Luento 1 / SMG-1100 Piirianalyysi I Risto Mikkonen

Samankaltaiset tiedostot
Luento 1. 1 SMG-1100 Piirianalyysi I

Luento 1. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Sähköiset perussuureet. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 2. SMG-2100 Sähkötekniikka Risto Mikkonen

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 2. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

DEE Sähkötekniikan perusteet

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Mittaustuloksen esittäminen Virhetarkastelua. Mittalaitetekniikka NYMTES 13 Jussi Hurri syksy 2014

DEE Sähkötekniikan perusteet

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Luento 2. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Aktiiviset piirikomponentit. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

1. Fysiikka ja mittaaminen

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

FY6 - Soveltavat tehtävät

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

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

Yksikkömuunnokset. Pituus, pinta-ala ja tilavuus. Jaana Ohtonen Språkskolan/Kielikoulu Haparanda-Tornio. lördag 8 februari 14

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

Julkaistu Helsingissä 8 päivänä joulukuuta /2014 Valtioneuvoston asetus. mittayksiköistä. Annettu Helsingissä 4 päivänä joulukuuta 2014

Magneettinen energia

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

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

Maxwell ja hänen yhtälönsä mitä seurasi?

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

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

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

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

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

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

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

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

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

DEE Sähkötekniikan perusteet 5 op

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

STANDARDIEN LYHIN MAHDOLLINEN OPPIMÄÄRÄ

Luento 6. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

SI-järjestelmä uudistuu

DEE Sähkötekniikan perusteet

Fy06 Koe ratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/13

DEE Sähkötekniikan perusteet

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Sähkömagnetismia. Coulombin laki väliaineessa Eristeessä vuorovaikutus on heikompi kuin tyhjiössä. Varaus on kvantittunut suure eli, missä n = 1,2,3

Energian varastointi ja uudet energialähteet

4. Gaussin laki. (15.4)

Sähkötekiikka muistiinpanot

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

Luku Ohmin laki

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

Magneettikentät. Haarto & Karhunen.

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

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

Mittayksikköjärjestelmän fysikaaliset perusteet, osa II b, sähkösuureet. 1. Jännite ja Josephson-ilmiö 4. Sähkösuureiden yksiköt SI-järjestelmässä

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

Vyöteoria. Orbitaalivyöt

Sähkötekniikka ja elektroniikka

DEE Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto

DEE Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto

Elektroniikka. Mitä sähkö on. Käsitteistöä

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Fysiikan perusteet ja pedagogiikka (kertaus)

Sähkötekniikka ja elektroniikka

KURSSIN TÄRKEIMPIÄ AIHEITA

a P en.pdf KOKEET;

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

DEE Sähkötekniikan perusteet

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

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

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

DEE Aurinkosähkön perusteet

1 Sähkötekniikan peruskäsitteet

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

Sähkön perusteet. Elektroniikka ja sähköoppi. Klas Granqvist Akun Tehdas / Oy Aku s Factory Ltd

Tekstiilien tutkiminen ja testaus

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

&()'#*#+)##'% +'##$,),#%'

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

2. Vastuksen läpi kulkee 50A:n virta, kun siihen vaikuttaa 170V:n jännite. Kuinka suuri resistanssi vastuksessa on?

Sähköstatiikka ja magnetismi

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0

Magneettikenttä ja sähkökenttä

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Jännite, virran voimakkuus ja teho

PHYS-A3131 Sähkömagnetismi (ENG1) (5 op)

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

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

Transkriptio:

SMG-1100 Piirianalyysi I Luento 1 / 12 1

SMG-1100 Piirianalyysi I Viikot 22-24 (27.5. 14.6.) Luennot Harjoitukset ma, ti, ke, to 16-19 S2 pe 11-14 S2 ti 28.5. ja ke 29.5. SC 105B pe 14.6. SC 105B, SH 311 Aki Korpela, SH 315 Kurssimateriaali: Opintomoniste Nilsson & Riedel: Electric Circuits 7ed. 2

SMG-1100 Piirianalyysi I Suoritusvaatimukset: Hyväksytysti suoritettu tentti Hyväksytyt PC-työt 3

Sähkötekniikan kehitys (viimeiset 50 vuotta) Mooren laki (1965) Transistoreiden määrä integroiduissa piireissä kaksinkertaistuu kerran kahdessa vuodessa. 4

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. 5

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. 6

Sisältö kompressoituna Piirikomponentit Tasasähköpiirit Laskentamenetelmät Vaihtosähköpiirit Sinimuotoiset suureet 7

Yleinen ratkaisufilosofia Ongelman identifiointi Piirikaavio tai visuaalinen malli Formuloi Ratkaise Kritisoi Ratkaisumenetelmän valinta Ongelman matemaattinen ratkaisu Ratkaisumenetelmän kritisointi Ratkaisun arviointi ja testaus 8

Terminologiaa? Sähkövetureille virtaa syöttävissä johdoissa kulkee 25 000 voltin voima, eli virtaa on sata kertaa enemmän kuin kotoisessa pistorasiassa. Aamulehti 15.10.1997 9

SI -yksiköt Pituus, metri [m] Massa, kilogramma [kg] Aika, sekunti [s] Sähkövirta, ampeeri [A] Lämpötila, kelvin [K] Ainemäärä, mooli [mol] Valovoima, kandela [cd] R 700 600 500 400 300 200 100 0 F 200 100 0-100 -200-300 -400-460 C 100 0-100 -200-273 K 400 300 200 100 Water boils Water freezes (273.15 K) Superconducting region Methane boils Oxygen boils Nitrogen boils CRYOGENIC REGION Hydrogen boils Helium boils 0 Absolute zero 10

Kryogeniikka (Cryogenics) frost to produce Etymologically, cryogenics means the science and art of producing cold. Kamerlingh Onnes, 1894 11

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

Olkiluoto 3 P = 1 600 000 000 W = 1 600 000 kw = 1 600 MW = 1.6 GW 13

ITER fuusioreaktori Gadaracheen P = 500 MW Q-luku = 10 Plasman koossapito ja hallinta perustuu magneettiseen koossapitoon. Valmistuu ~ 2019 14

Fuusio on päivastainen reaktio kuin fissio 15

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 10-12 mm 16

Perussuureet Varaus: Q, q(t); [As] = [C] Q e = -1,602 x 10-19 C Virta: I, i(t); [A] Kiinteillä aineilla sähkövirta on pääasiassa elektronien liikettä. dq i( t) [ C / s A] dt 17

Coulomb & Ampere Charles Coulomb 1726 1806 André Ampere 1775-1836 18

Varaus ja sähkökenttä Kiinteän varauksen ympärille syntyvää voimakenttää kutsutaan sähkökentäksi E 19

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 1745-1829 20

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] T W p( t) dt 0 James Watt 1736-1819 21

Review Question 1 Hehkulamppu toimii 120 voltin jännitteellä. Mikä on lampun teho, mikäli tunnin aikana lampun kautta kulkee 28.09 x 10 21 elektronia? A) B) C) 50 W 100 W 150 W D) 200 W 22

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? 23

Yhteenveto Opintojakson rakenne Sähkötekniikan historiaa Sähköiset perussuureet 24

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 U R I [G] = A V S (Siemens) [R] = V A ohmi) 25

Ohmin laki 26 Georg Simon Ohm 1789-1854

Resistiivisyys / resistanssi Aineen resistiivisyys liittää sähkökentän E ja kentän aiheuttaman virrantiheyden J toisiinsa. Siis E = J U E ; L I J A R U I E L J A J J L A L A 27

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 28

29

Passiiviset piirikomponentit - kondensaattori Michael Faraday1791-1867 30

Kondensaattori Kondensaattorin pääominaisuus on kapasitanssi C, joka ilmoittaa, kuinka suuren varauksen järjestelmä varastoi yhtä jänniteyksikköä kohti. Energiaa varastoiva elementti (energia varastoituu kondensaattorin sähkökenttään). Q C CU As V (faradi) F 31

Kondensaattori (Cont.) Q Sähkövaraus i( t) dt Q Q 0 on kondensaattorin alkuvaraus 0 Toisin sanoen du( t) i( t) C dt 32 Siis U 1 C 1 C i( t) i( t) dt dt U 0 Q 0 Miten kondensaattori näkyy tasasähköpiirissä?

Levykondensaattorin kapasitanssi d levyjen välinen etäisyys 0 tyhjiön permittiivisyys S levyn pinta-ala r suhteellinen permittiivisyys As V m m 2 F m Permittiivisyys on suure, joka kuvaa, miten väliaine vaikuttaa sähkökenttään. 33