Luento 1. 1 SMG-1100 Piirianalyysi I

Transkriptio

1 SMG-1100 Piirianalyysi I Luento 1 1

2 SMG-1100 Piirianalyysi I I + II periodi Luennot Harjoitukset ti 8 10 S4 ma TB 110 pe 9 10 S4 ti TC 161 Risto Mikkonen, SC 312 ti SC 163 ke SC 105B to SC 105B pe TB 222 Kurssimateriaali: Opintomoniste Nilsson & Riedel: Electric Circuits 7ed. 2

3 SMG-1100 Piirianalyysi I Suoritusvaatimukset: Hyväksytysti suoritettu tentti tai välikokeet Hyväksytyt PC-työt Ennakkotehtävät Laskuharjoitukset / hyvityspisteet 3

4 Lähdemateriaali Nilsson & Riedel: Electric Circuits 7 th edition, Prentice Hall Alexander, Sadiku: Electric Circuits, 2 nd edition, McGraw Hill Boylestad: Introductory Circuit Analysis, 9 th edition, Prentice Hall Valtonen, Lehtovuori, Piirianalyysi, osa I, Unigrafia Oy 4

5 Muutamia ennusteita Mooren laki (1965) Transistoreiden määrä integroiduissa piireissä kaksinkertaistuu kerran kahdessa vuodessa. 5

6 Muita (ei niin hyviä) tunnettuja ennusteita USA:n patenttitoimiston virkailija J.H. Duell (1889): Kaikki, mitä voidaan keksiä, on keksitty. IBM:n toimitusjohtaja Thomas Watson (1943): Luulen, että maailmassa on markkinat ehkä viidelle tietokoneelle. 6

7 Muita (ei niin hyviä) tunnettuja ennusteita DEC:in toimitusjohtaja Ken Ohlson (1977): Ei ole mitään syytä, miksi kukaan haluaisi tietokonetta kotiinsa. Microsoftin perustaja Bill Gates (1981): 640 kb muistia pitäisi riittää kaikille. 7

8 Sisältö kompressoituna Piirikomponentit Tasasähköpiirit Laskentamenetelmät Vaihtosähköpiirit Sinimuotoiset suureet 8

9 Yleinen ratkaisufilosofia Ongelman identifiointi Piirikaavio tai visuaalinen malli Formuloi Ratkaise Kritisoi Ratkaisumenetelmän valinta Ongelman matemaattinen ratkaisu Ratkaisumenetelmän kritisointi Ratkaisun arviointi ja testaus 9

10 Terminologiaa? Sähkövetureille virtaa syöttävissä johdoissa kulkee voltin voima, eli virtaa on sata kertaa enemmän kuin kotoisessa pistorasiassa. Aamulehti

11 SI -yksiköt Pituus, metri [m] Massa, kilogramma [kg] Aika, sekunti [s] Sähkövirta, ampeeri [A] Lämpötila, kelvin [K] Ainemäärä, mooli [mol] Valovoima, kandela [cd] R F C K Water boils Water freezes ( K) Superconducting region Methane boils Oxygen boils Nitrogen boils CRYOGENIC REGION Hydrogen boils Helium boils 0 Absolute zero 11

12 Kryogeniikka (Cryogenics) frost to produce Etymologically, cryogenics means the science and art of producing cold. Kamerlingh Onnes,

13 Etuliitteet 10 12, Tera T 10 9, Giga G 10 6, Mega M 10 3, Kilo k 10-3, milli m 10-6, mikro , nano n 10-12, piko p 10-15, femto f 10-18, atto - a Levykondensaattorin kapasitanssi on 50 F 13

14 Olkiluoto 3 P = W = kw = MW = 1.6 GW 14

15 ITER fuusioreaktori Gadaracheen P = 500 MW Q-luku = 10 Plasman koossapito ja hallinta perustuu magneettiseen koossapitoon. Valmistuu ~

16 Fuusio on päinvastainen reaktio kuin fissio 16

17 Aineiden rakenteesta Atomin rakennetta voidaan kuvata alkeishiukkasista kootulla atomimallilla. Vety: yksi protoni + yksi elektroni H 2 : atomi 1.1 x 10-7 mm H 2 : ydin 3 x mm 17

18 Perussuureet Varaus: Q, q(t); [As] = [C] Q e = -1,602 x C Virta: I, i(t); [A] Kiinteillä aineilla sähkövirta on pääasiassa elektronien liikettä. dq i( t) [ C / s A] dt 18

19 Coulomb & Ampere Charles Coulomb André Ampere

20 Varaus ja sähkökenttä Kiinteän varauksen ympärille syntyvää voimakenttää kutsutaan sähkökentäksi E 20

21 Perussuureet (Cont.) Potentiaali = potentiaalienergia varausyksikköä kohti V = W/Q, [V] = J/C = V (voltti) Potentiaaliero = jännite, U = V 0A V 0B [U] = V V, v(t); U, u(t) Alessandro Volta

22 Sähköenergia ja -teho Hetkellinen teho p( t) u( t) i( t) Teho = työ aikayksikköä kohti; [p] = J/s =VC/s = VA = W (watti) Energian kulutus aikavälillä [0 T] W T 0 p( t) dt James Watt

23 Review Question 1 Hehkulamppu toimii 120 voltin jännitteellä. Mikä on lampun teho, mikäli tunnin aikana lampun kautta kulkee x elektronia? A) B) C) 50 W 100 W 150 W D) 200 W 23

24 Esimerkki Taskulampussa on 1.5 V:n paristo, joka antaa 9 ma:n virran 40 tunnin ajan. Tänä aikana jännite laskee lineaarisesti 1 V:iin. Paljonko paristo luovuttaa energiaa kyseisen 40 tunnin aikana? 24

25 Luento 1 - yhteenveto Opintojakson rakenne Sähkötekniikan historiaa Sähköiset perussuureet 25