1/1
PSK1-15
| Název školy: | Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 |
| Autor: | Ing. Marek Nožka |
| Anotace: | Primární a sekundární parametry metalického vedení |
| Vzdělávací oblast: | Informační a komunikační technologie |
| Předmět: | Počítačové sítě a komunikační technika (PSK) |
| Tematická oblast: | Principy přenosu informací |
| Výsledky vzdělávání: | Žák ukazuje rozložení elmag. vlny na vedení |
| Klíčová slova: | metalické vedení, primární a sekundární parametry |
| Druh učebního materiálu: | Online vzdělávací materiál, animace, program |
| Typ vzdělávání: | Střední vzdělávání, 3. ročník, technické lyceum |
| Ověřeno: | VOŠ a SPŠE Olomouc; Třída: 3L |
| Zdroj: | Vlastní poznámky |
Metalické vedení
Obsah:
Na obrázku je Koaxiální kabel.
Úvod
Dá se říct, že metalické vedení je elektromagnetické vlny totéž jako optické vlákno pro světlo. To znamená, že vedení vytváří prostředí, kterým se elmag. vlna šíří a do kterého je uzavřena do té míry, že se ohýbá spolu s vedením.
Důležité je pochopit, že vedením se šíří elektromagnetické vlnění. A projevují se zde všechny vlastnosti vln, stejně jako například u zvuku. Každá vlna má svou vlnovou délku, která je dána frekvenci a rychlostí šíření vlny daným prostředím.
$$\lambda = \mathrm{\frac{v}{f} [m; m\cdot s^{-1}, Hz]}$$
Vlnění má jednu velice důležitou vlastnost: Vlnění dokáže přenášet energii.
Podstatou vlnění je kmitání jednotlivých bodů prostředí.
Z pohledu popisu vedení je podstatné v jakém poměru jsou rozměry vedení a vlnová délka vlny.
Při nízkých frekvencích je vlnová délka většinou mnohem větší než jsou rozměry obvodu. V takových případech předpokládáme, že v celém obvodu je v jednom časovém okamžiku stejné napětí a stejný proud
Nenechme se ale zmást pojmem nízká frekvence. Například elektrorozvodná síť používá kmitočet 50 Hz. Tomu odpovídá vlnová délka 6000 km. To je opravdu poměrně dlouhá vlna a proto při řešení běžných střídavých obvodů nemusíme o vlnění nic vědět.
Pokud ale budeme řešit přenos energie z elektrárny do domácnosti, kde se délky vedení pohybují řádově ve stovkách km (To je srovnatelné s délkou vlny), budeme muset počítat s tím, že ve stejném časovém okamžiku je v elektrárně jiné napětí než ve spotřebiči a k celému problému musíme přistupovat zcela jinak -- jako k elektro(magnetickému) vedení.
Pokud je totiž vlnová délka srovnatelná s rozměry obvodu, je v jednom časovém okamžiku v různých částech obvodu různé napětí a různý proud -- tak jak se na dráty natáhne elmag. vlna.
Primární parametry vedení
Vedení je tvořeno soustavou dvou vodičů, které ideálně mají po celé délce stejné vlastnosti a konstantní geometrické uspořádání. Také vlastnosti dielektrika, které je v prostoru mezi vodiči se po celé délce nemění.
Pro popis vlastností vedení používáme náhradní schema pro jeden elementární (velmi krátký) úsek vedení.
Cele vedení je potom složeno z těchto elementárních úseků, které jsou zapojeny za sebou.
| $\mathrm{R_0 [\Omega \cdot m^{-1}]}$ | odpor vodičů vedení na jednotku délky |
| $\mathrm{L_0 [H \cdot m^{-1}]}$ | indukčnost vodičů vedení na jednotku délky |
| $\mathrm{G_0 [S \cdot m^{-1}]}$ | vodivost mezi oběma vodiči na jednotku délky |
| $\mathrm{C_0 [F \cdot m^{-1}]}$ | kapacita mezi oběma vodiči na jednotku délky |
Sekundární parametry vedení
Primární parametry popisují vedení, ale jsou nevhodné pro praktické výpočty. Proto se zavádí vlnová impedance a konstanta šíření.
Vlnová impedance
Představuje (podle Ohmova zákona) poměr mezi napětí a proudem v každém místě vedení. (Tento pohled je hodně zjednodušený později jej upřesníme.)
$$\mathrm{Z_V = \sqrt{\frac{R_0+j\omega L_0}{G_0+j\omega C_0}}~~~~[\Omega; \Omega, H, S, F] }$$
Konstanta šíření
Konstanta šíření popisuje ztráty v prostředí.
$$\mathrm{\gamma = \sqrt{(R_0+j\omega L_0)(G_0+j\omega C_0)}~~~~[m^{-1}; \Omega, H, S, F]}$$
Reálná část konstanty šíření se nazývá měrný útlum $\beta$. Imaginární část se nazývá měrný posuv (fázová konstanta) $\alpha$.
$$\gamma = \beta +j \alpha$$
Měrný útlum $\beta$ popisuje pokles amplitudy vlny v závislosti na vzdálenosti od zdroje.
$$\mathrm{U=U_m}e^{-\beta \mathrm{x}}~~~~[\mathrm{V,V,m^{-1},m}]$$
- Zdrojové soubory obrázků/videí:
- vlna.py
- vlna.mp4
- vlna_utlum.py
- vlna_utlum.mp4
- utlum.py
