Mješovita srednja škola„Hazim Šabanović“

Visoko

Predmet : FizikaPredmetni nastavnik : Kolašinac Senad, prof.Razred : IId

PRIPREMAza izvođenje časa

Datum: 29.11.2011.Čas: 38.Nastavna jedinica: Naizmjenična strujaTip časa: Obrada novog gradiva

Nastavne metode: Monološka, dijaloškaOblici rada: Frontalni, individualni

Cilj časa: Upoznati pojam naizmjenične struje

Zadaci časa:Obrazovni zadatak: Shvatiti razlike između istosmjerne i naizmjenične strujeOdgojni zadatak: Razvijati naviku preciznosti i urednostiFunkcionalni zadatak: Shvatiti prednosti naizmjenične struje

Literatura : „Fizika za drugi razred srednjih škola“, dr Ahmed Čolić„Zadaci i ogledi iz fizike za drugi razred srednjih škola“, dr. Ahmed Čolić, Bego Mehurić

TOK ČASA

Uvodni dio (5 min.)

Pitam učenike da li suznali riješiti zadatke za domaću zadaću. Pitam da li je neo spreman da uradi zadatak na tabli. Po mogućnosti ocjenjujem učenika. Ponavljam pojam električnog polja, električnu silu, formule za računanje i mjerne jedinice. Postavljam učenicima pitanja za ponavljanje:

Pitanje: Šta su elementarni magneti?Odgovor: Elementarni magneti su najmanji magneti od kojih je sastavljen svaki magnet.Pitanje: kako se računa sila kojom magnetno polje djeluje na naelektrisanu česticu?Odgovor: Sila kojom magnetno polje indukcije B djeluje na naelektrisanu česticu naelektrisanja q koja

ulazi normalno na linije sile magnetnog polja brzinom v može se naći iz formule .Pitanje: Kako nazivamo silu djelovanja magnetnog polja na naelektrianu česticu?Odgovor: Sila kojom magnetno polje djeluje na naelektrisanu česticu zovemo Lorentzova sila.Pitanje: Kako se naelektrisana čestica, koja ulazi nekom brzinom v normalno na pravac linija sile

magnetnog polja, dalje kreće pod uticajem Lorentzove sile?Odgovor: Pod uticajem Lorentzove sile, naelektrisana čestica se kreće po kružnoj putanji.Pitanje: Kako se može naći poluprečnik kružne putanje naelektrisane lestice pod uticajem Lorentzove

sile?Odgovor: Poluprečnik kružne putanje naelektrisane čestice pod uticajem Lorentzove sile može se naći

po formuli , gdje je m masa čestice, v brzina kojom čestica ulazi normalno na linije sile, q količina elektriciteta čestice i B magnetna indukcija.

Pitanje: Šta je elektromagnetna indukcija?Odgovor: Elektromagnetna indukcija je pojava da se u provodniku koji se nađe u promjenjivom

magnetnom polju indukuje (stvara) elektromotorna sila .Pitanje: Kako glasi Faradayev zakon elektromagnetne indukcije?Odgovor: Faradayev zakon elektromagnetne indukcije glasi: U provodniku koji se nađe u promjenjivom

magnetnom polju indukuje se elektromotorna sila čiji je iznos jednak promjeni magnetnog

fluksa u jedinici vremena .Pitanje: Čemu je jednaka elektromotorna sila indukovana u zavrojnici sa N namotaja?

Odgovor: U navojnici sa N namotaja indukuje se elektromotorna sila .Pitanje: Kako glasi Lentzovo pravilo?Odgovor: Lentzovo pravilo glasi: Indukovana elektromotorna sila ima takav smjer da svojim poljem teži

da spriječi uzrok indukcije.Pitanje: Kako se račua indukovana elektromotorna sila u pravolinijskom provodniku koji se kreće u

magnetnom polju indukcije B?

Odgovor: Elektromotorna sila u pravolinijskom provodniku može se izračunati po formuli .Pitanje: Šta je samoindukcija?Odgovor: Samoindukcija je pojava indukovanja elektromotorne sile u provodniku kojim teče

naizmjenična struja. Javlja se zato što naizmjenična struja (koja je promjenjivog smjera i intenziteta) oko provodnika stvara promjenjivo magnetno polje, zbog čega se u istom provodniku indukuje elektromotorna sila, jer se on našao u promjenjivom magnetnom polju.

Pitanje: Šta je uzajamna indukcija?Odgovor: Uzajamna indukcija je pojava da se u zavojnici, koja se nađe u blizini druge zavojnike kroz

koju teče promjenjiva električna struja, indukuje elektromotorna sila.

Najavljujem novu nastavnu jedinicu i cilj časa. Na vrh table pišem naslov „Naizmjenična struja“

Glavni dio (35 min.)

Do sada smo razmatrali istosmjernu električnu struju. Kada na akumulator ili džepnu bateriju priključimo neki potrošač, kroz njega protiče struja koja ima stalno isti smjer, od plus (+) pola ka minus (-) polu izvora struje.

Danas se najviše proizvodi i koristi naizmjenična struja.

Električna struja čija se jačina i smjer periodično mijenjaju u toku vremena, naziva se naizmjenična struja.

Uređaji pomoću kojih se proizvodi naizmjenična struja nazivaju se generatori naizmjenične struje. Njihov rad je zasnovan na elektromagnetskoj indukciji. U njima se mehanička energija pretvara u električnu energiju.

Slika 1. Princip dobijanja naizmjenične struje

Princip dobivanja naizmjenične struje objasnit ćemo na slici 1. Neka se između polova stalnog magneta nalazi provodnik u obliku pravougaonog rama (okvira, petlje). On rotira oko neke osovine koja je okomita na magnetsko polje indukcije B.

Prilikom obrtanja stalno se mijenja magnetski fluks kroz površinu koja ograničava okvir. Prema zakonu indukcije, usljed promjene magnetskog fluksa, na krajevima provodnika se javlja indukovana elektromotorna sila, odnosno razlika potencijala. Okvir siječe linije magnetnog polja pod različitim uglovima. Kad okvir siječe linije magnetnog polja pod pravim uglom, indukovana elektromotorna sila (EMS) je jednaka

Kada je okvir poralelan sa linijama magnetnog polja, onda je indukovana EMS jednaka nuli

Poslije još četvrtine perioda okvir će ponovo sjeći linije magnetnog polja pod pravim uglom, ali ovaj put će biti drugačije okrenut (promjena fluksa će biti negativna), pa će indukovana EMS opet biti masksimalna, ali suprotnog predznaka

U ostalim trenucima indukovana EMS će biti

Ovdje je ugao između ravni okvira i linija magnetnog polja. On se mijenja zavisno od brzine kbrtanja

okvira. Ako je obrtanje okvira ravnomjerno (što je obično slučaj), ugao se mijenja po pravilu

gdje je kružna frekvencija obrtanja okvira, koja se može naći preko frekvencija f

Prema tome, dobija se da indukovana EMS ima oblik

odnosno

Ako se okvir ravnomjerno obrće, onda će takvo obrtanje imati za posljedicu pojavu napona koji se mijenja po sinusnom zakonu.

Ako je kolo struje zatvoreno, onda će poteći struja ko ja se takođe mijenja po sinusnom zakonu. Zbog toga se takva struja naziva sinusna naizmjenična struja (slika 2.)

Slika 2. Promjena električnog napona i jačine električne struje

Na slici 2 je grafički prikaz napona i struje. On je sinusoidalan, a matematički izrazi za trenutne vrijednosti napona i struje su:

gdje su: u i i trenutne vrijednosti napona i struje, U0 i I0, maksimalne vrijednosti napona i struje, je kružna frekvencija i f je frekvencija struje.

Vrijeme jedne pune promjene napona i struje je period ( T ). Broj punih promjena u jednoj sekundi je frekvencija ( f ). Između ove dvije veličine postoji odnos,

Najrasprostranjenija standardna frekvencija naizmjenične struje je 50 Hz (herca).

Danas se skoro sva električna energija proizvodi i distribuira u obliku naizmjenične struje. Razlog tome je što naizmjenična struja ima nekoliko bitnih prednosti u odnosu na jednosmjernu struju. Prije svega lakše se proizvodi jer je generator naizmjenične struje jednostavne konstrukcije. Naizmjenična struja se lahko može prenositi na velike daljine, bez velikih gubitaka. Ako je potrebno koristiti jednosmjernu struju (TV, računari...) ona se pomoću ispravljača pretvara u jednosmjernu.

Naizmjenična struja stalno mijenja smjer i jačinu u toku vremena, od nule pa do neke maksimalne vrijednosti. Interesuje nas kakav je učinak (efekat) naizmjenične struje. Koliku će, na primjer, jačinu struje izmjeriti ampermetar? Maksimalnu vrijednost ili neku prosječnu vrijednost?

Instrument će pokazati neku stalnu vrijednost jačine naizmjenične struje koja iznosi oko 70% od maksimalne vrijednosti! Takođe, kada naizmjenična struja prolazi kroz neki otpornik R ona će u njemu osloboditi onoliku količinu toplote kao da ima stalnu vrijednost koja iznosi 70% od maksimalne vrijednosti.

Efekat naizmjenične struje je isti kao da ima stalnu vrijednost kao i jednosmjerna struja. Ta vrijednost se naziva efektivna vrijednost. Ona se označava sa I i iznosi 0,707 od maksimalne vrijednosti.

Efektivna vrijednost naizmjenične struje je ona vrijednost koju bi imala i istosmjerna struja da u otporu R proizvede istu količinu toplote kao i naizmjenična struja.

Na sličan način definiše se i efektivna vrijednost naizmjeničnog napona

Kada kažemo da je napon gradske mreže U = 220 V, onda je to efektivna vrijednost naizmjeničnog napona. Kada kažemo da ampermetar pokazuje jačinu naizmjenične struje 12A, onda je to efektivna jačina struje.

Efektivne vrijednosti naizmjenične struje i napona, označavat ćemo oznaka U, odnosno I, bez indeksa.

Završni dio (5 min.)

Ponavljam pojam naizmjenične struje, oblik promjene napona i struje kod naizmjenične struje, osnovne razlike između istosmjerne i naizmjenične struje.

Plan table

Naizmjenična struja