ELEKTROTEHNIKA

PREDMETNI KATALOG – UČNI NAČRT

TEHNIŠKA GIMNAZIJA

280 UR

Učni načrt za elektrotehniko je bil sprejet na 20. seji Strokovnega sveta RS za splošno izobraževanje, 29. 10. 1998.

VSEBINA

I. OPREDELITEV PREDMETA

II. PREDMETNI KATALOG ZNANJ

1 Cilji predmeta

1.1 Splošni cilji predmeta

1.2 Operativni cilji predmeta in/ali vsebine

2. Standardi znanj

III. SPECIALNO-DIDAKTIČNA PRIPOROČILA IN MEDPREDMETNE POVEZAVE

IV. OBVEZNI NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA ZNANJA

I. OPREDELITEV PREDMETA

Maturitetni izbirni predmet elektrotehnika ima namen seznaniti učenca s temeljnimi zakoni elektrotehnike.

II. PREDMETNI KATALOG ZNANJ

1 Cilji predmeta

1.1 Splošni cilji predmeta

Splošni cilji opredeljujejo namen predmeta elektrotehnika kot obveznega izbirnega maturitetnega predmeta za dijake tehniških gimnazij.

1. Ustrezna kombinacija teoretičnega pouka, poskusov ter praktičnih in računskih vaj daje dijakom dovolj znanja in razumevanja iz osnovnih zakonitosti elektrotehnike, da:

bodo razgledani in jih bo zanimal razvoj tehnologije, katere sestavni del je elektrotehnika,

bodo spoznali uporabnost elektrotehnike kot aplikativnega dela fizike,

bodo ustrezno pripravljeni za univerzitetni študij naravoslovnih in tehniških strok, še posebej pa elektrotehnike.

2. Znanje in veščine iz elektrotehnike dijaki razvijajo tako, da:

razumejo zgradbo snovi in njen vpliv na električne ter magnetne lastnosti materialov,

spoznajo, dojamejo in usvojijo temeljne zakonitosti elektrotehnike in so sposobni veljavnost potrditi s poskusi, meritvami in izračuni,

poznajo uporabo temeljnih zakonitosti elektrotehnike v energetiki in elektroniki,

se s pomočjo literature privadijo na samostojno uporabo strokovne literature,

spoznajo pomen standardov in predpisov.

3. Dijaki razvijajo odlike, ki so značilne za tehniko kot aplikacijo naravoslovja:

jasnost in natančnost,

sistematičnost,

objektivnost,

doslednost,

domiselnost in

iznajdljivost.

4. Dijaki skrbijo za varnost pri delu in ohranitev okolja ter spoznajo, da:

so vse tehniške aplikacije človeku koristne in hkrati lahko tudi nevarne,

je delo z električnimi napravami v določenih razmerah tudi smrtno nevarno,

morajo zato poznati predpise in ukrepe za preprečitev nesreč pri delu pod električno napetostjo.

5. Dijaki spoznajo, da:

so znanstvene teorije in spoznanja nastala in še nastajajo kot rezultat posamičnega in skupinskega dela,

sta študij tehnike in njena uporaba podvržena družbenim, ekonomskim, etičnim in kulturnim vplivom ter omejitvam,

dosežki znanosti nikoli niso dokončni, je pa znanstveno misel treba uporabljati odgovorno, pravilno in dosledno,

imamo pozitivne in negativne, dolgoročne in kratkoročne vplive tehnike na okolje, družbo, ekonomijo, zdravje …

je treba presojati vplive in primerjati razne rešitve v elektrotehniki upoštevaje nenehen razvoj, se zavedati pomena racionalnega, varčnega, za okolje in zdravje prijaznega načrtovanja in vzdrževanja električnih naprav.

1. 2 Operativni cilji predmeta in/ali vsebine

UČNE VSEBINE

1. Merski sistem SI in osnovne električne veličine

2. Zakonitosti električnega kroga

3. Energija, delo in moč v električnem krogu

4. Električno polje

5. Magnetno polje

6. Osnove elektrokemije

7. Izmenične veličine

8. Izmenični tokokrogi

9. Realni elementi izmeničnih krogov

10. Resonančni pojavi

11. Trifazni sistemi

12. Prehodni pojavi

1. SI-merski sistem in osnovne električne veličine

1.1 Merski sistem, fizikalne veličine in enote
Mednarodni merski sistem. Osnovne, izpeljane in dopustne enote. Decimalne enote.

Dijaki:

poznajo merski sistem SI,
poznajo osnovne, izpeljane in dopustne enote,
poznajo in uporabljajo decimalne merske enote.

1.2 Zgradba snovi in elektrina (električni naboj)
Atomi in delci. Kvant elektrine, enota. Vrste elektrin. Gibljivi nosilci elektrin. Prevodniki, polprevodniki in izolanti. Sile med elektrinami.

Dijaki:

ponovijo ustrezno snov iz kemije in fizike.
razumejo povezavo med zgradbo snovi in njenimi električnimi in magnetnimi lastnostmi,
poznajo osnovne delce atoma in njihovo elektrino,
vedo, da je elektrina gibljiva, če je gibljiv njen nosilec,
razložijo, zakaj so snovi izolanti, polprevodniki in prevodniki,
vedo določiti velikost in smer sile med elektrinami.

1.3 Električna napetost
Električna napetost. Električni potencial. Izvori električne napetosti. Vrste električne napetosti.

Dijaki:

poznajo fizikalni pomen, definicijo električne napetosti in njeno enoto,
znajo označiti polariteto napetosti,
poznajo razliko med električno napetostjo in električnim potencialom,
vedo za dogovor, da zemlji pripišemo potencial nič,
poznajo vire električne napetosti.

1.4 Električni tok
Električni tok. Gostota električnega toka. Učinki električnega toka.

Dijaki:

razumejo električni tok kot usmerjeno gibanje elektrine,
znajo označiti polariteto toka,
vedo, da je smer toka definirana s smerjo gibanja pozitivne elektrine,
poznajo toplotne, svetlobne, magnetne in fiziološke učinke električnega toka,
poznajo predpise in varnostne ukrepe za delo z električnimi napravami pod napetostjo,
poznajo ukrepe prve pomoči pri nesrečah z električnim tokom.

1.5 Električna upornost
Električna upornost in prevodnost.

Dijaki:

poznajo definicijo električne upornosti in prevodnosti in njuni enoti,
poznajo pomen karakteristike UI in njeno uporabo.

1.6 Električni tokokrog
Električni vir. Vodniki. Porabnik. Stikalo. Varovalka.

Dijaki:

znajo narisati enostavni električni tokokrog,
vedo, da v viru generiramo električno napetost,
poznajo pomen vodnikov, stikala in varovalke,
vedo, da so porabniki naprave, ki prejemajo električno moč, oddajajo pa mehansko moč, toplotni tok, svetlobni tok …

1.7 Merjenje električnega toka in napetosti
Vrste merilnikov. Vrste skal. Delovno področje, točnost in pogreški.

Dijaki:

poznajo ampermetre in voltmetre,
znajo vključiti ampermeter in voltmeter v električni tokokrog,
poznajo vpliv notranje upornosti na točnost merjenja,
razlikujejo vrste pogreškov.

2. Lastnosti in zakonitosti električnega tokokroga

2.1 Enostavni električni tokokrog
Ohmov zakon. Ohmska upornost in prevodnost. Specifična upornost in prevodnost. Temperaturna odvisnost ohmske upornosti. Karakteristike ohmskih uporov UI.

Dijaki:

poznajo definicijo in pomen Ohmovega zakona,
znajo izračunati ohmsko upornost in prevodnost vodnikov,
poznajo definicijo temperaturnega upornostnega količnika in njegovo uporabo,
poznajo pomen ohmske upornosti pri vodnikih in grelnikih,
znajo narisati karakteristiko UI in iz narisane karakteristike določiti ohmsko upornost..

2.2 Vzporedni električni tokokrog
Definicija vzporednega električnega tokokroga. Kirchhoffov zakon vozlišča. Nadomestna upornost in prevodnost vzporednega vezja. Delitev toka na vzporedne veje. Soupor.

Dijaki:

vedo, da je napetost na vzporedno vezanih uporih enaka,
vedo, da se toki delijo na vzporedne veje v obratnem sorazmerju upornosti vej,
znajo izračunati nadomestno upornost in prevodnost vzporedno vezanih uporov,
znajo razrešiti vzporedni električni tokokrog,
znajo razširiti merilno območje ampermetra.

2.3 Zaporedni električni tokokrog
Definicija zaporednega električnega tokokroga. Kirchhoffov zakon zanke. Delitev napetosti na zaporedne upore. Nadomestna upornost in prevodnost. Razrešitev zaporednega kroga. Predupor. Napetostni generator. Padec napetosti na električnem vodu.

Dijaki:

vedo, da je tok skozi zaporedno vezane upore enak,
vedo, da se napetost deli na zaporedne upore v sorazmerju z upornostmi,
znajo izračunati nadomestno upornost in prevodnost zaporedne vezave uporov,
znajo razrešiti zaporedni tokokrog,
znajo razširiti merilno območje voltmetra,
poznajo pomen notranje upornosti napetostnega generatorja,
znajo dimenzionirati prerez vodnikov glede na padec napetosti.

2.4 Sestavljeni električni tokokrog
Sestavljeni električni tokokrog. Nadomestna upornost sestavljenega električnega tokokroga. Razrešitev sestavljenega električnega tokokroga. Delilnik napetosti. Mostiščno vezje. Transformacija zvezda-trikot. Metode razreševanja sestavljenih električnih tokokrogov.

Dijaki:

znajo uporabiti Ohmov zakon in oba Kirchhoffova zakona v sestavljenem tokokrogu,
znajo izračunati nadomestno upornost sestavljenega tokokroga,
znajo razrešiti sestavljeni tokokrog,
poznajo delovanje in izračun neobremenjenega in obremenjenega delilnika napetosti in mostiščnega vezja,
znajo uporabiti transformacijo trikot-zvezda.

2.5 Merjenje ohmske upornosti
Posredno merjenje. Metoda UI. Neposredno merjenje z ohmmetrom. Wheatstonov mostič.

Dijaki:

poznajo metodo UI za merjenje majhnih in velikih ohmskih upornosti,
poznajo shemo ohmmetra na osnovi merjenja toka,
poznajo shemo Wheatstonovega mostiča in izračun neznane upornosti.

3. Energija, delo in moč v električnem tokokrogu

3.1 Električno delo
Jouleov zakon. Posredno in neposredno merjenje električnega dela.

Dijaki:

poznajo definicijo in enoto za električno delo,
poznajo osnovne enačbe za električno delo,
znajo posredno in neposredno izmeriti električno delo,
vedo, da se na ohmskem uporu električna energija pretvarja v joulsko toploto.

3.2 Električna moč
Definicija električne moči. Električna moč zaporedne, vzporedne in sestavljene vezave porabnikov. Posredno in neposredno merjenje moči.

Dijaki:

poznajo definicijo in enoto za električno moč,
poznajo ostale enote za električno moč,
vedo, da je skupna moč porabnikov enaka vsoti moči posameznih porabnikov ne glede na vezavo,
znajo posredno in neposredno izmeriti električno moč.

3.3 Pretvorba električne energije
Prednosti uporabe električne energije. Pretvorba v mehansko delo. Pretvorba v toploto. Pretvorba v druge vrste energij. Izkoristek. Toplotno dimenzioniranje vodnikov. Prilagoditev bremena generatorju.

Dijaki:

poznajo prednosti uporabe električne energije,
poznajo osnovne elektromehanske pretvornike,
poznajo fizikalno ozadje pretvorbe električne energije v toplotno,
poznajo definicijo izkoristka,
poznajo uporabo tabel za dopustno obremenitev vodnikov in varovalk,
poznajo prilagoditev bremena generatorju in smiselnost prilagoditve glede na izkoristek.

4. Električno polje

4.1 Električno polje
Definicija električnega polja. Električne silnice. Izvor električnega polja.

Dijaki:

vedo, da je električno polje prostor, v katerem delujejo električne sile,
vedo, da mirujoče elektrine povzročajo elektrostatično polje,
vedo, da ustvarjajo mirujoče elektrine elektrostatična polja le v neprevodnih snoveh,
vedo, da ima elektrostatično polje smer pravokotno na naelektreno površino.

4.2 Električna poljska jakost
Definicija električne poljske jakosti.

Dijaki:

poznajo definicijo električne poljske jakosti prek električne sile (N/As) in poznajo enoto,
poznajo zvezo med električno poljsko jakostjo in spremembo potenciala,
poznajo grafično predstavitev enostavnih električnih polj s silnicami (osamljena krogelna, valjna in ravninska elektrina).

4.3 Prevodnik v električnem polju
Električna influenca. Popačitev polja. Zaslanjanje.

Dijaki:

vedo, da z influenco dobimo dve enako veliki raznoimenski elektrini,
poznajo pozitivne in negativne učinke zaslanjanja oziroma okovinjanja ekvipotencialnih ploskev.

4.4 Dielektrik v električnem polju
Električno polje v dielektriku. Polarizacija. Prebojna trdnost.

Dijaki:

poznajo elektronsko in dipolsko polarizacijo,
vedo, da je zaradi polarizacije v dielektriku nakopičena energija,
vedo, zakaj dielektrik prebije.

4.5 Električni pretok
Električni pretok. Gostota elektrine. Gostota električnega pretoka. Dielektričnost. Prehod električnega polja na mejni ploskvi dielektrikov.

Dijaki:

poznajo definicijo električnega pretoka, gostote elektrine in gostote električnega pretoka ter njihove enote,
poznajo pojem gostotnic,
poznajo razliko med silnicami in gostotnicami,
poznajo zvezo med električno poljsko jakostjo in gostoto električnega pretoka,
poznajo zakonitosti prestopa električnega polja na stiku dveh dielektrikov.

4.6 Kapacitivnost in kondenzator
Kapacitivnost, definicija in enota. Kondenzator. Vrste kondenzatorjev. Zaporedna vezava kondenzatorjev. Kapacitivni delilnik napetosti. Vzporedna vezava. Sestavljena vezava. Transformacija trikot-zvezda. Razrešitev sestavljene vezave kondenzatorjev.

Dijaki:

poznajo definicijo kapacitivnosti in enoto,
znajo izračunati kapacitivnost ploščnega in blok kondenzatorja,
poznajo določene vrste kondenzatorjev,
znajo izračunati nadomestno kapacitivnost za vse vrste vezav,
znajo razrešiti poljubno vezavo kondenzatorjev.

4.7 Energija električnega polja
Prostorska gostota energije električnega polja. Energija električnega polja.

Dijaki:

vedo, da je zaradi napetega stanja dielektrika v njem nakopičena energija.
vedo, da je prostorska gostota energije energija na enoto prostornine,
znajo izračunati energijo električnega polja za ploščni kondenzator.

5. Magnetno polje

5.1 Magnetno polje
Magnetno polje kot posledica gibanih elektrin. Trajni magneti in elektromagneti. Razdelitev snovi na magnetne in nemagnetne.

Dijaki:

vedo, da je magnetno polje prostor. V katerem delujejo magnetne sile,
vedo, da magnetno polje ustvarjajo električni toki,
poznajo trajne magnete in elektromagnete,
znajo skicirati slike magnetnih polj nekaterih trajnih magnetov,
poznajo razdelitev snovi na magnetne in nemag etne.

5.2 Magnetno polje v praznem prostoru
Električni tok kot vir magnetnega polja. Magnetna napetost. Jakost magnetnega polja. Gostota magnetnega pretoka. Magnetni pretok. Permeabilnost praznega prostora.

Dijaki:

znajo skicirati magnetno polje ravnega tokovodnika in tuljave,
znajo izračunati magnetno napetost dolge ravne in toroidne tuljave,
znajo izračunati jakost magnetnega polja za notranjost in zunanjost ravnega tokovodnika ter za dolgo ravno in toroidno tuljavo,
znajo izračunati gostoto magnetnega pretoka za podano jakost magnetnega polja,
znajo izračunati magnetni pretok za notranjost in zunanjost ravnega vodnika ter za dolgo ravno in toroidno tuljavo.

5.3 Magnetne snovi
Magnetizem kroženja elektronov po orbiti. Magnetizem spina elektrona. Weissova območja v magnetnih snoveh kot elementarni magnetki. Feromagnetizem. Relativna permeabilnost. Magnetilna krivulja. Histerezna zanka. Remanentna gostota. Koercitivna sila. Elektromagneti in trajni magneti. Histerezne izgube.

Dijaki:

vedo, da je kroženje elektronov po orbiti vzrok za pojav diamagnetizma,
vedo, da je spin elektrona vzrok za pojav paramagnetizma,
vedo, da so železo, nikelj in kobalt naravne feromagnetne snovi,
poznajo prispevek feromagnetne snovi k skupnemu magnetnemu pretoku,
poznajo magnetilno krivuljo feromagnetnih snovi pri prvotnem in ponovnem magnetenju,
razlikujejo trde in mehke magnetne snovi..

5.4 Magnetni krog
Veličine magnetnega kroga. Enostaven magnetni krog. Vpliv zračne reže. Sestavljen magnetni krog.

Dijaki:

poznajo elemente magnetnega kroga,
poznajo podobnosti in razlike med električnim in magnetnim krogom,
poznajo izračun enostavnega magnetnega kroga z zračno režo,
poznajo magnetno upornost in Ohmov zakon magnetnega kroga,
poznajo oba Kirchhoffova zakona magnetnih krogov,
poznajo prestop magnetnega polja na stiku magnetne in nemagnetne snovi..

5.5 Sile v magnetnem polju
Sile na feromagnetne snovi. Sila na tokovodnik. Sila med dvema tokovodnikoma. Mednarodna definicija enote amper za električni tok.

Dijaki:

znajo izračunati velikost in določiti smer sile na tokovodnik v magnetnem polju,
znajo izpeljati enačbo za silo med dvema tokovodnikoma in določiti njeno smer,
poznajo mednarodno definicijo za 1 A..

5.6 Inducirana napetost
Splošni indukcijski zakon. Magnetni sklep. Prečkalna napetost. Transformatorska napetost. Inducirana napetost lastne in medsebojne indukcije. Lastna induktivnost. Medsebojna induktivnost. Uporaba inducirane napetosti.

Dijaki:

znajo izračunati velikost in določiti smer prečkalne napetosti,
razumejo pomen Faradayevega zakona o inducirani napetosti,
znajo izračunati vrednost in določiti polariteto inducirane napetosti pri časovni spremembi magnetnega polja,
razumejo pojem magnetnega sklepa,
razumejo induktivnost kot razmerje med magnetnim sklepom in tokom v isti tuljavi,
razumejo medsebojno induktivnost kot razmerje med magnetnim sklepom v eni tuljavi in tokom v drugi tuljavi,
znajo izračunati induktivnost dolge ravne in toroidne tuljave..

5.7 Energija magnetnega polja
Celotna energija magnetnega polja. Prostorska gostota energije magnetnega polja..

Dijaki:

znajo izračunati energijo magnetnega polja za zračno tuljavo,
razumejo pomen prostorske gostote energije magnetnega polja.

6. Osnove elektrokemije
Poglavje se navezuje na obdelano snov učnega načrta za kemijo..

6.1 Elektroliti
Elektrolitska disociacija. Elektrolit kot prevodnik.

Dijaki:

ponovijo ustrezne vsebine iz kemije, .

poglobijo znanje o vplivu temperature na prevodnost elektrolitov in ga primerjajo s temperaturnim vplivom na prevodnost kovin.

6.2 Faradayevi zakoni elektrolize
Količina prenesene in izločene snovi. Elektrokemični ekvivalent. Uporaba elektrolize.

Dijaki:

ponovijo in poglobijo znanje o izločanju snovi pri elektrolizi in vadijo na računalniških primerih, .

spoznajo vsaj dva primera uporabe elektrolize (rafinacija bakra, galvanika pri izdelovanju tiskanih vezij itd.), .

spoznajo pojav elektrokemične korozije.

6.3 Kemični viri električne energije
Elektrokemični potenciali. Primarni viri električne energije

viri z nepovratno kemično reakcijo. Sekundarni viri električne energije

viri s povratno kemično reakcijo. Gorivna celica. Vezava galvanskih členov. Okoljski problemi elektrokemije.

Dijaki:

ponovijo Danielov člen, .

spoznajo princip galvanskih členov (primarnih in sekundarnih) in se seznanijo s tistimi, ki so najbolj razširjeni v splošni rabi, .

spoznajo princip gorivne celice, .

znajo določiti nadomestni napetostni generator za zaporedno, vzporedno in sestavljeno vezavo enakih galvanskih členov, .

se seznanijo s problemom živega srebra v baterijah in načinom reševanja tega problema, .

preučijo, kako ravnati z izrabljenimi galvanskimi členi v zasebnem in javnem življenju, .

spoznajo, da ob uporabi galvanskih tehnologij nastajajo strupeni koncentrati in odpadne vode ter način sanacije, .

vedo, da onesnaževanje vod regulirajo državnimi predpisi.

7. Izmenične veličine

7.1 Osnovni pojmi o izmeničnih veličinah
Enosmerna veličina. Izmenična veličina. Periodična veličina. Sinusna veličina. Perioda. Frekvenca.

Dijaki:

vedo, da imajo enosmerne veličine časovno konstantno vrednost,
vedo, da je periodična veličina izmenična,
poznajo razloge za uporabo sinusnih veličin,
poznajo povezanost periode in frekvence,
poznajo pomen harmoničnih komponent periodičnih veličin..

7.2 Predstavitev sinusnih veličin
Trenutna vrednost, temenska vrednost. Fazni kot. Začetni fazni kot. Krožna frekvenca. Srednja vrednost. Efektivna vrednost. Časovni diagram. Kazalčni diagram.

Dijaki:

poznajo predstavitev sinusne veličine kot projekcije krožečega kazalca temenske vrednosti na absciso ali ordinato,
vedo, da je sinusna veličina določena s temensko vrednostjo, frekvenco in začetnim faznim kotom,
vedo, da časovni diagram ponazarja trenutne vrednosti,
vedo, da kazalčni diagram podaja temensko ali efektivno vrednost in začetni fazni kot,
poznajo prehod iz kazalčnega v časovni diagram in nasprotno,
znajo uporabljati zapis za trenutne vrednosti sinusnih veličin,
znajo iz trenutne izračunati efektivno, srednjo in temensko vrednost sinusne veličine.

7.3 Seštevanje sinusnih veličin
Seštevanje trenutnih vrednosti. Seštevanje temenskih ali efektivnih vrednosti. Fazni premik dveh sinusnih veličin.

Dijaki:

vedo, da v časovnem diagramu seštevamo trenutne vrednosti istopomenskih sinusnih veličin s poljubno frekvenco,
vedo, da v kazalčnem diagramu geometrijsko seštevamo le kazalce istopomenskih sinusnih veličin iste frekvence,
vedo, da sinusna veličina z večjim začetnim faznim kotom prehiteva,
znajo določiti temensko ali efektivno vrednost in začetni fazni kot za vsoto dveh sinusnih veličin iste frekvence.

8. Izmenični tokokrogi

8.1 Osnovni pojmi
Fazni kot elementa. Polna upornost ali absolutna vrednost impedance. Polna prevodnost ali absolutna vrednost admitance.

Dijaki:

vedo, da je fazni kot elementa vezja definiran kot razlika začetnih faznih kotov napetosti na elementu in toka skozi element,
poznajo definicijo za polno upornost in polno prevodnost ter njuni enoti,
vedo, da je obnašanje elementa v tokokrogu z znano polno upornostjo ali polno prevodnostjo v celoti definirano,
vedo, da začetni fazni kot ene od sinusnih veličin poljubno izberemo ali predpišemo.

8.2 Izmenični tokokrog z idealnim ohmskim uporom
Časovni diagram toka in napetosti. Kazalčni diagram. Polna upornost in polna prevodnost ohmskega upora in njuna kazalca. Frekvenčna odvisnost polne prevodnosti in polne upornosti. Trenutna, povprečna ali delovna moč in navidezna moč.

Dijaki:

vedo, da sta tok in napetost na ohmski upornosti v fazi in da je fazni kot elementa nič,
vedo, da je na idealnem ohmskem uporu absolutna vrednost impedance enaka ohmski upornosti (Z_R=R) in absolutna vrednost admitance enaka ohmski prevodnosti (Y_R=G) ter da sta frekvenčno neodvisni,
ugotovijo, da je trenutna moč p v vsej periodi nenegativna (pozitivna); energija samo priteka, vendar neenakomerno v pulzih,
vedo, da je povprečna ali delovna moč P enaka povprečni vrednosti trenutne moči,.

8.3 Izmenični tokokrog z idealno tuljavo
Časovni diagram toka in napetosti. Kazalčni diagram toka in napetosti. Polna upornost, polna prevodnost idealne tuljave in njun kazalčni diagram. Frekvenčni odvisnosti . Trenutna, povprečna, jalova in navidezna moč tuljave. Povprečna in temenska vrednost magnetne energije v tuljavi.

Dijaki:

vedo, da na tuljavi tok zaostaja za napetostjo za fazni kot 90°,
poznajo polno upornost in polno prevodnost tuljave,
poznajo frekvenčno odvisnost polne upornosti in polne prevodnosti,
vedo, da je fazni kot tuljave 90°,
znajo narisati kazalčni in časovni diagram napetosti in toka,
znajo narisati kazalec polne upornosti in polne prevodnosti tuljave,
znajo narisati časovni in kazalčni diagram moči,
vedo, da je delovna moč na tuljavi nič,
razumejo izraz "induktivna jalova moč",
znajo narisati časovni diagram magnetne energije v tuljavi.

8.4 Izmenični tokokrog z idealnim kondenzatorjem
Časovni diagram toka in napetosti. Kazalčni diagram toka in napetosti. Polna upornost in polna prevodnost kondenzatorja ter njuna kazalčna diagrama. Frekvenčna odvisnost polne upornosti in polne prevodnosti kondenzatorja. Trenutna, povprečna, jalova in navidezna moč kondenzatorja. Povprečna in temenska vrednost električne energije v električnem polju kondenzatorja.

Dijaki:

vedo, da na kondenzatorju tok prehiteva napetost za 90°,
poznajo polno upornost in polno prevodnost kondenzatorja,
poznajo frekvenčno odvisnost polne upornosti in polne prevodnosti kondenzatorja,
vedo, da je fazni kot kondenzatorja 90°,
znajo narisati časovni in kazalčni diagram napetosti in toka,
znajo narisati kazalca polne upornosti in polne prevodnosti kondenzatorja,
znajo narisati kazalčni in časovni diagram moči na kondenzatorju,
vedo, da je delovna moč na kondenzatorju enak nič,
razumejo pomen izraza "kapacitivna jalova moč",
znajo narisati časovni diagram električne energije v kondenzatorju..

8.5 Sestavljeni izmenični krogi

Dijaki:

vedo, da se v zaporedni vezavi seštevajo kazalci polnih upornosti in kazalci napetosti,
vedo, da se v vzporedni vezavi seštevajo kazalci polnih prevodnosti in kazalci tokov,
vedo, da se kazalci moči seštevajo ne glede na vrsto vezave.

8.6 Zaporedna vezava RLC
Kazalčni diagram polne upornosti. Časovni in kazalčni diagram napetosti in toka. Uporovni in napetostni trikotnik. Frekvenčna odvisnost polne upornosti. Fazni kot. Trenutna, delovna jalova in navidezna moč. Trikotnik moči. Prelivanje jalove moči.

Dijaki:

znajo narisati časovni in kazalčni diagram tokov in napetosti,
znajo določiti polno upornost in fazni kot vezave,
znajo narisati diagram frekvenčne odvisnosti polne upornosti in faznega kota,
vedo, da sta pri resonančni frekvenci f₀ obe jalovi upornosti enaki in da ima vezje pod njo kapacitivni in nad njo induktivni značaj,
znajo narisati kazalčni diagram polne upornosti,
znajo narisati kazalčni diagram moči,
znajo iz kazalčnih diagramov in podatkov izračunati neznane veličine,
vedo, da se med izvorom in porabnikom preliva le razlika obeh jalovih energij,
vedo, da v resonanci ni prelivanja jalove energije med izvorom in porabnikom, da pa se ta preliva med tuljavo in kondenzatorjem.

8.7 Vzporedna vezava RLC
Časovni in kazalčni diagram napetosti in tokov. Tokovni in prevodnostni trikotnik. Frekvenčna odvisnost polne prevodnosti. Fazni kot. Trenutna, delovna, jalova in navidezna moč. Trikotnik moči. Prelivanje jalove moči.

Dijaki:

znajo narisati časovni in kazalčni diagram napetosti in tokov,
znajo določiti polno prevodnost in fazni kot vezave,
znajo narisati diagram frekvenčne odvisnosti polne prevodnosti in faznega kota,
vedo, da sta pri določeni frekvenci f₀ obe jalovi prevodnosti enaki in vedo, da pod njo prevladuje induktivni, nad njo pa kapacitivni značaj,
znajo narisati kazalčni diagram polne prevodnosti vezave,
znajo narisati kazalčni diagram moči,
znajo iz kazalčnih diagramov in znanih podatkov izračunanti neznane veličine,
vedo, da se med izvorom in vezavo preliva le razlika obeh jalovih energij,
vedo, da v resonanci ni prelivanja jalove energije med izvorom in porabnikom, da pa se jalova energija preliva le med tuljavo in kondenzatorjem..

8.8 Sestavljena vezava idealnih elementov
Izračun z absolutnimi vrednostmi. Pretvorba zaporedne vezave v ekvivalentno vzporedno in narobe. Nadomestna polna upornost ali prevodnost. Skupni tok vezja. Delitev napetosti na zaporedne elemente in toka na vzporedne elemente.

Dijaki:

vedo, da moramo pri računanju izmeničnih vezij kazalce seštevati geometrijsko,
poznajo grafični in računski postopek pretvorbe zaporedne vezave v ekvivalentno vzporedno in narobe,
vedo, da ta pretvorba velja le pri isti frekvenci,
znajo narisati kazalčne diagrame za sestavljena vezja,
vedo, da so izmerjene vrednosti vedno absolutne,
znajo z absolutnimi vrednostmi razrešiti preproste sestavljene vezave.

8.9 Uporaba kompleksnega računa v izmeničnih krogih
Kompleksne polne upornosti ali impedance. Kompleksne polne prevodnosti ali admitance. Kompleksna predstavitev sinusnih veličin. Razrešitev izmeničnih vezij s kompleksnim računom. Predstavitev kompleksne moči.

Dijaki:

poznajo kompleksni zapis polnih upornosti () in polnih prevodnosti (),
znajo izračunati kompleksno polno upornost ali kompleksno polno prevodnost zaporednih, vzporednih in sestavljenih vezav,
znajo trenutni sinusni veličini zapisati pripadajočo kompleksno efektivno ali temensko vrednost in obratno,
vedo, da veljajo vsa pravila za razreševanje enosmernih uporovnih vezij pri uporabi kompleksnega računa tudi za izmenične kroge z generatorji enake frekvence,
poznajo definicijo kompleksne moči in njeno uporabo.

9. Realni elementi izmeničnih krogov

9.1 Realni ohmski upor
Nadomestna vezava. Frekvenčna odvisnost nadomestne vezave. Kožni pojav.

Dijaki:

vedo, da ima realni ohmski upor tudi induktivnost in kapacitivnost,
vedo, da je polna upornost nadomestne vezave frekvenčno odvisna,
poznajo vzrok kožnega pojava in načine za omilitev.

9.2 Realna tuljava
Realna zračna tuljava, nadomestna vezava, frekvenčna odvisnost nadomestne vezave, kazalčni diagram, izgubni faktor in kvaliteta.

Realna tuljava s feromagnetnim jedrom. Histerezne in vrtinčne izgube. Idealizirana tuljava in njen kazalčni diagram. Stresana induktivnost in ohmska upornost tuljave. Nadomestna vezava in kazalčni diagram.

Dijaki:

poznajo nadomestno vezavo zračne tuljave in tuljave s feromagnetnim jedrom,
poznajo kazalčni diagram zračne tuljave in tuljave s feromagnetnim jedrom,
poznajo vzroke histereznih in vrtinčnih izgub,
poznajo pojem stresane induktivnosti,
znajo izračunati izgubni faktor in kvaliteto tuljave..

9.3 Realni kondenzator
Dielektrične izgube. Nadomestna vezava. Frekvenčna odvisnost nadomestne vezave. Izgubni faktor. Kakovost kondenzatorja.

Dijaki:

vedo, da prepolarizacija dielektrika povzroča tudi dielektrične izgube,
poznajo nadomestno vezavo realnega kondenzatorja,
poznajo kazalčni diagram realnega kondenzatorja,
znajo izračunati izgubni faktor in kvaliteto kondenzatorja..

9.4 Idealni transformator

Dijaki:

poznajo definicijo idealnega transformatorja,
poznajo napetostno in tokovno prestavno razmerje,
poznajo transformacijo tokov, napetosti in upornosti.

9.5 Delo in moč
Delovna moč v izmeničnem tokokrogu. Delavnost toka ali faktor moči. Pomen faktorja moči. Kompenzacija jalove moči. Merjenje električnega dela. Električni števci.

Dijaki:

vedo da delovna moč priteka v pulzih,
vedo, da se rezultantna jalova moč preliva med izvorom in porabnikom,
vedo, da prelivanje jalove energije povzroča joulske izgube in zahteva večje preseke vodnikov,
poznajo kompenzacijo jalove moči in izračun kompenzacije,
poznajo shemo priključka električnega števca za merjenje delovne energije v enofaznem sistemu..

9.6 Frekvenčno odvisni delilniki napetosti
Delilnik napetosti RC. Mejna frekvenca. Nizkofrekvenčno sito. Visokofrekvenčno sito.

Dijaki:

vedo, da je delitev napetosti v delilniku RC frekvenčno odvisna,
poznajo definicijo mejne frekvence, prepustnega in zapornega področja,
poznajo uporabo kroga RC kot nizkofrekvenčnega sita,
poznajo uporabo kroga RC kot visokofrekvenčnega sita.

10. Resonančni pojavi

10.1 Temeljni pojmi
Definicija resonance. Prelivanje energij.

Dijaki:

poznajo definicijo resonance kot maksimalni odziv vezja na priključeni signal,
vedo, da v vezje v resonanci priteka le delovna energija.

10.2 Nihajni krog z idealnimi elementi
Tokovne, napetostne in energijske razmere. Resonančna frekvenca in perioda. Karakteristična upornost in prevodnost.

Dijaki:

znajo narisati skico,
poznajo Thomsonovo formulo,
znajo izračunati resonančno frekvenco in njeno periodo,
poznajo pomen karakteristične upornosti in prevodnosti kot velikost obeh jalovih upornosti oziroma jalovih prevodnosti v resonanci..

10.3 Resonanca zaporednega nihajnega kroga
Resonančna frekvenca. Diagrami frekvenčnih odvisnosti. Kvaliteta. Dušenje. Kritična upornost. Mejna frekvenca. Prepustni frekvenčni pas. Selektivnost.

Dijaki:

znajo narisati shemo vezja in kazalčne diagrame,
znajo narisati diagrame frekvenčnih odvisnosti, toka, faznega kota in polnih upornosti,
znajo določiti kvaliteto in dušenje zaporednega nihajnega kroga,
prepoznajo zaporedni resonančni krog kot pasovno prepustno sito,
poznajo uporabo zaporedne resonance.

10.4 Resonanca vzporednega nihajnega kroga
Resonančna frekvenca. Diagrami frekvenčnih odvisnosti. Kvaliteta. Dušenje. Kritična prevodnost. Mejna frekvenca. Zaporni frekvenčni pas. Selektivnost.

Dijaki:

znajo narisati shemo vezja in kazalčne diagrame,
znajo narisati diagrame frekvenčnih odvisnosti toka, faznega kota in polnih prevodnosti,
znajo izračunati kvaliteto in dušenje nihajnega kroga,
prepoznajo vzporedni resonančni krog kot pasovno zaporno sito,
poznajo uporabo vzporedne resonance.

11. Trifazni sistemi

11.1 Temeljni pojmi
Definiranje temeljnih pojmov v trifaznih sistemih. Prednosti simetričnega trifaznega sistema. Simetrično obremenjen ali uravnovešen trifazni sistem. Generacija trifaznih napetosti. Zvezdna in trikotna vezava porabnikov.

Dijaki:

znajo utemeljiti tri velike prednosti simetričnega trifaznega sistema: stalna delovna moč, vrtilno magnetno polje in manjša poraba materiala za vodnike,
poznajo princip trifaznega generatorja in znajo definirati simetrične trifazne napetosti,
znajo označiti sponke generatorja,
poznajo zvezdno in trikotno vezavo porabnikov..

11.2 Trifazna vezava zvezda-zvezda
Shema vezave. Oznake. Fazni vodnik in nevtralni vodnik. Zvezdišče in nevtralna točka. Fazne in medfazne napetosti. Fazni in linijski toki. Simetrična in nesimetrična obremenitev. Potencial zvezdišča. Nevarnost prekinitve nevtralnega vodnika.

Dijaki:

poznajo definicijo faznih in medfaznih napetosti in povezavo med njimi,
vedo, da so v vezavi zvezda-zvezda fazni toki enaki linijskim,
vedo, kdaj smemo uporabljati vezavo zvezda-zvezda brez nevtralnega vodnika in kdaj moramo uporabljati nevtralni vodnik,
znajo razrešiti simetrično vezavo zvezda-zvezda,
vedo, da pri nesimetrični obremenitvi vezave zvezda-zvezda brez nevtralnega vodnika pride do premika potenciala zvezdišča,
znajo narisati kazalčni diagram napetosti in tokov za simetrično vezavo zvezda-zvezda..

11.3 Trifazna vezava trikot-trikot
Shema vezave. Oznake. Fazne in medfazne napetosti. Fazni in linijski toki.

Dijaki:

vedo, da so v vezavi fazne napetosti trikot-trikot enake medfaznim,
razlikujejo fazne in linijske toke in poznajo povezavo med njimi,
znajo razrešiti simetrično in nesimetrično vezavo trikot-trikot,
znajo narisati kazalčni diagram napetosti in tokov vezave trikot-trikot..

11.4 Delo in moč v trifaznih krogih
Časovni diagram moči. Delovna, jalova in navidezna moč trifaznega sistema.

Dijaki:

znajo narisati časovni diagram skupne trenutne moči za simetrično obremenitev,
vedo, da ima simetrični trifazni sistem konstantno trenutno moč,
vedo, da delovne fazne moči seštevamo aritmetično,
vedo, da jalove fazne moči seštevamo aritmetično,
vedo, da kazalce navideznih faznih moči seštevamo geometrijsko,
znajo napisati izraze za trifazno delovno, jalovo in navidezno moč za simetrično breme v vezavi zvezda,
znajo napisati izraze za trifazno delovno, jalovo in navidezno moč za simetrično breme v vezavi trikot,
znajo izračunati moči simetrično ali nesimetrično obremenjenega trifaznega sistema s kompleksnim računom..

11.5 Vrtilno magnetno polje
Enofazno magnetno polje. Magnetno polje dveh tuljav: krajevna premaknitev tuljav in časovna premaknitev tokov za 90⁰. Magnetno polje trifaznih tuljav. Uporaba vrtilnega magnetnega polja.

Dijaki:

vedo, da je enofazno magnetno polje mirujoče in pulzirajoče,
vedo, da je magnetno polje dveh tuljav vrtilno magnetno polje, če sta tuljavi krajevno premaknjeni za 90⁰ in toka v njiju časovno za 90⁰,
poznajo definicijo vrtilnega magnetnega polja,
poznajo trifazno vrtilno magnetno polje in nastanek,
poznajo princip delovanja asinhronskega in sinhronskega motorja..

12. Prehodni pojavi

12.1 Temeljni pojmi
Stacionarno stanje. Prehodno stanje. Energijski "posodi" električnega in magnetnega polja kot vzroka prehodnih pojavov.

Stacionarna komponenta. Prehodna komponenta. Časovna konstanta. Veličine z odvisno začetno vrednostjo. Začetni pogoji. Nastavek za prehodno komponento.

Dijaki:

vedo, da ima vezje v stacionarnem stanju stacionarne vsebine energijskih posod,
vedo, da pride do prehodnega pojava ob vklopu, izklopu ali spremembi elementov tokokroga, če je posledica sprememba vsebine energijskih posod,
vedo, da mora biti začetno stanje energijskih posod znano (ali ga je mogoče izračunati),
vedo, da vsebino energijskih posod določata tok skozi tuljavo in napetost na kondenzatorju,
poznajo princip izračuna prehodnega pojava..

12.2 Prehodni pojav v enosmernem krogu RC in krogu RL.
Začetni pogoj. Stacionarna komponenta. Časovna konstanta t. Nastavek za prehodno komponento napetosti ali toka. Uporaba začetnega pogoja pri kondenzatorju in tuljavi. Nevarnost zažiga kontaktov pri vklopu kondenzatorjev. Lok pri odklopu tuljave.

Dijaki:

poznajo začetno vrednost prehodne veličine,
poznajo stacionarno vrednost prehodne veličine po prehodnem pojavu,
poznajo časovni zakon prehodne komponente,
znajo narisati časovni diagram napetosti na kondenzatorju ali toka skozi tuljavo (v odvisnosti od začetnega in končnega stacionarnega stanja),
vedo, da se pri vklopu velikih kapacitivnosti lahko kontakti stikal zažgejo,
vedo, da dobimo pri odklopu velikih induktivnosti električni lok, ko se magnetno polje hipoma poruši.

2 Standardi znanj

a) Za dijake, ki bodo opravljali maturo iz predmeta elektrotehnika, bodo standardi znanj opredeljeni z maturitetnim katalogom.

b) Za dijake, ki ne bodo opravljali mature iz predmeta elektrotehnika, pa naj bo v poglavjih: Resonančni pojavi, Trifazni sistemi in Prehodni pojavi znanje snovi omejeno na razumevanje fizikalnih pojavov in najbolj elementarnih računskih primerov.

c) Kemijske reakcije v galvanskih členih (razen Danielovega) morajo dijaki le razumeti, ne pa tudi samostojno izpeljati.

III. SPECIALNODIDAKTIČNA PRIPOROČILA IN MEDPREDMETNE POVEZAVE

Ker je nemogoče v nekaj vrsticah opisati specialnodidaktična navodila za pouk predmeta erlektrotehnika, opozarjamo bodoče učitelje tega predmeta na knjigo dr. Adolfa Melezineka: INŽENIRSKA PEDAGOGIKA, ki jo je izdal Center Republike Slovenije za poklicno izobraževanje. V tej knjigi so v poglavju 6 podrobno opisane specialne didaktične metode pri tehniškem pouku. Avtor je redni profesor na Univerzi za izobraževalne znanosti v Celovcu in predsednik mednarodnega Združenja za inženirsko pedagogiko (IGIP). Kot strokovnjak za področje elektrotehnike je posebej podrobno obdelal specialno didaktiko pouka predmeta elektrotehnika.

Za uspešno dojemanje predmeta elektrotehnika so v prvi vrsti pomembni vsi naravoslovni predmeti: matematika, fizika in kemija. Zato je potrebno snov, če je bila že obdelana pri fiziki ali kemiji, ponoviti, utrditi in predstaviti iz zornega kota elektrotehnike.

Pomembno je, da dijaki določeno snov iz matematike obdelajo prej, preden jo potrebujejo pri elektrotehniki. Tako morajo dijaki na začetku drugega letnika že znati uporabljati kotne fukcije in na začetku tretjega letnika tudi kompleksni račun (v eksponentnem in algebraičnem zapisu).

Prav tako je kot osnova za razumevanje elektrotehnike potrebno dobro znanje fizike. Elektrotehnika je eden od aplikativnih delov fizike. Pri pouku elektrotehnike predpostavljamo, da so definicije vseh osnovnih fizikalnih veličin znane in da so znani vsi osnovni zakoni iz mehanike.

Po drugi strani pa predmet elektrotehnika predstavlja izhodišče za predmet laboratorijske vaje in drugi izbirni predmet elektronika. Pri predmetu laboratorijske vaje želimo z meritvami potrditi zakonitosti, ki smo jih spoznali in računsko ovrednotili pri predmetu elektrotehnika, poleg tega pa želimo dijake seznaniti s pravili dela v laboratorijih. Drugi izbirni predmet elektronika pa v celoti sloni na poznavanju temeljnih zakonitosti elektrotehnike. Zato je treba v drugem letniku obdelati elektrotehniko v tolikem obsegu, da bodo ob začetku predavanj drugega izbirnega predmeta znani vsi temeljni zakoni elektrotehnike (snov učbenika Z. Žalar: Osnove elektrotehnike I).

IV. OBVEZNI NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA ZNANJA

Predlagamo eno pisno ocenjevanje znanja v ocenjevalnem obdobju in vsaj enkratno ustno ocenjevanje znanja v ocenjevalnem obdobju. Raven nalog pri pisnem ocenjevanju znanja naj bo enaka ravni nalog pri maturi.