh má vlastnú číselnú radu.

3. Zapísanie účtovacieho predpisu – účtovací prepdis tzv. Predkontácia, vyznačuje ju pracovník účtarne
Účtovací prepdis môže byť priamo vytlačený na ÚD (PPD,VPD) aleo vo forme pečiatky, ktorá sa dá na príslušný ÚD, alebo je na samostatnom lístku.

4.Zaúčtovanie podľa účt. predpisu –predkontovaný ÚD – sa zaúčtuje, urobí sa poznámka o zaúčtovaní, pripojí sa dátum a podpis.

5. Archivovanie – účtovné doklady, pokial sa s nimi pracuje, sa uschovávjú v príručnom archíve. Po ukončení uzávierkových prác za príslušné účt. obdobie sa odložia do účt. archívu, kde sa uchovávajú po dobu stanovenú zákonom o účtovníctve. V archíve musia byť doklady usporiadané a zabezpečené proti strate, poškodeniu, zničeniu.

Obeh účtovných dokladov
Pohyb ÚD od príchodu do podniku až po jeho uschovanie alebo archiváciu sa nazýva obeh účtovných dokladov. Každá účtovná jednotka musí mať na ňom mená osôb a funkcie pracovníkov, ktorý sú oprávnený nariaďovať, schválovať a kontrolovať ÚD, súčasťou sú aj podpisové vzory týchto pracovníkov.

Účtovné zápisy
-Písomné alebo technické zaznamenanie účtovného prípadu. Podkladom pre každý účtovný zápis je účtovný doklad. Účtovné zápisy sa robia v účtovných knihách.
-Musia byť zrozumiteľné, prehľadné, trvalé, v slovenskom jazyku.
Techniky spracovania ÚD:
-Ručne, prostriedky výpočtovej techniky, kombinácia ručne a výpočtový technika
Účtovné zápisy členíme z dvoch hladísk:
a.z hľadiska časového – usporiadanie účtovných zápisov chronologicky tak, ako vznikajú, napr. DENNÍK
b.z hľadiska vecného – usporiadanie účtovných zápisov systematicky, účtovanie vš. účtovných prípadov na účtoch 701, 702, 710, A, P, N, V.
Hlavná kniha
Tvoria ju účty A, P, N, V, 701, 702, 710 – systematické alebo sústavné účty.
V minulosti sa hlavná kniha viedla ako pevne viazaná v súčasnosti sa vedie prevažne vo forme voľných listov (pri ručnom spracovaní) alebo formou zostáv (vedenie účtovníctva na PC).

Účty hlavnej knihy sa otvárajú pre každé účtovné obdobie nové, podkladom pre otvorenie hlavnej knihy je:
-ak podnik vznikol v danom roku tak podkladom je úvodná súvaha
-ak existoval už v predchádzajúcom účtovnom období, potom hlavná kniha sa otvára podvojnými zápismi súvsťažne s účtom 701 – ZÚS
-jednotlivé účty sa označujú číslom a názvom, zapíše sa začiatočný stav k 1.1. (MD/D)
-v priebehu účtovného obdobia sa do hlavnej knihy zapisujú účt. zápisy na základe účtovných dokladov
-účtovací predpis utvoríme tak, že : MD/D
úhrada dod. faktúry z BÚ
321 dod./221 BÚ
-na konci účtovného obdobia sa účty hlavnej knihy uzatvárajú, vypočítajú sa obraty na oboch stranách každého účtu, vypočítajú sa konečné zostatky: konečné zostatky N,V sa prevádzajú podvojne na účet 710 , konečné zostatky A, P sa účtovne prevedú na účet 702, na ktorý sa prevedie aj zisk alebo strata z účtu 710. Tým sa obidva účty (MD=D) , nemajú žiaden zostatok. Na základe konečných zostatkov sa zostavia výkazy (účtovná závierka), súvaha a výkaz ziskov a strát, príloha.

Syntetická a analytická evidencia
Na účtoch hlavnej knihy sa stav a zmena majetku sleduje hromadne len v peňažných jednotkách.
Tieto účty označujeme ako syntetické účty a celý súbor hlavnej knihy sa označuje syntetická evidencia. Pre riadenie a kontrolu v podniku nestačia len údaje zachytené na syntetických účtoch, je nutné poznať aj napríklad jednotlivé druhy materiálu, jedn. dodáv. aj odberateľov a pod...
Preto sa k syntetickým účtom vedú aj čiastkové účty tzv. analytické účty. Súhrn všetkých analytických účtov sa nazýva analytická evidencia. Medzi syntetickou a analytickou je vzájomná väzba.
Súčet začiatočných stavov analytických stavov, ktoré sa vedú k príslušnému syntetickému účtu sa musí rovnať začiatočnému stavu na tomto účte. To isté platí pre prírastky, úbytky.
Vzájomná zhoda sa kontroluje zostavou, ktorá sa nazýva kontrolná súpiska analytických údajov.

Na syntetické účty účtujeme podvojne.
Na analytické účty účtujeme jednostranne.