Odgovori na pitanja 1

  • Published on
    27-Jun-2015

  • View
    1.822

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

<p>1.Kulonov zakon: objanjenje, formula i jedinice. Kulonov zakon opisuje silu koja deluje izmeu dva naelektrisanja Q1 i Q2 na meusobnoj udaljenosti r u nekoj sredini. Preciznim merenjem Kulon je ustanovio da se poveanjem koliine naelektrisanja sila koja deluje izmeu njih linearno poveava, a da se smanjenjem koliine naelektrisanja sila linearno smanjuje. Utvrdio je da se i poveanjem udaljenosti sila smanjuje, a smanjenjem udaljenosti sila poveava po kvadratnoj funkciji. Ta zavisnost izraena je Kulonovim zakonom: Intenzitet sile kojom se dva naelektrisana tela privlae ili odbijaju direktno je srazmeran proizvodu koliina njihovih elektriciteta, a obrnuto je srazmeran kvadratu njihovog rastojanja. Intenzitet sile zavisi i od sredine u kojoj se naelektrisana tela nalaze. Ova zavisnost izraava se konstantom k. Formula za Kulonov zakon:</p> <p>njegovoj povrini. Tu je i potencijal najvii. Raspodela potencijala u nekom polju moe se prikazati grafiki pomou ekvipotencijalnih povrina. Ekvipotencijalne povrine su povrine na kojima je u svakoj taki potencijal isti. Potencijal se oznaava sa V. Jedinica za potencijal je volt i obeleava se sa</p> <p>[V ] .</p> <p>F =k</p> <p>Q1 Q2 r22,</p> <p>, gde je:</p> <p>Ako je telo pozitivno naelektrisano, njegov potencijal je pozitivan, a ako je negativno naelektrisano, njegov potencijal je negativan. Ako telo nije naelektrisano, njegov potencijal je jednak nuli. Potencijal se definie na sledei nain: elektrini potencijal u nekoj taki polja iznosi 1V ako se iz referentne take izvan polja prenese u datu taku pozitivno naelektrisanje od 1C, pri emu se izvri rad od 1J. Za referentnu taku van polja uzima se da je u beskonanosti, jer u njoj na probno naelektrisanje Qp ne deluju elektrostatike sile, s obzirom na to da jaina polja opada sa kvadratom rastojanja. Za taku u beskonanosti kaemo da je na nultom potencijalu. Potencijal elektrinog polja, u nekoj taki udaljenoj od naelektrisanja Q za rastojanje r, odreuje se na sledei nain:</p> <p>1 1 1 1 = + +... + Ce C1 C2 CnParalelna veza kondenzatora:</p> <p>C e =C1 +C 2 +... +C nMeovita veza kondenzatora:</p> <p>k: konstanta,</p> <p> Nm k = 9 10 9 2 C </p> <p>V =</p> <p>1 Q 4 0 r r</p> <p>Q1, Q2: koliine naelektrisanja, kulon -</p> <p>[C ] ,</p> <p>Elektrini napon: Elektrini napon je razlika potencijala. Uobiajeno je da se koristi skraeni naziv - napon. Oznaka za napon je U, a jedinica je volt -</p> <p>r: udaljenost izmeu naelektrisanja, metar F: Kulonova sila - njutn</p> <p>[N ]</p> <p>[m]</p> <p>[V ]</p> <p>. Elektrini napon izraen preko razlike potencijala izmeu taaka 1 i 2 ima sledei oblik:</p> <p>U 12 =V1 2 V</p> <p>.</p> <p>Poto se naelektrisanja mogu nai i u drugim sredinama, uvodi se i relativna</p> <p>r ). Formula koja povezuje konstantu k i dielektrina konstanta sredine ( rk=je:</p> <p>1 4 0 r</p> <p>r =</p> <p> 0</p> <p>Napon moe imati pozitivne i negativne vrednosti (kao i potencijal). Jedinica 1V nije uvek pogodna, pa se koriste vee (npr. KV - kilovolt) i manje jedinice (npr. mV - milivolt, V- mikrovolt,...). Pri pomeranju koliine elektriciteta Q du neke putanje, gde postoji napon U, bie izvren rad A. Rad je jednak proizvodu koliine elektriciteta Q i napona U:</p> <p>gde je:</p> <p>r</p> <p>:</p> <p>A = Q U U =</p> <p>A Q</p> <p>, odakle sledi</p> <p>1V =</p> <p>1J 1C</p> <p>relativna dielektrina konstanta sredine, neimenovan broj, ita se iz tabele,</p> <p>:</p> <p>dielektrina konstanta sredine,</p> <p> C2 2 Nm </p> <p>,</p> <p>0 : dielektrina konstanta</p> <p>. Napon od jednog volta postoji izmeu dve take elektrinog polja ako se pomeranjem koliine elektriciteta od jednog kulona (iz jedne take u drugu) izvri rad od jednog dula. Jaina elektrinog polja E, izmeu ravnih paralelnih ploa, moe da se izrazi, preko napona koji postoji izmeu ploa U (razlika potencijala na ploama) i njihovog meusobnog rastojanja d, na sledei nain:</p> <p>5. Pojam struje. Definicija jaine struje (I). Omov zakon. Pojam otpornosti. Usaglaeni referentni smerovi za napon (U) i struju (I) kod otpornika. Elektrina struja je usmereno kretanje elektrona kroz provodnik. Struja je skalarna veliina. Struju kroz elektrolite i gasove ine joni. Ako se elektroni uvek kreu u istom smeru, re je o jednosmernoj struji, a ako uvek protie isti broj elektrona, re je o stalnoj elektrinoj struju. Struja ima sledea dejstva: magnetno, elektrino, mehaniko, hemijsko i svetlosno. Fiziki ili stvarni smer struje je smer kretanja elektrona - od kraja provodnika na niem prema kraju provodnika na viem potencijalu. Tehniki smer struje je dogovoren i to je smer od kraja provodnika na viem prema kraju provodnika na niem potencijalu. Jaina elektrine struje upravo je srazmerna koliini elektriciteta Q koja protekne kroz popreni presek provodnika, a obrnuto srazmerna vremenu proticanja t. Formula:</p> <p>I=</p> <p> C2 vakuuma, 0 = 8,854 10 2 Nm Sila deluje izmeu dva naelektrisana tela, privlana je za raznoimena naelektrisanja, 12odbojna za istoimena naelektrisanja. Pravac sile je onaj koji spaja dva naelektrisanja. Intenzitet se rauna po navedenoj formuli. 2. Vektor jaine elektrinog polja: izvoenje iz Kulonovog zakona, formula i jedinice. Svako naelektrisano telo deluje na druga tela koja se nalaze u njegovoj okolini. Fizika pojava u okolini naelektrisanog tela koja se manifestuje dejstvom mehanike sile izmeu elektrinih optereenja naziva se elektrino polje i oznaava se sa E. Elektrino poje je naroito stanje oko naelektrisanog tela koje se manifestuje dejstvom mehanike sile na druga naelektrisanja u okolini. Elektrino polje je najjae u neposrednoj blizini provodnika, a opada sa poveanjem udaljenosti od provodnika. Elektrino polje se predstavlja linijama elektrinog polja. Linije elektrinog polja su zamiljene linije koje pokazuju pravac sile koja deluje na naelektrisano telo u elektrinom polju. Polje se iri radijalno oko naelektrisanja, a smer se unosi prema dejstvu naelektrisanja na pozitivno probno naelektrisanje. Oko negativnog naelektrisanja, smer je prema naelektrisanju, a oko pozitivnog smer je od naelektrisanja. Oko dva naelektrisanja, linije polja se privlae ako su naelektrisanja raznoimena, a odbijaju ako su naelektrisanja raznoimena. Formula:</p> <p>E=V m </p> <p>U U = E d d.</p> <p>. Jedinica za jainu elektrinog polja je</p> <p>[ A] , [s ] .Formula: volt -</p> <p>Q Q = I t t</p> <p>, gde je: I: jaina struje, amper -</p> <p>Q: koliina naelektrisanja, kulon -</p> <p>[C ] , t: vreme, sekunda -</p> <p>Omov zakon: Jaina elektrine struje u provodniku upravo je srazmerna naponu na njegovim krajevima, a obrnuto srazmerna njegovom elektrinom otporu.</p> <p>I =</p> <p>4. Kondenzator, kapacitivnost kondenzatora, veza izmeu kapaciteta (C) i napona (U). Redna i paralelna veza kondenzatora. Kapacitivnost usamljenog provodnika opisuje sposobnost provodnika da na svojoj povrini nagomilava odreenu koliinu naelektrisanja, pri emu se srazmerno poveava njegov potencijal. Formula:</p> <p>[V ]</p> <p>U R</p> <p>, gde je: I: jaina struje, amper -</p> <p>[ A]</p> <p>, U: napon,</p> <p>, R: otpor, om -</p> <p>[ . ]</p> <p>C=jedinica - farad</p> <p>[F ]</p> <p>Q = 4 0 r R V</p> <p>Omov trougao: Pojam otpornosti: Struja je usmereno kretanje elektrona kroz provodnik. U provodniku se nalaze atomi i elektroni koji predstavljaju struju se sudaraju sa jezgrama atoma provodnika. Na taj nain je otean protok struje. Elektrina otpornost je suprotstavljanje provodnika usmerenom kretanju elektrona. Elektrina otpornost se obeleava sa R. Formula: otpor, om -</p> <p>,</p> <p>R = </p> <p>Sistem od dva bliska provodnika koja su optereena istom koliinom naelektrisanja suprotnog znaka, a razdvojena vazduhom ili nekim drugim dielektrikom naziva se kondenzator. Provodnici koji ga obrazuju zovu se elektrode ili obloge kondenzatora. Koliina naelektrisanja koja se moe nagomilati na elektrodama kondenzatora zavisi od prikljuenog napona i oblika kondenzatora. Formula:</p> <p>[ , ]2</p> <p> : specifina otpornost,</p> <p>[ ] m[m ]</p> <p>l s</p> <p>, gde je: R: ili</p> <p> m m m </p> <p> F N E= Qp C </p> <p>[C ] , C: kapacitet, farad - [F ] , U: napon, volt - [V ]</p> <p>Q =C U , gde je: Q: koliina naelektrisanja, kulon . Kapacitet od 1F je veoma veliki, pa se u praksi koriste manje jedinice, poput mikro farada ( F), nano farada (nF) ili piko farada (pF). Kapacitet Zemlje: 0,7 mF. Ploasti kondenzator se sastoji od dve metalne, na maloj udaljenosti postavljene kojih se nalazi dielektrik. Formula: , gde je:</p> <p>poprenog preseka provodnika, m Otpornost provodnika poveava</p> <p>, uvrtavanjem sile po Kulonovom zakonu:</p> <p>[ ] R2 = R1 [1 + (T2 T1 )]2</p> <p>l: duina provodnika, metar . se</p> <p>, s: povrina</p> <p>sa</p> <p>temperaturom:</p> <p>Formula:</p> <p>, gde je: R2: otpor na1</p> <p>temperaturi T2, om -</p> <p>F =kskraivanjem</p> <p>Q1 Q2 r2Q r2</p> <p>dobija se:</p> <p>E=Q r2</p> <p>k</p> <p>Q Qp r2 Qpi,</p> <p>[ , R : otpor na temperaturi T , om - [ , ] ]1</p> <p>T2: vea temperatura, stepen Celzijusa temperatura, stepen Celzijusa -</p> <p>paralelne</p> <p>ploe,</p> <p>izmeu</p> <p>C = 0 r se:</p> <p>S d</p> <p>0</p> <p>: dielektrina konstanta vakuuma,</p> <p>[ C]</p> <p>[ C]</p> <p>, T1: manja</p> <p>, : temperaturni koeficijent,</p> <p>Qp,</p> <p>dobija</p> <p>E =k</p> <p>=</p> <p>1 4 r 0</p> <p> 1 C</p> <p>.</p> <p>Vektor elektrinog polja izmeu dva raznoimena naelektrisanja usmeren je od pozitivnog ka negativnom naelektrisanju.</p> <p>Referentni smer napona i struje: Ne moe se uvek znati kakav je smer struje kroz neki otpornik, provodnik ili kolo, pa se tada pretpostavlja smer struje. Pretpostavljeni smer struje zove se referentni smer. Posle merenja i izraunavanja, moe se dobiti vrednost struje vea ili manja od nule. Ako je vrednost vea od nule, znai da je referentni smer i pravi smer, u protivnom znai da struja ima drugi smer.</p> <p>Homogeno elektrino polje postoji izmeu dve paralelne ploe naelektrisane jednakom koliinom raznoimenog naelektrisanja. Homogeno elektrino polje je elektrino polje koje u svim takama ima isti smer, pravac i jainu. 3. Elektrini potencijal i elektrini napon. Elektrini potencijal: Posmatrajmo dva tela istih dimenzija. Na telo A dovedena je manja koliina elektriciteta, a na telo B vea. Telo A e biti slabije naelektrisano od tela B.</p> <p>0 = 8,854 10 12 ploa, farad -</p> <p> C2 2 Nm </p> <p>,</p> <p>r</p> <p>:</p> <p>relativna</p> <p>dielektrina konstanta sredine, neimenovan broj, ita se iz tabele, S: povrina</p> <p>[m ]2</p> <p>, d: udaljenost izmeu ploa, metar -</p> <p>[F ] . Kondenzator ima sposobnost akumulisanja energije. Moe se</p> <p>[m] , C: kapacitet,</p> <p>Ako na tela razliitih povrina dovedemo iste koliine elektriciteta, ona e biti razliito naelektrisana. U neposrednoj okolini tela C (ono koje je vie naelektrisano) stvara se jae elektrino polje nego oko tela D. Telo koje je vie naelektrisano, imae i vei potencijal. Elektrini potencijal postoji i van naelektrisanog tela u njegovom elektrinom polju. Najvei uticaj naelektrisanog tela je na</p> <p>puniti i prazniti. Kondenzatori se mogu vezivati u strujno kolo redno, paralelno i meovito. Redna veza kondenzatora:</p> <p>Usaglaeni smerovi struje i napona Neusaglaeni smerovi struje i napona Referentni smer napona se takoe pretpostavlja. Obino se uzima da je negativan kraj napona na masi (masa je zajednika taka na nekom ureaju, najee je uzemljena). 6. Elektrini generatori, naponski i strujni generatori i usaglaeni referentni smerovi za generatore. Naponski generator: Naponski generator je generator stalne jednosmerne struje koga karakteriu elektromotorna sila E i unutranja otpornost Rg.</p> <p>Prema Omovom zakonu struja u kolu sa realnim generatorom (slika a) je:</p> <p>I =</p> <p>I Rg + R p</p> <p>I kirhofov zakon glasi:</p> <p>I1 = I 2 + I 3 + I 4</p> <p>, ili uopteno:</p> <p>.</p> <p>Napon</p> <p>izmeu</p> <p>taaka</p> <p>P</p> <p>i</p> <p>N</p> <p>je:</p> <p>U PN = R p I = R p </p> <p>E Rg + R p</p> <p>.</p> <p>Kada je Rg mnogo manje od Rp, za struju se moe pisati:</p> <p>I </p> <p>E Rp</p> <p>,a</p> <p>napon izmeu taaka P i N je:</p> <p>U PN E</p> <p>.</p> <p>U ovom sluaju realan naponski generator se moe zameniti idealnim (slika b). Teorijski, generatori se mogu vezivati: redno, paralelno i meovito. U praksi se najee koristi redno vezivanje generatora. Paralelna veza generatora se ree koristi, a meovita veoma retko. Redna veza generatora: Da bi se generatori redno vezivali, njihove elektromotorne sile treba da imaju isti smer, kako je prikazano na sledeoj slici: Na krajevima redne veze generatora dobija se vii napon. Ako elektromotorne sile nemaju isti smer, ukupna elektromotorna sila e biti nia zbog njihovog oduzimanja (to nema smisla u praksi). Redno se mogu vezivati generatori koji su predvieni za istu struju, bez obzira na njihove elektromotorne sile. Za kolo na sl. 2, prema zakonu o odranju energije, ukupna snaga generatora je jednaka ukupnoj snazi Dulovih gubitaka, pa je:</p> <p>Realni naponski i idealni strujni generator. U ovakvim situacijama se uvodi pojam idealnog strujnog generatora, ija je struja Is nezavisna od otpornosti prijemnika. Osnovna karakteristika idealnog strujnog generatora je struja Is. Na elektrinim emama on se predstavlja kruiem i strelicom u njemu, koja oznaava smer struje Is. Realan strujni generator: Realan naponski generator se predstavlja rednom vezom idealnog naponskog generatora i unutranje otpornosti Rg. Realan strujni generator se predstavlja paralelnom vezom idealnog strujnog generatora i otpornika otpornosti Rs. Realnom naponskom generatoru se uvek moe nai ekvivalentan realan strujni generator. To znai da se u odnosu na prijemnik proizvoljne otpornosti Rp, koji je prikljuen izmeu njihovih krajeva, oba generatora ponaaju na isti nain. Oni e prouzrokovati struju iste jaine kroz prijemnik i isti napon izmeu njihovih prikljuaka. Napon na krajevima prijemnika (izmeu prikljuaka P i N) u sluaju strujnog generatora je:</p> <p>I 1 +I 2 +... +I n = I n + +I n +2 +... +I m 1U elektrinim kolima vorovi se obeleavaju slovima A, B, C ... ili brojevima 1, 2, 3 ... I Kirhofov zakon moe se napisati i u sledeem obliku: Algebarski zbir struja u voru jednak je nuli. Formula:</p> <p>I ii =1</p> <p>k</p> <p>=0</p> <p>. Algebarski zbir znai da</p> <p>U =I </p> <p>R p Rs R p + Rs</p> <p>, a jaina struje kroz</p> <p>svaka struja ima svoj znak. Prema dogovoru, struja koja ulazi u vor je negativna, a struja koja izlazi iz vora je pozitivna. Sloeno elektrino kolo ima vie struja, vie vorova i vie grana. Kontura je zatvoreni put koji se sastoji od nekoliko grana, gde su neke grane zajednike za vie kontura, a neke pripadaju samo toj konturi. Obeleavaju se I, II, ... II Kirhofov zakon: algebarski zbir svih elektromotornih sila u jednoj konturi jednak je algebarskom zbiru napona na svim otpornicima. Formula:</p> <p>E1 I + E 2 I +... + E n I = R g1 I 2 + R g 2 I 2 +... + R gnR p 2 + R p+ R2 I Rp I sDeljenjem jednaine sa I dobija se:</p> <p>prijemnik Rp je: Jaina struje</p> <p>I=</p> <p>U</p> <p>=</p> <p>I s RsRp u</p> <p>. generatoru je:</p> <p>E1 +E 2 +... +E n =R g1 I +R g 2 I +... +R gn I +R p I E. Zbir EMS moe se zameniti sa Eek - ekvivalentnom elektromotornom silom, tako da je:</p> <p>kroz</p> <p>prijemnik .</p> <p>naponskom</p> <p>I =</p> <p>Eek = E1 +E 2 +... +En</p> <p>Eek = I R g1 + R g 2 +... + R gn + R p I. Na isti nain se moe izraziti i ekvivalentna unutranja otpornost redno vezanih generatora: moe</p> <p>(</p> <p>)</p> <p>, pa imamo:</p> <p>Rg + R p</p> <p>k =1 n</p> <p>Ek</p> <p>n</p> <p>= ( R I ) kk =1 m</p> <p>m</p> <p>ili</p> <p>R gek =R g1 +R g 2 + +R gn ...</p> <p>, pa se napisati:</p> <p>Ove dve struje su iste ako je: Rs = Rg i E = Rs Is. Za idealan naponski generator ne postoji ekvivalentan strujni generator i obr...</p>