Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 1 / SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

Luento 1. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

DEE Sähkötekniikan perusteet

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

järjestelmät Diskreettiaikaiset järjestelmät aikatason analyysi DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

Luento 1. 1 SMG-1100 Piirianalyysi I

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

järjestelmät Luku 2 Diskreettiaikaiset järjestelmät - aikataso DEE Lineaariset järjestelmät Risto Mikkonen

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

Sähköiset perussuureet. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

Luento 6. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

Suprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta

DEE Sähkötekniikan perusteet

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Magneettinen energia

Sähkötekniikka ja elektroniikka

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

sähköverkossa Suprajohtavan käämin suunnitteluperiaatteita eri käämigeometriat (Cont,) 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen

Luento 4 / 12. SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

DEE Sähkötekniikan perusteet

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET. Kirchhoffin lait Aktiiviset piirikomponentit Resistiiviset tasasähköpiirit

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

ELEC-C3230 Elektroniikka 1. Luento 1: Piirianalyysin kertaus (Lineaariset vahvistinmallit)

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

sähköverkossa Yksikön toiminta, suprajohtavat materiaalit Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen

DEE Sähkötekniikan perusteet

FY6 - Soveltavat tehtävät

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Nb 3 Sn (niobitina): - LTS-materiaali - suprajohtavat Nb 3 Sn-säikeet upotettuina pronssimatriisiin - keskellä diffuusiosuoja ja stabiloiva kupari

Yleisimmät käämigeometriat. 1 DEE Suprajohtavuus Risto Mikkonen

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

Kuva 8.1 Suoran virrallisen johtimen magneettikenttä (A on tarkastelupiste). /1/

( ) ( ) ( ) ( ) SMG-1100 Piirianalyysi I, kesäkurssi, harjoitus 1(3) Tehtävien ratkaisuehdotukset

4. Gaussin laki. (15.4)

Johdanto, suprajohtavat materiaalit. DEE Suprajohtavuus

Luku Ohmin laki

DEE Sähkötekniikan perusteet

Silmukkavirta- ja solmupistemenetelmä. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Vyöteoria. Orbitaalivyöt

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

2.2 Energia W saadaan, kun tehoa p(t) integroidaan ajan t suhteen. Täten akun kokonaisenergia W tot saadaan lausekkeesta ( )

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Elektrodynamiikka 2010 Luennot Elina Keihänen Magneettinen energia

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Yleistä sähkömagnetismista SÄHKÖMAGNETISMI KÄSITEKARTTANA: Varaus. Coulombin voima Gaussin laki. Dipoli. Sähkökenttä. Poissonin yhtälö.

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

Elektroniikka ja sähkötekniikka

4. SÄHKÖMAGNEETTINEN INDUKTIO

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Fysiikka 1. Kondensaattorit ja kapasitanssi. Antti Haarto

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

Magneettikenttä ja sähkökenttä

Sähkömagnetismi. s. 24. t syyskuuta :01. FY7 Sivu 1

PIENTAAJUISET SÄHKÖ- JA MAGNEETTIKENTÄT HARJOITUSTEHTÄVÄ 1. Pallomaisen solun relaksaatiotaajuus 1 + 1

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

DEE Sähkötekniikan perusteet

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Sähkömagneettinen induktio

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähkömagneetinen induktio

VASTUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Van der Polin yhtälö

a P en.pdf KOKEET;

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Pynnönen Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Transkriptio:

SMG-2100 Sähkötekniikka Luento 2 1

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 1736-1819 2

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? 3

Passiiviset piirikomponentit - vastus Resistanssi on sähkövastuksen ominaisuus. Vastuksen yli vaikuttava jännite on suoraan verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan. Resistanssin käänteisarvo on konduktanssi G ( siis sähkönjohtavuuden ominaisuus) I GU OHMIN LAKI URI [G] = A V S (Siemens) [R] = V A ohmi) 4

Ohmin laki 5 Georg Simon Ohm 1789-1854

Resistiivisyys / resistanssi Aineen resistiivisyys liittää sähkökentän E ja kentän aiheuttaman virrantiheyden J toisiinsa. Siis E = J E U ; L I J A R U I E L J A J L J A L A 6

T = 20 (1 + (T 20 0 C) ) Aine / m (20 0 C) / K -1 Alumiini 2.38 x 10-8 0.0037 Hiili 6 8 x 10-5 -0.2-8 x 10-3 Hopea 1.63 x 10-8 0.0038 Kupari 1.78 x 10-8 0.0039 Valurauta 2 8 x 10-7 Vesi, puhdas 250 000 7

Passiiviset piirikomponentit - kondensaattori Michael Faraday 1791-1867 8

Kondensaattori Kondensaattorin pääominaisuus on kapasitanssi C, joka ilmoittaa, kuinka suuren varauksen järjestelmä varastoi yhtä jänniteyksikköä kohti. Energiaa varastoiva elementti (energia varastoituu kondensaattorin sähkökenttään). Q CU C As V (faradi) F 9

Kondensaattori (Cont.) Q Sähkövaraus i( t) dt Q0 Q 0 on kondensaattorin alkuvaraus Siis U 1 C 1 C i( t) dt Q i( t) dtu0 0 Toisin sanoen i( t) C du( t) dt Miten kondensaattori näkyy tasasähköpiirissä? 10

Levykondensaattorin kapasitanssi d levyjen välinen etäisyys S levyn pinta-ala 0 r tyhjiön permittiivisyys suhteellinen permittiivisyys As V m m 2 F m Permittiivisyys on suure, joka kuvaa, miten väliaine vaikuttaa sähkökenttään. 11

Passiiviset piirikomponentit - käämi 12 Käämi on energiaa varastoiva elementti, jossa energia varastoituu virrallisen käämin luomaan magneettikenttään.

Käämi Käämin pääominaisuus on induktanssi, joka on ns. käämivuon suhde käämin kautta kulkevaan virtaan. L i N i Joseph Henry 1797-1878 13

Käämi (Cont.) Käämivuo u( t) dt 0 Käämin yli oleva jännite on käämivuon muutosnopeus, jolloin Edelleen 1 i( t) I L u( t) dt 0 I 0 on käämin virta integroinnin alkuhetkellä. d ( t) u( t) dt L di( t) dt Miten käämi näkyy tasasähköpiirissä? Käämin ns. elementtiyhtälö 14

Suprajohtava käämi tehokas energiavarasto = 0, T < T c B = 0 materiaalin sisällä 15 Heike Kamerling Onnes 1853-1926

Suprajohtavuus NbTi / Cu -suprajohdin Kriittiset suureet: T c J c B c LTS matalan lämpötilan suprajohteet (NbTi, Nb 3 Sn) HTS korkean lämpötilan suprajohteet (Bi-2212, Bi-2223, YBCO) MTS MgB 2 16

Suprajohtavuus sähköenergiatekniikassa 17

Suprajohtavuus sähköenergiatekniikassa 18

Suprajohtavuus lääketieteessä - MRI Cumulative number of MRI superconducting magnets sold 1.5 T Superconducting magnets 1 W at 4 K Non-magnetic regenerators >7000 4 K cryocoolers since 1995 Tumor Finland 15.6.2011

Röntgen vs MRI

Review Question 2 Kondensaattorin, C = 4700 F, Q 0 = 141 mc, virta laskee 3 sekunnissa arvosta 3 A arvoon 1 A. Kyseisellä aikavälillä kondensaattorin yli oleva jännite on A) B) C) D) 1276.6 V 141.8 V 1306.6 V 171.8 V 21

Esimerkki Piirielementin virta laskee 3 sekunnissa arvosta 3 A arvoon 1 A. Määritä elementin yli oleva jännite aikavälillä, kun piirielementti on A) vastus, R = 10 B) käämi, L = 3 mh 22

Yhteenveto U=RI i=c(du/dt) u=l(di/dt) 23

Yhteenveto 24