Delovni list Ohmovega zakona

Byron Katie - Kako izpolniti delovni list Sodi Svojega bližnjega Byron Katie (November 2018).

Anonim

Delovni list Ohmovega zakona

Osnovna električna energija


Vprašanje 1

Določite naslednje izraze: energijo, delo in moč .

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Delo je napor sile na razdalji. Energija je zmožnost opravljanja dela. Moč je stopnja opravljenega dela na enoto časa.

Opombe:

Učenci lahko najdejo osnovno fizikalno besedilo, ki je koristno pri pridobivanju teh definicij. "Delo" je težek koncept, ki ga je mogoče natančno opredeliti, zlasti za učence, ki niso seznanjeni z osnovno fiziko. Tehnično je vektorski dotični produkt sile in pomika, kar pomeni, da je delo enako razdalji sile le, če sta vektorji sile in razdalje natančno vzporedni drug drugemu. Z drugimi besedami, če nosim 10 kg mase (dviganje proti gravitacijskemu prekucniku) med hojo vzporedno s tlemi (ne grem navzgor ali navzdol), so vektorji sile in premika med seboj pravokotni in delo, ki ga opravljam pri prenosu mase je nič . Samo, če je moja sila usmerjena ravno v isto smer, kot je moj predlog, da je moj trud preveden v delo.

Vprašanje 2

Napetost je običajno opredeljena kot "električni tlak". Vendar pa je enota volta lahko opredeljena v smislu bolj osnovnih fizičnih enot. Kakšne so te enote in kako se nanašajo na enoto volt "# 2"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

1 volt je enak 1 joulu energije, ki se prenaša na 1 kulon polnjenja (6, 25 × 10 18 elektronov):

V = W


Q

Kje,

V = napetost (voltov)

W = delo ali potencialna energija (joules)

Q = Polnjenje (kulombe)

Opombe:

Upoštevajte, da uporabljam črko "V", da napišem napetost namesto "E", kot sem običajno. To je zato, ker na splošno delo fizike "E" navadno pomeni "energijo" ali "električno polje". Nekatere elektronske referenčne knjige za napetost uporabljajo črko "E", medtem ko druge uporabljajo črko "V" ali celo izmenično uporabita obe črki.

Vprašanje 3

Električni tok se meri v enoti ampera ali amp . Kakšna je fizična definicija te enote? Katere osnovne količine predstavljajo 1 amper električnega toka?

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

1 amper električnega toka je hitrost gibanja elektronov enako 1 coulomb na sekundo:

I = Q


t

Kje,

I = električni tok (amperi)

Q = polnjenje v gibanju (kulomi)

t = čas (sekunde)

Opombe:

V tem trenutku je morda koristno pregledati število elektronov, ki sestavljajo en kulon polnjenja: 6, 25 × 10 18 elektronov.

Tehnično je aktualna matematična definicija vključuje račun:

I = dQ


dt

Vendar študenti na tej stopnji morda še niso pripravljeni raziskati izpeljanih derivatov, zato bo enačba v odgovoru na (povprečni) tok zadostovala.

Vprašanje 4

Za določeno količino tlaka vode, ki bo pretočil večjo hitrost vode: majhno (omejevalno) šobo ali veliko (neustriktivno) šobo? Pojasnite, kako se to nanaša na študijo napetosti, toka in upora v preprostem električnem vezju.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Očitno je, da bo neprekinjena šoba prešla večjo pretočnost vode skozi njo, vsi drugi dejavniki pa bodo enaki. V električnem tokokrogu manj odpornosti preide večji pretok elektronov (toka) za določeno količino "tlaka" (napetost).

Opombe:

Pretok vode ni popolna analogija za električno energijo, vendar je dovolj blizu, da bi bil uporaben za osnovno izobraževanje o električni energiji. Bodite pripravljeni razpravljati o pomanjkljivostih vode kot analogiji s svojimi učenci (npr. "Kako elektrone ne prelivajo konca odprte žice, kot je voda, se izteče konec odprte cevi ali cevi" delovna plošča plošče plošče-privzeto " itemscope>

Vprašanje 5

Predpostavimo, da morate zgraditi to vezje in opraviti meritve toka skozi upor in napetost preko upora:

Snemanje teh številčnih vrednosti v tabelo, rezultati izgledajo takole:

XXXXXXXXXXXXXX
TokNapetost
0, 22 A0, 66 V
0, 47 A1, 42 V
0, 85 A2, 54 V
1, 05 A3.16 V
1, 50 A4, 51 V
1, 80 A5.41 V
2, 00 A5, 99 V
2.51 A7.49 V

Ogledate jih na naslednjem grafu:

Kakšno matematično razmerje vidite med napetostjo in tokom v tem preprostem vezju "# 5"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

To je primer linearne funkcije: kjer grafikon, ki opisuje nabor podatkov, sledi črto na grafu. Iz te vrstice, pa tudi iz številčnih številk, bi morali biti sposobni ugotoviti konstantno razmerje med napetostjo in tokom.

Opombe:

Podatki o neobdelanih podatkih so bili namerno "hrupni" pri tej težavi, da bi simulirali vrste merilnih napak, ki so se pojavili v resničnem življenju. Eno orodje, ki pomaga premagati interpretacijske probleme, ki so posledica šuma, kot je ta, je grafično. Tudi s prisotnim hrupom je jasno razvidna linearnost funkcije.

Vaši učenci se morajo naučiti, da grafikone predstavljajo orodja za lastno razumevanje podatkov. Ko so razmerja med številkami prikazane v grafični obliki, daje drugemu načinu izražanja podatke, kar ljudem pomaga lažje razumeti vzorce, kot če pregledajo vrstice in stolpce številk.

Vprašanje 6

Pojasnite, korak za korakom, kako izračunati količino toka (I), ki bo šel skozi upor v tem vezju:

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Uporni tok = 0, 02553 amper ali 25, 53 milijam (mA).

Opombe:

Samo preprost račun Ohmovega zakona tukaj - brez trikov! Bistvo tega vprašanja pa je, da se učenci razmišljajo o korakih, ki jih spremljajo pri izračunu. Mnogi učenci preprosto želijo zapomniti postopke in ne naučiti, zakaj storiti, kar morajo storiti, da bi odgovorili na takšna vprašanja. Vaša naloga je, da je inštruktor izpodbijati jih zunaj zaprtja in do razumevanja.

Vprašanje 7


∫f (x) dx Opozorilo o računu!


Zapletite razmerje med napetostjo in tokom pri uporovnikih treh različnih vrednosti (1 Ω, 2 Ω in 3 Ω), vse na istem grafu:

Kakšen vzorec vidite na tvojih treh ploskvah "# 7"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Večja je upornost, bolj strmina nagnjene črte.

Napredni odgovor: pravilen način za izražanje izpeljanka vsake od teh ploskev je (dv / di). Derivat linearne funkcije je konstanta, v vsakem od teh treh primerov pa je konstanta enaka uporovnemu uporu v ohmih. Torej bi lahko rekli, da je za preproste uporne tokokroge trenutna stopnja spremembe funkcije napetosti / toka odpornost vezja.

Opombe:

Učenci morajo postati zadovoljni z grafikoni in ustvarjanje lastnih preprostih grafikonov je odličen način za razvoj tega razumevanja. Grafična predstavitev funkcije Ohmovega zakona omogoča študentom še en "pogled" koncepta, kar jim omogoča lažje razumevanje naprednejših pojmov, kot je negativen odpor.

Če imajo učenci dostop do grafičnega kalkulatorja ali računalniške programske opreme, ki omogoča risanje 2-dimenzionalnih grafov, jih spodbudite, da načrtujejo funkcije z uporabo teh tehnoloških virov.

Ugotovil sem, da je dobra navada, da se "prikradejo" matematične koncepte v tečaje fizikalnih ved, kadarkoli je to mogoče. Za toliko ljudi je matematika abstraktna in zmeda, ki jo lahko razumemo le v kontekstu realnega življenja. Študije o električni energiji in elektroniki so bogate z matematičnim kontekstom, zato ga izkoristite, kadar koli je to mogoče! Vaši učenci bodo imeli veliko koristi.

Vprašanje 8

Kakšna je vrednost tega upora v ohmih (Ω)?

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Vrednost uporov = 2700 Ω ali 2, 7 kΩ.

Ena oblika izraznega izraza komponent, ki je priljubljena v Evropi, je zamenjati decimalno vejico z metrično predpono, tako da bi bilo 2, 7 kΩ predstavljeno kot 2k7 Ω. Ne le, da je ta nota preprostejša, ampak tudi presega težave pri interpretaciji, ki se pojavljajo med Evropejci in Američani z njihovimi nasprotnimi uporabami vejic in decimalnih mest.

Opombe:

Nekateri študentje morda ne bodo spoznali, da se v Evropi, vejice uporabljajo kot decimalna mesta in vizumsko. Tako bi bilo dve tisoč in sedemsto napisanih kot 2.700 v Ameriki in 2.700 v Evropi. Nasprotno, številka π bi bila napisana kot 3, 141593 v Ameriki, vendar 3, 141593 v Evropi. Zmeda "elementov plošče delovne plošče-privzete plošče" privzeto "itemscope>

Vprašanje 9

Pogost o električni energiji je, da je vedno pot najmanjšega odpornosti. «Pojasnite, kako se ta pregovor nanaša na naslednji tokokrog, kjer električni tok iz akumulatorja naleti na dve nadomestni poti, od katerih je eden manj odporen kot drugi:

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Upor 250 Ω bo zaznal tok 40 mA, upor 800 Ω pa bo imel tok 12, 5 mA.

Opombe:

Kot inštruktor sem bil zelo presenečen, ko sem slišal, da mnogi začetniki trdijo, da bi vsi tokovi šli skozi manjši upor in nobeden skozi večji upor! Pregovor o "pot najmanjšega odpornosti" bi bilo treba resnično razumeti kot " sorazmerno po poteh manjšega upora." Ljudje, ki so novi v študiju o električni energiji, pogosto napačno razumejo takšna osnovna načela, njihove napake pa običajno temeljijo na ljudski modrosti, kot je ta. Nujno je, da te mitove zlahka prekinemo. V tem primeru Ohmov zakon služi kot matematično orodje, ki ga lahko uporabimo za odpravo napačnih idej.

Seveda je tokokrog tako preprost, kot je to mogoče zlahka sestaviti in preizkusiti v razredu, tako da bodo vsi lahko videli resnico zase.

Vprašanje 10

Eden od načinov žarnice, ki se zelo razlikuje od "žarnice", ki deluje na principu žarnice, ki oddaja svetlobo z žarilno nitko, se imenuje cev za odvajanje plina . Pri tej zasnovi žarnice se svetloba proizvaja z neposrednim "vzbujanjem" molekul plina, saj električni tok poteka med dvema elektrodama:

Obe vrsti žarnic imajo zanimive napetostne tokovne ploskve, ki niso enaki napetosti / tokovni ploskvi uporov. Prvič, napetostno-tokovni prikaz za žarnico z žarilno nitko:

Naprej, ploskev napetosti / toka za žarnico s plinsko razelektritvijo:

Na podlagi teh dveh grafov, kaj lahko rečete o električnem uporu vsakega tipa žarnice nad delovnim območjem "# 10"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Za razliko od upora, ki ponuja relativno fiksno (nespremenljivo) količino odpornosti na gibanje elektronov v širokem obsegu obratovalnih razmer, se električna upornost žarnic običajno močno spremeni glede na posamezne delovne območje.

Iz grafov določite, kje je odpornost za vsak tip žarnice največja in kjer je odpornost na najmanjši .

Opombe:

Mnoge vrste električnih in elektronskih komponent zaznavajo spremembe v električnem uporu v njihovih obratovalnih območjih toka in napetosti. Odporniki, medtem ko so preprosti za študij, ne kažejo vedenja večine elektronskih komponent. Za učence je pomembno, da razumejo, da je resnični svet električne energije in elektronike veliko bolj zapleten, kot bi lahko predlagal Ohmov zakon (z implicitno domnevo o stalnem uporu). To je eden od pojmov, ki grafi pomagajo ponazoriti.

Vprašanje 11

Pripravite shematski diagram eksperimentalnega vezja za zbiranje podatkov, ki so potrebni za plotiranje napetostnega / tokovnega grafa plinske razelektritve.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Opombe:

Eden mojih ciljev kot tehnični pedagog je spodbuditi razvoj eksperimentalnih veščin pri moji učenci. Najbolj natančen način za pridobitev znanja o delovanju naprave ali električnem principu je zgraditi vezje, ki ga dejansko preskuša. To tehniko sem uporabil večkrat v svoji karieri, da bi se moje znanje o predmetu povečalo in se je izkazalo za neprecenljivo znanje.

V tem vprašanju študentom implicitno zahteva, da določijo nekaj ključnih stvari:

• Kje priključiti merilnik za merjenje napetosti žarnice.
• Kje priključiti merilnik za merjenje toka žarnice.
• Kako narediti tok nastavljiv, tako da se lahko preizkusi in crta več vrednosti.

Poleg tega morajo dijaki določiti, katere napetostne / tokovne stopnje bodo potrebne za preskušanje žarnice z izpustom plina. Upoštevajte visokonapetostni vir energije, prikazan na shematičnem diagramu. Študenti se lahko vprašajo: "Kako visoka mora biti ta napetost" delovna plošča-panelna plošča-privzeta "postavka-predmet>

Vprašanje 12

Kaj je negativna odpornost ?

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

"Negativni odpor" je tam, kjer električna komponenta prehaja manj časa, ko se napetost, ki je padla preko nje, povečuje .

Opombe:

Ne samo, da imajo številne naprave za praznjenje plina negativne upornosti glede določenih delov njihovega delovnega območja, vendar tudi veliko polprevodniških naprav.

Vprašanje 13

Ko električni tok prehaja skozi prevodnik, ki ponuja električni upor, se temperatura tega vodnika poveča nad okolico. Zakaj je to? Kateri praktični pomen je ta učinek?

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Električna upornost je analogna mehanskemu trenju : elektroni ne morejo svobodno pretočati skozi odpornost in "trenje", s katerim naletijo, pretvori nekaj svoje energije v toploto, prav tako kot trenje v obrabljenem mehanskem ležaju prevaja nekaj kinetične energije njegove rotacije v vročina ali trenje med človekom, medtem ko jih drobite skupaj na hladnem dnevu, prevaja nekaj gibanja v toploto.

Opombe:

To je dobro izhodišče za razpravo o delu, energiji in moči. Moč, seveda, se lahko izračuna neposredno z množenjem napetosti s tokom in se meri v vatih . Prav tako ponuja priložnost, da razpravlja o nekaterih praktičnih omejitvah električnih vodnikov.

Vprašanje 14

Za določeno količino električnega toka, kateri upor bo odtujil največjo moč: majhno vrednost (nizko upornost) upor ali visokozmogljiv upor? Pojasnite svoj odgovor.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Upor z visoko stopnjo upornosti (veliko "ohmov" odpornosti) bo odvajal več toplotne moči kot nižji upor, glede na enako količino električnega toka skozi to.

Opombe:

To vprašanje je oblikovano tako, da študentje razmišljajo kvalitativno o razmerju med sedanjostjo, odpornostjo in močjo. Ugotovil sem, da je kvalitativna (nenumerična) analiza pogosto bolj zahtevna kot zahtevati od študentov kvantitativno izračunavanje odgovorov (s številkami). Pogosto preprosta matematika je nekakšna prepreka, za katero študenti iščejo zatočišče od resničnega razumevanja teme. Drugače povedano, lažje je udariti ključe na kalkulatorju (ali celo opraviti izračune s papirjem in svinčnikom), kot pa resnično razmišljati o medsebojnih razmerjih spremenljivk v fizičnem problemu. Vendar pa je kakovostno razumevanje električnih sistemov bistvenega pomena za hitro in učinkovito odpravljanje težav.

Vprašanje 15

Na tem grafu pokažite razmerje moči in toka za upor 2 Ω:

Kakšen vzorec vidite na ploskvi "# 15"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Več tokov skozi upor, več moči razpada. Vendar to ni linearna funkcija!

Opombe:

Učenci morajo postati zadovoljni z grafikoni in ustvarjanje lastnih preprostih grafikonov je odličen način za razvoj tega razumevanja. Grafična predstavitev Ohmovega zakona (pravzaprav, Jouleov zakon) močni funkciji omogoča študentom še en "pogled" koncepta.

Če imajo učenci dostop do grafičnega kalkulatorja ali računalniške programske opreme, ki omogoča risanje 2-dimenzionalnih grafov, jih spodbudite, da načrtujejo funkcije z uporabo teh tehnoloških virov.

Vprašanje 16

Prikazano tukaj je shematičen diagram za preprosto baterijsko napajano svetilko:

Kaj bi bilo mogoče spremeniti glede vezja ali njegovih komponent, da bi svetilka proizvedla več svetlobe, če je bila vklopljena "# 16"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Nekako je treba povečati moč, ki jo oddaja žarnica. Morda najbolj očiten način za povečanje porabe energije je uporaba akumulatorja z večjim napetostnim izhodom, s čimer se daje večji tok toka in večja moč. Vendar to ni edina možnost! Pomislite na drugačen način, kako se lahko zviša svetilka.

Opombe:

"Očitna" rešitev je neposredna uporaba Ohmovega zakona. Druge rešitve morda niso tako direktne, vendar se bodo vsi nekako povezali z Ohmovim zakonom.

Vprašanje 17

Obstajata dve osnovni enačbi Ohmovega zakona: ena povezana napetost, tok in upor; in druga povezana napetost, tok in moč (zadnja enačba je včasih znana kot Joulov zakon in ne Ohmov zakon):

E = IR

P = IE

V elektronskih učbenikih in referenčnih knjigah najdete dvanajst različnih različic teh dveh enačb, pri čemer se za vsako spremenljivko reši enolični par dveh drugih spremenljivk. Vendar pa ni treba zapomniti vseh dvanajstih enačb, če imate možnost, da algebraično manipulirate z dvema preprostima enačbama, prikazanim zgoraj.

Dokazite, kako se uporablja algebra za izpeljavo desetih "drugih" oblik dveh enačb zakona Ohm's Law / Joule's Law, prikazanih tukaj.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Ne bom vam pokazal, kako narediti algebrske manipulacije, vendar vam bom pokazal deset drugih enačb. Prvič, tiste enačbe, ki se lahko izpeljejo izključno iz E = IR:

I = E


R

R = E


jaz

Nato te enačbe, ki se lahko izpeljejo izključno iz P = IE:

I = P


E

E = P


jaz

Nadalje, tiste enačbe, ki se lahko izpeljejo z uporabo algebrske zamenjave med prvotnimi dvema enačbama, navedenimi v vprašanju:

P = I 2 R

P = E 2


R

In končno, tiste enačbe, ki se lahko izpeljejo iz manipulacije zadnjih dveh močnostnih enačb:

R = P


I 2

I =⎛ √


P


R

E =


PR

R = E 2


P

Opombe:

Algebra je izredno pomembno orodje na mnogih tehničnih področjih. Ena lepa stvar v študiji elektronike je, da zagotavlja relativno preprost kontekst, v katerem se lahko naučijo osnovna algebraična načela (ali vsaj osvetljena).

Enako je mogoče reči tudi pri konceptih računanja: osnovna načela izpeljanega in integralnega (glede na čas) se lahko enostavno uporabita za kondenzatorske in indukcijske tokokroge, ki študentom omogočajo dostopen kontekst, v katerem se lahko zavedajo te sicer abstraktne pojme. Ampak račun je tema za kasnejša vprašanja v delovnem listu. . .

Vprašanje 18

V tem vezju trije upori prejmejo enako količino toka (4 ampera) iz enega vira. Izračunajte količino napetosti, ki jo je "padel" vsak upor, in količino moči, ki jo je vsaka uporovalila:

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

E 1 Ω = 4 volti

E 2 Ω = 8 voltov

E 3 Ω = 12 voltov

P 1 Ω = 16 vatov

P 2 Ω = 32 vati

P 3 Ω = 48 vatov

Nadaljnje vprašanje: primerjajte smer toka z vsemi komponentami tega vezja s polaritetami njihovih padcev napetosti. Kaj opazite glede razmerja med trenutno napetostjo in polarnostjo napetosti za baterijo, v primerjavi z vsemi upori "notes hidden"> Opombe:

Odgovori na to vprašanje ne smejo povzročati presenečenj, še posebej, če učenci razumejo električno upornost v smislu trenja : upori z večjo odpornostjo (več trenja do gibanja elektronov) zahtevajo večjo napetost (potiskanje), da bi dobili enako količino toka skozi njih. Uporniki z večjo odpornostjo (trenje) bodo prav tako izgubili več energije v obliki toplote, glede na enako količino toka.

Naslednji namen tega vprašanja je, da v učenčeve misli vzpostavi koncept komponent v enostavnem serijskem krogu, ki vse delita enako količino toka.

Izzivajte svoje učence, da prepoznajo matematične vzorce v ustreznih padcih napetosti in odvajanju moči. Kaj lahko rečemo, matematično, o padcu napetosti preko 2 Ω upora proti 1 Ω uporu, na primer?

Vprašanje 19

V tem vezju trije upori dobijo enako količino napetosti (24 voltov) iz enega vira. Izračunajte količino trenutnega "vlečenega" s strani vsakega upora, kot tudi količino moči, ki jo vsaka uporovnica razporedi:

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

I 1 Ω = 24 amperov

I 2 Ω = 12 amperov

I 3 Ω = 8 amperov

P 1 Ω = 576 vatov

P 2 Ω = 288 vatov

P 3 Ω = 192 vatov

Opombe:

Odgovori na to vprašanje se lahko zdijo paradoksni za študente: najnižja vrednost upora odteka največjo moč . Ampak matematika ne laže.

Naslednji namen tega vprašanja je, da v učenčeve misli vzpostavi koncept komponent v preprostem vzporednem vezju, ki delita enako količino napetosti.

Izzove svoje učence, da prepoznajo matematične vzorce v posameznih tokovih in izgube moči. Kaj je mogoče matematično reči glede toka, ki ga vzbuje 2 Ω upor v primerjavi z 1 Ω uporom, na primer "delovni list panelne plošče-privzete"

Vprašanje 20

Svetlost žarnice - ali moč, ki se razširi z električno obremenitvijo, glede na to - se lahko spreminja z vstavljanjem spremenljivega upora v tokokrog, tako:

Vendar ta metoda nadzora električne energije ni brez pomanjkljivosti. Upoštevajte primer, kjer je tok vezja 5 amperov, spremenljivi upor je 2 Ω in žarnica spusti 20 voltov napetosti preko svojih sponk. Izračunajte moč, ki jo porabi žarnica, moč, ki se razprši z spremenljivo upornostjo, in skupno moč, ki jo zagotavlja napetostni vir. Nato pojasnite, zakaj ta način nadzora moči ni idealen.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

P svetilka = 100 vatov

P upor = 50 vatov

P skupaj = 150 vatov

Nadaljnje vprašanje: upoštevajte, kako sem v prvotnem vprašanju ponujal niz hipotetičnih vrednosti, ki jih lahko uporabim pri ugotavljanju, zakaj serijski reostat (spremenljivi upor) ni učinkovito sredstvo za nadzor moči svetilke. Pojasnite, kako je predpostavka določenih vrednosti koristna tehnika za reševanje težav v primerih, ko vam ne daje nobenih vrednosti.

Opombe:

Razpravljajte o konceptu varčevanja z energijo: da se energija ne more uresničiti niti uničiti, temveč se samo spremeniti med različnimi oblikami. Na podlagi tega načela mora vsota vseh izpustov energije v tokokrogu biti enaka skupni količini energije, ki jo napaja vir energije, ne glede na to, kako so komponente povezani.

Vprašanje 21

Sodoben način krmiljenja električne energije vključuje vstavljanje hitrega stikala v liniji z električnim bremenom, s čimer se s časom zelo hitro vklopi in izklopi. Običajno se uporablja trdna naprava, kot je tranzistor :

To vezje je bilo precej poenostavljeno kot pri realnem pulznem krmilnem vezju. Samo tranzistor je prikazan (in ne "impulzno" vezje, ki je potrebno, da ga lahko vklopite in izklopite) za preprostost. Vse, kar se morate zavedati, je dejstvo, da tranzistor deluje kot enostavno enopolno stikalo s single-throw (SPST), le da ga nadzira električni tok in ne mehanična sila, in da je sposoben za vklop in izklop več milijonov krat na sekundo brez obrabe ali utrujenosti.

Če je tranzistor dovolj impulzno vklopljen in izklopljen, se moč žarnice lahko spreminja tako gladko, kot če jo nadzira spremenljivi upor. Vendar pa pri uporabi tranzistorja s hitro preklapljanjem porabi zelo malo energije za nadzor električne energije, za razliko od tega, če se za isto nalogo uporablja spremenljivi upor. Ta način krmiljenja moči se običajno imenuje pulzno-širinska modulacija ali PWM .

Pojasnite, zakaj je krmiljenje moči PWM veliko učinkovitejše od obvladovanja moči obremenitve z uporabo serijske upornosti.

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Ko je tranzistor vklopljen, deluje kot zaprt stik: prenosa toka polnega bremena, vendar manjša napetost. Tako je njeno "ON" moč (P = IE) disipacija minimalna. Nasprotno, ko je tranzistor izklopljen, deluje kot odprlo stikalo: sploh ni toka. Tako je njena "OFF" disipacija moči (P = IE) nič. Moč, ki se odstrani z bremenom (žarnica), je povprečna časovna moč, ki se razprši med tranzistorskimi cikli "ON" in "OFF". Tako je moč obremenitve nadzorovana brez "izgube" moči preko krmilne naprave.

Opombe:

Učenci lahko težko spoznajo, kako se žarnica lahko zatemni, tako da se hitro in hitro vključi in izklopi. Ključ do razumevanja tega koncepta je ugotoviti, da mora biti čas preklopa tranzistorja veliko hitrejši od časa, ko se žarnica žarnice popolnoma segreje ali popolnoma ohladi. Položaj je podoben zmanjšanju hitrosti avtomobila s hitrim "črpanjem" pedala za plin. Če se počasi izvaja, je rezultat različna hitrost avtomobila. Če pa je to dovolj hitro, pa je masa avtomobila povprečna kolesa pedala "ON" / "OFF" in povzroči skoraj enakomerno hitrost.

Ta tehnika je zelo priljubljena v industrijskem nadzoru moči in postaja priljubljena kot tehnika za povečanje zvoka (znana kot razred D ). Prednosti minimalne porabljene energije s strani krmilne naprave je veliko.

Vprašanje 22

Kaj se bo zgodilo s svetlostjo žarnice, če je stikalo v tem tokokrogu nenadoma zaprto "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00103x01.png">

Odkrijte odgovor Skrij odgovor

V idealnem primeru ne bo nobene spremembe svetlosti žarnice, ko je stikalo zaprto, ker napetostni viri naj bi vzdrževali konstantno izhodno napetost ne glede na obremenitev. Kot ste morda mislili, je dodatni tok, ki ga "upride" uporovnik, ko je stikalo zaprto, lahko dejansko povzroči, da se svetilka rahlo zatemni, ker napetost akumulatorja "preseže" pod dodatno obremenitvijo. Če je baterija za uporabo zelo dobro prevelika, bo stopnja napetosti "sag" nejasna.

Opombe:

To vprašanje ponazarja neskladje med idealnimi pogoji, ki so na splošno prevzeti za teoretične izračune, in tistimi, ki se srečujejo v resničnem življenju. Resnično je cilj napetostnega vira, da ohrani konstantno izhodno napetost ne glede na obremenitev (tok, ki ga odvzamejo), v resničnem življenju pa je skoraj nemogoče. Večina napetostnih virov ima v svoji proizvodnji določeno stopnjo "sagorevanja" v različnih obremenilnih tokovih, nekatere pa slabše kot druge.

V tem primeru je nemogoče povedati, koliko se bo izhodni napetostni vir "zaustavil", ko je stikalo zaprto, ker nimamo pojma, kaj bo uporovni tok v primerjavi z žarnico, ali kakšno napetost nazivni izhodni tok vira je. Vse, kar lahko rečemo, je, da teoretično ne bo nobenega učinka pri zapiranju stikala, ampak da bo v realnem življenju prišlo do določene stopnje zatemnitve, ko je stikalo zaprto.

Vprašanje 23

Kaj bi se zgodilo, če bi bila žica brez odpornosti (0 Ω) priključena neposredno preko sponk 6-voltne baterije? Koliko toka bi v skladu z Ohmovim zakonom?

Predpostavimo, da smo na način, ki smo ga pravkar opisali, zamenjali 6-voltno baterijo in merili 8 amperov toka. Zakaj se izračunane številke iz prejšnjega odstavka ne strinjajo z dejansko meritvijo "# 23"> Odkrijte odgovor Skrij odgovor

Ohmov zakon bi predlagal neskončni tok (tok = napetost, deljena z ničelnim uporom). Vendar opisani poskus daje le skromno količino toka.

Če menite, da žica, uporabljena v poskusu, ni manj odporna (tj. Ima upornost) in da to povzroča neskladje med predvidenim in izmerjenim količinam toka, ste delno pravilni. Dejansko bo majhen kos žice, kot je bil uporabljen v poskusu, imel nekaj desetin ohmov odpornosti. Vendar, če ponovno izračunate tok z žično upornostjo 0, 1 Ω, boste še vedno našli veliko neskladje med vašo napovedjo in dejanskim izmerjenim tokom v tem kratkem stiku.

Nadaljnje vprašanje # 1: pojasnite, zakaj samo žična odpornost samo ne pojasnjuje skromnega toka kratkega stika.

Nadaljnje vprašanje # 2: opredelite vsaj eno varnostno nevarnost, povezano z resničnim poskusom, kot je ta.

Opombe:

Opomnite študente, da je test kratkega stika z električnimi viri lahko nevaren. Moj študent je enkrat polnil baterijo z 6-voltno baterijo v torbici za orodje, samo eno uro pozneje, ko so baterije na baterijskih kleckah skupaj z rokami ključa!

Ne, Ohmov zakon tukaj ni goljufal: skrajšanje napetostnega vira z 0 Ω vodnikom ne bo povzročalo neskončnega toka, ker v tem krogu obstajajo drugi viri odpornosti. Naloga tukaj je določiti, kje so ti viri in kako bi jih lahko našli.

  • ← Prejšnji delovni list

  • Delovni listi

  • Naslednji delovni list →