Elektriska kretsar

Från Wikiskola
Hoppa till navigering Hoppa till sök

Arduino Oscilloskop

http://www.code.google.com/p/xoscillo/wiki/arduino vore det coolt att testa.

Resistans

Detta avsnitt och efterföljande hör i Heureka till kapitel 8 - Elektriska kretsar.

Resistansen talar om hur bra en ledare är. Bra ledare har låg resistans.

Resistansen i en ledare beror på materialet. Här finns en bra tabell över någtra ledares resistans.

En lång ledare är sämre än en kort.

En tjock ledare är bättre än en tunn.

Resistans, R

[math] R = \rho \frac{l}{A} [/math]

där [math]\rho[/math] är en materialkonstant, resistiviteten och [math]l[/math] är ledarens längd och [math]A[/math] dess tvärsnittsarea

Resistansen i en ledare är temperaturberoende

Mätningar av ström när spänningen varieras över en 20 W, 12 V glödlampa.

Resistansen ökar med ökande temperatur.

Grafen till höger visar hur strömmen ökar då spänningen ökas över en 20 W, 12 V glödlampa.

Mätresultaten finns i sin helhet här: Resistansen i en lampas glödtråd

Uppgift
bestäm hur varm lampan blev

Läs om temperaturkoefficienten och gör en uppskattning hur varm glödtråden blev i vårt försök.

http://sv.wikipedia.org/wiki/Temperaturkoefficient


Laboration - Temperaturen i en tråd

Ohms lag

Uri.png

Efter att vi nu har definierat storheterna ström, spänning och resistans kan vi ställa upp en ekvation för relationen mellan de tre storheterna. Detta förhållande kallas för Ohms lag.

Spänningen är lika med strömmen multiplicerat med resistansen. Resistans gånger ström lika med spänning.

Då gäller även att spänning delat med ström är lika med resistans.

Och att spänning delat med resistans är lika med ström.

Man kan skriva Ohms lag som i figuren till vänster. U=R*I. U står för spänningen. R är resistansen och I är strömmen.

Ohms lag

[math] U = R I [/math]


Wikipedia skriver om Ohms_lag

Räkna

Övning

Resistiansen i en glödtråd.

Glödlampa. variera spänning, mät ström. Rita graf.

Hämta info i länk i labben om multimetern.

Ledare, halvledare och isolatorer

Kisel, mm.

Effekt

Effekt

[math] P = U I [/math]

där U är spänningen och I är strömmen

Kombinerar man med Ohms lag så gäller även:

[math] P = U I = R I I = R I^2[/math]

och

[math] P = U I = U \frac{U}{R} = \frac{U^2}{R}[/math]

Övningar

  1. Tag reda på vad enheten Amperetimmar innebär.
  2. vad är en kilowattimme.
  3. Gå in på den här sidan, http://sv.wikipedia.org/wiki/Wattimme, och lägg till information som förbättrar sidan.
20px-Tango style Wikipedia Icon.svg.png
Uppgift: Stoppa tjuven

Vilken lampa ska man välja för att stoppa tjuven?

Du tänker ha en lampa (inne i huset) som tänds med automatik på kvällarna när du inte är på ditt landställe. Avsikten är att lura tjuvarna att tro att det är någon där.

Men det finns olika lampor att välja på, dels gamla glödlampor och dels lågenergilampor (som lyser lika starkt).

1 Vilken sorts lampa ska du välja om:

  1. Du har underhållsuppvärmning på huset?
  2. Värmen är avstängd när du inte är där?

2 Hur mycket ström drar respektive lampa?

Facit: (klicka expandera till höger)

Om värmen är avstängd väljer vi naturligtvis lågenergilampan som förbrukar mindre energi eftersom den drar mindre ström.

Om vi däremot har huset uppvärmt kanske valet blir en konventionell glödlampa som är billigare i inköp. Den lampan har lägre verkningsgrad vilket innebär att en stor del av energin blir värme istället för ljus. Denna värme bidrar till uppvärmningen och blir därmed nyttig i alla fall.

Spänningen i vägguttaget är 230 V

Lågenergilampans ström: [math] I_l = \frac{P}{U} = \frac{14}{230} = 61 mA[/math]
Konventionella lampans ström: [math] I_k = \frac{P}{U} = \frac{60}{230} = 260 mA[/math]



Hur farlig är elektriciteten?

Nok-logga croppad fr bild sv wikipedia.jpg NoK Heureka Fysik 1: sid 180-181


Det är farligt att få elektriska strömmar genom kroppen. Strömstyrkor på knappt 1 milliampere brukar kunna förnimmas som kittlande, och strömmar över cirka 10 mA ger kramp i muskler som inte kan hävas förrän strömmen bryts. Spänningar som överstiger klenspänning anses vara farliga. Elektrisk ström kan dessutom ge brännskador. Det finns flera viktiga faktorer för hur kroppen påverkas när en elektrisk ström passerar igenom den:

  • Vilka kroppsdelar som blir utsatta
  • Tiden man blir utsatt för strömmen.
  • Storleken på strömstyrkan (vilket beror på spänningen och hur fuktig man är)
  • Hur den elektriska strömmen passerar igenom kroppen.
  • Vågform beroende om det är lik- eller växelström och i det senare fallet växelströmmens frekvens.

Farligast är om strömmen passerar bröstkorgen och hjärtat (till exempel genom att man med ena handen rör ett strömförande föremål och med den andra en jordad diskbänk). Kramper i hjärtat leder till hjärtflimmer eller hjärtstillestånd. Flimmer uppstår vid några tiotals milliampere, stillestånd vid något hundratal eller mer

Wikipedia skriver om Elektricitet

Hjärtstartare

Placeringen av elektroderna vid defibrillering

Vid hjärtstillestånd används defibrillatorer för att ge en elektrisk impuls som ska sätta igång hjärtat. I denna wikipediaartikel anges spänningen till 1000 V, energin till 100-200 J och tiden till 5 ms. Gör antagandet att späänningen är lika hög under hela pulsen (den är egentligen sinusformad men det struntar vi i just nu).

Beräkna:

  1. Effekten
  2. Strömmen
  3. Resistansen i kroppen

Grundläggande kopplingar

Förhör

Vi börjar med ett kort förhör på formlerna från förra lektionen, ström, spänning, resistwans och Ohms lag.

Det är samma frågor som vi övade på förra lektionen.

Att rita kopplingsscheman

Electrical symbols library

Vilka symboler kan du? Känner du igen:

  • batteriet
  • strömbrytaren
  • glödlampan
  • resistansen
  • spolen
  • Voltmetern
  • Amperemetern

Kirchhoff

The current entering any junction is equal to the current leaving that junction. i1 + i4 = i2 + i3
Kirshhoff-example.svg

Läs sidan omKirchhoffs lag och titta gärna på exemplet.

Kirchhoffs lag säger att ströömmarna som går in i en förgrening är lika stora som strömmarna som går ut ur förgreningen.

Man kan analysera en krets genom att rita ut en strömslinga i varje del av kretsen.

Sedan räknar man med hjälp av Ohms lag ut spänningen över de olika resistanserna. Det gäller då att räkna med alla strömmar som går genom en resistans.

Seriekopplade resistanser

A series circuit with a voltage source (such as a battery) and 3 resistors

När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.

Länkar:

Seriekoppling

This is a diagram of several resistors, connected end to end, with the same amount of current through each.

R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

Parallellkopplade resistanser

A diagram of several resistors, side by side, both leads of each connected to the same wires.

Vid härledningen använder man Kirchhoffs lag. Tänk dig att du har många motstånd parallellt. Vi visar det genom att skriva 1, 2, 3, ... , n. Då menar vi att vi har n stycken motstånd. N kan vara stort men i det enklaste fallet är n = 2.

I = I1 + I2 + I3 + ... + In
U/R = U/R1 + U/R2 + U/R3 + ... + U/Rn

1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ... + 1/Rn
Uppgift
Beräkna ersättningsresistansen

Parallella resistanser1.png



Pröva kopplingar




Liten kopplingsövning

Seriekopplingar

  1. Titta på den gula kopplingsboxen. Läs instruktionerna. Hur många kombinationer av resistanser kan man ställa in?
  2. Vilket intervall kan man ställa resistansen i?
  3. Ställ in multiometern på rätt mätområde. Koppla sladdar mellan multimetern och kopplingsboxen. Ställ boxen på 1 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  4. Ställ boxen på 20 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  5. Ställ boxen på 1234 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  6. Ställ boxen på 8372 Ω och läs av på multimetern. Anteckan ditt resultat.
  7. Rita en skiss på hur du tror resistansboxen är kopplad inuti.

Parallellkopplingar

  1. Slå ihop er grupp med en annan grupp så ni får två resistansboxar.
  2. Beräkna den totala resistansen för två parallellkopplade motstånd, det ena 150 Ω och det andra på 450 Ω.
  3. Mät på motsvarande krets. Vad får du?

Räkneupgifteer

Serieresistans
  • Exempel 8.8:
    • a) Beräkna strömmen.
    • b) Beräkna spänningen över var och en av resistorerna
  • 817-823

Elektromotorisk spänning och polspänning, s 174-176

EMK och polspänning

Polspänningen hos ett batteri

U = Ems - Ri I

Där U är polspänningen på batteriet (spänningen batteriet lämnar)
Ri är inre resistansen
Ems är elektromotoriska spänningen (batteriets märkspänning)

Ems är den största spänning batteriet kan lämna. Den spänning batteriet ger vid extremt låga strömmar. När strömmen ökar får vi ett ökande spänningsfall över den inre resistansen och spänningen över polerna minskar.

Socrative.com

SOC#: SOC-2927152

Det finns flera korrekta svar på frågorna men det går bara att välja ett av dem i Socrative....

Uppgift bilbatteri

Uppgift
Hur mycket sjunker spänningen?

Ett bilbatteri har EMS = 14 V. Inre resistansen är 30 mOhm. Vilken polspänning har man när startmotorn går och strömmen är 70 A?


Batterier

Galvanisk cell med saltbrygga

För batterier anges ofta hur mycket energi de innehåller som måttet amperetimmar, Ah. Det talar om hur många timmar batteriet kan levererar en snittström mätt i Ampere (ock vid batteriets spänning). Effekten är ju spänning multiplicerat med ström. Multiplicerar vi detta med tiden så får vi ju arbetet som uträttas eller den energimängd som batteriet innehållet.

Uppgift: Googla rätt på ett batteris prestanda och räkna ut hur många laddningar batteriet innehåller.

Läs mer

Batterier

Kondensatorn

Laddning som funktion av spänning för en kapacitans på 200 pikofarad.
Laddningar lagras i en kondensator. Ett elektriskt fält byggs upp mellan plattorna. En kondensator är en passiv komponent där laddningsmängden är direkt proportionell mot spänningen över kondensatorn
En kapacitiv elektrisk krets ger en negativ fasvridning

Kapacitans är ett mått på förmågan att lagra elektrisk laddning hos komponenter med ett linjärt förhållande mellan den lagrade laddningsmängden och spänningen över komponenten. Kapacitans är definierad som förhållandet mellan laddningsmängden Q och spänningen över kretsen U:

[math]C = \frac{Q}{U}[/math]

Internationella måttenhetssystemet|SI-enheten för kapacitans är Farad; 1 farad = 1 Coulomb per Voltt.

Kapacitans kan vara en önskad eller oönskad egenskap hos en elektrisk krets. Oönskad kapacitans kallas ibland strökapacitans. För till exempel ledare av högfrekvenssignaler är det vanligtvis önskvärt med så låg kapacitans som möjligt. För att åstadkomma kapacitans används en särskild komponent, en kondensator.

Plattkondensator

Den vanligaste komponenten för lagring av elektrisk laddning är den två-bladiga kondensatorn med ett isolerande dielektriskt material mellan plattorna. Om man bortser från randeffekter, ges kapacitansen av

[math]C = \epsilon \ \frac{A}{d}[/math],

där d är avståndet mellan plattorna, A är en plattas area och ε det isolerande materialets permittivitet.

Ultra Capacitors

Till höger finns en kul film om riktigt stora kondensatorer. Anledningen till att man kan göra de fräcka experimenten är den låga inre resistansen hos dessa kondensatoer. Filemn ger bra förklaringar och du lär dig en del ellära på köpet.

Elektronik och miljö

Fre v 10

Passa på att berätta om facebook.com/wikiskola.

Miljö

Hur skrotar man en sån här?
Vad innehåller en dator egentligen?

Tanken här är att jobba med fysiken på ett annat sätt än det normal med genomgångar, formler och räknande. Om man tittar i exemensmålen och kursplanen ser man att vi ska lära oss mer än att bra räkna. Därför ska vi genomföra ett enlektionsersprojektarbete. Ramarna beskrivs nedan.

Miljöaspekten är viktig

Denna film handlar om återvinning av elektronik i USA. Den ger en introduktion.

Uppgiften

Idag ska vi jobba med miljöaspekten en stund. Det finns många frågeställningar och ni kanske kan komma på fler. Jobba i små grupper och presentera vad ni kommit fram till genom att använda egen text, fria bilder och inbäddade filmer.

Jobba effektivt

Inget spelande och facebookande förstås. Dela upp uppgifterna mellan er. En skriver, en letar hemsidor, en letar film osv.

Skriva på wikiskola

Ni får ska skaffa konton i era egna namn här på wikiskola. Sen skriver ni. Jag kan hjälpa till med det mesta men börja med att prova er fram. Det största problemet är redigeringskonflikter men det händer mest i början. Spara ofta!

Hämta bilder som är fria att använda (utan copyright). Helst från Wikimedia Commons

Läs mer om Wikimarkup och hur man editerar.

Frågor

Välj en frågeställning, klicka på länken, skriv något och spara. Så gör ni området till ert eget.

  1. Vad är elektronikskrrot och hur ska det återvinnas?
  2. Vad händer med elektronikskrot i återvinningen?
  3. Behöver man slänga allt eller finns det andra sätt att använda sakerna?
  4. Hur kan operativsystemet i en dator bidra till bättre miljö?
  5. Vilka värdefulla, hälsoskadliga eller miljöfarliga ämnen finns i elektroniken?
  6. Sker mycket av återvinningen i utvecklingsländerna och varför et i så fall?
  7. På vilka sätt kan elektronik (IT) bidra till en bättre miljö?
  8. smarta operativsystem
  9. Hur väljer man miljövänlig elektronik?
  10. Hur påverkar elektroniken oss människor?

Redovisning

Vi avslutar med att titta på alla bidragen.

Tid över ?

I så fall får du räkna lite blandade uppgifter.

Elektrisk mätteknik

Elektrisk mätteknik ingår inte i boken men skulle kunna utgöra ett komplement. Jag skulle vilja hitta hård- och mjukvara till billigt pris för att ta in signaler i datorn.

Scilab är ett open source-alternativ till LabView. Dessutom med beräknigs och visualiseringsfunktioner påminnande om Matematica.

Facit till uppgifterna - Heureka kapitel 8

Uppgift
Skriv lösningen snyggt
Förklara uppgiften
Figur
Fakta
Formeler
Beräkningar
Svar

Så här kan du skriva formler med LaTeX:

<math> U {{=}} \frac{W}{Q} </math>
latex math symbols
Rita gärna bilder med Dia Diagram Editor. Spara som .png. ladda upp på Wikiskola och lägg in bilden i din uppgift.


Heureka 8.1
Heureka 8.2
Heureka 8.3
Heureka 8.4
Heureka 8.5
Heureka 8.6
Heureka 8.7
Heureka 8.8
Heureka 8.9
Heureka 8.10
Heureka 8.11
Heureka 8.12
Heureka 8.13
Heureka 8.14
Heureka 8.15
Heureka 8.16
Heureka 8.17
Heureka 8.18
Heureka 8.19
Heureka 8.20
Heureka 8.21
Heureka 8.22
Heureka 8.23
Heureka 8.24
Heureka 8.25
Heureka 8.26
Heureka 8.27
Heureka 8.28
Heureka 8.29
Heureka 8.30
Heureka 8.31
Heureka 8.32
Heureka 8.33
Heureka 8.34
Heureka 8.35

Repetition

Abeille transp.png Åke Dahllöf har skapat och delar

Diagnos kapitel 6-8


Enkla uppgifter

Kjell & Company

Man kan inte låta bli att gilla Kjell & Companys böcker om elektronikprylar:

Pappersövningar


Ett urval övningsuppgifter med facit kommer att delas ut. Det heter Övningsuppgifter från Nexus inför prov i Ellära. Det finns på min hårddisk efter som de är (c).

Övningsprov

Gnome-dev-printer.svg
Du kan printa denna! Elläraprov ver. 1

Elläraprov version 1 med lösningar

De viktigaste sidorna att läsa på - Ellära

Läsnavisning Heureka Fysik 1.

Om du vill läsa det viktigaste för att kunna räkna uppgifter på ett konventionellt prov:

Läs noga sidorna: 137-140, 142-146, 150, 156-160, 163-165, 168-169, 170, 176-180 (mitten), 182-186, 187-190. 192-194.

Prov som bedömts elevaktivt och formativt

2013

Här är det Elläraprov som eleverna gjorde 2013 och sedan tillverkade facit till. Som vanligt ett Google docs som alla hjälptes åt med att skriva facit till under en lektion.

2013 års prov - Facit som eleverna skapat.

TE12A

Prov_Ellära_vt_2014_.pdf

https://docs.google.com/document/d/1uEorItXOdGzjaFrgznaZmjhxMGMIlGdXhwbVrnzp8iU/edit?usp=sharing

Uppgift
Reflektera

A Vad har du lärt dig under avsnittet?

B Vad behöver du förbättra?

C Skriv en (någorlunda) utförlig motivering till vilken nivå du ligger på när det gäller förmågorna:

1 Kunskaper om fysikens begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder samt förståelse av hur dessa utvecklas.
2 Förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att identifiera, formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat.


TE112B

Prov Ellära 2014 ver 2 TE12B
Gemensamt facit till Elläraprovet TE12B

Fortsättning

Om man läser på KTH kan man komma på denna 7.5-poängskurs.

Ett annorlunda prov

Konventionella prov med uppgifter som ska räknas ut prövar mest av förmågorna 1-2. Detta annorlunda prov syftar till att pröva fler förmågor, främst 3-5.

Förmågorna

Undervisningen i ämnet fysik ska ge eleverna förutsättningar att utveckla följande:

  1. Kunskaper om fysikens begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder samt förståelse av hur dessa utvecklas.
  2. Förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att identifiera, formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat.
  3. Förmåga att planera, genomföra, tolka och redovisa experiment och observationer samt förmåga att hantera material och utrustning.
  4. Kunskaper om fysikens betydelse för individ och samhälle.
  5. Förmåga att använda kunskaper i fysik för att kommunicera samt för att granska och använda information.

Uppgifterna till ett annorlunda prov

Ett annorlunda prov