Oblast: Elektrostatika Nastavne jedinice: -Uvod u elektrostatiku -Kulonov zakon

Univerzitet u Tuzli

Mašinski fakultet God.studija: II Predmet:Elektrotehnika Predmet:Elektrotehn ika i elektronika

Oblast: Elektrostatika Nastavne jedinice: -Uvod u elektrostatiku -Kulonov zakon

Tuzla, 22,02. 2017.god.

Dr.sc.Maj Dr.sc.Majda da Tešanović Tešanović,, doc. doc.

Elektrotehnika i elektronika SEMESTAR: IV ECTS: 4

SEDMIČNI BROJ SATI U SEMESTRU Predavanja: 2

 Auditorne (teoretske) vježbe: 1 Laboratorijske (eksperimentalne) vježbe: 0 PREDMETNI NASTAVNIK

Dr. sc. Majda Tešanović, docent E-mail: [email protected] e-mail: [email protected] Lokacija: Fakultet elektrotehnike, II sprat, kancelarija 210 PREDMETNI ASISTENTI

Edina Džafić, dipl.ing.el. e-mail: [email protected]

Elektrotehnika i elektronika CILJ KURSA Osposobljavanje studenata za fizikalno razumjevanje pojava oko naelektrisanja u

mirovanju i kretanju, njihovu praktičnu primjenu, osposobljavanje studenata za proračune i analizu električnih kola i mjerenje električnih veličina te razvujanje inžinjerskog načina razmišljanja. OČEKIVANE RAZVIJENE SPOSOBNOSTI/KOMPETENCIJE STUDENATA

Razumijevanje pojava vezanih za električna i magnetska polja i načine primjene tih pojava u praksi, sposobnost proračuna i analiziranja istosmjernih i izmjeničnih električnih kola, sposobnost mjerenja električnih veličina na elementima električnog kola, usvajanje inženjerskog načina razmišljanja polazeći od usvojenih znanja iz fizike i matematike, olakšan praćenje ostalih stručnih i specijalističkih predmeta.

PREPORUČENA I DODATNA LITERATURA 1. Hot E.,Osnovi elektrotehnike, knjiga prva, Svjetlost Sarajevo, 1996. 2. Hot E.,Osnovi elektrotehnike, knjiga druga, Svjetlost Sarajevo, 1996. 3. Kapetanović I., Sarajlić N., Konjić T., Osnovi elektrotehnike-zbirka zadataka, knjiga

1,2, 3, Fakultet elektrotehnike Univerziteta u Tuzli, Tuzla 2000. 4. Dragoljub Milatović, Osnove elektronike, Svjetlost Sarajevo, 1995.

5. Kapetanović I.Madžarević V., Sarajlić N., Zuber T., “Osnovi elektrotehnike -prvi dio”, drugo dopunjeno izdanje, Fakultet elektrotehnike i mašinstva Tuzla, 1995

Način polaganja i bodovanja ispita 

Zadaci (predispitne aktivnosti):

- I parcijalni ispit-Elektrostatika+Jednosmjerne struje- II parcijalni ispit-Elektromagnetizam+Naizmjenične struje 

Domaće zadaće



Prisustvo nastavi + LV



-

20 bod 20 bod

(7. sedmica) (15-ta sedmica)

5 bod 5 bod ukupno: 50 bod

Teorija (ispitne aktivnosti-u terminu završnog i popravnog završnog ispita) : I test – Elektrostatika+Jednosmjerne struje- 10 bod II test - Elektromagnetizam+Naizmjenične struje 10 bod. Usmeni ispit 30 bod

(EM 9 bod+NS i trof.sistemi 21 bod)

ukupno: 50 bod

Uvod  

Elektricitet Elektricitet je skup elektricnih naboja koji ili miruju (staticki



Elektrostatika





  

elektricitet) ili se kreću (elektricna struja).

Elektrostatika je područje elektrotehnike koje se bavi proučavanjem: Naboja u mirovanju (staticki elektricitet), Elektrostatskih sila izmedu el. naboja, i Svojstava elektrostatskog polja u prostoru oko el. naboja

600 godina prije nove ere stari Grci su primjetili privlačna svojstva ćilibara .

-U 16 vijeku Wiliam Gilbert (Džilbert) da analognu osobinu posjeduju i drugi materijali. -Džilbert je ovu pojavu nazvao ELEKTRICITET prema grčkoj riječi elektron

koja znači ćilibar. - Tijela koja su dovedena u stanje da mogu privlačiti sitna tijela nazvao je NAELEKTRISANA, a smatrao je da tijelo u svom sastavu sadrže električna OPTEREĆENJA . - Tijela koja nisu posjedovala ovu osobinu je nazvao NEELEKTRIČNA TIJELA .



1773 godine Di Fej (Du Fay) utvrdio da se naelektrisanja

ćilibara i stakla razlikuju .

-1847 godine Benjamin Frenklin je utvrdio da bez obzira na

mnoštvo različitih materijala postoje samo dvije vrste naelektrisanja POZITIVNO naelektrisanje na staklu i NEGATIVNO naelektrisanje

na ćilibaru. -Ovi nazivi su međunarodnom konvencijom prihvaćeni.

-Eksperimentalno je utvrđeno da se električno opterećenje uspostavlja

neposrednim dodirom različitih materijala. Eksperimentalnim istraživanjem je takođe utvrđeno da se proces uspostavljanja opterećenja može ostvariti i tzv. ELEKTROSTATIČKOM INDUKCIJOM.

Za gradaciju električnog opterećenja koriste se ELEKTROMETRI.

unutar nema strujanja zraka

Materijali u elektrotehnici 

Tijela kod kojih se električna opterećenja mogu slobodno kretati nazivaju se PROVODNICI (metali, rastvor soli, kiseline)





Tijelo kod kojih se električna opterećenja zadržavaju na mjestu nastanka nazivaju se DIELEKTRICI (ćilibar, kaučuk, porculan, većina sintetičkih materijala). U savremenoj elektotehnici materijali se dijele na provodnike, poluprovodnike i dielektrike.

Sastav materije 



Leukip i Demokrit u 5 vijeku prije nove ere su smatrali da je materija sastavljena od sitnih nevidljivih čestica - atoma (grčka riječ atomos -nevidljiv).

U 19 vijeku razvojem hemije pojam atoma je od neodređenog pojma definisan kao materijalna stvarnost - istih hemijskih osobina kao i materija .



U 1879 Tomson (J. J. Thomson) je otkrio elektron .



Kasnije su otkrivene i druge čestice proton, neutron, pozitron, mezoni itd.







Pod ELEMENTARNOM ČESTICOM se podrazumijevaju čestice koje nisu sastavljene od drugih sitnijih čestica. ELEKTRON je negativna elementarna čestica sa

elementarnim kvantom naelektrisanja Qe = e = - 1,602 10-19C me = 9,109 10-31 kg

gdje je C - kulon jedinica za mjerenje elektriciteta 1C = 6,24196 1018 e 



Proton je pozitivno naelektrisana čestica čije je električno opterećenje istog iznosa kao i elektrona p=+ 1,602 10-19 C NEUTRON električki neutralan i ima istu masu kao i proton mn=1,672 10-27 kg u mirovanju.

Električna svojstva tvari – građa tvari



Na svaku elementarnu česticu materije djeluju tri osnovne sile :



GRAVITACIONE (proporcionalne masama) MEZONSKE (interatomske koje djeluje na malim postojanjima)



ELEKTROMAGNETNE (koje počivaju na zakonima elektromagneta).







U nepobuđenom stanju kada atomi nisu izloženi djelovnju spoljašnih sila oni se ponašaju ELEKTRIČKI NEUTRALNO (broj elektrona u elektronskom omotaču jednak je broju protona u jezgri). Prema elektronskoj teoriji električno stanje materije definiše se viškom ili manjkom elektrona u odnosu na broj protona u atomskoj jezgri.







 Ako atom napusti jedan ili više elektrona on postaje POZITIVAN JON i obrnuto ako atom primi jedan ili više elektrona on postaje NEGATIVAN JON. Energija koja se utro ši da bi elektron napustio atom naziva se energija JONIZACIJE i zavisi od vrste materijala kojoj pripada atom i od toga u kojem se sloju elektron nalazi.

Ukupna količina naelektrisanja,odnosno ukupni broj pozitivnih i negativnih kvantova elektriciteta u zatvorenom sistemu se ne mjenja (ZAKON O

ODRŽANJU KOLIČINE ELEKTRICITETA) . 

ZATVOREN SISTEM se smatra takav sistem kroz čiju granicu nema izmjene materije.

Raspodjela električnog opterećenja 

Električno opterećenje (svojstvo čestice materije) manifestira se u dva oblika:



POZITIVNO (opterećenje protona, pozitrona, odnosno naelektrisanje stakla) i NEGATIVNO (opterećenje elektrona odnosno naelektrisanje ćilibara).



Količinski elektično opterećenje se javlja u obliku cijelog broja kvanata



 

naelektrisanja Q = ± Ne gdje je e - kvant naelektrisanja N - cijeli broj



Fizikalni smisao ima samo zapreminska gustina naelektrisanja  jer svako opterećenje makar ono

predstavljalo samo kvant elektriciteta zauzima dio konačnog prostora. 

Uslovna predstava o površinskoj linijskoj i punktualnoj raspodjeli električnih opterećenja veoma je korisna pri rješavanju zadataka elektrostatike.

K ulonov zak on Mehaničke manifestacije međusobnog djelovanja električnih opterećenja u stanju mirovanja definisao je francuski fizičar Kulon (Carles Augustin Coulomb 1736 - 1806) koji je eksperimentalnim putem formulisao 1785 godine svoj

čuveni zakon kao Kulonov zakon.  Algebarski izraz Kulonovog zakona glasi: Mehanička sila uzajamnog djelovanja dva nepokretna punktualna opterećenja Q 1 i Q2 u homogenoj sredini direktno je srazmjerna njihovom proizvodu i obrnuto srazmjerna kvadratu njihovog

međusubnog rastojanja r:  F



k 

Q1 Q2 



r 2

gdje je k  koeficijent proprocionalnosti i u SI sistemu iznosi 2

9

k = 8,98755 10 

2

 Nm C 



9  10

9

 Nm C 

Uobičajeno je da se konstanta  k  izražava kao gdje je :



k 

1 

4 

- dielektrična konstanta ili propustljivost dielektrika



Dielektrična konstanta predstavlja veličinu koja definiše uticaj

sredine na silu uzajamnog djelovanja. Dielektrična konstanta se iz praktičnih razloga obično prikazuje kao:  

=

 

r 

x

 

0 

gdje je: 0  -  dielektrična  konstanta vakuma  = 8,854 10 -12 = 0 

 

r  -

1 36  

10

 9 F 

m

relativna  dielektrična  konstanta sredine



Kulonova sila je vektorska veličina koju definira intenzitet, pravac i smjer.  Ako sa označimo vektor položaja električnog opterećanja Q1 u odnosu na Q2, a sa vektor položaja Q2 u odnosu na Q1 onda je: 

r

12







r 

21

a sile uzajamnog djelovanja u vektorskom obliku iznose: 1



 F 12



4 

1



 F 21

Q1Q2



4 

3

r 12



r 12

Q1Q2 r 213



r 21

sile djeluju duž pravca koji spaja električna opterećenja Q1 i Q2 i ako su istog znaka sila je odbojna, a ako su suprotnog znaka privlačna.

Iz naprijed navedenih vektorskih izraza važi: 



 F12





F 21

Što potvrđuje da važi treći Njutnov (Newtonov )zakon akcije i reakcije. Za proizvoljan broj punktualnih opterećenja npr. za tri pozitivna naeliktrisanja Q1 , Q2 iQ3

važi:



 F1





F21

1





F 31



4



Q1Q2 3

r 

1

r 21 



21

U opštem slučaju prostorne raspodjele rezultantna sila na prvo opterećenje je :

n 

4



Q1Q3  

r 313

r 31 

punktualnih opterećenja n



 F1   F i1 i 2

Kulonov zakon u osnovnom obliku može se primjeniti sa dovoljnom tačnošću za rastojanja punktualnih opterećenja od 10-18 m pa do nekoliko desetina km.



HVALA NA PAŽNJI!!!