Elektrick pole Ing Jaroslav Bernkopf Zklady elektrotechniky 1

Elektrické pole Ing. Jaroslav Bernkopf Základy elektrotechniky 1

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Dáme k sobě dvě kovové desky do vzdálenosti d. d Základy elektrotechniky 2

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Připojíme na ně dráty. d Základy elektrotechniky 3

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Těmi dráty na ně přivedeme napětí U. Na modrou mínus, na kladnou plus. d – – – U + + + Základy elektrotechniky 4

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Levá má záporný náboj, pravá má kladný náboj. Mezi deskami vznikne elektrické pole. d – – – U + + + Základy elektrotechniky 5

Elektrické pole Intenzita elektrického pole E je tím větší, čím je větší napětí U a čím jsou desky blíže k sobě – čím menší je d. d – – – U + + + Základy elektrotechniky 6

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Když je intenzita elektrického pole moc velká, izolace se prorazí. Byla překročena elektrická pevnost Ep materiálu. d – – – U + + + Základy elektrotechniky 7

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Elektrická pevnost Ep materiálu je taková intenzita elektrického pole, při které se materiál právě prorazí. d – – – U + + + Základy elektrotechniky 8

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Elektrická pevnost Ep materiálu se udává ve voltech na metr. Nebo v šikovnějších jednotkách, např. k. V/mm. Látka Vzduch Křemen Pryž Nylon Sklo Olej Papír Bakelit Polystyren Teflon Elektrická pevnost Ep 3 000 V/m 3 k. V/mm 8 000 V/m 8 k. V/mm 12 000 V/m 12 k. V/mm 14 000 000 V/m 14 k. V/mm 15 000 V/m 15 k. V/mm 16 000 V/m 16 k. V/mm 24 000 000 V/m 24 k. V/mm 60 000 V/m 60 k. V/mm Základy elektrotechniky Např. milimetr bakelitu 23 k. V vydrží, při 25 k. V se už prorazí. 9

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Mezi nabité desky dáme kuličku se záporným nábojem Q 0. Co se bude s kuličkou dít? d – – – Q 0 – U + + + Základy elektrotechniky 10

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Výborně! Záporná deska ji bude odpuzovat, kladná přitahovat. d – – – Q 0 – U + + + Základy elektrotechniky 11

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Jaká síla F bude na kuličku působit? d – – – Q 0 – F U + + + Základy elektrotechniky 12

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Kdyby nebylo žádné elektrické pole, síla by nebyla žádná. d Q 0 – Základy elektrotechniky 13

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Kdyby kulička neměla žádný náboj, síla by nebyla žádná. d – – – U + + + Základy elektrotechniky 14

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Pro obě veličiny, intenzitu elektrického pole E i náboj Q 0 platí: "Čím větší, tím větší síla F". d – – – Q 0 – F U + + + Základy elektrotechniky 15

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Jaký bude vzoreček pro sílu F? d – – – Q 0 – F U + + + Základy elektrotechniky 16

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Čím větší intenzita elektrického pole E, tím větší F. E nahoře. d – – – Q 0 – F U + + + Základy elektrotechniky 17

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Čím větší náboj Q 0, tím větší F. Q 0 také nahoře! d – – – Q 0 – F U + + + Základy elektrotechniky 18

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Čím větší intenzita elektrického pole E, čím větší náboj Q 0 d – – – tím větší F. Q 0 – F U + + + Základy elektrotechniky 19

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Dva náboje (třeba dvě nabité kuličky) opačného znaménka se přitahují, . . . Q 2 Q 1 + – F F r Základy elektrotechniky 20

Elektrické pole Intenzita elektrického pole . . . souhlasného znaménka se odpuzují. Q 2 Q 1 – – F F r Základy elektrotechniky 21

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Síla, kterou na sebe náboje působí, je tím větší, čím větší jsou náboje Q 1 a Q 2 Q 1 + – F F r Základy elektrotechniky 22

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Síla, kterou na sebe náboje působí, je tím menší, čím větší je vzdálenost r. r bude jistě dole. Aby Q 1 mohl působit na všechno kolem sebe, tedy i na Q 2, musí svoje působení rozprostřít po povrchu koule o poloměru r. Stejně tak Q 2 Q 1 + – F F r Základy elektrotechniky 23

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Povrch koule je S = 4�� r 2. A to bude dole. Q 2 Q 1 + – F F r Základy elektrotechniky 24

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Síla mezi náboji musí proniknout prostředím (třeba vzduchem) mezi náboji. Látky se brání vytvoření elektrického pole různou měrou, podle materiálu. Nejméně se brání vakuum, všechno ostatní se brání více. Q 2 Q 1 + – F F r Základy elektrotechniky 25

Elektrické pole Intenzita elektrického pole Tato nechuť látek, zmenšující sílu mezi náboji, se nazývá permitivita ԑ [epsilon]. Permitivita ԑ je schopnost látky • bránit vytvoření elektrického pole • zvětšovat kapacitu kondenzátoru Q 2 Q 1 + – F F r Základy elektrotechniky 26

Elektrické pole Kondenzátor Znovu dvě desky. Každá má plochu S, jsou od sebe ve vzdálenosti d. Izolant má permitivitu ԑ. d S – – – ԑ Permitivita vakua ԑ 0 je asi 10 -11. + + + S Základy elektrotechniky Permitivita všech ostatních látek je větší. Kolikrát je větší, to vyjadřuje relativní permitivita ԑr. Relativní permitivita ԑr vyjadřuje, kolikrát má látka větší permitivitu než vakuum. 27

Elektrické pole Kondenzátor Permitivita látky ԑ je permitivita vakua ԑ 0 krát relativní permitivita té látky ԑr. d S – – – ԑ= ԑ 0*ԑr + + + S Základy elektrotechniky 28

Elektrické pole Kondenzátor Dvě desky oddělené izolantem (dielektrikem) tvoří kondenzátor. d S – – – ԑ= ԑ 0*ԑr U + + + S Základy elektrotechniky Kondenzátor je elektronická součástka, která je schopná nabít se elektrickým nábojem. Kapacita kondenzátoru je schopnost nabít se elektrickým nábojem. Vyjadřuje se v coulombech C. 29

Elektrické pole Kondenzátor Kapacita závisí na ploše desek S, vzdálenosti d, permitivitě ԑ. d S – – – ԑ= ԑ 0*ԑr U + + + S Základy elektrotechniky 30

Elektrické pole Kondenzátor Kapacita závisí na ploše desek S, vzdálenosti d, permitivitě ԑ. d S – – – ԑ= ԑ 0*ԑr U + + + S Základy elektrotechniky Relativní permitivita ԑr říká, kolikrát se zvětší kapacita kondenzátoru, když mezi desky kondenzátoru dáme místo vakua (nebo vzduchu) ten materiál. 31

Elektrické pole Kondenzátor Kapacita závisí na ploše desek S, vzdálenosti d, permitivitě ԑ. d S – – – ԑ= ԑ 0*ԑr U + + + S Základy elektrotechniky Například, vsuneme-li mezi desky papír s relativní permitivitou ԑr = 2, kapacita kondenzátoru C se zvětší na dvojnásobek. 32

Elektrické pole Kondenzátor Spočítejte kapacitu kondenzátoru s deskami ve tvaru čtverce o straně 10 mm, s keramickým dielektrikem tlustým d = 0, 1 mm s relativní permitivitou ԑr = 2, 4*103. 10 m m 10 m m Základy elektrotechniky 33

Elektrické pole Kondenzátor S = 0, 01 m * 0, 01 m = 0, 0001 m 2 = 1*10 -4 m 2 d = 0, 1 mm = 0, 0001 m = 1*10 -4 m ԑ 0 = 1*10 -11 ԑr = 2, 4*103 Základy elektrotechniky 34