PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

1

PORAŻENIE ELEKTRYCZNE

Porażeniem elektrycznym nazywamy szkodliwe dla 
organizmu zmiany biologiczne, chemiczne lub fizyczne, 
powstające w następstwie przepływu prądu przez ciało 
człowieka. Płynący wówczas prąd nazywamy prądem
rażeniowym, a odpowiadający mu spadek napięcia wzdłuż
drogi przepływu prądu przez ciało człowieka - napięciem 
rażeniowym.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

2

PRZYCZYNY PORAŻEŃ

Wypadki porażenia zachodzą wskutek:
- dotknięcia części urządzeń elektrycznych znajdujących się

pod napięciem (np. nieizolowanych przewodów, zacisków 
itp.),

- dotknięcia części urządzeń elektrycznych, które znalazły się

pod napięciem wskutek uszkodzenia izolacji. 

Skutki porażenia zależą od: wartości prądu przepływającego 

przez organizm, czas przepływu tego prądu oraz drogi 
przepływu prądu w organizmie.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

3

NAJGROŹNIEJSZE  PORAŻENIA

Najgroźniejsze są porażenia, przy których serce i ośrodki 
nerwowe znajdują się na drodze przepływu prądu 
rażeniowego, a wartość płynącego prądu rażeniowego osiąga 
niebezpiecznie duże wartości.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

4

NIEWYCZUWALNE DZIAŁANIE

PRĄDU NA ORGANIZM CZŁOWIEKA

Klasa 0, 
Skuteczna wartość prądu rażeniowego - 0

÷1 mA, 

Czas działania prądu - nieokreślony,
Objawy - skutek przepływu prądu elektrycznego przez 

organizm człowieka jest  niewyczuwalny.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

5

SILNE SKURCZE MIĘŚNI

Klasa - A 1, 
Skuteczna wartość prądu rażeniowego - do 15 mA, 
Czas przepływu prądu - nieokreślony,
Objawy - w miarę wzrostu prądu coraz silniejsze  

skurcze mięśni palców i ramion, aż do 

objawów bólu; ręce obejmujące 

przedmiot przywierają tak, że nie można 
ich oderwać.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

6

SILNY SKURCZ RAMION

Klasa - A 2, 
Skuteczna wartość prądu - 15

÷30 mA, 

Czas przepływu prądu - ok. kilkadziesiąt sekund
Objawy - silny skurcz ramion, utrudniony oddech,       

wzrost ciśnienia krwi, granice            
wytrzymałości. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

7

NIEREGULARNA PRACA SERCA

Klasa A 3, 
Skuteczna wartość prądu 30

÷50 mA, 

Czas działania prądu - do 1 min
Objawy - nieregularność w pracy serca, bardzo silne 

skurcze, utrata przytomności, przy dłuższym 
działaniu prądu w górnym zakresie 
migotanie komór serca. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

8

MIGOTANIE KOMÓR SERCOWYCH

Klasa - B 1, 
Skuteczna wartość prądu - 50 ÷ kilkuset mA, 
Czas przepływu prądu - powyżej średniego cyklu  

pracy serca (ok. 0,75 s)

Objawy - migotanie komór serca, zaburzenia systemu 

nerwowego, utrata przytomności. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

9

UTRATA PRZYTOMNOŚCI

Klasa - B 2, 
Skuteczna wartość prądu ponad kilkaset mA, 
Czas działania prądu powyżej jednego cyklu pracy serca
Objawy - powtarzające się zatrzymania pracy serca, 

utrata przytomności, oparzenia.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

10

PORAŻENIE PRĄDEM STAŁYM

Przy prądzie stałym oddziaływanie na organizm ludzki jest 
słabsze; można przyjąć, że dopiero przy dwa razy większym 
prądzie szkodliwe skutki są takie, jak przy prądzie 
przemiennym o częstotliwości 50 Hz.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

11

PRĄD RAŻENIOWY

Prąd rażeniowy przepływający przez organizm ludzki zależy 
od trzech czynników:
- napięcia roboczego w obwodzie zamykającym się przez 
organizm człowieka;
- rezystancji ciała ludzkiego;
- rezystancji pozostałych elementów tego obwodu.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

12

OBWÓD RAŻENIA

R

c

U

f

R

l

A

B

C

R

p

R

r

R

n

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

13

WARTOŚĆ PRĄDU RAŻENIA

Wpływ tych czynników na prąd rażenia rozpatrzy się na 
przykładzie przebicia izolacji między uzwojeniami 
a obudową nieuziemionego silnika przyłączonego do sieci 
z uziemionym punktem neutralnym. Jeżeli człowiek dotknie 
obudowy silnika, to przez ciało jego przepłynie prąd 
rażeniowy

f

r

r

l

n

c

p

U

I

R

R

R

R

R

=

+

+

+

+

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

14

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA  PRĄD 

RAŻENIA

U

f

- napięcia fazowe, 

R

l

- rezystancja linii zasilającej, 

R

r

- rezystancja uziemienia punktu neutralnego,

R

n

- rezystancja naskórka, 

R

c

- rezystancja ciała ludzkiego,

R

p

- rezystancja stanowiska (przejścia).

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

15

WPŁYW REZYSTANCJI NASKÓRKA

i WNĘTRZA CIAŁA

W stanie suchym i nieuszkodzonym naskórek jest bardzo 
dobrym izolatorem o rezystancji do 100 000 

Ω/cm

2

, ale 

maleje niemal do zera w stanie wilgotnym lub gdy jest 
uszkodzony. Natomiast rezystancja wnętrza  R

c

zmienia się

nieznacznie wraz ze zmianą drogi przepływu prądu przez 
organizm człowieka. Przyjmuje się, że R

c

= 700 ÷ 1000 

Ω.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

16

R

p

- rezystancja przejścia od stóp człowieka do ziemi, 

składająca się z rezystancji obuwia i podłoża (rezystancja 
obuwia mokrego o podeszwach skórzanych spada do ok. 100 

Ω; rezystancja podłoża wynosi setki tysięcy omów przy 
podłogach izolacyjnych; przy mokrych podłogach 
drewnianych - powyżej 10 000 

Ω, a przy mokrych 

posadzkach betonowych jest bliska zeru).

WPŁYW REZYSTANCJI STANOWISKA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

17

Napięcie rażenia w najgorszym przypadku może być równe 
napięciu fazowemu Ponieważ rezystancje  R

r

i  R

l

są o dwa 

rzędy mniejsze niż R

c

, przeto można je pominąć i wtedy 

r

r

n

c

p

U

I

R

R

R

≈

+

+

UPROSZCZONA POSTAĆ WZORU NA 

PRĄD RAŻENIA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

18

Ze wzoru wynika, że podłoże izolacyjne (np. mata lub 
dywanik izolacyjny) zmniejsza wartość prądu rażenia w 
przybliżeniu dziesięciokrotnie. W najbardziej niekorzystnych 
warunkach, a więc gdy R

n

≈ 0 i R

p

≈ 0 oraz R

c

≈ 1000 Ω, prąd

f

r

0,24A

1000

U

I

=

≤

WPŁYW REZYSTANCJI PODŁOŻA

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

19

NAPIĘCIE DOTYKOWE

Napięcie dotykowe U

d

to napięcie występujące między takimi 

dwoma punktami, które człowiek może dotknąć jednocześnie. 
Wartość napięcia dotykowego U

d

zależy od wzajemnego 

usytuowania uziomu i przedmiotu uziemianego. Może ona 
stanowić część U

z

lub niemal być równa tej wartości.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

20

ROZKŁAD NAPIĘCIA W POBLIŻU 

UZIOMU

U

z

I

k

U

d

U

k

20 m

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

21

NAPIĘCIE DOTYKOWE W PEWNEJ 

ODLEGŁOŚCI OD  UZIOMU

U

z

U

d

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

22

NAPIĘCIE ROBOCZE 

Z punktu widzenia ochrony przeciwporażeniowej napięcie 
robocze jest to napięcie między częściami przewodzącymi 
obwodu elektrycznego a ziemią lub między częściami 
należącymi do różnych biegunów obwodu elektrycznego. 
Napięcie to ma zbliżoną wartość do napięcia znamionowego.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

23

NAPIĘCIE BEZPIECZNE 

Napięcie robocze lub dotykowe jest bezpieczne, jeśli w 
określonych warunkach środowiskowych nie przekracza 
wartości podanych niżej:
25 V dla prądu o częstotliwości 50 Hz,
50 V dla prądu stałego 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

24

NAPIĘCIE KROKOWE 

Napięcie krokowe U

k

stanowi różnicę potencjałów, jaka 

powstaje między dwoma punktami powierzchni gruntu 
w odległości 1 m wskutek przepływu prądu 
ziemnozwarciowego.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

25

NAPIĘCIE RAŻENIOWE 

Ze względu na rezystancję przejścia R

p

napięcia rażeniowe są

w przeważającej liczbie przypadków mniejsze niż napięcia 
dotykowe lub krokowe. Do obliczeń przyjmuje się jednak 
R

p

≥ 0 (najbardziej niekorzystne warunki). 

Graniczne wartości napięć bezpiecznych określa się na 
podstawie przyjętych granicznych prądów rażenia 
i rezystancji ciała człowieka. 
Rezystancję ciała człowieka stanowi suma rezystancji 
wewnętrznej (ok. kilkuset omów) oraz rezystancji naskórka, 
która może się zmieniać w bardzo szerokich granicach (od 
kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy omów). 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

26

REZYSTANCJA CIAŁA CZŁOWIEKA 

Minimalne wartości rezystancji ciała człowieka

Napięcie dotyku,V

25

50 250 

Rezystancja ciała, 

Ω

2500 2000 650 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

27

PODSTAWOWE ŚRODKI OCHRONY 

PRZECIWPORAŻENIOWEJ 

Podstawowe  środki ochrony przed porażeniem mają za 

zadanie zabezpieczenie przed dotknięciem elementów 
urządzeń elektrycznych znajdujących się pod napięciem; do 
środków tych zaliczamy między innymi: 

- umieszczanie nieizolowanych przewodów na wysokościach 

poza zasięgiem ręki;

- izolowanie przewodów i urządzeń;
- umieszczanie maszyn i aparatów w osłonach ochronnych 

z blachy, siatki stalowej itp. zabezpieczających przed 
przypadkowym dotknięciem części pod napięciem. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

28

ŚRODKI OCHRONY DODATKOWEJ

Środki ochrony podstawowej, mimo, że znacznie ograniczają
niebezpieczeństwo porażenia, to jednak nie eliminują go 
zupełnie. Dlatego konieczne jest zastosowanie również
ochrony dodatkowej, której zadaniem jest w przypadku 
wystąpienia niebezpieczeństwa porażenia ograniczenie jego 
skutków. Polega to na zmniejszeniu wartości prądu rażenia, 
a także skróceniu czasu przepływu prądu rażenia.  

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

29

DODATKOWE ŚRODKI OCHRONY 

PRZECIWPORAŻENIOWEJ 

Dodatkowe środki ochrony mają za zadanie niedopuszczenie 
do porażenia prądem - w następstwie pojawienia się napięcia 
na obudowach maszyn i aparatów wskutek uszkodzenia 
izolacji; do środków tych zalicza się:
uziemienie ochronne, zerowanie, wyłączniki 
przeciwporażeniowe, izolację ochronną, ochronne obniżenie 
napięcia roboczego, separację odbiorników, sieć ochronną, 
izolowanie stanowiska.  

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

30

ŚRODKI OCHRONY 

PRZECIWPORAŻENIOWEJ W SIECIACH 

DO 1 kV

W urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu 
znamionowym do 1 kV ochronę przeciwporażeniową należy 
zapewnić przez zastosowanie napięć bezpiecznych albo 
ochrony przeciwporażeniowej podstawowej oraz co najmniej 
jednego ze środków ochrony dodatkowej.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

31

UŻYTKOWANIE ENERGII 

ELEKTRYCZNEJ

Napęd elektryczny,
Oświetlenie,
Nagrzewanie elektryczne  

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

32

OŚWIETLENIE ELEKTRYCZNE

Pojęcia podstawowe,
Elektryczne źródła światła

żarówki,
lampy wyładowcze,
świetlówki
rtęciówki
inne źródła światła

Zasady doboru oświetlenia  

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

33

ŚWIATŁO JAKO RODZAJ  

PROMIENIOWANIA 

ELEKTROMAGNETYCZNEGO

λ

[m]

Fale radiowe

dł

ugie

średnie

krótkie

ultrakrótkie

Promieniowanie

podczerwone

Świat

ło widzialne

Promieniowanie

ultrafioletowe

Promieniowanie

Roentgena

Promieniowanie 

γ

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

34

ZAKRES DŁUGOŚCI FALI ŚWIATŁA 

Promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 
zawierającej się w granicach od ok. 380 do ok. 760 nm
wywołuje wrażenie wzrokowe. Promieniowanie o takiej 
długości nosi nazwę promieniowania widzialnego lub światła. 
Intensywność odbieranego przez oko wrażenia zależy od 
długości fali promieniowania widzialnego. Oko najsilniej 
reaguje na promieniowanie o długości fali 555 nm (światło o 
barwie żółtozielonej). 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

35

WZGLĘDNA SKUTECZNOŚĆ ŚWIETLNA

1 - oko przystosowane
do jasności (dzień)
2 - oko przystosowane
do ciemności (noc)

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

36

WZGLĘDNA SKUTECZNOŚĆ ŚWIETLNA

Stosunek intensywności wrażenia wzrokowego wywołanego 
przez promieniowanie o określonej długości fali do 
intensywności wrażenia wzrokowego wywołanego przez 
promieniowanie o długości fali 555 nm nazywa się względną
skutecznością

świetlną

promieniowania 

monochromatycznego albo współczynnikiem widzialności, 
który oznaczamy przez V

λ

.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

37

WIELKOŚCI FOTOMETRYCZNE 

Strumień świetlny 

Φ

,

Natężenie oświetlenia E,
Światłość I,
Luminacja L.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

38

STRUMIEŃ ŚWIETLNY

Iloczyn mocy wypromieniowanej przez źródło  światła i 
względnej skuteczności  świetlnej odpowiadającej długości 
fali wypromieniowanego światła nosi nazwę strumienia 
świetnego 

Φ

-

moc promienista przenoszona przez 

promieniowanie zawarte między 

λ

a 

λ

+d

λ

, W; V

λ

- względna 

skuteczność świetna;  K

m

- fotometryczny równoważnik 

promieniowania K

m

= 680 lm/W. 

2

1

m

eλ λ

d

Φ K

F V

λ

λ

λ

=

∫

eλ

d

F

λ

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

39

JEDNOSTKA STRUMIENIA 

ŚWIETLNEGO

Jednostką strumienia świetlnego jest lumen (lm), 
Odpowiada on wypromieniowanej mocy około 
1/680 W przy długości fali 555 nm,
Strumień świetlny określa całkowitą moc 
promieniowaną ocenianą według wrażenia 
wzrokowego 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

40

NATĘŻENIE OŚWIETLENIA

Gęstość powierzchniowa strumienia padającego na daną
powierzchnię

to natężenie oświetlenia  E. Natężenie 

oświetlenia elementu dS powierzchni oświetlanej jest to 
stosunek strumienia świetlnego podającego na ten element do 
jego pola dS

d

d

Φ

E

S

=

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

41

JEDNOSTKA NATĘŻENIA 

OŚWIETLENIA

Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx), przy czym 
lx = 1 lm/m

2

. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

42

ŚWIATŁOŚĆ

Gęstość kątowa strumienia świetlnego d

Φ

wysyłanego przez 

źródło punktowe w danym kierunku nosi nazwę światłości I

Światłość jest wielkością wektorową. W przypadku źródła 
punktowego promieniującego równomiernie we wszystkich 
kierunkach, moduł wektora światłości jest stały i wynosi 

gdzie 

Φ

0 

- całkowity strumień

źródła.

d

d

Φ

I

ω

=

0

4

Φ

I

π

=

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

43

JEDNOSTKA ŚWIATŁOŚCI

Jednostką światłości jest kandela (cd), przy czym 
1 cd = 1 lm/steroradian
1 kandela jest to 1/60 maksymalnej światłości 1 cm

2

powierzchni ciała doskonale czarnego o temperaturze 
krzepnięcia platyny (2046 K) pod ciśnieniem 101 325 Pa. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

44

LUMINANCJA

Wielkością decydującą o wrażeniu wzrokowym, jakie 
wywołuje obraz źródła  światła albo powierzchni odbijającej 
lub przepuszczającej światło, jest luminancja L. 
Luminancja jest to światłość w danym kierunku przypadająca 
na jednostkę pozornej powierzchni źródła albo powierzchni 
odbijającej lub przepuszczającej światło.
Powierzchnia pozorna elementu dS ciała  świecącego jest to 
rzut powierzchni rzeczywistej na płaszczyznę prostopadłą do 
kierunku, w którym określa się luminancję.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

45

OBLICZANIE LUMINACJI

d

d cos

I

L

S

α

=

Przy równomiernie świecącej powierzchni

cos

I

L

S

α

α

=

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

46

JEDNOSTKA LUMINACJI

Jednostką luminacji jest kandela na metr kwadratowy
(1 cd/m

2

).

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

47

RODZAJE ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA

-

wskutek termicznego wzbudzenia atomów ciała 

promieniującego (źródła),
- przez luminescencję czyli wzbudzenie atomów wywołane 
kosztem innego rodzaju energii np. elektrycznej. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

48

ŻARÓWKA Z ŻARNIKIEM Z DRUTU 

WOLFRAMOWEGO

Źródłem  światła w żarówce jest żarnik wykonany w postaci 
skrętki z drutu wolframowego, umocowanej na wspornikach 
wewnątrz bańki szklanej oraz połączonej z instalacją za 
pomocą trzonka gwintowego lub bagnetowego i oprawki. 
Aby uniknąć utleniania  żarnika, z wnętrza bańki usuwa się
powietrze. Drut wolframowy ulega w wysokiej temperaturze 
rozpylaniu, skutkiem czego maleje średnica drutu, zwiększa 
się jego rezystancja i w wyniku tego zmniejsza się moc 
żarówki i wysyłany przez nią strumień świetlny. Rozpylony 
wolfram osiada na wewnętrznych  ściankach bańki i 
zmniejszając jej przezroczystość

powoduje dalsze 

zmniejszenie strumienia świetlnego wysyłanego przez 
żarówkę.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

49

ŻARÓWKA DWUSKRĘTKOWA

W celu ograniczenia zjawiska rozpylania wolframu w 
lampach próżniowych stosuje się temperaturę żarnika nie 
wyższą niż 2200

o

C. W lampach większej mocy, w celu 

uniknięcia rozpylania, stosuje się napełnianie bańki gazem 
obojętnym oraz formowanie żarnika w postaci dwuskrętki 
tzn. skrętki zwiniętej ze skrętki o mniejszej średnicy. Dzięki 
napełnieniu bańki gazem, temperaturę żarnika można 
podwyższyć do 2500-2600

o

C.  Żarnik dwuskrętkowy stosuje 

się tylko w żarówkach  średniej mocy, gdyż w  żarówkach o 
dużej mocy drut wolframowy jest tak dużej  średnicy,  że 
rozpylanie nie ma większego znaczenia. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

50

MOC CZYNNA ŻARÓWEK

Obecnie wykonuje się żarówki o mocy do 25 W jako 
próżniowe, o mocy 40-100 W jako gazowane dwuskrętkowe i 
o mocy powyżej 100 W jako gazowane jednoskrętkowe. 
Wielkościami znamionowymi żarówek są napięcie i moc. 
Żarówki stosowane powszechnie w instalacjach mają
napięcie znamionowe 230 V. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

51

SKUTECZNOŚĆ ŚWIETLNA ŻARÓWEK

Skuteczność świetlna  żarówek zależy przede wszystkim od 
temperatury  żarnika. Przyczyną tego jest fakt, że tylko 
niewielka część energii wypromieniowanej przez żarówkę ma 
charakter promieniowania widzialnego. 
Skuteczność świetlna żarówek zwiększa się więc wraz z ich 
mocą znamionową.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

52

ZASADA DZIAŁANIA ŚWIETLÓWKI

W  świetlówkach zwanych także lampami fluoroscencyjnymi 
wyładowanie jarzące odbywa się w mieszaninie argonu z 
parami rtęci. Emitowane jest promieniowanie ultrafioletowe, 
które pada luminofory. Pod wpływem ich naświetlania 
luminofory  świecą. Kolor światła zależy od składu 
chemicznego luminoforu. Świetlówki mają na przykład 
postać rury pokrytej od wewnątrz luminoforem. W obu 
końcach rury wtopione są elektrody między którymi odbywa 
się wyładowanie.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

53

ZAPŁON ŚWIETLÓWEK

Natężenie pola elektrycznego wytworzonego w świetlówce, 
której elektrody są połączone z siecią niskiego napięcia nie 
wystarcza do zainicjowania jonizacji lawinowej. W celu 
zapoczątkowania wyładowania należy zwiększyć liczbę
swobodnych elektronów w przestrzeni między elektrodami i 
przyłożyć do elektrod napięcie rzędu 1000 V chociażby w 
postaci krótkotrwałego impulsu. Do podtrzymania 
zapoczątkowanego wyładowania wystarcza napięcie 
kilkudziesięciu woltów. Po zaświeceniu  świetlówki dalsze 
podgrzewanie elektrod jest zbędne. Do uzyskania 
podwyższonego napięcia stosuje się wiele różnych układów, 
w większości z użyciem zapłonnika.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

54

x

UKŁAD POŁĄCZEŃ ŚWIETLÓWKI

C

1

220V

∼

Świetlówka

D

C

.

Z

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

55

DZIAŁANIE UKŁADU ZAPŁONOWEGO 

ŚWIETLÓWKI

Zapłonnikiem Z jest mała lampka neonowa, w której jedną z 
elektrod jest zgięty pasek bimetalu. Po doprowadzeniu 
napięcia do zapłonnika  Z rozwija się słabe wyładowanie 
świetlące. Elektroda bimetalowa nagrzewając się do 
wyładowania odgina się i dotyka drugiej elektrody. Na skutek 
zwarcia w obwodzie: źródło napięcia - dławik D - elektroda 
świetlówki - zapłonnik  Z - druga elektroda świetlówki -
źródło napięcia, płynie dość duży prąd powodujący 
podgrzanie elektrod świetlówki.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

56

SIŁA ELEKTROMOTORYCZNA 

W DŁAWIKU

W zwartym zapłonniku nie ma oczywiście  żadnego 
wyładowania i elektroda bimetalowa stygnąc wraca do 
poprzedniego kształtu i rozwiera obwód. Przerwanie 
przepływu prądu powoduje pojawienie się dużej siły 
elektromotorycznej w dławiku, co umożliwia zapłon 
świetlówki. Po zaświeceniu  świetlówki napięcie na jej 
zaciskach wynosi kilkadziesiąt woltów i nie wystarcza do 
powtórnego wyładowania świetlącego w zapłonniku.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

57

SPRAWNOŚĆ ŚWIETLÓWKI

Sprawność świetlówek jest 3 - 4 razy większa niż żarówek. 
Strumień świetlny, pobór mocy i sprawność świetlówek 
zmieniają się nieznacznie ze zmianą napięcia. Trwałość ich 
prawie nie zależy od zmian napięcia zasilającego i w 
przeciętnych warunkach wynosi ok. 6000 h świecenia 
(zależnie od liczby włączeń).

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

58

ZASADA DZIAŁANIA  RTĘCIÓWKI

Źródłem  światła w lampie rtęciowej jest jarznik mający 
postać krótkiej rurki z wtopionymi na końcach elektrodami. 
Jarznik jest umieszczony w zewnętrznej szklanej bańce 
ochronnej. W jarzniku znajduje się niewielka ilość płynnej 
rtęci oraz neon lub argon o ciśnieniu kilkuset Pa. Rtęciówkę
włącza się do sieci niskiego napięcia przez dławik 
stabilizujący bez zapłonników lub specjalnych układów 
zapłonowych. W celu zapoczątkowania wyładowania mimo 
małej wartości napięcia zasilającego, do jednej z elektrod jest 
podłączona poprzez rezystor o dużej rezystancji elektroda 
zwana zapłonową, umieszczona w pobliżu elektrody o 
przeciwnym znaku. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

59

INICJACJA WYŁADOWANIA

Dzięki małej odległości tych dwóch elektrod natężenie pola 
elektrycznego jest wystarczająco duże do zainicjowania 
wyładowania. Rezystor w obwodzie elektrody zapłonowej 
ogranicza wartość płynącego przez nią prądu. W miarę
postępującej jonizacji gazu prąd zaczyna płynąć między 
elektrodami głównymi. Liczba atomów gazu zawartego w 
jarzniku jest jednak zbyt mała, aby mogło rozwinąć się
intensywne wyładowanie, prąd jest niewielki i lampa wysyła 
niewielki strumień świetlny.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

60

UKŁAD POŁĄCZEŃ RTĘCIÓWKI

K1, K2 - elektrody główne
K3 - elektroda zapłonowa
R - rezystor

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

61

SKUTECZNOŚĆ I BARWA RTĘCIÓWKI

Rtęciówki w zależności od ciśnienia par rtęci dzieli się na 
niskoprężne (ciśnienie mniejsze od 100 Pa), wysokoprężne 
(ciśnienie 10

5

Pa i więcej) i bardzo wysokoprężne (ciśnienie 

10

6

Pa i więcej). Rtęciówki wytwarzają przede wszystkim 

światło niebieskie i zielone oraz promieniowanie 
ultrafioletowe. Ilość wytwarzanego w lampie światła o innych 
barwach jest tym większa im większe jest ciśnienie par rtęci. 
W celu uzyskania światła o korzystniejszym składzie 
widmowym stosuje się rtęciówki o skorygowanej barwie oraz 
lampy o świetle mieszanym.  

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

62

SKUTECZNOŚĆ ŚWIETLNA RTĘCIÓWKI

W rtęciówkach korekcję barwy światła uzyskuje się poprzez 
pokrycie wewnętrznej powierzchni bańki ochronnej 
luminoforem przemieniającym padające nań promieniowanie 
ultrafioletowe w promieniowanie czerwone, którego brak w 
świetle wytwarzanym w jarzniku.
W bańce ochronnej można oprócz jarznika umieścić skrętkę
żarówkową spełniającą rolę stabilizatora i wysyłającą światło 
przede wszystkim czerwone korygujące barwę światła 
wytwarzanego w lampie. Skuteczność świetlna rtęciówki jest 
bardzo duża, lecz barwa światła różni się znacznie od światła 
dziennego. Trwałość lamp nisko- i wysokoprężnych wynosi 
3000-6000 h.  

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

63

LAMPY SODOWE (SODÓWKI)

Zasada działania lamp sodowych jest podobna do zasady 
działania lamp rtęciowych. Po pełnym rozgrzaniu lampy pary 
sodu osiągają ciśnienie rzędu kilku paskali. Rozruch lampy 
trwa zwykle 5-15 min. W zależności od ciśnienia par sodu 
rozróżniamy lampy sodowe wysokiego i niskiego ciśnienia. 
Światło wytwarzane w lampie jest praktycznie 
monochromatyczne o barwie żółtej i znakomicie zwiększa 
kontrastowość widzenia. Dzięki temu oraz dzięki dużej 
skuteczności  świetlnej sodówki są najlepszym  źródłem 
światła do oświetlenia dróg o dużym nasileniu ruchu 
kołowego. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

64

ELEKTROTERMIA

Elektrotermia jest działem nauki i techniki zajmującym się
celowymi przemianami energii elektrycznej w ciepło do 
celów użytkowych. Elektrotermia wykorzystuje techniki 
nagrzewania elektrycznego. Jako synonim słowa 
elektrotermia używa się pojęcia elektrotechnologia.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

65

NAGRZEWANIE ELEKTRYCZNE

Nagrzewanie elektryczne jest to technika wytwarzania i 
wykorzystywania ciepła z energii elektrycznej. 
Problematyka nagrzewania elektrycznego nie ogranicza się
więc do technik wytwarzania ciepła z energii elektrycznej, 
lecz obejmuje także zagadnienia wykorzystywania tego ciepła 
we wszystkich obszarach działalności człowieka.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

66

NAGRZEWANIE ELEKTRYCZNE 

BZEPOŚREDNIE I POŚREDNIE

Nagrzewanie elektryczne bezpośrednie

jest to nagrzewanie 

elektryczne znamienne tym, że przemiana energii w ciepło 
odbywa się w obszarze nagrzewanym (wsadzie), w którym 
rozprzestrzenia się ono zgodnie z prawami termokinetyki.

Nagrzewanie elektryczne pośrednie

jest to nagrzewanie 

elektryczne znamienne tym, że przemiana energii w ciepło 
dokonuje się poza obszarem nagrzewanym (wsadem), a do 
obszaru tego jest dostarczane zgodnie z prawami 
termokinetyki.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

67

METODY NAGRZEWANIA 

ELEKTRYCZNEGO

Wyodrębnia się 12 metod nagrzewania:

rezystancyjną, promiennikową, elektrodową, 

łukową, 

indukcyjną, pojemnościową, mikrofalową, plazmową, 
elektronową, fotonową, jonową oraz ultradźwiękową.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

68

TECHNOLOGIE NAGRZEWANIA 

ELEKTRYCZNEGO

Urządzenia elektrotermiczne stosowane są w następujących 
procesach technologicznych: 

- obróbka cieplna, 
- obróbka plastyczna,
- topienie, 
- cięcie,  
- suszenie,  
- lutowanie, 
- ogrzewanie.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

69

NAGRZEWANIE REZYSTANCYJNE 

Nagrzewanie rezystancyjne  wykorzystuje efekt Joule’a w 
ośrodku przewodzącym stałym, połączonym galwanicznie ze 
źródłem energii. W 1801 r. L. Tenar przeprowadził
doświadczenie polegające na nagrzewaniu prądem 
elektrycznym drutu platynowego.  Doświadczenie to 
wyprzedziło sformułowanie prawa Ohma (1827 r.) i prawa 
Joule’a-Lenza (1842 r.).
. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

70

NAGRZEWANIE REZYSTANCYJNE 

BEZPOŚREDNIE

Nagrzewanie rezystancyjne bezpośrednie stosowane jest 
głównie do nagrzewania elementów metalowych przed 
obróbką plastyczną. Proces przebiega bardzo szybko. Zbędne 
jest stosowanie komór termoizolacyjnych. Często natomiast 
istnieje konieczność automatycznego wyłączania prądu po 
osiągnięciu przez element żądanej temperatury.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

71

NAGRZEWANIE REZYSTANCYJNE 

POŚREDNIE 

Nagrzewanie rezystancyjne pośrednie polega na 
wykorzystaniu ciepła wydzielanego przy przepływie prądu 
przez elementy grzejne stanowiące źródło ciepła. Ciepło to na 
drodze termokinetycznej przenoszone jest od elementów 
grzejnych do wsadu. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

72

MATERIAŁY NA ELEMENTY GRZEJNE 

Metalowe

stopy Fe-Cr-Al. np. kanthal,
metale czyste np. platyna lub molibden,
spieki np. superkanthal

Niemetalowe:

karborund,
węgiel,
grafit.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

73

TYPY URZĄDZEŃ REZYSTANCYJNYCH 

Piece rezystancyjne 

do topienia 
do obróbki cieplnej i obróbki cieplno-chemicznej, 
fluidalne,

Suszarki,
Cieplarki (utrzymanie w komorze stałej temperatury do 
100

o

C),

Ogrzewacze wody
Nagrzewnice rezystancyjne 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

74

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE 

Nagrzewanie indukcyjne polega na wydzielaniu się ciepła we 
wsadzie metalowym wskutek indukowania się prądów 
wirowych wywołanych zmiennym strumieniem 
magnetycznym. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

75

GŁĘBOKOŚĆ WNIKANIA POLA 

ELEKTROMAGNETYCZNEGO DO 

WSADU 

Głębokość wnikania pola elektromagnetycznego 

δ

jest 

jednym z podstawowych parametrów wsadu nagrzewanego 
indukcyjnie. Decyduje o większości wskaźników techniczno-
ekonomicznych procesu

ω

- pulsacja, 

μ - przenikalność magnetyczna,  γ -

konduktywność.

2

,

δ

ωμγ

=

m

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

76

TŁUMIENIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ 

MOCY CZYNNEJ W FUNKCJI 

WZGLĘDNEJ ODLEGŁOŚCI

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

77

WARTOŚCI GŁĘBOKOŚCI WNIKANIA

δ, 10

-3

 m

miedź

aluminium

stal

f, kHz

υ = 20

o

C

μ

r

 = 1

γ = 56· 10

6

S/m

υ = 1100

o

C

μ

r

 = 1

γ = 5· 10

6

S/m

υ = 20

o

C

μ

r

 = 1

γ = 34· 10

6

S/m

υ = 660

o

C

μ

r

 = 1

γ = 5,1· 10

6

S/m

υ = 20

o

C

μ

r

 = 16

γ = 5· 10

6

S/m

υ = 800

o

C

μ

r

 = 1

γ = 10

6

S/m

0,05

0,15

1,00

10,00

100,00

1000,0

0

9,5

5,5

2,1

0,67

0,21

0,067

31,8

18,4

7,1

2,25

0,71

0,22

12,2

7,0

2,7

0,86

0,27

0,086

31,5

18,2

7,0

2,2

0,7

0,22

3,0

4,6

1,8

0,56

0,18

0,056

71,2

41,1

15,9

5,0

1,6

0,5

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

78

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE 

SKROŚNE

Nagrzewanie indukcyjne skrośne uzyskuje się umieszczając 
wsad w zmiennym polu magnetycznym o takiej 
częstotliwości, aby uzyskać nagrzewanie całej objętości. 
Często stosuje się nagrzewnice indukcyjne skrośne o 
częstotliwości sieciowej. Często konieczne są długie czasy 
nagrzewania celem wyrównania rozkładu temperatury. 

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

79

NAGRZEWANIE INDUKCYJNE 

POWIERZCHNIOWE 

Nagrzewanie indukcyjne powierzchniowe stosuje się
wówczas, gdy chcemy nagrzać jedynie cienką warstwę
przypowierzchniową. Wymaga to użycia prądu wzbudnika o 
wysokiej częstotliwości, a także krótkich czasów 
nagrzewania.
Zastosowanie: hartowanie indukcyjne powierzchniowe.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

80

TYPY URZĄDZEŃ INDUKCYJNYCH 

Nagrzewnice indukcyjne
Piece indukcyjne

tyglowe,
kanałowe.

Urządzenia do topienia lewitacyjnego.

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

81

PIECE INDUKCYJNE TYGLOWE 

1,3 - tygiel, 2 - obudowa, 
4 - otwór wentylacyjny,
5 - pokrywa, 6 - spust,
7 - chłodnica, 8 - wzbudnik
9 - jarzmo

PRZETWARZANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii ZIP30

82

INNE TYPY URZĄDZEŃ

ELEKTROTERMICZNYCH 

Piece łukowe do produkcji stali,
Piece łukowo-rezystancyjne do produkcji żelazostopów,
Kotły elektrodowe,
Nagrzewnice dielektryczne do materiałów nieprzewodzących,
Lasery do cięcia i mikroobróbki.