JEDNOSTKA SZKOLENIOWA - ZAŁĄCZNIK 6c – 311403-JM07 – JS21  - MS01

Nazwa jednostki szkoleniowej:

Analizowanie i testowanie obwodów prądu stałego i zmiennego

Nazwa jednostki modułowej/numer kolejny jednostki modułowej:

Testowanie i analizowanie pracy elementów, modułów i podzespołów urządzeń i systemów mechatronicznych JM-07

Nazwa zawodu / kod zawodu: technik mechatronik  311[50]

Strona: 1 z 55

MATERIAŁY DLA UCZNIA:

1.     Prąd elektryczny. Podstawowe wielkości elektryczne

              Prąd elektryczny jest zjawiskiem fizycznym, polegającym na uporządkowanym ruchu nośników ładunku elektrycznego przez przekrój poprzeczny przewodnika, pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego. Zjawisko przepływu prądu elektrycznego obserwuje się w materiałach zwanych przewodnikami oraz w półprzewodnikach. Prądu elektrycznego nie przewodzą dielektryki.

a)      Przewodniki – to materiały, które bardzo dobrze przewodzą prąd elektryczny. Posiadają swobodne nośniki ładunku elektrycznego. Przewodniki dzieli się na:

- przewodniki I rodzaju: metale, ich stopy oraz węgiel. Nośnikami prądu są tutaj swobodne elektrony.

- przewodniki II rodzaju: zwane inaczej elektrolitami, to wodne roztwory kwasów zasad i soli. Nośnikami prądu są tutaj kationy (ładunek +) i aniony (ładunek -).

b)       Półprzewodniki – to przede wszystkim pierwiastki z IV grupy układu okresowego takie jak: krzem oraz german. Charakteryzują się tym, że w pewnych warunkach, np. poprzez domieszkowanie pierwiastkami z V lub III grupy układu okresowego przewodzą prąd. Nośnikami tego prądu są albo elektrony (ładunek „-„), gdy domieszkowanie odbywa się pierwiastkiem z V grupy układu okresowego lub dziury (ładunek „+”), gdy domieszkowanie odbywa się z III grupy układu okresowego. Półprzewodniki znalazły zastosowanie w elementach elektronicznych takich jak: diody, tranzystory, tyrystory w układach scalonych.

c)       Dielektryki – inaczej izolatory, to materiały, które nie przewodzą prądu elektrycznego. Parametrem charakterystycznym dla dielektryków jest przenikalność elektryczna względna εr , która określa ile razy przenikalność elektryczna danego materiału jest większa od przenikalności elektrycznej próżni. Jest to wielkość bezwymiarowa.

Dielektryki stosuje się w elektrotechnice do wykonywania części izolowanych elementów, maszyn i urządzeń np. w kondensatorach jako warstwę oddzielającą metalowe okładziny.

Podstawowe wielkości elektryczne to:

a)     Prąd elektryczny (natężenie prądu elektrycznego) – to stosunek elementarnego ładunku elektrycznego δq przenoszonego przez cząsteczki naładowane w ciągu pewnego czasu elementarnego δt przez dany przekrój poprzeczny środowiska, do tego czasu δt:

Jednostką natężenia prądu elektrycznego jest 1A.

Prąd, który ma wartość stałą w czasie nazywany jest prądem stałym:

Jeśli prąd zmienia swoją wartość i kierunek mówimy o prądzie zmiennym:

Szczególnym przypadkiem prądu zmiennego jest prąd okresowo zmienny, gdy wartość prądu powtarza się co jakiś okres – T. W elektrotechnice i elektronice szczególne znaczenie mają:

·         Prąd o przebiegu prostokątnym

·         Prąd sinusoidalnie zmienny

Na rysunku powyżej przedstawiono przebiegi prądów okresowo zmiennych: prostokątny oraz sinusoidalny.

b)     Napięcie - to różnica potencjałów między dwoma punktami obwodu elektrycznego, umożliwiająca przepływ ładunku elektrycznego, czyli przepływ prądu.

Inne wielkości elektryczne to: rezystancja, konduktancja, moc, energia, pojemność, indukcyjność. Każdą wielkość elektryczną można zmierzyć, czyli przyporządkować jej określoną wartość. Wartość danej wielkości, której przypisujemy wartość równą 1, nazywamy jednostką miary tej wielkości. Zbiór jednostek miary różnych wielkości fizycznych nazywany jest układem jednostek miar. W Polsce obowiązuje Międzynarodowy Układ Miar zwany Układem SI. Poniższa tabela przedstawia podstawowe wielkości elektryczne, ich oznaczenia oraz jednostki zgodne z układem SI:

TABELA 1: Podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki:

Czasami zachodzi potrzeba wyrażenia wielkości fizycznej o bardzo małej lub bardzo dużej wartości. Wtedy posługujemy się wielokrotnościami dziesiętnymi i podwielokrotnościami jednostek podstawowych.

TABELA 2: Wielokrotności i podwielokrotności jednostek podstawowych