Att mäta spänning ström och resistans i elektriska kretsar: Skillnad mellan sidversioner
Hoppa till navigering
Hoppa till sök
Hakan (diskussion | bidrag) |
Hakan (diskussion | bidrag) |
||
(58 mellanliggande sidversioner av samma användare visas inte) | |||
Rad 1: | Rad 1: | ||
__NOTOC__ | __NOTOC__ | ||
= Teori = | = Teori + en lab = | ||
{{malruta| | {{malruta| | ||
Rad 10: | Rad 10: | ||
* hur man [https://sv.wikipedia.org/wiki/Resistor läser av färgkoden] för ett motstånd | * 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}} | {{clear}} | ||
[[Fil:Multimeter_IMG_0079.jpg | 240px | right]] | [[Fil:Multimeter_IMG_0079.jpg | 240px | right]] | ||
== Syfte == | |||
Utforska Arduino. | Utforska Arduino. | ||
Rad 20: | Rad 22: | ||
Lär dig grundläggande ellära som du behöver i detta projekt och sedan i Fysik 1. | 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. | |||
[https://www.kjell.com/se/fraga-kjell/hur-funkar-det/elelektronik/grundlaggande-ellara/vad-ar-elektricitet Kjell & Companyom ellära] | 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. : ==== | ==== '''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. | 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. | ||
Rad 36: | Rad 53: | ||
Sambandet kan också formuleras som | Sambandet kan också formuleras som | ||
:<math>I=\ | :<math>I=\dfrac{U}{R}</math> | ||
eller | eller | ||
:<math>R=\ | :<math>R=\dfrac{U}{I}</math> | ||
där | 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. | För olinjära resistorer är R inte konstant utan en funktion av spänning, ström, ljus, värme eller någon annan faktor. | ||
Rad 95: | Rad 120: | ||
:<math>\cfrac{1}{R} = \cfrac{1}{R_1} + \cfrac{1}{R_2} + ... + \cfrac{1}{R_n}</math> | :<math>\cfrac{1}{R} = \cfrac{1}{R_1} + \cfrac{1}{R_2} + ... + \cfrac{1}{R_n}</math> | ||
För två parallella | ===== Exempel på hur formeln kan användas/omvandlas ===== | ||
:<math>\ R = \ | |||
{{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=== | ===Exempel=== | ||
====Parallellkoppling av resistorer==== | ====Parallellkoppling av resistorer==== | ||
Givet tre parallella motstånd med resistanserna 4,7Ω, 1,2Ω och 6,8Ω. Ersättningsresistansen ''R'' kan bestämmas genom | Givet tre parallella motstånd med resistanserna 4,7Ω, 1,2Ω och 6,8Ω. Ersättningsresistansen ''R'' kan bestämmas genom | ||
:<math>\ | :<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. | Ersättningsresistansen är således 0,84Ω. | ||
==== Lös en uppgift själv ==== | |||
{{uppgruta | Beräkna ersättningsresistansen | |||
[[Fil:Parallella_resistanser1.png]] | |||
}} | |||
=== Att mäta ström och spänning === | === Att mäta ström och spänning === | ||
Rad 111: | Rad 163: | ||
{{clear}} | {{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 = | = Laboration 1 = | ||
{{malruta| | |||
Mäta resistans i serie och parallell. | |||
}} | |||
== Material == | == Material == | ||
Rad 139: | Rad 210: | ||
# 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 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) | # 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. | |||
}} | }} | ||
Rad 144: | Rad 217: | ||
= Laboration 2 = | = Laboration 2 = | ||
=== Du ska mäta spänning === | |||
{{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 | Ställ in multimetern på VDC | ||
Rad 154: | Rad 234: | ||
=== Mäta spänning === | === Mäta spänning === | ||
[[Fil: | [[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''' | {{uppgruta| '''Fyra kretsar''' | ||
Använd Arduino för att få 5V spänning och kopplingsplatta. Mät spänningen över varje enskilt motstånd samt över | Använd Arduino för att få 5V spänning och kopplingsplatta. Mät spänningen över varje enskilt motstånd samt över flera på en gång enligt följande instruktion: | ||
# ett motstånd | # ''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. | ||
# flera | # 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. | |||
För varje krets ska du: | '''Anteckna''': För varje krets ska du: | ||
* läsa av och | * '''läsa av''' färgbanden på motstånden och anteckna resistansen | ||
* mäta spänning över alla motstånd samt enskilda motstånd | * '''mäta spänning''' över alla motstånd samt enskilda motstånd | ||
* beräkna strömmar | * '''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 | Du '''skriver''' en '''sammanfattning''' av dina mätdata och '''reflektion''' och lämnar in för bedömning. | ||
}} | }} | ||
Rad 178: | Rad 260: | ||
=== Rita scheman === | === 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 ==== | ==== Fritzing ==== | ||
Ladda ner programmet [http://fritzing.org/download/ Fritzing] och rita dina egna illustrationer till rapporten. | 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 === | === Simulera === | ||
Rad 201: | Rad 288: | ||
Infoga bilderna i din rapport. | 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 == | == Rapport == | ||
Lämna in en skriftlig rapport som pdf på skolplattformen. Rapporten kan ta formen av en loggbok med beskrivningar, data, slutsatser och reflektioner. | 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 /> | <headertabs /> |
Nuvarande version från 23 september 2022 kl. 12.37