Bazat e Elektroteknikës

Ligjërata: 2

Bazat e Elektricitetit

Akademik Alajdin Abazie-mail: a.abazi@seeu.edu.mk , Tel: (044)356-110

2

Nocione themelore të elektricitetit

Struktura e Materies:

Materia ndërtohët nga atomet, të cilët kanë berthamë, rreth së cilës rrotullohën elektronet.

Atomi më i thjeshtë është ai i hidrogjenitme bërthamë prej një protoni, rreth së cilit rrotullohët një elektron

Protoni dhe elektroni kanë veti elektrike me parashenjë të kundërt.

Masa e elektronit është rreth 2000 herë më e vogël nga masa e protonit

3

Nocione themelore të elektricitetit

Berthama e atomeve më të përbërëndërtohët nga më shumë protone dhe neutrone.

Neutronet nuk kanë ngarkesë elektrike.

Në natyrë, shpesh, më shumë atome të llojit të njejtë ose të ndryshëm, bashkohën në molekula.

Shumësia e elektroneve në atome të veçanta, molekula ose pjesë të materies emertohet si gaz (vrushkull) elektronik ose “re elektronike”.

4

Ngarkesa Elektrike

Teprica ose mangësia e gazit elektronik në pjesë të materies paraqet ngarkesën elektrike të trupit.

Gjatë fërkimit një pjesë e resë elektronikemund të bartet nga një pjesë e materies nëtjetrën dhe në atë rast materia, gjegjësishttrupi konsiderohet si i elektrizuar.

Trupa të elektrizuar dhe neutral:Trupi me tepricë elektronësh konsiderohet i elektrizuar me ngarkesë negative.Trupi me mungesë elektronësh konsiderohet i elektrizuar me ngarkesë pozitive. Kur raporti mes ngarkesave elektrike “+” dhe “-” është i barabartë trupi konsiderohet si neutral.

5

Sistemi ndërkombëtar i njësive (SI)

Madhësitë themelore fizike në sistemin e njësive SI:

1. Njësia e gjatësisë – METRI (m)

2. Njësia e masës – KILOGRAMI (kg)

3. Njësia e kohës – SEKONDA (s)

4. Njësia e intensitetit të rrymës elektrike AMPERI (A)

5. Njësia e intensitetit të dritës – KANDELA (Cd)

6. Njësia e temperaturës – KELVIN (K)

7. Njësia e sasisë së materies – MOLI (mol)

6

Sistemi ndërkombëtar i njësive (SI)

METRI – Gjatësia e barabartë me 1650763,73 gjatësi valore të rezatimit në vakuum gjatë kalimit të atomit të kriptonit Cr86 prej nivelit 2p10 në nivelin 5d5.

KILOGRAMI – Masa e 1 dm3 ujë të destiluar në temperaturën 40

C.

SEKONDA – Zgjatja e 9192631770 ciklesh të plota të rrezatimit gjatë kalimit të atomeve të ceziumit 133 prej një niveli në tjetrin supra të hollë.

AMPERI – Amperi është intensiteti i rrymës së pandryshueshme, e cila kur të mbahet në dy përçues vijëdrejtë paralel, të një trashësie të asgjësueshme dhe të gjatësie të pafundme, e që gjenden në largësinë një metër njëri prej tjetrit në hapsirën e zbrazët, do të shkaktoj forcën e veprimit reciprok të barabartë me 2·10-7 të njësive të forcës në sistemin e njësive SI në një metër gjatësie.

7

Ngarkesa Elektrike

Sasia e elektricitetit është madhësi matëse fizike që e shënojmë me Q, kurse njësia e matëse është As=C (kuloni)

Sasia elementare:Ngarkesa e elektronit = -Q0 , kurse e protonit = + Q0

Bartës të elektricitetit: elektronet dhe jonetGazra - elektrone dhe jone Lëngje - joneTrupa të ngurtë - elektrone

Klasifikimi i materialeve, në varësi të sasisë së ngarkesave të lira:

Përçues (mbi 1022/cm3)Gjysëmpërçues (mes 1011 - 1015/cm3)Izolator (praktikisht pa ngarkesa të lira)

AsQ 190 106,1

8

Forca Elektrike

Nëse në afërsi të trupit të ngarkuar elektrikisht sillet trup tjetër i ngarkuar elektrikisht, në mes tyre paraqiten forca të veprimit reciprok – forca elektrike

Ngarkesat e ndryshme (parashenja të ndryshme) tërhiqen

Ngarkesat e njejta (parashenja të njejta) shtyhen

Coulomb më 1785 konstaton se forca elektrike është në përpjestim të drejtë me ngarkesat elektrike, kurse në përpjestim të zhdrejtë me katrorin e largësisë mes tyre

(Ligji i Kulonit)

9

Ligji i Kulonit

Forca e veprimit reciprok mes dy ngarkesave elektrike pikësore:

Ku - konstanta dielektrike e vakuumit

Për vakuum:

Për ambiente materiale:

Forma vektoriale:

221

04

1

r

QQF

mF /10854,8 120

0

9

4

1109

F

mk

121212221

12 4

1rFr

r

QQF

0

Për vakuum:

0 r

10

Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës elektrike

Fusha elektrike është gjendje e veçantë fizike në rrethinën e trupave të elektrizuar, e cila manifestohet me forca mekanike mbi të gjitha trupat e elektrizuar të cilët ndodhen në të.

Fusha elektrike në secilën pikë përshkruhet me vektorin e intenzitetit të fushës elektrike.

Vektori i intensitetit të fushës elektrike E, përkufizohet si raport ndërmjet forcës F e cila vepron në ngarkesën provuese q të futur në fushë dhe vlerës së kësaj ngarkese:

Njësia:024

1r

r

QEose

q

FE

m

V

C

N

Q

FE

][

][][

11

Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës elektrike

Fusha në rrethinën e ngarkesës ekziston edhe pa praninë e ngarkesës provuese.

Nëse në ambientin e tillë sjellim ngarkesën provuese , në te do të vepron forca mekanike.

Forca (si përhera) ka karakter vektorial, andaj edhe Fusha elektrostatike/elektrike paraqet fushë vektoriale.

Fusha elektrostatike/elektrike nuk është me intenzitet dhe kahje konstante → kjo varet nga pozita e pikës në hapësirën që e vështrohët.

12

Ngarkesë pikësore – ngarkesa e trupit me madhësi të papërfillshme

Fusha paraqitet përmes vijave të forcës, të orientuara sikurse vektori i fushës nga ngarkesa pozitive në atë negative. Ngarkesat pozitive përfaqsojnë burimin, kurse ata negative shuarjen e vijave të forcës.

Fushë radiale – fusha e ngarkesës pikësore. Njejtë trajtohet edhe fusha e sferës së elektrizuar sikurse ngarkesa të jetë e koncentruar në qendrën e saj

Fusha Elektrike – Fusha radiale

13

Vijat e fushës elektrike (lines of force) janë vijat nëpër të cilat do të lëvizte ngarkesa provuese kur ta vëndosim në fushë.

Vijat e fushës (spektri) së dy ngarkesave pikësore:

- të polaritetit të kundërt - të polaritetit të njejtë

Vijat e fushës askundi nuk puqen e as priten, pos në pikën e singularitetit.Intenziteti i fushës është proporcional me dendësinë e vijave të fushës.

Fusha Elektrike – Fusha radiale

14

Fusha Elektrike – Parimi i superponimit

Fusha elektrike e më shumë ngarkesave punktuale fitohët si shumë vektoriale e fushës së ngarkesave të veçanta (parimi i superponimit)

Për rastin e dy ngarkesavepikësore Q1 dhe Q2:

n

iin EEEEEE

1321

21 EEE

15

Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës radiale

Në ngarkesën Q2 që gjendet në largësi r nga ngarkesa Q1

vepron forca F=Q1Q2/4πε0r2 mgase ndodhet në fushën e Q1

Intensiteti i fushës është E1= F/Q2 = Q1/(4πε0r2),

kurse vektori i fushës radiale të ngarkesës pikësore është:

Në dy shtresat me sipërfaqe të ndryshme (S=2πr2) dendësia e vijave të fushës është e ndryshme dhe në përpjestim të zhdrejtë me largësinë r2

0204

rr

QE

16

Fusha Elektrike – Intensiteti i fushës radiale

Fusha elektrostatike zvogëlohët me largimin e pikës nga ngarkesa, por zhdukët vetëm në pikat në pafundësi (∞).

Intenziteti i fushës elektrostatike rritet me afrimin kah pikat rreth ngarkesës, në vendin ku është ngarkesa punktuale fusha bëhët me vlerë të pakufishme.

Meqë ngarkesa si punktuale është fiksion, as fusha nuk mund të jetë realisht e pakufishme.

Intenziteti (moduli) i vektorittë fushës elektrostatike ndryshonsipas kurbës që ka karakter të hiperbolës kuadratike:

17

Përçuesi në fushën elektrike – Influenca el.

Në përçuesin e vendosur në fushë elektrike, ngarkesat e lira nën ndikim të fushës ç’vendosen në sipërfaqe të përçuesit!

- (Influenca elektrike) Fenomeni i ç’vendosjes së ngarkesave + dhe – në anë të kundërta përderisa nuk neutralizohet ndikimi i fushës

së jashtme në brendi të përçuesit.

- Brenda përçuesit nuk ka fushë elektrike!

- Po të përtokëzohet përçuesi? Ngarkesat elektrike “influente” kalojnë në

tokë dhe ndërpritet përhapja e fushës jashtë

përçuesit!

- Si mund të mbrohet ndonjë trup ose paisje nga ndikimi I fushës së jashtme?

18

Përçuesi në fushën elektrike

Fusha e krijuar nga ngarkesa elektrike Q, për shkak të influencës neutralizohet në brendi të mbështjellësit përçues.

Për mbrojtje nga ndikimi i fushës elektrostatike mbështjellësi përçues nuk është e thënë të jetë i plotë, por mund të jetë edhe rrjetë!(Kafazi i Faradeit)

Siç vërehet, sipërfaqet përçuese ndikojnë në deformimin e fushës!

Q

S. përçuese

19

Fusha elektrike homogjene

Fusha elektrike e pllakës së hollë të ngarkuar me sasi elektriciteti Q

S – sipërfaqja e pllakës

σ – dendësia sipërfaqsore

σ = Q/S [σ]=C/m2

Intensiteti i fushës në hapsirën rreth pllakës: E = σ/2ε0

Për σ=const → E=const (Fusha Homogjene)

Çfarë ndodh poqëse paralelisht vendoset edhe një pllakë me sasi të njejtë elektriciteti Q?

20

Fusha elektrike homogjene

Fusha elektrike e pllakave paralele të ngarkuara me sasi të njejtë elektriciteti Q, por me shenja të kundërta!

Metoda e superpozicionit: Në çdo pikë intensiteti i fushës është i

barabartë më shumën vektoriale të intensitetit të njërës dhe tjetrës pllakë

Intensiteti i njejtë i fushës: E+ = E- =

σ/2ε0

- jashta pllakave: me kahje të kundërt - brenda pllakave: me kahje të njejtë

Jashta pllakave: E = E+ - E- = σ/2ε0 - σ/2ε0 = 0 (Nuk ka Fushë)

Brenda pllakave: E = E+ - E- = σ/2ε0 + σ/2ε0 = σ/ε0 (Dyfish më e shprehur )

E·ε0 =σ ose E·ε =σ

21

Izolatori në fushën elektrike – Polarizimi el.

Izolator – trupi pa ngarkesa të liraNgarkesat + dhe – janë të ndërlidhura në strukturat atomike dhe molekulare dhe nën ndikimin e fushës së jashtme nuk mund të çvendosen lirisht silurse te rasti i përçuesve!

Polarizimi Elektrik – Fusha e jashtme ndikon në çvendosjen e ngarkesave + dhe – në kuadër të atomeve dhe molekulave ashtuqë krijohen dipole el.

Ngarkesat e polarizuara nën ndikimin e fushës së jashtme orientohen ashtuqë në anë të ndryshme të trupit krijohen shtresa me ngarkesa të njejta.

22

Izolatori në fushën elektrike

Trupat me veti plarizimi quhen dielektrikë, kurse fenomeni dielektricitet.

Dielektriciteti përcaktohet me madhësinë ε

dhe shprehet në varësi me dielektricitetin e vakuumit ε0, si: ε= εr ε0

Fusha e jashtme pjesërisht dobësohet në

trupin e polarizuar, andaj edhe fusha në dielektrik është më e dobët.

Konstanta dielektrike relative εr tregon se për sa herë fusha në dielektrik është më e dobët se fusha e ngarkesës së njejtë në vakuum. Zakonisht është e rendit (1 – 103)

(për ajr εr=1)

Depërtimi (Ed) - faktor me rëndësi për izolatorët Ed paraqet vlerën e depërtimit të izolatorit (për ajr Ed=3 KV/mm)

Trupi i polarizuar

23

Pyetje eventuale!