Ohm

OM Chanting @417 Hz | Removes All Negative Blocks (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Ohm

Electricitate de bază


Intrebarea 1

Definiți următorii termeni: energie, muncă și putere .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Munca este exercitarea unei forțe de la distanță. Energia este capacitatea de a lucra. Puterea este rata muncii efectuate pe unitate de timp.

Note:

Elevii pot găsi un text fizic de bază util în obținerea acestor definiții. "Munca" este un concept dificil de definit precis, în special pentru studenții care nu cunosc fizica de bază. Din punct de vedere tehnic, este vectorul punct-produs al forței și deplasării, ceea ce înseamnă că munca este egală cu distanța forței de timp numai dacă vectorii de forță și distanță sunt exact paralele unul cu celălalt. Cu alte cuvinte, dacă am o masă de 10 kg (ridicându-mă împotriva remorcii gravitaționale) în timp ce mers paralel cu solul (nu merg în sus sau în jos), forțele și forțele de deplasare sunt perpendiculare între ele și munca pe care o fac în transportul de masă este zero . Doar dacă forța mea este îndreptată exact în aceeași direcție ca mișcarea mea, că tot efortul meu este tradus în muncă.

intrebarea 2

Tensiunea este în mod obișnuit definită ca "presiune electrică". Unitatea voltului, totuși, poate fi definită în termeni de unități fizice mai fundamentale. Care sunt aceste unități și cum se raportează la unitatea de volt "# 2"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

1 volt este egal cu 1 joule de energie împărțită la 1 coulomb de încărcare (6, 25 × 10 18 electroni):

V = W


Q

Unde,

V = tensiune (volți)

W = Muncă sau energie potențială (jouli)

Q = Charge (coulombs)

Note:

Rețineți că folosesc litera "V" pentru a indica tensiunea mai degrabă decât "E", așa cum fac de obicei. Acest lucru se datorează faptului că în general lucrarea fizică, "E" înseamnă de obicei fie "Energie" sau "Câmp electric". Unele cărți de referință electronice folosesc litera "E" pentru tensiune, în timp ce altele utilizează litera "V" sau chiar folosesc cele două litere interschimbabile.

Întrebarea 3

Curentul electric este măsurat în unitatea amperului sau amperi . Care este definiția fizică a acestei unități? Ce cantități fundamentale constituie 1 ampere de curent electric?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

1 ampere de curent electric este viteza de mișcare a electronului egală cu 1 coulomb pe secundă:

I = Q


T

Unde,

I = curent electric (amperi)

Q = Încărcare în mișcare (cuburi)

t = Timp (secunde)

Note:

Ar putea fi util în acest moment să examinați numărul de electroni care constituie o coulombă de încărcare: 6.25 × 10 18 electroni.

Din punct de vedere tehnic, definiția matematică a curentului implică calculul:

I = dQ


dt

Cu toate acestea, studenții în această etapă ar putea să nu fie gata să exploreze derivați încă, și astfel ecuația va da răspunsul pentru curentul (mediu) va fi suficient.

Întrebarea 4

Pentru o anumită cantitate de presiune a apei, care va curge o rată mai mare de apă: o duză mică (restrictivă) sau o duză mare (nerestricționată)? Explicați modul în care aceasta se referă la studiul tensiunii, curentului și rezistenței într-un circuit electric simplu.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Evident, o duză nerestrictivă va trece printr-un debit mai mare de apă prin ea, toți ceilalți factori fiind egali. Într-un circuit electric, o rezistență mai mică va trece printr-un debit mai mare de electroni (curent) pentru o anumită cantitate de "presiune" (tensiune).

Note:

Fluxul de apă nu este o analogie perfectă pentru electricitate, dar este suficient de aproape pentru a fi util în educația de bază în domeniul energiei electrice. Fiți pregătiți să discutați despre neajunsurile apei ca o analogie cu elevii dvs. (adică "Cum de electroni nu se varsă sfârșitul unei fire deschise cum ar fi vărsarea apei la capătul unui furtun deschis sau țeavă" panoul de lucru al panoului panou panou implicit " itemscope>

Întrebarea 5

Să presupunem că ați fost de a construi acest circuit și de a lua măsurători de curent prin rezistor și tensiune peste rezistor:

Înregistrarea acestor valori numerice într-un tabel, rezultatele arată astfel:

XXXXXXXXXXXXXX
ActualVoltaj
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

Plasați aceste cifre pe următorul grafic:

Ce relație matematică vedeți între tensiune și curent în acest circuit simplu "# 5"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Acesta este un exemplu de funcție liniară : în cazul în care graficul care descrie setul de date trasează o linie dreaptă pe un grafic. Din această linie, precum și din cifrele numerice, ar trebui să puteți discerne un raport constant între tensiune și curent.

Note:

Datele brute de date au fost făcute intenționat "zgomotoase" în această problemă pentru a simula tipurile de erori de măsurare întâlnite în viața reală. Un instrument care ajută la depășirea problemelor interpretative care rezultă din zgomotul de genul acesta este reprezentat de grafic. Chiar și cu prezența zgomotului, liniaritatea funcției este clar descoperită.

Studenții dvs. ar trebui să învețe să facă grafice ca instrumente pentru înțelegerea propriilor date. Atunci când relațiile dintre numere sunt reprezentate în formă grafică, acestea dau un alt mod de exprimare datelor, ajutând oamenii să înțeleagă modelele mai ușor decât prin revizuirea rândurilor și coloanelor de numere.

Întrebarea 6

Explicați, pas cu pas, modul de calculare a valorii curentului (I) care va trece prin rezistența din acest circuit:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistor curent = 0.02553 amperi, sau 25.53 milliamps (mA).

Note:

Doar un calcul simplu al Legii lui Ohm aici - fără trucuri! Punctul acestei întrebări este, totuși, să-i atragem pe elevi să se gândească la pașii pe care îi urmează în efectuarea calculului. Mulți studenți pur și simplu doresc să memoreze proceduri mai degrabă decât să învețe de ce să facă ceea ce trebuie să facă pentru a răspunde la astfel de întrebări. Este sarcina dvs. ca instructor să le provocați dincolo de memorare și prin înțelegere.

Întrebarea 7


∫f (x) dx Alertă de calcul!


Planificați relațiile dintre tensiune și curent pentru rezistențele a trei valori diferite (1 Ω, 2 Ω și 3 Ω), toate pe același grafic:

Ce model vedeți reprezentat de cele trei parcele "# 7"> Revelați răspunsul Ascundeți răspunsul

Cu cât rezistența este mai mare, cu atât mai mare este panta liniei plotate.

Răspuns avansat: modalitatea corectă de a exprima derivatul fiecăruia dintre aceste parcele este (dv / di). Derivatul unei funcții liniare este o constantă și în fiecare din aceste trei cazuri, care este constant egală cu rezistența rezistorului în ohmi. Deci, am putea spune că pentru circuitele de rezistență simple, rata de schimbare instantanee pentru o funcție de tensiune / curent este rezistența circuitului.

Note:

Elevii trebuie să se familiarizeze cu grafice, iar crearea propriilor grafice simple este o modalitate excelentă de a dezvolta această înțelegere. O reprezentare grafică a funcției Legii lui Ohm le permite studenților o altă "vedere" a conceptului, permițându-le să înțeleagă mai ușor conceptele mai avansate, cum ar fi rezistența negativă .

Dacă elevii au acces la un calculator grafic sau la un program de calculator capabil să deseneze grafice bidimensionale, încurajați-i să planifice funcțiile folosind aceste resurse tehnologice.

Am descoperit că este un obicei bun de a "strecura" conceptele matematice în cursurile fizice, ori de câte ori este posibil. Pentru atâția oameni, matematica este un subiect abstract și confuz, care poate fi înțeles numai în contextul aplicării în viața reală. Studiile de energie electrică și electronică sunt bogate în context matematic, așa că exploatați-o ori de câte ori este posibil! Elevii dvs. vor beneficia foarte mult.

Întrebarea 8

Care este valoarea acestui rezistor, în ohmi (Ω)?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Valoarea rezistorului = 2700 Ω, sau 2, 7 kΩ.

Un format al expresiei valorii componentei populare în Europa este înlocuirea punctului zecimal cu prefixul metric, astfel încât 2, 7 kΩ ar fi reprezentat ca 2k7 Ω. Nu numai că această notație este mai simplă, dar depășește, de asemenea, dificultățile interpretative întâmpinate între europeni și americani cu folosirea lor opusă de virgule și puncte zecimale.

Note:

Unii studenți s-ar putea să nu realizeze că în Europa, virgulele sunt folosite ca puncte zecimale și pe vize. Astfel, două mii șapte sute vor fi scrise ca 2.700 în America și 2.700 în Europa. În schimb, numărul π va fi scris ca 3.141593 în America, dar 3, 141593 în Europa. Confuz "din panoul panoului de lucru al panoului de panou implicit" itemscope>

Întrebarea 9

O afirmație obișnuită despre electricitate este că întotdeauna ia calea cea mai mică rezistență. "Explicați cum acest proverb se referă la următorul circuit, unde curentul electric de la baterie întâlnește două căi alternative, una fiind mai puțin rezistentă decât cealaltă:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistorul de 250 Ω va avea un curent de 40 mA, în timp ce rezistența de 800 Ω va avea un curent de 12, 5 mA.

Note:

Ca un instructor, am fost foarte surprins să aud mulți studenți începători susțin că tot curentul ar trece prin rezistorul mai mic, și nici unul prin rezistența mai mare! Proverbul despre "ia calea cea mai mică rezistență" ar trebui să fie înțeles ca "în mod proporțional, luând căi de rezistență mai mică". Oamenii noi în studiul energiei electrice înțeleg adesea greșit astfel de principii de bază, erorile lor fiind bazate, de obicei, pe înțelepciunea populară ca aceasta. Este imperativ ca aceste mituri să fie depășite cu greu. În acest caz, Legea lui Ohm servește ca un instrument matematic pe care îl putem folosi pentru a risipi ideile false.

Desigur, un circuit la fel de simplu ca acesta poate fi ușor asamblat și testat în clasă, astfel încât toți să vadă adevărul pentru ei înșiși.

Întrebarea 10

Un stil de bec, foarte diferit de designul "incandescent" care funcționează pe principiul unei lumini emise de filamentul de sârmă supraîncălzit, se numește un tub de descărcare de gaz . În acest design al becului, lumina este produsă prin "excitarea" directă a moleculelor de gaz, deoarece curentul electric trece între doi electrozi:

Ambele tipuri de becuri au tensiuni interesante de tensiune / curent, nici una nu este identică cu tensiunea de curent a unui rezistor. În primul rând, graficul de tensiune / curent pentru un bec cu incandescență:

În continuare, graficul de tensiune / curent pentru un bec cu descărcare în gaz:

Pe baza acestor două grafice, ce puteți spune despre rezistența electrică a fiecărui tip de bec în intervalul de funcționare "# 10"> Răspuns dezvăluiți Ascundeți răspunsul

Spre deosebire de un rezistor, care oferă o rezistență relativ fixă ​​(nemodificată) la mișcarea electronilor într-o gamă largă de condiții de funcționare, rezistența electrică a becurilor se schimbă în mod dramatic peste domeniile lor de funcționare.

Din grafice, determinați unde rezistența pentru fiecare tip de bec este la maxim și unde rezistența este la minimum .

Note:

Multe tipuri de componente electrice și electronice se confruntă cu modificări ale rezistenței electrice pe domeniile de funcționare ale curentului și ale tensiunii. Rezistoarele, deși simplu de studiat, nu prezintă comportamentul majorității componentelor electronice. Este important ca studenții să înțeleagă că lumea reală a energiei electrice și electronice este mult mai complexă decât ceea ce ar putea sugera Legea lui Ohm (cu o ipoteză implicită de rezistență fixă). Acesta este un concept pe care graficul îl ajută să îl ilustreze.

Întrebarea 11

Desenați diagrama schematică pentru un circuit experimental pentru a aduna datele necesare pentru a descrie graficul de tensiune / curent al unei lămpi cu descărcare de gaz.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

Unul dintre scopurile mele ca educator tehnic este de a încuraja dezvoltarea abilităților de experimentare la studenții mei. Cea mai corectă modalitate de a cunoaște funcționarea unui dispozitiv sau a unui principiu electric este să construiți un circuit care să îl testeze. Am folosit această tehnică de multe ori în cariera mea pentru a-mi aprofunda cunoștințele despre un subiect și sa dovedit a fi o abilitate neprețuită.

În această întrebare, elevii sunt implicit rugați să identifice mai multe lucruri cheie:

• Unde să conectați un contor pentru a măsura tensiunea lămpii.
• Unde se conectează un contor pentru măsurarea curentului lămpii.
• Cum se face ajustarea curentului, astfel încât valorile multiple să poată fi testate și reprezentate grafic.

În plus, elevii trebuie să identifice ce intervale de tensiune / curent vor fi necesare pentru a testa o lampă cu descărcare în gaz. Observați sursa de tensiune de înaltă tensiune prezentată în diagrama schematică. Elevii pot întreba: "Cât de mare trebuie această tensiune să fie" panoul de lucru panoul panoului de panou implicit "itemscope>

Întrebarea 12

Care este rezistența negativă ?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Rezistența negativă" este locul în care o componentă electrică trece mai puțin curent, pe măsură ce crește tensiunea pe ea.

Note:

Nu numai că multe dispozitive de descărcare de gaze prezintă rezistență negativă asupra anumitor porțiuni din gama lor de funcționare, dar și multe dispozitive cu semiconductoare fac.

Întrebarea 13

Când un curent electric trece printr-un conductor care oferă o rezistență electrică, temperatura conductorului crește peste temperatura ambiantă. De ce asta? De ce importanță practică este acest efect?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rezistența electrică este analogă cu frecarea mecanică: electronii nu pot circula liber printr-o rezistență și "frecare" cu care se confruntă traduce o parte din energia lor în căldură, la fel cum frecare într-un rulment mecanic uzat traduce o parte din energia cinetică a rotației căldura sau fricțiunea dintre mâinile unei persoane, în timp ce le frecați împreună într-o zi rece, traduce o parte din mișcare în căldură.

Note:

Acesta este un bun punct de plecare pentru o discuție despre muncă, energie și putere. Puterea, desigur, poate fi calculată direct prin înmulțirea tensiunii la curent și este măsurată în wați . De asemenea, oferă posibilitatea de a discuta despre unele dintre limitările practice ale conductorilor electrici.

Întrebarea 14

Pentru o anumită cantitate de curent electric, care rezistor va disipa cea mai mare putere: o rezistență mică (rezistență scăzută) sau o rezistență de înaltă valoare (rezistență ridicată)? Explică-ți răspunsul.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un rezistor cu o rezistență ridicată (multe "ohme" de rezistență) va risipi mai multă putere termică decât un rezistor cu valoare mai mică, având în vedere aceeași cantitate de curent electric prin acesta.

Note:

Această întrebare are scopul de ai face pe studenți să se gândească calitativ la relația dintre curent, rezistență și putere. Am constatat că analiza calitativă (non-numerică) este adesea mai dificilă decât să-i cerem elevilor să calculeze răspunsurile cantitativ (cu numere). Adesea, matematica simplă este un fel de barieră în spatele căruia elevii caută refugiu din înțelegerea reală a unui subiect. Cu alte cuvinte, este mai ușor să pumnii cheile de pe un calculator (sau chiar să efectuezi calcule cu hârtie și creion) decât să te gândești cu adevărat la inter-relațiile variabilelor într-o problemă fizică. Cu toate acestea, o înțelegere calitativă a sistemelor electrice este vitală pentru depanarea rapidă și eficientă.

Întrebarea 15

Plotați relația dintre putere și curent pentru o rezistență de 2 Ω pe acest grafic:

Ce model vedeți reprezentat de parcela "# 15"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Cu cât curentul este mai mare prin rezistență, cu atât mai multă putere este disipată. Totuși, aceasta nu este o funcție liniară!

Note:

Elevii trebuie să se familiarizeze cu grafice, iar crearea propriilor grafice simple este o modalitate excelentă de a dezvolta această înțelegere. O reprezentare grafică a funcției de putere a Legii lui Ohm (de fapt, Legea lui Joule) permite studenților o altă "vedere" a conceptului.

Dacă elevii au acces la un calculator grafic sau la un program de calculator capabil să deseneze grafice bidimensionale, încurajați-i să planifice funcțiile folosind aceste resurse tehnologice.

Întrebarea 16

Se prezintă aici o diagramă schematică a unei lanterne simple:

Ce ar putea fi modificat în legătură cu circuitul sau componentele acestuia pentru a face lanterna să producă mai multă lumină când este activată "# 16"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Cumva, puterea disipată de becul trebuie să fie mărită. Poate că modul cel mai evident pentru a crește puterea de disipare este de a folosi o baterie cu o tensiune mai mare de ieșire, dând astfel un bec mai mare și o putere mai mare. Cu toate acestea, aceasta nu este singura opțiune! Gândiți-vă la un alt mod în care poate fi mărită producția lanternei.

Note:

Soluția "evidentă" este o aplicare directă a Legii lui Ohm. Alte soluții ar putea să nu fie atât de directe, dar toate acestea se vor referi la Legea lui Ohm într-un fel.

Întrebarea 17

Există două ecuații legale ale legii lui Ohm: una referitoare la tensiune, curent și rezistență; iar cealaltă se referă la tensiune, curent și putere (ultima ecuație este uneori cunoscută drept Legea lui Joule, mai degrabă decât Legea lui Ohm):

E = IR

P = IE

În manualele electronice și cărțile de referință, veți găsi douăsprezece variații diferite ale acestor două ecuații, o rezolvare pentru fiecare variabilă în termeni de o pereche unică de alte două variabile. Cu toate acestea, nu trebuie să memorați toate cele douăsprezece ecuații dacă aveți abilitatea de a manipula algebric cele două ecuații simple prezentate mai sus.

Demonstrați modul în care se folosește algebra pentru a obține cele zece forme "celelalte" ale ecuațiilor legii lui Law / Joule, prezentate aici.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Nu vă voi arăta cum să faceți manipulările algebrice, dar vă voi arăta celelalte zece ecuații. În primul rând, acele ecuații care pot fi derivate strict de la E = IR:

I = E


R

R = E


eu

Apoi, acele ecuații care pot fi derivate strict din P = IE:

I = P


E

E = P


eu

Apoi, acele ecuații care pot fi obținute prin utilizarea substituției algebrice între cele două ecuații inițiale date în întrebarea:

P = I2R

P = E 2


R

Și în cele din urmă, acele ecuații care pot fi derivate din manipularea ultimelor două ecuații de putere:

R = P


I 2

I =⎛ √


P


R

E =


relatii cu publicul

R = E 2


P

Note:

Algebra este un instrument extrem de important în multe domenii tehnice. Un lucru plăcut despre studiul electronicii constă în faptul că oferă un context relativ simplu în care principiile algebrice fundamentale pot fi învățate (sau cel puțin iluminate).

Același lucru se poate spune și pentru conceptele de calcul: principiile de bază ale derivatelor și integrale (cu privire la timp) pot fi ușor aplicate circuitelor condensatoarelor și inductoarelor, oferind studenților un context accesibil în care aceste concepte, în mod abstract, pot fi înțelese. Dar calculul este un subiect pentru întrebările ulterioare ale foii de lucru. . .

Întrebarea 18

În acest circuit, trei rezistoare primesc aceeași cantitate de curent (4 amperi) dintr-o singură sursă. Calculați cantitatea de tensiune "scăzută" de fiecare rezistor, precum și cantitatea de putere disipată de fiecare rezistor:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

E 1 Ω = 4 volți

E 2 Ω = 8 volți

E 3 Ω = 12 volți

P 1 Ω = 16 wați

P 2 Ω = 32 wați

P 3 Ω = 48 de wați

Următoarele întrebări: comparați direcția curentului prin toate componentele din acest circuit cu polaritățile căderilor lor de tensiune respective. Ce observi despre relația dintre direcția curentă și polaritatea de tensiune pentru baterie, față de toate rezistoarele "note hidden"> Note:

Răspunsurile la această întrebare nu ar trebui să creeze surprize, mai ales atunci când studenții înțeleg rezistența electrică în termeni de frecare : rezistențele cu rezistență mai mare (mai multă frecare la mișcarea electronilor) necesită o tensiune mai mare pentru a obține aceeași cantitate de curent prin ele. Rezistențele cu rezistență mai mare (frecare) vor disipa și mai multă putere sub formă de căldură, dat fiind aceeași cantitate de curent.

Un alt scop al acestei întrebări este de a insufla în mintea studenților conceptul de componente într-un circuit simplu de serie, toate împărțind aceeași cantitate de curent.

Provocați elevilor să recunoască orice tip de matematică în respectivele căderi de tensiune și disipări de putere. Ce se poate spune, matematic, despre scăderea de tensiune pe rezistența de 2 Ω față de rezistența de 1 Ω, de exemplu?

Întrebarea 19

În acest circuit, trei rezistoare primesc aceeași cantitate de tensiune (24 volți) dintr-o singură sursă. Calculați cantitatea curentului "tras" de fiecare rezistor, precum și cantitatea de putere disipată de fiecare rezistor:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

I 1 Ω = 24 amperi

I 2 Ω = 12 amperi

I 3 Ω = 8 amperi

P 1 Ω = 576 wați

P 2 Ω = 288 wați

P 3 Ω = 192 wați

Note:

Răspunsurile la această întrebare pot părea paradoxale studenților: cea mai mică valoare a rezistenței disipează cea mai mare putere . Math nu minte, totuși.

Un alt scop al acestei întrebări este de a insufla în mintea studenților conceptul de componente într-un circuit paralel simplu, care împărtășesc aceeași cantitate de tensiune.

Provocați elevilor să recunoască orice tip de matematică în curenții respectivi și disipări de putere. Ce se poate spune, matematic, despre curentul tras de rezistorul de 2 Ω față de rezistorul de 1 Ω, de exemplu, "panoul de panou panou de lucru implicit"

Întrebarea 20

Luminozitatea unui bec - sau puterea disipată de orice sarcină electrică, de pildă - poate fi variată prin introducerea unei rezistențe variabile în circuit, după cum urmează:

Această metodă de control al energiei electrice nu este însă fără dezavantajele sale. Luați în considerare un exemplu în care curentul de circuit este de 5 amperi, rezistența variabilă este de 2 Ω și lampa scade 20 volți de tensiune pe bornele sale. Calculați puterea disipată de lampă, puterea disipată de rezistența variabilă și puterea totală furnizată de sursa de tensiune. Apoi, explicați de ce această metodă de control al puterii nu este ideală.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lampă P = 100 wați

Rezistența P = 50 wați

P total = 150 wați

Următoarele întrebări: rețineți că în întrebarea inițială am oferit un set de valori ipotetice pe care să le folosim pentru a înțelege de ce un reostat de serie (rezistență variabilă) nu este un mijloc eficient de a controla puterea lămpii. Explicați modul în care presupunerea anumitor valori este o tehnică utilă de rezolvare a problemelor în cazurile în care nu vi se oferă valori.

Note:

Discutați despre conceptul de conservare a energiei: această energie nu poate fi nici creată, nici distrusă, ci pur și simplu schimbată între diferite forme. Pe baza acestui principiu, suma tuturor disipărilor de putere dintr-un circuit trebuie să fie egală cu cantitatea totală de energie furnizată de sursa de energie, indiferent de modul în care componentele sunt conectate împreună.

Întrebarea 21

O metodă modernă de control al energiei electrice implică introducerea unui comutator rapid de funcționare în linie cu o sarcină electrică, pentru a porni și a opri alimentarea cu el foarte repede în timp. De obicei, se utilizează un dispozitiv solid, cum ar fi un tranzistor :

Acest circuit a fost mult simplificat de cel al unui circuit de putere real, de control al impulsurilor. Doar tranzistorul este arătat (și nu circuitul "puls" care este necesar pentru a porni și opri comanda) pentru simplitate. Tot ce trebuie să știi este faptul că tranzistorul funcționează ca un comutator simplu, cu un singur pointer (SPST), cu excepția faptului că este controlat de un curent electric mai degrabă decât de o forță mecanică și că este capabil pentru a porni și opri de milioane de ori pe secundă fără uzură sau oboseală.

În cazul în care tranzistorul este impulsat și oprit suficient de repede, puterea la becul poate fi variată la fel de ușor ca și cum ar fi controlată de un rezistor variabil. Cu toate acestea, există foarte puțină energie pierdută atunci când se utilizează un tranzistor de comutare rapidă pentru a controla puterea electrică, spre deosebire de cazul în care o rezistență variabilă este utilizată pentru aceeași sarcină. Acest mod de control al puterii electrice este denumit în mod obișnuit Modul de Lățime a Pulsei sau PWM .

Explicați de ce controlul puterii PWM este mult mai eficient decât controlul puterii de încărcare prin utilizarea unei rezistențe de serie.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Când tranzistorul este pornit, acționează ca un comutator închis: trecerea curentului de sarcină maximă, dar scăderea tensiunii. Astfel, disiparea puterii sale "ON" (P = IE) este minimă. În schimb, atunci când tranzistorul este oprit, se comportă ca un comutator deschis: nu trece deloc curentul. Astfel, disiparea puterii sale "OFF" (P = IE) este zero. Puterea disipată de încărcătură (bec) este puterea mediană de timp disipată între ciclurile tranzistorului "ON" și "OFF". Astfel, puterea de încărcare este controlată fără a "pierde" puterea pe dispozitivul de comandă.

Note:

Elevii pot avea dificultăți în a înțelege modul în care un bec poate fi estompat prin rotirea și oprirea rapidă. Cheia înțelegerii acestui concept este de a realiza că timpul de comutare al tranzistorului trebuie să fie mult mai rapid decât timpul necesar ca filamentul becului să se încălzească complet sau să se răcească complet. Situația este similară cu reducerea vitezei unui automobil prin "pomparea" rapidă a pedalei de accelerație. Dacă este făcută încet, rezultatul este o viteză variabilă a mașinii. Dacă se face destul de rapid, totuși, masa masinii medie reprezintă ciclul "ON" / "OFF" al pedalei și are o viteză aproape constantă.

Această tehnică este foarte populară în controlul puterii industriale și câștigă popularitate ca tehnică de amplificare audio (cunoscută sub numele de clasa D ). Beneficiile puterii minime pierdute de dispozitivul de comandă sunt multe.

Întrebarea 22

Ce se va întâmpla cu strălucirea becului dacă întrerupătorul din acest circuit este închis brusc? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00103x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

În mod ideal, nu va exista nicio schimbare în luminozitatea becului atunci când întrerupătorul este închis, deoarece sursele de tensiune ar trebui să mențină o tensiune constantă, indiferent de încărcare. Așa cum s-ar fi presupus, totuși, curentul suplimentar "tras" de rezistor atunci când comutatorul este închis ar putea cauza lampa să se diminueze ușor, din cauza tensiunii bateriei "sagging" sub sarcina suplimentară. Dacă bateria este prea mare pentru aplicație, totuși, gradul de "cădere" de tensiune va fi inconsecvent.

Note:

Această întrebare ilustrează o diferență între condițiile ideale asumate în general pentru calcule teoretice și acele condiții întâlnite în viața reală. Într-adevăr, scopul sursei de tensiune este menținerea unei tensiuni de ieșire constante indiferent de sarcină (curentul extras din ea), dar în viața reală acest lucru este aproape imposibil. Majoritatea surselor de tensiune prezintă un anumit grad de "cădere" în ieșirea lor pe o serie de curenți de sarcină, unii mai răi decât alții.

În acest exemplu, este imposibil să spunem cât de mult va ieși sursa de tensiune atunci când comutatorul este închis, pentru că nu avem nicio idee despre ceea ce curentul rezistorului va fi comparat cu cel al becului sau despre ce tensiune sursa de curent nominal de ieșire este. Tot ce putem spune este că teoretic nu va exista nici un efect de la închiderea comutatorului, dar că în viața reală va exista un anumit grad de diminuare atunci când comutatorul este închis.

Întrebarea 23

Ce s-ar întâmpla dacă un cablu fără rezistență (0 Ω) a fost conectat direct pe bornele unei baterii de 6 volți? Cât de mult ar rezulta curentul, conform legii lui Ohm?

Să presupunem că ne-am scurtat o baterie de 6 volți în modul descris și măsoară 8 amperi de curent. De ce valorile calculate din paragraful anterior nu sunt de acord cu măsurarea reală "# 23"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Legea lui Ohm ar sugera un curent infinit (curent = tensiune împărțit la zero rezistență). Cu toate acestea, experimentul descris nu produce decât o cantitate modestă de curent.

Dacă credeți că firul folosit în experiment nu este mai rezistent (adică nu are rezistență) și că acest lucru explică diferența dintre valorile estimate ale curentului și cele măsurate, sunteți parțial corect. Realist, o mică bucată de sârmă, cum ar fi cea utilizată în experiment, va avea câteva zecimi dintr-un ohm de rezistență. Cu toate acestea, dacă re-calculați curentul cu o rezistență a firelor de 0, 1 Ω, veți găsi încă o mare discrepanță între predicția dvs. și curentul măsurat curent în acest scurtcircuit.

Următoarea întrebare # 1: explicați de ce rezistența firului nu explică singur curentul de scurtcircuit modest.

Următoarea întrebare # 2: identificați cel puțin un pericol de siguranță asociat unui experiment real precum acesta.

Note:

Rețineți studenților că testarea la scurtcircuit a surselor de energie electrică poate fi periculoasă. Un student al meu a umplut odată o baterie de "lanternă" de 6 volți în buzunarul de scule, doar pentru a avea fumul de descărcare cu o oră mai târziu, după ce bornele bateriei au fost scurtcircuite împreună de un mâner cu cheie!

Nu, legea lui Ohm nu este înșelată aici: scurtarea unei surse de tensiune cu un conductor de 0 Ω nu va avea ca rezultat un curent infinit, deoarece există și alte surse de rezistență într-un astfel de circuit. Sarcina aici este de a determina unde ar putea fi aceste surse și cum ar putea fi localizate.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →