background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

١

-

Basics of Electrical Circuits

Resources :-

Introductory circuit Analysis; by Robert L. Boylestad .

Basic Electrical Engineering science; by Mckenzie smith and K.T. Hosie

Electrical Technology.

 ﺗﺮﺟﻤﺔ د، ﺔﯿﺋﺎﺑﺮﮭﻜﻟا ﺔﺳﺪﻨﮭﻟا ﻢﻠﻋ

 .

 ﻣﺤﻤﺪ زﻛﻲ

 &

د

 .

ﻣﻈﻔﺮ أﻧﻮر

Definitions :-

Electric charge : Fundamental property of sub-atomic particles .

Positive charge                  proton

negative charge                  electron

no charge

neutron

Like charges repel & opposite charges attract.

Unit of charge

coulomb

Current :-

We have a current when there is a few of charges

S

C

A

t

q

I

The direction of motion of positive charges is opposite to direction of motion of

negative charges.

Amper

I

t

q

t

Sec

Coul

6

19

10

10

6

.

1

.

.

q = Charge that flows through section in time

t.

Uniform flow of charges

direct current ( dc )


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٢

-

Example: In a copper wire a flow of charge is 0.12 C in a time of 58 ms . Find

the current in this wire ?

Solution:

A

t

Q

t

q

I

06

.

2

10

58

12

.

0

3

Work & Energy:

d

F

w

.

Where:

w

: Is the work done by a force ( F ) acting over a displacement (

d

).

As charges move, subject to various forces they may gain or lose energy.

w

= work done = charge in energy

External force

work done on charges

charges gain energy.

( Like Sources )

Work done by charges

charges lose energy

(Like loads )

w

= Joules = N.m

Potential difference:

Potential  difference  between  two  points  is  the  energy  gained  or  lost  by  a  unit

charge as it moves from on point to the other.

coulomb

Joule

volt

q

w

v

w

= work done for transporting a total charge

q

.

Potential difference

Voltage

Potential


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٣

-

Power :- Time rate for doing work .

I

V

t

q

q

w

q

q

t

w

P

t

w

P

.

Watt (w) =

s

J

= V.A

Systems of unit ( S.I. ) :-

Quantity

Unit

Symbol

1) Charge (q)

Coulombs

C

2) Current (I)

Amper

S

C

A

3) Force (F)

Newton

N

4) Work , energy (w)

Joule

J=N.m

5) Voltage (V)

Volt

c

J

V

6) Power (P)

watt

A

V

s

J

w

.

7) Length (

)

meter

m

8) Temperature (T)

Kelvien

K


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٤

-

Electrical Circuits :-

Circuit element :- is a two

– terminal electrical component .

Electrical circuit :- Interconnected group of elements .

Source = current and voltage in the same direction.

load = current and voltage in the opposite direction .

Resistive element, is always load and always dissipates power

+

VA

I

V

-

VB

I

+

VA

I

V

-

VB

I

+

VA

I

V

-

VB

I

+

VA

I

V

-

VB

I

-

VA

I

V

+

VB

I

(1)

Load

(dissipates power)

P = V.I

(2)

Source

(supplies power)

(3)

Source

(supplies power ,

charging)

(4)

Load

(dissipates power)

-

+

I

V


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٥

-

Source of emf ( electro motive force )

s

Source ( supplies power )

Load ( consumes power )

Ex. Charging of batteries.

Resistance :-

The unit of resistance ( R ) is ohm ( Ω )

The resistance of any material is depends on four factors:

1. The length of conductor (

)

R

2. Cross

– section area of conductor ( A )

A

R

1

3. The nature of material conductor.

4. The temperature of conductor.

A

R

A

R

-

-

V

I

-

I

A


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٦

-

= constant is called resistivity or specific resistance unit of resistivity.

m

m

m

RA

A

R

.

.

2

or

cm

.

2

2

2

d

r

A

r = radians of section.

d = diameter of section.

Conductance ( G ):-

A

A

R

G

1

1

(Siemens (S))

Prefix :-

pico

10

-12

P

nano

10

-9

n

micro

10

-6

μ

milli

10

-3

m

centi

10

-2

c

deci

10

-1

d

Kilo

10

3

K

Mega

10

6

M

Giga

10

9

G

Tera

10

12

T

Example: What is the resistance of 3 Km length of wire with cross section area

6 mm

2

and resistivity 1.8 μΩcm .

Solution:


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٧

-

 

9

10

6

10

3

10

10

8

.

1

6

3

2

6

A

R

Example: What  is  the  resistance  of  100  m  length  of  copper  wire  with  a

diameter of (1 mm) and resistivity 0

.0159 μΩm .

Solution:





 

02

.

2

2

10

1

100

10

0159

.

0

2

100

10

0159

.

0

2

3

6

2

6

d

A

R

Effect of Temperature on a resistance :-

slop =

T

R

= constant =

1

1

2

2

1

2

1

2

T

T

R

R

T

T

R

R

T

T

R

R

Example:

The resistance of material is 300 Ω at 10C

o

, and 400 Ω at 60C

o

. Find

its resistance at 50 C

o

?

Solution:

slop

o

C

T

T

R

R

/

2

10

60

300

400

1

2

1

2


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٨

-

380

300

80

80

300

40

300

10

50

300

2

1

1

R

R

R

R

R

T

T

R

R

Also from the above figure we can sea

0

1

1

0

2

2

0

1

1

0

2

2

0

0

T

T

R

T

T

R

T

T

R

T

T

R

0

1

0

2

1

2

T

T

T

T

R

R

, hence

0

1

0

2

1

2

0

1

0

2

1

2

T

T

T

T

T

T

T

T

A

A

Example:

Aluminum conductor has resistance 0.25 Ω at 10 C

o

. Find its

resistance at 65 C

o

?

Solution:

.

31

.

0

246

301

25

.

0

236

10

236

65

25

.

0

2

0

1

0

2

1

2

0

1

0

2

1

2





R

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

R

R

The following table illustrate the value of resistivity (

) for different materials

at 20 C

o

temperature.

Material

T

o

, C

o

Silver

Copper

Aluminum

Iron

-234

-234.5

-236

-180

Material

at 20 C

o

, Ω.m

Silver

*Copper

Aluminum

Iron

Paper

Mica

1.63*10

-8

(1.72 - 1.77)*10

-8

2.83*10

-8

20*10

-8

10*10

10

10

11

-10

15


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٩

-

Example: Aluminum conductor with length of 75 cm and 1.5 mm

2

cross

section area. Find its resistance at 90 C

o

?

Solution:

 

m

A

R

15

.

14

10

5

.

141

10

50

83

.

2

10

5

.

1

10

75

10

83

.

2

4

4

6

2

8

ﻣﻼﺣظﺔ

 :

 اذا ﻛﺎﻧت اﻟﻣﻘﺎوﻣﺔ ﻣطﻠوﺑﺔ ﻓﻲ درﺟﺔ ﺣرارة

20C

o

 ﻓﺎن اﻟﺣل ﯾﻧﺗﻬﻲ اﻟﻰ ﻫﻧﺎ

.

.

18

236

20

236

90

15

.

14

236

20

236

90

15

.

14

2

0

1

0

2

1

2





m

R

T

T

T

T

R

R

Another method

236

20

236

90

20

90

0

1

0

2

1

2

T

T

T

T

m

A

R

15

.

14

10

83

.

2

10

5

.

1

10

75

236

20

236

90

90

8

20

6

2

20

90

 


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٠١

 -

Driving :

























1

2

0

1

1

2

0

1

1

2

1

2

0

1

0

1

0

2

1

2

0

1

0

2

1

2

0

1

0

2

1

2

0

1

0

2

1

2

0

1

0

2

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

R

R

T

T

T

T

R

R

Let

0

1

1

1

T

T

temperature coefficient of resistance at a temperature T

1

1

2

1

1

2

1

T

T

R

R

Where T

0

for copper = -234.5

In some resource, T

0

take an absolute value, which means

0

T

= 234.5, hence

we can sea

1

1

1

T

T

&

1

0

2

0

1

2

T

T

T

T

R

R


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

١١

 -

Example:

a) Find the value of

1

at (T

1

= 40 C

o

) for copper wire.

b) Using the result of (a), find the resistance of a copper wire at 75 C

o

if its

resistance is 30 Ω at 40 C

o

?

Solution:

a)

00364

.

0

5

.

274

1

5

.

234

40

1

1

0

1

1

T

T

1/K

Or

00364

.

0

5

.

274

1

40

5

.

234

1

1

1

1

T

T

1/K

b)

1

2

1

1

2

1

T

T

R

R

8

.

33

40

75

00364

.

0

1

30

 ﻻﺣظ

إن

 اﻟﻣﻘﺎوﻣﺔ ازدادت ﻋﻧدﻣﺎ زادت درﺟﺔ

اﻟﺣرارة

.

Example: If the resistance of a copper wire at freezing ( 0 C

o

) is 30 Ω , Find its

resistance at -40 C

o

?

Solution:









88

.

24

5

.

234

5

.

194

30

5

.

234

0

5

.

234

40

30

0

1

0

2

1

2

T

T

T

T

R

R

Or



1

0

2

0

1

2

T

T

T

T

R

R


background image

Dr. Sameir Abd Alkhalik Aziez

University of Technology (Lecture (1))

-

٢١

 -

88

.

24

5

.

234

5

.

194

30

0

5

.

234

40

5

.

234

30




رفعت المحاضرة من قبل: ضرغام العزاوي
المشاهدات: لقد قام 13 عضواً و 159 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل