Visa källa för Att mäta spänning ström och resistans i elektriska kretsar

__NOTOC__

= Teori + en lab =

{{malruta|
Du behöver förstå 
* hur du mäter ström och spänning med multimeter
* hur du beräknar ersättningsresistansen för serie och parallellkopplingar
* hur du beräknar elektrisk effekt
* hur man [https://sv.wikipedia.org/wiki/Resistor läser av färgkoden] för ett motstånd
}}

Detta är en relativt öppen serie laborationer där du får tänka själv och fundera. Instruktionerna är inte av fyll-i-värdet-på-strecket-typ.
{{clear}}

[[Fil:Multimeter_IMG_0079.jpg | 240px | right]]

== Syfte ==

Utforska Arduino.

Lär dig grundläggande ellära som du behöver i detta projekt och sedan i Fysik 1.

== Vad är ström och spänning? ==

Elektrisk spänning eller potentialskillnad, väsentligen samma sak som elektromotorisk kraft, är skillnaden i elektrisk potential mellan två punkter i en elektrisk krets.

Elektrisk ström är ett flöde av elektriska laddningar. Strömmens storlek definieras som laddningsmängd per tidsenhet. Den elektriska laddningen i form av partiklar är vanligtvis elektroner men kan även vara joner i en elektrolyt.

Upphovet till en ström är vanligtvis en spänning, det vill säga en skillnad i potential mellan två punkter.

SI-enheten för elektrisk strömstyrka är ampere (A).

''Texten från Wikipedia.''

==== Bra informationskällor ====

# [https://www.kjell.com/se/fraga-kjell/hur-funkar-det/elelektronik/grundlaggande-ellara/vad-ar-elektricitet Kjell & Companyom ellära]
# {{svwp|Elektrisk_ström}}
# {{svwp|Elektrisk_spänning}}
# {{svwp|Resistans}}
# {{svwp|Resistor}}
# {{svwp|Elektrisk_krets}}

==== '''Teori''' - Ohms lag. : ====

Ohms lag beskriver förhållandet mellan elektrisk spänning, elektrisk resistans och elektrisk ström för en linjär resistor. Den är uppkallad efter den tyske fysikern Georg Ohm som i boken Die galvanische Kette mathematisch bearbeitet år 1827 lade fram belägg för förhållandet mellan de nämnda elektriska storheterna.

Den elektriska spänningen ''U'' över en resistans är proportionell mot den elektriska strömmen ''I'':

:<math>U=R \cdot I</math>

Sambandet kan också formuleras som 

:<math>I=\dfrac{U}{R}</math> 
eller 
:<math>R=\dfrac{U}{I}</math>

där
{| class="wikitable"
|-
! Beteckning!! Storhet!! Enhet!! Förkortning
|-
| ''U'' || Spänning || Volt|| [V]
|-
| ''I''|| Ström || Ampere|| [A]
|-
| ''R''|| Resistans || Ohm|| [Ω] 
|}


För olinjära resistorer är R inte konstant utan en funktion av spänning, ström, ljus, värme eller någon annan faktor.

Texten från  svenska Wp: [https://sv.wikipedia.org/w/index.php?title=Ohms_lag&veaction=edit Ohms lag]

=== Effekt ===

P = U I

Effekten mäts i Watt.

=== Elektriska kretsat med flera motstånd ===

Kretsscheman beskriver hur komponenter kopplas ihop genom att man använder symboler. I bilden nedan ser du en krets med en spänningskälla till vänster och två motstånd till höger. Om du följer länken nedan kan du lära dig fler symboler eller hitta förklaring om du stöter på ett kretsschema med en okänd symbol. Motstånden förekommer i två varianter, dels en sågtandad och dels en rektangel. Rektangeln är den som ska användas enligt IEC,  International Electrotechnical Commission.

{{enwp|Electronic_symbol}}

==== Seriekoppling av motstånd ====

[[File:Två motstånd i serie.png|thumb|left |Two resistors in series.]]


[http://wikiskola.se/index.php?title=Elektriska_kretsar&action=submit Seriekoppling]

{{clear}}

==== Seriekopplade resistanser ====
[[Image:Series circuit.svg|right|thumb|En krets med tre motståd  i serie.]]

När resistanserna sitter efter varandra kallas det för seriekoppling.

'''Länkar:'''

# [http://sv.wikipedia.org/wiki/Seriekoppling Seriekoppling]
# Hur man [https://sv.wikipedia.org/wiki/Resistor läser av färgkoden] för ett motstånd

[[Image:Resistors in series.svg|This is a diagram of several resistors, connected end to end, with the same amount of current through each.]]
 '''R = R<sub>1</sub> + R<sub>2</sub> + R<sub>3</sub> + ... + R<sub>n</sub>'''

==== Parallellkopplade resistanser ====
[[Image:Resistors in parallel.svg|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.

Den strömstyrka som tillförs kretsen är summan av grenströmmarna:
:<math>\ I = I_1 + I_2 + ... + I_n</math>
Om ''U'' är spänningen över kretsen och ''R'' är den resistans som ger samma belastning som de parallella grenarna kan dessa strömmar skrivas som
:<math>\cfrac{U}{R} = \cfrac{U}{R_1} + \cfrac{U}{R_2} + ... + \cfrac{U}{R_n}</math>
vilket ger
:<math>\cfrac{1}{R} = \cfrac{1}{R_1} + \cfrac{1}{R_2} + ... + \cfrac{1}{R_n}</math>

===== Exempel på hur formeln kan användas/omvandlas =====

{{exruta| '''Formel för två parallella motstånd'''

För två parallella motstånd <math>R_1 </math> och <math>R_2 </math> är formeln för ersättningsresistansen <math>R</math>:

:<math>  \dfrac{1}{R} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} </math>

Förlängning med <math> R \cdot R_1 \cdot R_2</math> ger:

:<math> \dfrac{R \cdot R_1 \cdot R_2}{R} = \dfrac{R \cdot R_1 \cdot R_2}{R_1} + \dfrac{R \cdot R_1 \cdot R_2}{R_2}</math>

Vilket förkortas till:

:<math> R_1 \cdot R_2 = R  \cdot R_2 + R \cdot R_1  = R  ( R_1 + R_2) </math>

Omflyttning av parentesen ger: 

:<math> R = \dfrac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}</math>
}}

===Exempel===
====Parallellkoppling av resistorer====
Givet tre parallella motstånd med resistanserna 4,7Ω, 1,2Ω och 6,8Ω. Ersättningsresistansen ''R'' kan bestämmas genom
:<math>\dfrac{1}{R} = \cfrac{1}{4,7} + \cfrac{1}{1,2} + \cfrac{1}{6,8} = \cfrac{1}{0,84}</math>

Ersättningsresistansen är således 0,84Ω.

==== Lös en uppgift själv ====

{{uppgruta | Beräkna ersättningsresistansen

[[Fil:Parallella_resistanser1.png]]

}}

=== Att mäta ström och spänning ===

[[File:How to measure i and u.svg|400px|right|How to measure i and u]]

Vid mätning av ström har multimetern extremt låg inre resistans vilket gör att mätinstrumentet inte påverkar kretsen.

{{clear}}

=== Övning: Mät på en enkel krets ===

{{uppgruta| '''Motstånd och lysdiod i serie'''

Koppla ett litet motstånd och en diod i serie mellan 5V och GND på Arduinon.

Mät spänningen över dioden respektive motståndet.

Addera spänningarna. Märker du något speciellt?

Prova att placera flera LED i serie. 

'''Anteckna''' dina observationer och reflektioner för din kommande '''rapport'''.
}}

= Laboration 1 =

{{malruta|
Mäta resistans i serie och parallell.
}}

== Material ==

[[Fil:Elmotor lab IMG-2402.JPG|400px|höger]]

Arduino, breadboard, multimeter, komponenter, etc.

== Uppgift ==

Laborera '''enskilt''' även om ni sitter i större grupper. Du ska själv: 
# läsa instruktionen och söka information
# hämta material, utföra experimentet och kopplar
# anteckna och reflektera
# det finns inte multimetrar till alla utan ni får dela
# du ska själv göra kopplingar på breadboard och mäta med multimetern.

Du skriver rent anteckningarna och gör egna reflektioner som du efter laboration två ska sammanställa i en pdf och lämna in på lärplattformen.

== Resistans - Läs av, mät och beräkna==
[[Fil:Parallell och seriekopplade motstånd.JPG|400px|höger]]

{{uppgruta| 
Koppla bort spänningen och koppla bara på breadboard. Ställ in multimetern på att mäta '''resistans'''.
# mät resistansen på ett motstånd och kolla hur väl det stämmer med värdet som anges av färgbanden
# mät på ett, två, tre och fyra motstånd i serie och jämför med det teoretiska värdet (redovisa i en tabell)
# mät på ett, två, tre och fyra motstånd i parallell koppling och jämför med det teoretiska värdet (redovisa i en tabell)

Även om bilden visar samma motstånd så är det bra om du tar lite '''olika motstånd''' för utmaningens skull.
}}

Hur man läser av ett motstånds färgkod: {{svwp | Resistor}}. Det finns bra appar också.

= Laboration 2 =

{{malruta|
Mäta spänningen över motstånd i serie och parallel.
}}

Det är vanligast att man mäter spänningen i olika delar av en krets när man felsöker eller vill förstå hur kretsen fungerar. Spänning är lättare att mäta en ström. Resistansen kan du läsa av på motståndets färgkod. Strömmen kan du beräkna med hjälp av Ohms lag.

=== Du ska mäta spänning med en multimeter ===

Ställ in multimetern på VDC
# Koppla Arduinon till USB på din dator.
# Koppla 5v Arduino till breadboard +
# Koppla GND Arduino till breadboard -
# och mäta spänningen från två lösa sladdar.

=== Mäta spänning ===

[[Fil:Motstand i serie o parallel.png|400px|höger|Ett motstånd i serie med två parallella motstånd.]]
Även om bilden visar samma motstånd så är det bra om du tar lite olika motstånd för utmaningens skull.

{{uppgruta| '''Fyra kretsar'''

Använd Arduino för att få 5V spänning och kopplingsplatta. Mät spänningen över varje enskilt motstånd samt över flera på en gång enligt följande instruktion:
# ''De två första punkterna är borttagna för de är lite onödiiga. (onsdag 21 september 2022. ta bort denna text nästa år)''
# Koppla ett motstånd i serie med två parallellkopplade motstånd. Låt alla tre ha samma resistans. Mät spänningen över det ensamma motståndet samt över de parallellkopplade motstånden. Mät också spänningen över alla motstånd. 
# Skulle det göra någon skillnad om du kopplade på samma sätt med tre motstånd med en annan resistans?
# Om du hinner så varierar du övningen genom att koppla in flera (olika) motstånd både i serie och parallel. Rita av dina kopplingar som kretsscheman.

'''Anteckna''': För varje krets ska du:
* '''läsa av''' färgbanden på motstånden och anteckna resistansen
* '''mäta spänning''' över alla motstånd samt enskilda motstånd
* '''beräkna strömmar''' utifrån uppmätta spänningar och avlästa resistanser
* '''Sammanställ''' dina resultat i en tabell.

Du '''skriver''' en '''sammanfattning''' av dina mätdata och '''reflektion''' och lämnar in för bedömning.
}}

Tänk på att '''stänga av multimetern''' när du är klar
{{clear}}

= Rapporten =

=== Rita scheman ===

=== Tinkercad ===

[https://www.tinkercad.com/ Tinkercad]. Du kan skapa ett konto, bygga och simulera dina kretsar.
Du ska rita dina egna illustrationer till rapporten.

==== Fritzing ====

Det är optional att testa Fritzing. Ladda ner programmet [http://fritzing.org/download/0.9.3b/ Fritzing] och rita dina egna illustrationer till rapporten.

=== Simulera ===

[[Fil:Circuit-20190910-2313.png|400px|höger|Hur mycket ström går genom det vänstra av de två parallella motstånden?]]

Det finns en enkel app där du kan simulera dina kretsar: [http://falstad.com/circuit/ Falstad]. Du kan också spara kretsscheman som bilder.

=== Uppgift tre ===

Om du hinner så gör du uppgift tre.

{{uppgruta| '''Rita och simulera din senaste krets'''

Använd mätdata och hur du koppalade i uppgift två ovan för att rita en bild i Fritzing.

Därefter konstruerar du kretsen på Falstad och simulerar strömmarna. Stämmer de med dina beräkningar?

Infoga bilderna i din rapport.
}}

=== Överkursuppgifter ===

Gör något av följande
* Använd motstånd och varialbla motstånd (potentiometer) till att skapa en spänningsregulator som ger spänning mellan 0-5 V. 
* Skaffa ett konto på Wikiskola.se och gå in och förbättra valfria elevuppgifter på Ohms lag: [https://wikiskola.se/index.php/%C3%96vningsuppgifter_Ohms_lag Övningsupppgifter Ohms lag].
* Undersök och simulera fler kretsexempel på Fahlstad

== Rapport ==

Lämna in en skriftlig rapport som pdf på skolplattformen. Rapporten kan ta formen av en loggbok med beskrivningar, data, slutsatser och reflektioner. Infoga bilder och kretsscheman.

= Quiz i WikiMaster =

<html>
<iframe width="800" height="800" src="https://wok.uno/en/Ohm's_law/" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture" allowfullscreen></iframe>
</html>

= Laboration 3 =

=== Du ska mäta spänning med en Arduino ===

Info om denna kommer snart

<headertabs />