Villamos tér. Elektrosztatika. A térnek az a része, amelyben a. érvényesülnek.

Átírás

1 III. VILLAMOS TÉR

2 Villamos tér A térnek az a része, amelyben a villamos erőhatások érvényesülnek. Elektrosztatika A nyugvó és időben állandó villamos töltések által keltett villamos tér törvényeivel foglalkozik.

3 1. A villamos tér jellemzői Dörzselektromosság Az alapfogalmak tárgyalásánál megbeszéltük. Töltések között ható erők Az alapfogalmak tárgyalásánál megbeszéltük. Villamos megosztás A villamos térnek az a hatása, hogy a belehelyezett eredetileg semleges vezetőben töltésszétválasztást létesít.

4 1. A villamos tér jellemzői oulomb-törvény Két pontszerű töltés között fellépő erő egyenesen arányos a töltések szorzatával és fordítottan arányos a közöttük lévő távolság négyzetével. A villamos térerősség F k k 9 Q1 Q2 [N] 2 r 2 9 Nm 10 arányossági tényező, vákuumban 2 A villamos térbe helyezett egységnyi töltésre ható erő. E F Q N

5 1. A villamos tér jellemzői A villamos tér szemléltetése Villamos tér ábrázolása A villamos tér érzékszerveinkkel nem észlelhető, szemléltetése erővonalakkal történik. Az erővonalak tulajdonságai: Az erővonalak irányítottsága a következő: a pozitív töltésekről indulnak és a negatív töltéseken végződnek. Különálló töltések esetén a pozitívnál a végtelenbe tartanak, míg negatívnál a végtelenből érkeznek.

6 1. A villamos tér jellemzői Homogén villamos tér Az olyan elektromos teret, ahol a térerősség állandó értékű, homogén elektromos térnek nevezzük, amelynek erővonalai azonos sűrűségűek és párhuzamosak egymással.

7 1. A villamos tér jellemzői Feszültség és térerősség Vegyünk két egymással párhuzamos fémlemezt. A lemezek töltését egy feszültséggenerátor segítségével szétválasztjuk. Ez azt jelenti, hogy a lemezek töltése azonos, de ellentétes polaritású lesz, azaz a két lemez között homogén elektromos teret hozunk létre. Térerősség kialakulása Az elmozdulás közben a tér W = F d, azaz W = Q E d munkát végez. Mivel a lemezek közötti feszültség: U W Q U E Q Q d E d E U d

8 1. A villamos tér jellemzői Vezetők a villamos térben Árnyékolás Az elektronikában gyakran használnak árnyékolást, ugyanis az áramkörök működése közben elektromos terek keletkeznek, amelyek egymás funkcionális működését zavarják. Viszont tapasztalati tény igazolja azt, hogy elektromos kölcsönhatás a térnek azon részén nem mutatható ki,amelyet vezető anyaggal veszünk körül, és azt a földdel összekötjük.

9 1. A villamos tér jellemzői Szigetelők a villamos térben Permittivitás (dielektromos állandó) Szigetelőanyagokra jellemző állandó. Megadja, hogy a szigetelőanyag mennyire vezeti a villamos erővonalakat. ε 0 : megadja, hogy a vákuum mennyire vezeti a villamos erővonalakat. ε r : a relatív permittivitás, megadja, hogy a szigetelőanyag mennyire vezeti a villamos erővonalakat. Továbbá megadja, hogy hányad részére csökken a töltések közötti erő, ha vákuum helyett más szigetelőanyag tölti ki a töltések közötti teret. ε ε 0 ε r F m F: Farad

10 1. A villamos tér jellemzői Dielektromos polarizáció A molekula dipólusok beállása a tér irányába. A rendeződött dipólusok erőtere ellentétes a külső térrel. Tehát a szigetelők belsejében lévő eredő térerősség kisebb, mint a vákuumban. E U d ε r A villamos térerősség ε r -ed részére csökken.

11 1. A villamos tér jellemzői Átütés Ha egy elektromosan megosztott szigetelőanyagban a térerősséget tovább növeljük, akkor fokozódik a polarizáltsága. Az elektron pályája mindaddig torzul, míg egy adott értékű térerősség esetén az elektron kiszakad kötéséből. Szabad töltéshordozó lesz, amit a nagy térerősség felgyorsít. A rendkívül gyors szabaddá vált elektron más atom, erősen polarizálódott elektronját bombázza ki kötéséből. A szabad töltéshordozók száma emiatt lavinaszerűen megnő, és a szigetelőanyag vezetővé válik. Ezt a jelenséget átütésnek nevezzük. Átütési szilárdság Azt a legnagyobb térerősséget pedig, amelynél a szigetelő még nem üt át, átütési szilárdságnak nevezzük.

12 2. Kondenzátorok Kettő vagy több villamosan vezető felületből állnak, melyek között szigetelő anyag van. Villamos töltés tárolására szolgálnak.

13 2. Kondenzátorok A villamos kapacitás fogalma Kapacitás: töltésbefogadó képesség Q F (Farad) U Egységnyi felületen tárolható töltés. 1 1F 1V 1 F a kapacitás, ha 1V feszültség 1 töltést visz fel a fegyverzetekre. A ε0 F (dielektrikum leveg d A az egyik fegyverzet felülete. ε 0 ε r A d F (dielektrikum egyéb szigetelőz

14 2. Kondenzátorok Rajzjelek Jellemzői Névleges kapacitás (pf, nf, F) Adott fizikai tulajdonságot mértékegységben kifejező szám. Tűrés A névleges értéktől való megengedett eltérés. tényl névl névl 100 %

15 2. Kondenzátorok Feliratok 1nF 1n0 47pF 47 vagy 470 ( ) 4,7nF 4n7 vagy nF 10n vagy nF 100n vagy 104 Névleges feszültség Az a feszültség, amelynél a kondenzátor szigetelőanyaga tartós igénybevétel során sem károsodik. Pl.: 16V, 25V, 63V, 1000V

16 2. Kondenzátorok Hőmérsékleti tényező Megadja, hogy az 1F-os kapacitás 1 -os hőmérsékletváltozás esetén hány F-dal változik meg. Szigetelési ellenállás A kondenzátorra kapcsolt egyenfeszültség és az annak hatására folyó áram állandósult állapotban. (G nagyságrendű)

17 2. Kondenzátorok Típusai Állandó értékűek Papírkondenzátorok (pf, nf esetleg F) Műanyag fóliás kondenzátorok (pf, nf esetleg F) Dielektrikumuk polisztirol, fegyverzetük Al (feltekercselt formában), lehet polarizált is Kerámia kondenzátorok (pf, nf esetleg F) Elektrolit kondenzátorok (nagyobb kapacitásúak, néhány tized F- több ezer F-ig) alumínium tantál minden esetben polarizáltak!!!! Változtatható értékűek Trimmer (beállító) kondenzátorok

18 2. Kondenzátorok Kapcsolása Soros kapcsolás A feszültségforrásból csak a szélső lemezekre áramlik töltés. A többi lemezen csak a villamos megosztás révén van töltés. 1 e e Kapacitív feszültségosztó U U 2 2? U 1 1 2

19 2. Kondenzátorok Párhuzamos kapcsolás A feszültségforrásból minden lemezre áramlik töltés. e 1 2

20 2. Kondenzátorok Viselkedése az áramkörben τ R s idődőállandó

21 2. Kondenzátorok Viselkedése az áramkörben bekapcsoláskor rövidzár bekapcsoláskor a feszültség kialakulását, kikapcsoláskor a megszűnését késlelteti bekapcsolás után fogyasztóként (villamos tér kialakul), kikapcsolás után generátorként (villamos tér megszűnése) viselkedik állandósult állapotban szakadás