Circuite curente de divizare

Zeitgeist Moving Forward [Full Movie][2011] (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Circuite curente de divizare

DC Circuite electrice


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza matematic circuitele necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Cu atenție măsurați și înregistrați toate valorile componentelor înainte de construcția circuitului.
  2. Desenați diagrama schematică pentru circuitul care urmează să fie analizat.
  3. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  4. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  5. Analiza matematică a circuitului, rezolvarea tuturor valorilor tensiunii, curentului etc.
  6. Măriți cu atenție aceste cantități, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  7. Dacă există erori substanțiale (mai mari de câteva procente), verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi calculați cu atenție valorile și re-măsurați cu atenție.

Evitați valorile rezistorului foarte mari și foarte scăzute, pentru a evita erorile de măsurare cauzate de încărcarea contorului. Vă recomandăm rezistențe între 1 kΩ și 100 kΩ, cu excepția cazului în care, desigur, scopul circuitului este de a ilustra efectele încărcării contoarelor!

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să- și construiască propriile "probleme de practică" cu componente reale și să încerce să prezică matematic diferitele valori de tensiune și curent. În acest fel, teoria matematică "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu ar câștiga doar prin rezolvarea ecuațiilor.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a preda studenților metodă științifică : procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz, predicții matematice) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Știm că tensiunea dintr-un circuit paralel poate fi calculată cu următoarea formulă:

E = totalul R total

De asemenea, știm că curentul prin orice rezistor unic într-un circuit paralel poate fi calculat cu următoarea formulă:

I R = E


R

Combinați aceste două formule într-una, astfel încât variabila E să fie eliminată, lăsând doar I R exprimată în termeni de I total, R total și R.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I R = I total⎛ ⎝ R total


R

 

Cum este această formulă similară și cum este diferită de formula "divider de tensiune"?

Note:

Deși această "formulă curentă a divizoarelor" poate fi găsită în orice număr de cărți de referință electronice, elevii trebuie să înțeleagă cum să manipuleze algebric formulele date pentru a ajunge la acesta.

La început se pare că cele două formule de divizare (tensiune versus curent) sunt ușor de confundat. Este (R / (R total )) sau ((R total ) / R)? Cu toate acestea, există o modalitate foarte simplă de a ne aminti ce fracțiune aparține cu care formulă, pe baza valorii numerice a acestei fracții. Menționați acest lucru elevilor dvs. și cel puțin unul dintre ei va fi sigur că recunoaște modelul.

Întrebarea 3

Ce se va întâmpla cu curentul prin R1 și R2 dacă rezistența R3 nu se deschide?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă credeți că curenții prin R1 și R2 ar crește, gândiți-vă din nou! Curentul prin R1 și curentul prin R2 rămân aceleași ca și înainte ca R3 să nu fi deschis.

Note:

O greșeală foarte frecventă a elevilor de electronică de început este aceea de a considera că un rezistor defect într-un circuit paralel furnizat de o sursă de tensiune determină schimbarea curentului prin celelalte rezistoare. O verificare simplă, folosind legea lui Ohm, va dovedi altfel.

Dacă această greșeală este dezvăluită în timpul discuțiilor, adresați-vă clasei această întrebare foarte importantă: "Ce presupunere trebuie făcută pentru a concluziona că celelalte două curente se vor schimba" toolheetpanel panel-default "itemscope>

Întrebarea 4

Determinați cantitatea de curent efectuată de fiecare rezistor în acest circuit, dacă fiecare rezistor are un cod de culoare de Org, Org, Red, Gld (presupune valori de rezistență perfect precise - 0% eroare):

De asemenea, determinați următoarele informații despre acest circuit:

Tensiune pe fiecare rezistor
Puterea disipată de fiecare rezistor
Raportul dintre curentul fiecărui rezistor și curentul bateriei (((I R ) / (I bat )))
Raportul dintre rezistența totală a circuitului la rezistența fiecărui rezistor (((R total ) / R))
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Curentul prin fiecare rezistor = 3, 33 mA

Tensiunea pe fiecare rezistor = 11 V

Puterea disipată de fiecare rezistor = 36, 67 mW

Raportul curent = (1/3)

Raportul de rezistență = (1/3)

Note:

Atunci când efectuați analiza matematică pe acest circuit, există mai mult de o secvență posibilă de pași pentru obținerea soluțiilor. Diferiții studenți din clasa dvs. pot avea foarte multe secvențe de soluții diferite și este bine ca elevii să împărtășească tehnicile lor diferite de rezolvare a problemelor înainte de întreaga clasă.

Un aspect important al acestei întrebări este ca studenții să respecte rapoartele identice (curent față de rezistență) și să determine dacă aceste rapoarte sunt sau nu egale de șanse sau egale prin necesitate. Întrebați elevii dvs.: "Ce fel de dovezi ar demonstra că aceste rapoarte au fost doar egale din întâmplare" panoul de lucru panel panoul panou-default "itemscope>

Întrebarea 5

Calculați valorile rezistorului necesar pentru a produce următoarea procentaj împărțit în curent:

Sugestie: o rezistență poartă de trei ori curentul celuilalt.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există multe seturi diferite de valori rezistor care vor atinge acest obiectiv de design!

Note:

Diferiți studenți vor ajunge probabil la soluții diferite pentru această sarcină de proiectare. Invitați elevii să împărtășească soluțiile lor diferite, subliniind că există adesea mai multe soluții acceptabile pentru o problemă!

Întrebarea 6

Calculați un set posibil de valori ale rezistorului care ar produce următorul procentaj procentual în curent:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există multe seturi diferite de valori rezistor care vor atinge acest obiectiv de design! Te voi lăsa să încerci să-ți dai unul.

Note:

Diferiți studenți vor ajunge probabil la soluții diferite pentru această sarcină de proiectare. Invitați elevii să împărtășească soluțiile lor diferite, subliniind că există adesea mai multe soluții acceptabile pentru o problemă!

Întrebarea 7

Calculați procentul de curent total pentru fiecare rezistor în acest circuit paralel:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

R 1 = 50, 3% din curentul total

R 2 = 27, 6% din curentul total

R 3 = 22, 1% din curentul total

Note:

Nimic de comentat aici, într-adevăr. Doar o problemă cu formula curentă a separatorului curent!

Întrebarea 8

Calculați valoarea corectă a rezistenței R 2 pentru a extrage 40% din curentul total în acest circuit:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

R 2 = 1, 5 kΩ

Următoarea întrebare: explicați cum ați putea ajunge la o estimare brută a valorii necesare a R 2 fără a face algebra. Cu alte cuvinte, arătați cum puteți seta cel puțin limitele valorii R 2 (adică "Știm că trebuie să fie mai puțin decât …" sau "Știm că trebuie să fie mai mare decât …").

Note:

Aceasta este o problemă interesantă pentru a rezolva algebric din formula curentă a divizorului. Vă recomandăm să utilizați formula de produs peste sumă pentru rezistența paralelă dacă intenționați să faceți acest lucru algebric. Întrebarea de estimare (în continuare) este, de asemenea, foarte bună pentru a discuta cu studenții dumneavoastră. Este posibil ca cel puțin să "prindem" valoarea lui R 2 între două valori de rezistență diferite, fără a face matematică mai complexă decât aritmetica simplă (fracționată).

Desigur, o abordare mai puțin rafinată pentru rezolvarea acestei probleme ar fi să presupunem o anumită tensiune a bateriei și să lucrăm cu cifre numerice - dar ce distracție este că "panoul de lucru panoul panou panou-default" itemscope>

Întrebarea 9

Un student încearcă să utilizeze formula "divider curent" pentru a calcula curentul prin cel de-al doilea bec într-un circuit de iluminare cu trei lămpi (tipic pentru o gospodărie americană):

Studentul utilizează Legea lui Joule pentru a calcula rezistența fiecărei lămpi (240 Ω) și utilizează formula de rezistență paralelă pentru a calcula rezistența totală a circuitului (80 Ω). Cu cifra din urmă, elevul calculează și curentul total (sursă) al circuitului: 1, 5 A.

Prin conectarea la formula curentă a divizorului, curentul prin oricare lampă se dovedește a fi:

I = total⎛ ⎝ R total


R

  = 1, 5 A⎛ ⎝ 80 Ω


240 Ω

  = 0, 5 A

Această valoare de 0, 5 amperi pe bec se corelează cu valoarea obținută de legea lui Joule direct pentru fiecare lampă: 0, 5 amperi de la valorile date de 120 volți și 60 de wați.

Problema este că ceva nu se adaugă atunci când elevul își calculează calculatorul pentru un scenariu în care unul dintre comutatoare este deschis:

Cu numai două becuri în stare de funcționare, studentul știe că rezistența totală trebuie să fie diferită de cea anterioară: 120 Ω în loc de 80 Ω. Cu toate acestea, atunci când studentul încorporează aceste cifre în formula curentă a divizoarelor, rezultatul pare să fie în contradicție cu ceea ce prevede legea lui Joule pentru tragerea curentă a fiecărei lămpi:

I = total⎛ ⎝ R total


R

  = 1, 5 A⎛ ⎝ 120 Ω


240 Ω

  = 0, 75 A

La 0.75 amperi pe bec, puterea nu mai este de 60 W. Potrivit legii lui Joule, acum va fi de 90 de wați (120 volți la 0.75 amperi). Ce este rău aici "# 9"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Studentul a presupus incorect că curentul total în circuit va rămâne neschimbat după deschiderea comutatorului. Apropo, aceasta este o neînțelegere conceptuală foarte comună printre noii studenți, în timp ce ei învață despre circuitele paralele!

Note:

Sunt surprins de cât de des acest principiu este înțeles greșit de către studenți, deoarece ei învață mai întâi despre circuitele paralele. Se pare natural pentru mulți dintre ei să presupunem că curentul circuitului total este o constantă atunci când sursa este de fapt o sursă de tensiune constantă!

Întrebarea 10

Să presupunem că un ampermetru are un domeniu de la 0 la 1 milliamp și o rezistență internă de 1000 Ω:

Afișați cum ar putea fi conectat un singur rezistor la acest ampermetru pentru a extinde domeniul său la 0 la 10 amperi. Calculați rezistența acestei rezistențe de "rază de acțiune", precum și ratingul necesar pentru disiparea puterii.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pentru această cerere este necesară o putere de disipare a puterii de cel puțin 10 wați.

Note:

Ammeterul de măsurare este un exemplu foarte practic al circuitelor de separare curente.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →