regneark

Ohms lovverkark

OM Chanting @ 432 Hz (Februar 2019).

Anonim

Ohms lovverkark

Grunnleggende elektrisitet


Spørsmål 1

Definer følgende begreper: energi, arbeid og kraft .

Avslør svar Skjul svar

Arbeid er anstrengelsen av en kraft over en avstand. Energi er kapasiteten til å utføre arbeid. Kraft er arbeidsmengden som utføres per tidsenhet.

Merknader:

Studentene kan finne en grunnleggende fysikktekst som er nyttig for å skaffe seg disse definisjonene. "Arbeid" er et vanskelig konsept for å presisere, spesielt for studenter som ikke er kjent med grunnleggende fysikk. Teknisk sett er det vektordiproduktet av kraft og forskyvning, noe som betyr at arbeidet er lik krafttidsavstand bare hvis kraft- og avstandsvektoren er nettopp parallelle med hverandre. Med andre ord, hvis jeg bærer en 10 kg masse (løfter opp mot tyngdepunktet) mens du går parallelt med bakken (ikke går opp eller ned), er kraft- og forskyvningsvektorene vinkelrette på hverandre, og arbeidet jeg gjør i å bære massen er null . Det er bare hvis min kraft er rettet akkurat i samme retning som min bevegelse at all innsats er oversatt til arbeid.

Spørsmål 2

Spenningen er vanligvis definert som "elektrisk trykk." Voltens enhet kan imidlertid defineres i form av mer grunnleggende fysiske enheter. Hva er disse enhetene, og hvordan relaterer de seg til enheten til volt "# 2"> Reveal answer Skjul svar

1 volt er lik 1 jonn med energi overført til 1 coulomb av ladning (6, 25 x 10 18 elektroner):

V = W


Q

Hvor,

V = Spenning (volt)

W = Arbeid, eller potensiell energi (joules)

Q = Charge (coulombs)

Merknader:

Merk at jeg bruker bokstaven "V" for å betegne spenning i stedet for "E" som jeg vanligvis gjør. Dette skyldes at i generell fysikk er "E" vanligvis "Energy" eller "Electric field". Noen elektronikk referanse bøker bruker bokstaven "E" for spenning, mens andre bruker bokstaven "V", eller til og med bruke de to bokstavene utveksling.

Spørsmål 3

Elektrisk strøm måles i ampereenhetens eller forsterkersenhetens enhet. Hva er den fysiske definisjonen for denne enheten? Hvilke grunnleggende mengder utgjør 1 ampere elektrisk strøm?

Avslør svar Skjul svar

1 ampere elektrisk strøm er frekvensen av elektronbevegelse lik 1 coulomb per sekund:

I = Q


t

Hvor,

I = Elektrisk strøm (ampere)

Q = Lading i bevegelse (coulombs)

t = Tid (sekunder)

Merknader:

Det kan være nyttig på dette punktet å se på antall elektroner som utgjør en coulomb av ladning: 6, 25 × 10 18 elektroner.

Teknisk sett innebærer dagens matematiske definisjon kalkulator:

I = dQ


dt

Imidlertid kan elever på dette stadiet ikke være klar til å utforske derivater ennå, og så gir ligningen svaret for (gjennomsnittlig) nåværende vil være tilstrekkelig.

Spørsmål 4

For en gitt mengde vanntrykk, som vil flyte en større vannmengde: en liten (restriktiv) dyse eller en stor (ubegrenset) dyse? Forklar hvordan dette relaterer seg til studiet av spenning, strøm og motstand i en enkel elektrisk krets.

Avslør svar Skjul svar

Tydeligvis vil en ubegrenset dyse passere en større strømningshastighet av vann gjennom det, alle andre faktorer er like. I en elektrisk krets vil mindre motstand passere en større strømningshastighet for elektroner (strøm) for en gitt mengde "trykk" (spenning).

Merknader:

Vannstrøm er ikke en perfekt analogi for elektrisitet, men er nær nok til å være nyttig i grunnleggende elektrisitetsopplæring. Vær forberedt på å diskutere vannmangelene som en analogi med elevene dine (dvs. "Hvordan kommer elektroner ikke å spyle ut enden av en åpen ledning som vannet spyller ut enden av en åpen slange eller et rør" panelpanelets standardpanel " itemscope>

Spørsmål 5

Anta at du skulle bygge denne kretsen og ta målinger av strøm gjennom motstanden og spenningen over motstanden:

Opptak av disse tallverdiene i et bord ser resultatene ut slik:

XXXXXXXXXXXXXX
NåværendeSpenning
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

Skriv disse tallene på følgende graf:

Hvilket matematisk forhold ser du mellom spenning og strøm i denne enkle kretsen "# 5"> Reveal svar Skjul svar

Dette er et eksempel på en lineær funksjon: hvor plottet som beskriver datasettet sporer en rett linje på en graf. Fra denne linjen, og også fra tallene, bør du kunne skille et konstant forhold mellom spenning og strøm.

Merknader:

Rådatatallene ble gjort med vilje "støyende" i dette problemet for å simulere typer målefeil som oppstod i det virkelige liv. Et verktøy som hjelper til med å overvinne tolkningsproblemer som skyldes støy som dette, er grafikk. Selv med støy til stede, er lineariteten av funksjonen klart avslørt.

Elevene dine bør lære å lage grafer som verktøy for egen forståelse av data. Når relasjoner mellom tall er representert i grafisk form, gir det en annen uttryksform til dataene, og hjelper folk å gripe mønstre enklere enn ved å se på rader og kolonner av tall.

Spørsmål 6

Forklar trinn for trinn hvordan du skal beregne mengden strøm (I) som vil gå gjennom motstanden i denne kretsen:

Avslør svar Skjul svar

Motstand nåværende = 0, 02553 ampere, eller 25, 53 milliamps (mA).

Merknader:

Bare en enkel Ohms lovberegning her - ingen triks! Poenget med dette spørsmålet er imidlertid å få elevene til å tenke på trinnene de følger med å gjøre beregningen. Mange studenter ønsker bare å huske prosedyrer fremfor å lære hvorfor de skal gjøre hva de trenger å gjøre for å svare på slike spørsmål. Det er din oppgave som instruktør å utfordre dem utover memorisering, og gjennom til forståelse.

Spørsmål 7


∫f (x) dx Kalkulasjonsvarsling !


Plot relasjonene mellom spenning og strøm for motstander av tre forskjellige verdier (1 Ω, 2 Ω og 3 Ω), alt på samme graf:

Hvilket mønster ser du representert av de tre plottene dine? # 7?> Reveal svar Skjul svar

Jo større motstanden er, desto brattere er den planlagte linjens helling.

Avansert svar: Den riktige måten å uttrykke derivatet av hver av disse tomtene er (dv / di). Derivatet av en lineær funksjon er en konstant, og i hver av disse tre tilfellene er konstanten lik motstandsbestandigheten i ohm. Så, vi kunne si at for enkle motstandskretser er den øyeblikkelige hastighets-for-endringen for en spennings / strøm-funksjon motstanden til kretsen.

Merknader:

Studentene trenger å bli komfortabel med grafer, og å lage sine egne enkle grafer er en utmerket måte å utvikle denne forståelsen på. En grafisk fremstilling av Ohms lovfunksjon gir elevene en annen "visning" av konseptet, slik at de lettere kan forstå mer avanserte begreper som negativ motstand.

Hvis elevene har tilgang til enten en grafisk kalkulator eller dataprogramvare som kan tegne 2-dimensjonale grafer, oppfordrer de til å plotte funksjonene ved hjelp av disse teknologiske ressursene.

Jeg har funnet det en god vane å "snike" matematiske konsepter inn i fysikkfaglige kurs når det er mulig. For så mange mennesker er matematikk et abstrakt og forvirrende fag, som kun kan forstås i sammenheng med virkelighetsapplikasjon. Studiene av elektrisitet og elektronikk er rik på matematisk sammenheng, så utnytt det når det er mulig! Studentene dine vil ha stor fordel.

Spørsmål 8

Hva er verdien av denne motstanden, i ohm (Ω)?

Avslør svar Skjul svar

Motstandsverdi = 2700 Ω, eller 2, 7 kΩ.

Et format for komponentverdier som er populært i Europa, er å erstatte desimaltegnet med det metriske prefikset, så 2, 7 kΩ ville bli representert som 2k7 Ω. Ikke bare er denne notasjonen enklere, men den overgår også tolkningsvanskelighetene mellom europeerne og amerikanerne med deres motsatte bruk av komma og desimaltall.

Merknader:

Noen studenter kan ikke innse at i Europa er kommaer brukt som desimaltall og visum-versa. Dermed vil to tusen syv hundre bli skrevet som 2.700 i Amerika og 2.700 i Europa. Omvendt, tallet π ville bli skrevet som 3, 141593 i Amerika, men 3, 141593 i Europa. Forvirrende "panelpanelets standardpanel" på arbeidsarkpanelet>

Spørsmål 9

Et vanlig ordtak om elektrisitet er at det alltid tar veien for minst motstand. "Forklar hvordan dette ordsprosjektet relaterer til følgende krets, hvor elektrisk strøm fra batteriet møter to alternative veier, en er mindre resistiv enn den andre:

Avslør svar Skjul svar

Motoren 250 Ω vil oppleve en strøm på 40 mA, mens 800 Ω motstanden opplever en strøm på 12, 5 mA.

Merknader:

Som instruktør var jeg veldig overrasket over å høre mange begynnelsesstudenter hevder at alt nåværende ville gå gjennom den mindre motstanden, og ingen gjennom større motstand! Ordtaket om «tar den minste motstandsveien» burde virkelig forstås som « forholdsmessig å ta veier med mindre motstand». Folk som er ny for å studere elektrisitet, misforstår ofte slike grunnleggende prinsipper, deres feil er vanligvis basert på folks visdom som dette. Det er viktig å bryte gjennom disse myter med hardt faktum. I dette tilfellet fungerer Ohms lov som et matematisk verktøy som vi kan bruke til å fjerne falske ideer.

Selvfølgelig kan en krets som er så enkel som dette lett monteres og testes i klassen, slik at alle kan se sannheten for seg selv.

Spørsmål 10

En lyspære-stil, som er svært forskjellig fra "glødelamper" -designet som virker på prinsippet om et superoppvarmet ledningsfilamentemitterende lys, kalles et gassutløpsrør . I denne utformingen av lyspære produseres lys ved direkte "excitering" av gassmolekyler ettersom elektrisk strøm passerer mellom to elektroder:

Begge typer lyspærer har interessante spennings- / nåværende tomter, og ingen er identiske med spenningen / strømmen av en motstand. For det første, spenning / nåværende tomt for en glødelampe:

Deretter spenning / nåværende plot for en gass-utslipp lyspære:

Basert på disse to grafer, hva kan du si om den elektriske motstanden til hver pære type over sitt driftsområde "# 10"> Gi svar svar Skjul svar

I motsetning til en motstand, som gir en relativt fast (uendret) mengde motstand mot bevegelsen av elektroner over et bredt spekter av driftsforhold, endres lyspærernes elektriske motstand typisk dramatisk over deres respektive driftsområder.

Fra grafene bestemmer hvor motstanden for hver type lyspære er maksimalt, og hvor motstanden er minst .

Merknader:

Mange typer elektriske og elektroniske komponenter opplever endringer i elektrisk motstand over deres driftsområder for strøm og spenning. Motstandere, mens de er enkle å studere, viser ikke oppførselen til de fleste elektroniske komponenter. Det er viktig for elevene å forstå at den virkelige verden av elektrisitet og elektronikk er mye mer komplisert enn hva Ohms lov kan foreslå (med en implisitt antagelse om fast motstand). Dette er et konsept som grafer virkelig bidrar til å illustrere.

Spørsmål 11

Tegn skjematisk diagram for en eksperimentell krets for å samle data som er nødvendige for å plotte spennings / strømgrafen til en gassutladningslampe.

Avslør svar Skjul svar

Merknader:

Et av mine mål som teknisk lærer er å oppmuntre til utvikling av eksperimentelle ferdigheter i studentene mine. Den mest nøyaktige måten å få kunnskap om en enhets drift eller av et elektrisk prinsipp er å bygge en krets som faktisk tester den. Jeg har brukt denne teknikken mange ganger i karrieren min for å fremme min kunnskap om et emne, og det har vist seg å være en uvurderlig ferdighet.

I dette spørsmålet blir studentene implicit bedt om å identifisere flere viktige ting:

• Hvor skal du koble en meter til å måle lampespenningen.
• Hvor skal du koble en meter til å måle lampestrømmen.
• Slik gjør du gjeldende justerbar, slik at flere verdier kan testes og plottes.

I tillegg må studentene identifisere hvilke spennings- / strømområder som er nødvendige for å teste en gassutladningslampe. Legg merke til høyspennings strømkilden vist i skjematisk diagram. Studentene kan spørre "Hvor høy må denne spenningen være" regnearkpanel panel panel-standard "itemscope>

Spørsmål 12

Hva er negativ motstand ?

Avslør svar Skjul svar

"Negativ motstand" er hvor en elektrisk komponent passerer mindre strøm når spenningen faller over den øker .

Merknader:

Ikke bare viser mange gassutladningsanordninger negativ motstand over bestemte deler av deres driftsområde, men mange halvlederanordninger gjør det også bra.

Spørsmål 13

Når en elektrisk strøm passerer gjennom en leder som gir litt elektrisk motstand, øker temperaturen på denne lederen over omgivelsene. Hvorfor er det sånn? Av hvilken praktisk betydning er denne effekten?

Avslør svar Skjul svar

Elektrisk motstand er analog med mekanisk friksjon : elektroner kan ikke fritt strømme gjennom en motstand, og "friksjonen" de møter oversetter noe av sin energi til varme, akkurat som friksjonen i et slitt mekanisk lager oversetter noe av den kinetiske energien til rotasjonen i varme, eller friksjonen mellom en persons hender mens de gni dem sammen på en kald dag, oversetter noen av bevegelsene til varme.

Merknader:

Dette er et godt utgangspunkt for en diskusjon om arbeid, energi og makt. Kraft, selvfølgelig, kan beregnes direkte ved å multiplisere spenning med strøm, og måles i watt . Det gir også en mulighet til å diskutere noen av de praktiske begrensningene til elektriske ledere.

Spørsmål 14

For en gitt mengde elektrisk strøm, hvilken motstand vil slippe ut den største mengden strøm: En liten verdi (lav motstand) motstand, eller en høyverdig motstand mot høy motstand? Forklar svaret ditt.

Avslør svar Skjul svar

En motstand med høy motstandsevne (mange "ohm" av motstand) vil slippe ut mer varmekraft enn en lavere verdsatt motstand, gitt samme mengde elektrisk strøm gjennom den.

Merknader:

Dette spørsmålet er laget for å få elevene til å tenke kvalitativt om forholdet mellom nåværende, motstand og makt. Jeg har funnet ut at kvalitativ (ikke-numerisk) analyse ofte er mer utfordrende enn å be elevene å beregne svar kvantitativt (med tall). Ofte er enkel matte en slags barriere bak hvilke studenter søker tilflukt fra sann forståelse av et emne. Det er med andre ord lettere å slå nøkler på en kalkulator (eller til og med utføre beregninger med papir og blyant) enn å virkelig tenke på sammenhengene mellom variabler i et fysisk problem. Likevel er en kvalitativ forståelse av elektriske systemer avgjørende for rask og effektiv feilsøking.

Spørsmål 15

Plot forholdet mellom strøm og strøm for en 2 Ω motstand på denne grafen:

Hvilket mønster ser du representert ved plot "# 15"> Avslør svar Skjul svar

Jo mer strøm gjennom motstanden, desto mer strøm forsvinner. Dette er imidlertid ikke en lineær funksjon!

Merknader:

Studentene trenger å bli komfortabel med grafer, og å lage sine egne enkle grafer er en utmerket måte å utvikle denne forståelsen på. En grafisk fremstilling av Ohms lov (faktisk Joule's Law) -maktfunksjonen gir elevene en annen "visning" av konseptet.

Hvis elevene har tilgang til enten en grafisk kalkulator eller dataprogramvare som kan tegne 2-dimensjonale grafer, oppfordrer de til å plotte funksjonene ved hjelp av disse teknologiske ressursene.

Spørsmål 16

Vist her er et skjematisk diagram for en enkel batteridrevet lommelykt:

Hva kan endres om kretsen eller komponentene for å få lommelykten til å produsere mer lys når den er slått på? # 16 "> Gi svar svar Skjul svar

På en eller annen måte må kraften som løses av lyspæren, økes. Kanskje den mest åpenbare måten å øke strømforbruket er å bruke et batteri med større spenningsutgang, noe som gir større lyspære og større effekt. Dette er imidlertid ikke det eneste alternativet! Tenk på en annen måte lommelyktens produksjon kan økes.

Merknader:

Den "åpenbare" løsningen er en direkte anvendelse av Ohms lov. Andre løsninger kan ikke være så direkte, men de vil alle forholde seg til Ohms lov på en eller annen måte.

Spørsmål 17

Det er to grunnleggende Ohms lovekvasjoner: en relatert spenning, strøm og motstand; og den andre relaterer spenning, strøm og kraft (sistnevnte ligning kalles iblant Joule's Law i stedet for Ohms lov):

E = IR

P = IE

I elektronikk lærebøker og referanse bøker finner du tolv forskjellige variasjoner av disse to ligningene, en løsning for hver variabel i form av et unikt par to andre variabler. Du trenger imidlertid ikke å huske alle tolv ligningene hvis du har evnen til å algebraisk manipulere de to enkle ligningene som vises ovenfor.

Demonstrere hvordan algebra brukes til å utlede de ti "andre" formene av de to Ohms lov / Joule lovekvivalenter vist her.

Avslør svar Skjul svar

Jeg vil ikke vise deg hvordan du gjør algebraiske manipulasjoner, men jeg vil vise deg de ti andre ligningene. For det første, de likninger som kan stamme strengt fra E = IR:

I = E


R

R = E


Jeg

Deretter kan de ligningene som er avledet strengt fra P = IE:

I = P


E

E = P


Jeg

Deretter er de likninger som kan utledes ved å bruke algebraisk substitusjon mellom de to første ligningene gitt i spørsmålet:

P = I 2R

P = E 2


R

Og til slutt, de likninger som kan være avledet fra manipulering av de to siste kraftekvasjonene:

R = P


Jeg 2

I = √


P


R

E =


PR

R = E 2


P

Merknader:

Algebra er et ekstremt viktig verktøy på mange tekniske felt. En fin ting om studiet av elektronikk er at det gir en relativt enkel kontekst der grunnleggende algebraiske prinsipper kan bli lært (eller i det minste opplyst).

Det samme kan sies for kalkulokonsepter også: grunnleggende prinsipper for derivat og integral (med hensyn til tid) kan lett brukes på kondensator og induktorkretser, og gir studentene en tilgjengelig kontekst der disse ellers abstrakte konseptene kan bli forstått. Men kalkulator er et emne for senere regnearkspørsmål. . .

Spørsmål 18

I denne kretsen mottar tre motstander samme mengde strøm (4 ampere) fra en enkelt kilde. Beregn mengden spenning "droppet" av hver motstand, så vel som mengden strøm som blir spalt av hver motstand:

Avslør svar Skjul svar

E 1 Ω = 4 volt

E 2 Ω = 8 volt

E 3 Ω = 12 volt

P 1 Ω = 16 watt

P 2 Ω = 32 watt

P 3 Ω = 48 watt

Oppfølgingsspørsmål: Sammenlign strømretningen gjennom alle komponentene i denne kretsen med polariteten til de respektive spenningsfallene. Hva merker du om forholdet mellom nåværende retning og spenningspolaritet for batteriet, versus for alle motstandene "notater skjult"> Merknader:

Svarene på dette spørsmålet bør ikke skape noen overraskelser, særlig når studentene forstår elektrisk motstand i form av friksjon : motstander med større motstand (mer friksjon til elektronbevegelse) krever større spenning (trykk) for å få samme mengde strøm gjennom dem. Motstandere med større motstand (friksjon) vil også spre mer kraft i form av varme, gitt samme mengde strøm.

Et annet formål med dette spørsmålet er å innlemme i studenters sinn konseptet av komponenter i en enkel seriekrets alle deler samme mengde nåværende.

Utfordre elevene dine til å gjenkjenne alle matematiske mønstre i de respektive spenningsfallene og strømfordelingen. Hva kan man si, matematisk, om spenningsfallet over 2 Ω motstanden mot 1 Ω motstanden, for eksempel?

Spørsmål 19

I denne kretsen mottar tre motstander samme mengde spenning (24 volt) fra en enkelt kilde. Beregn mengden av nåværende "trukket" av hver motstand, så vel som mengden strøm som blir spalt av hver motstand:

Avslør svar Skjul svar

Jeg 1 Ω = 24 ampere

I 2 Ω = 12 ampere

I 3 Ω = 8 ampere

P 1 Ω = 576 watt

P 2 Ω = 288 watt

P 3 Ω = 192 watt

Merknader:

Svarene på dette spørsmålet kan virke paradoksale for studenter: Den laveste verdien av motstanden formidler den største makt . Matematikk lyver ikke, skjønt.

Et annet formål med dette spørsmålet er å innlemme i studenters sinn konseptet av komponenter i en enkel parallellkrets som alle deler samme mengde spenning.

Utfordre elevene dine til å gjenkjenne alle matematiske mønstre i de respektive strømningene og strømfordelingen. Hva kan man si, matematisk, om strømmen trukket av 2 Ω motstanden mot 1 Ω motstanden, for eksempel "panelpanel-panelets standard" itemscope>

Spørsmål 20

Lysstyrken til en lyspære - eller kraften som blir spilt av elektrisk belastning, for den saks skyld - kan varieres ved å sette inn en variabel motstand i kretsen, slik:

Denne metoden for elektrisk kraftkontroll er imidlertid ikke uten sine ulemper. Tenk på et eksempel hvor kretsstrømmen er 5 ampere, den variable motstanden er 2 Ω, og lampen faller 20 volt spenning over sine terminaler. Beregn kraften som blir tapt av lampen, kraften som avleses av den variable motstanden, og den totale effekten som tilveiebringes av spenningskilden. Deretter forklare hvorfor denne metoden for strømstyring ikke er ideell.

Avslør svar Skjul svar

P lampe = 100 watt

P motstand = 50 watt

P totalt = 150 watt

Oppfølgingsspørsmål: Legg merke til hvordan i det opprinnelige spørsmålet jeg tilbød et sett hypotetiske verdier som skal brukes til å finne ut hvorfor en serie reostat (variabel motstand) ikke er et effektivt middel for å kontrollere lampens effekt. Forklar hvordan antagelsen om visse verdier er en nyttig problemløsende teknikk i tilfeller der ingen verdier er gitt til deg.

Merknader:

Diskuter begrepet energibesparelse: at energi ikke kan bli skapt eller ødelagt, men bare forandret mellom ulike former. Basert på dette prinsippet, må summen av all strømfordeling i en krets være lik den totale mengden strøm som tilføres av energikilden, uansett hvordan komponentene er koblet sammen.

Spørsmål 21

En moderne metode for elektrisk kraftkontroll innebærer å sette inn en hurtigbryter i tråd med en elektrisk belastning, for å slå på og av strømmen raskt over tid. Vanligvis brukes en solid-state-enhet som en transistor :

Denne kretsen har blitt sterkt forenklet fra en ekte pulsstyringskrets. Bare transistoren er vist (og ikke "puls" kretsen som er nødvendig for å beordre den til å slå på og av) for enkelhet. Alt du trenger å være oppmerksom på er at transistoren fungerer som en enkel, enkeltpolet single-throw (SPST) bryter, bortsett fra at den styres av en elektrisk strøm i stedet for av en mekanisk kraft, og at den er i stand å slå på og av millioner av ganger per sekund uten slitasje eller tretthet.

Hvis transistoren er pulserende på og av raskt nok, kan strømmen til lyspæren varieres så jevnt som om den styres av en variabel motstand. Det er imidlertid svært lite energi bortkastet ved bruk av en hurtigkoblingstransistor for å styre elektrisk kraft, i motsetning til når en variabel motstand brukes for samme oppgave. Denne modusen for elektrisk strømstyring er vanligvis referert til som Pulse-Width Modulation, eller PWM .

Forklar hvorfor PWM strømstyring er mye mer effektiv enn å kontrollere lastekraft ved å bruke en seriemotstand.

Avslør svar Skjul svar

Når transistoren er på, virker det som en lukket bryter: Passerer full laststrøm, men slipper lite spenning. Dermed er dens "ON" -makt (P = IE) -avledning minimal. Omvendt, når transistoren er slått av, virker den som en åpen bryter: ingen passering i det hele tatt. Dermed er dens "OFF" strømfordeling (P = IE) null. Strømmen som blir tapt av lasten (lyspæren) er den tidsmessige effekten som avleses mellom "ON" og "OFF" transistor sykluser. Dermed er lastekraften kontrollert uten å "kaste bort" strøm over kontrollenheten.

Merknader:

Studentene kan ha det vanskelig å forstå hvordan en lyspære kan bli dimmet ved å slå den på og av veldig raskt. Nøkkelen til å forstå dette konseptet er å innse at transistorens koblingstid må være mye raskere enn tiden det tar for lyspærens filament til å bli helt varm eller helt kul. Situasjonen er analog med å tippe hastigheten til en bil ved å "pumpe" gasspedalen raskt. Hvis det gjøres sakte, er resultatet en varierende bilhastighet. Hvis det gjøres raskt nok, betyr bilens masse gjennomsnittet "ON" / "OFF" sykling av pedalen og resulterer i nesten jevn hastighet.

Denne teknikken er svært populær i industriell strømstyring, og blir stadig mer populær som en lydforsterkningsteknikk (kjent som klasse D ). Fordelene med minimal bortkastet strøm av kontrollenheten er mange.

Spørsmål 22

Hva skjer med lyspærens lysstyrke hvis bryteren i denne kretsen er plutselig lukket? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00103x01.png ">

Avslør svar Skjul svar

Ideelt sett vil det ikke være noen endring i lyspærens lysstyrke når bryteren er stengt, fordi spenningskilder skal opprettholde konstant spenningsutgang uansett belastning. Som du kanskje har antydet, kan den ekstra strømmen "trukket" av motstanden når bryteren er lukket, faktisk føre til at lampen dimmer litt, på grunn av at batterispenningen slår seg under tilleggsbelastningen. Hvis batteriet er godt overdimensjonert for applikasjonen, vil graden av spenning "sag" imidlertid være uansvarlig.

Merknader:

Dette spørsmålet illustrerer en forskjell mellom de ideelle forholdene som vanligvis antas for teoretiske beregninger, og de forholdene som oppstår i det virkelige liv. Virkelig er det formålet med en spenningskilde å opprettholde en konstant utgangsspenning uansett belastning (strømmen trukket fra den), men i virkeligheten er dette nesten umulig. De fleste spenningskilder utviser en viss grad av "sag" i sin produksjon over en rekke belastningsstrømmer, noe verre enn andre.

I dette eksemplet er det umulig å fortelle hvor mye spenningskildens utgang vil "sag" når bryteren er stengt, fordi vi ikke har noen anelse om hva motstandens nåværende trekk vil bli sammenlignet med lyspæren, eller hva spenningen Kildens nominelle utgangsstrøm er. Alt vi kan si er at teoretisk vil det ikke være noen effekt fra å lukke bryteren, men det i det virkelige liv vil det være noe dimming når bryteren er stengt.

Spørsmål 23

Hva ville skje hvis en ledning som ikke hadde motstand overhodet (0 Ω) var koblet direkte over terminaler på et 6 volts batteri? Hvor mye nåværende vil resultere, ifølge Ohms lov?

Anta at vi skulle kortslutte et 6 volts batteri på samme måte som beskrevet og måle 8 ampere med strøm. Hvorfor er ikke de beregnede tallene fra det forrige avsnittet enige med den faktiske måleen "# 23"> Avslør svar Skjul svar

Ohms lov ville foreslå en uendelig strøm (nåværende = spenning delt med null motstand). Likevel gir eksperimentet beskrevet bare en beskjeden mengde strøm.

Hvis du tror at ledningen som brukes i forsøket ikke er motstandsdyktig (dvs. det har motstand), og at dette står for forskjellen mellom de forutsagte og målte mengdene av strøm, er du delvis korrekt. Realistisk vil et lite stykke wire som det som brukes i eksperimentet ha noen tiendedeler av en motstands ohm. Men hvis du re-beregner strøm med en trådmotstand på 0, 1 Ω, vil du likevel finne en stor forskjell mellom prediksjonen og den faktiske målte strømmen i denne kortslutningen.

Oppfølgingsspørsmål # 1: Forklar hvorfor trådmotstand alene ikke forklarer den beskjedne kortslutningsstrømmen.

Oppfølgingsspørsmål # 2: Identifiser minst én sikkerhetsfare forbundet med et ekte eksperiment som dette.

Merknader:

Påminn studentene om at kortslutningsprøving av elektriske kilder kan være farlig. En student av meg har en gang fylt et 6 volts "lantern" -batteri i vesken hans, bare for å få det utladet røyk en time senere, etter at batteriterminalerne hadde blitt kuttet sammen med et skiftenøkkelhåndtak!

Nei, Ohms lov blir ikke lurt her: Kortslutning av en spenningskilde med en 0 Ω leder vil ikke føre til uendelig strøm, fordi det finnes andre kilder til motstand i en slik krets. Oppgaven her er å avgjøre hvor disse kildene kan være, og hvordan de kan være plassert.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Neste regneark →